机车运行信息检测系统的设计和实现

内燃机车各部件运行数据，尤其是机车运行中的动态参数，是分析和考核机车运行状态的基础。目前国内新出厂的机车都已配备了一定功能的机车车辆信息监测系统，但早期生产的机车没有此设备，另外不同管理模式对车辆信息监测系统的需求也不完全相同。DF4B／4C机车原有的机车安全信息综合检测装置(简称TAX 箱)记录了部分车辆运行数据，但对车辆维护数据记录的很少，即机车在牵引运用状态下，机车各工况数据的动态记录缺乏，不利于综合利用各项监控数据对机车在运用过程中反映出的各种状况进行综合分析。因此，我们开发了DF4B／4C机车车辆运行信息实时监测系统，与机车上原有的TAX记录仪一起，实时记录车辆牵引运用时的油、电、水等系统的工况数据。通过数据分析软件对机车运行数据进行分析判断，掌握设备、部件的技术状态，为机车的预防性维修、检修提供真实的依据。

1 设计思想

目前已经装车的一些机车运行信息检测装置大多采用单片机设计，功能固定，性能简单，不具灵活性与扩展性，无法在机车运行时现场分析运行数据。由多个单片机组成的系统没有形成模块化，给装置本身的故障维修造成困难。

随着以应用为中心的嵌入式系统性价比不断提高，采用通用工业级嵌入式控制器做机车应用，可大大提高系统开发周期，提高系统可靠性及工作效率。

本机车运行信息实时检测系统(装置)主要应用于车头，设计思想是：使用标准的工业级嵌入式控制器硬件，使用标准嵌入式操作系统，使用常规的外部设备，例如标准键盘、通用显示器、U盘、CF卡等。使用通用的可视化开发工具，利用网络化开发环境，采用标准的工业级I／O通道，使装置完全模块化。搭积木式的系统设计组织灵活、开发快捷、功能强大、可扩展性强。软件可以在车上调试按需扩充，可以在机车运行现场进行数据分析，模块化的结构使装置本身的维修非常方便。

2 系统硬件设计

2.1 系统功能需求

原 DF4B机车上的TAX监控装置记录了部分机车运行参数，例如时间标、车速、信号机号、公时标、总量、计长、量数、本机补机、货客车、车次、区段号、车站号、司机号、副司机号、机车号、机车型等信息。本项目在DF4B机车操作台上安装机车运行信息实时监测装置，记录机车的各种实时运行工况参数。除保留原车上TAX监控装置提供的各项机车运行参数外，根据维修的需要，增加差示压力、空转、接地、总过流、故障励磁、固定发电、本车卸载、水温、油温、燃压、滑压、辅助电压、充放电流、6个电机分流、主电压、主电流等采集参数。在列车运行过程中实时检测和记录机车动态运行数据。

2.2 系统硬件总体结构

根据系统功能需求，设计的系统硬件总体结构如图1所示。

2.3 系统硬件设备设计

2.3.1 嵌入式核心控制器

根据系统设计思想，要求核心控制器必须是可以替代常规PC和PLC，支持标准显示，提供完整的高级语言开发环境和工具，具有较强的数据处理能力和速度，具有网络接口和USB接口，允许连接CF卡等存储设备。比较了几种嵌入式控制器后，我们选用泓格公司的WinCon-8000嵌入式工业控制器系统，该控制器主机使用W-8331模块，内置Intel Strong ARM 32位CPU，时钟2.06 MHz，内存64 MB SDRAM，32 MB FLASH Memory，采用CF卡做电子盘，选用3扩展槽底板。

WinCon-8000是兼有常规PC和PLC功能的嵌入式控制器，运行Windows CE.NET操作系统。Windows CE.NET是广泛应用于智能设备的实时多任务嵌入式操作系统。它可以根据特定的应用做轻量化的定制，支持多种CPU架构。支持Visual Basic.NET，Visual C#，Embedded Visual C++等开发工具。Windows CE继承了传统的Windows图形界面，在微机Windows平台上的应用软件只需简单的修改和移植就可以在Windows CE平台上继续使用，通过WinCon-8000提供的WinConSDK，在普通微机上利用微软的Visual Studio．NET和Embedded Visual C++开发环境直接开发应用程序，然后将其下载到WinCon-8000中去执行。开发环境现成、方便，为开发功能强大的图形应用程序提供了基础。

WinCon- 8000具有VGA接口，允许用户用LCD监视器去替代HMI显示，支持Ethernet、USB、键盘、鼠标和CF卡。设有RS 232、485串口，支持多种I／O模块，如I-7000，I-8000，I-87K的扩展I／O模块，支持计时计数器／频率计。选用WinCon- 8000作主控制器，为在车上进行数据分析提供了方便。使记录的数据既可以传送到地面微机上分析，也可以在机车上插上显示器和键盘后直接监视和处理，便于在车上即时维护与调试。

2.3.2 模拟量输入通道

本系统中需要测量的模拟量有：1～6电机分电流、主发电压、主发电流、水温、油温、滑油压力、燃油压力、辅助发电、蓄电池充放电流、柴油机转速等14个模拟量。

机车上使用的模拟量输入模块应该是以抗恶劣环境、高可靠性为主，价格是次要因素。因此，我们选择泓格的I-7000系列I-7018模块作为模拟量输入通道。I-7018是8路模拟量输入模块，采用RS 485协议与WinCon-8000的主机连接，在应用程序中直接通过WinconSDK动态连接库函数操作I-7018工作。本机使用了2块i- 7018模块实现14路模拟量输入。