[摘要]为保障铁路机车车辆运行的安全可靠性，及时准确地检测出故障并进行故障定位是很有必要的。机车电气电路的故障诊断是来自现场的一个急待解决的课题。故障诊断技术在铁道机车车辆中的应用越来越广泛。

[关键词]电力机车 故障诊断 硬件设计

随着我国改革开放和国民经济的快速发展，交通运输市场的竞争进一步激化。面对航空、高速公路运输的挑战，铁路提出了大提速的战略，并分别在1997年、1998年、2000年、2002年、2004年5次实施了在三大干线上的大提速。面临着这种挑战和机遇，我国铁路机车车辆设计制造部门为顺应大提速和运输市场竞争的需要，研制开发了大批新型机车车辆产品，在提高运行速度、提高轴重和载重、提高客车舒适性和服务质量、探索高速旅客列车技术领域等方面均取得了可喜的新发展和新突破，为铁路运输迅速、准确、安全地运营提供了有力地保障。但即使是高可靠性的机车车辆，在投运使用过程中由于操作环境和使用条件的影响，设备的固有可靠性会降低，从而产生各种各样的故障。为保障铁路机车车辆运行的安全可靠性，及时准确地检测出故障并进行故障定位是很有必要的。

其中，机车电气电路的故障诊断是来自现场的一个急待解决的课题。电力机车的主传动电路是机车的命脉，从受电弓到牵引电动机，其中哪个环节出了故障都会直接影响到机车牵引力的发挥甚至造成机破事故，严重影响铁路运输的生产效率和人民生命财产的安全。

故障诊断是指查明系统在一定工作环境下，导致系统某种功能失调的原因或性质，判断劣化状态发生的部位或部件，以及预测状态劣化的发展趋势等。

故障诊断技术发展至今已经经历了三个阶段：第一阶段由于机器设备比较简单，故障诊断主要依靠专家或维修人员的感觉器官、个人经验及简单仪表就能胜任故障诊断的工作。传感技术、动态测试技术、信号分析技术的发展使得诊断技术进入了第二阶段，并且在维修工程和可靠性工程中得到了广泛的运用；80年代以来，由于机器设备日趋复杂化、智能化，传统的诊断技术已不能适应了，随着计算机技术、人工智能技术、特别是专家系统的发展，诊断技术进入了第三个发展阶段-智能化阶段。

所谓诊断系统的智能就是它可有效的获取、传递、处理、再生和利用诊断信息，从而具有对给定环境下的诊断对象进行成功状态识别和状态预测的能力。但诊断系统的智能并不意味着完全代替人的智能活动，人是智能系统的重要组成部分。

今日，在专家系统己有较深厚基础的国家中，机械、电子设备的故障诊断专家系统已基本完成了研究和试验的阶段，开始进入广泛应用阶段。自80年代以来，我国不少教学科研院所先后开展了故障诊断专家系统的研究工作，并取得了一定的研究成果，有一些系统己投入了运行。

利用现代技术手段开展设备的状态监测和故障诊断始于20世纪60年代。最早开展诊断技术研究的是美国和英国，日本紧随其后。由于经济和社会效益好，发展前景广阔，遂迅速波及到世界许多国家和地区。故障诊断的方法、手段和内容不断丰富。至20世纪90年初形成了高潮。成为多种学科的重要应用领域。正在发展成为一门新的综合性交叉学科。

世界各国铁路行业也相继引入了监测、诊断技术，作为保障机车车辆运行安全的基本措施之一。它可以对早期故障做出预报，提出对策或建议，避免或减少事故的发生。在机车车辆的安全性、可靠性、维修经济性和运行效果等方而发挥了极大的作用。上世纪80年代以来，随着现代测试技术、计算机技术和信号处理技术的迅速发展，机车车辆监测和诊断技术也得到了很大的发展。各国铁路都在积极地开展工作。故障诊断技术在铁道机车车辆中的应用越来越广泛。

机车主电路系统中电机等设备较多，控制这些电机设备工作的机车主电路也分布在机车各个部位，因此为采集电传动电路工作状态而设置的检测点分布较广。虽然设置的检测点数目不多，但从空间位置和数据传输考虑，在机车上设置了三套单片机系统，用于主电路状态的采集及与工控机的通讯。在电路状态采集时，机车电传动电路的工作电压为110V，必须经过强弱电隔离及电压转换，采集的状态数据才能进入单片机系统。单片机系统与工控机进行通讯，本文采用串行通讯方式，由于数据传输距离较长，因此采用RS485总线通讯方式进行数据传输，最后再进行RS485到RS232C接口的电平转换，采集数据进入工控机，工控机上扩展了研华(EVOC)的远端数据采集与控制模块ADAN-4520。图1所示为电路状态采集与数据流图。

图1 故障诊断系统状态数据流图系统硬件主要包括工控机、扩展的PCI板卡和外围接口电路组成。其详细的连接方式如图2所示。

图2 诊断系统硬件组成工控机作为测试系统中心和操作平台，其内部扩展有5种PCI板卡，分别为：数字量扩展卡PCI7296、定时计数器卡PCI8554、模数转换卡PCI9113、高速数据采集卡PCI9812、数模转换卡PCI6216。工控机在测试过程中有如下作用：控制测试过程、产生激励信号、采集响应信号并进行处理，输出测试结果、管理测试结果。外围接口电路板装在专门制作的机箱里，与工控机通过电缆线相连。

选择工控机取代一般 PC机是因为机务段的测试车间现场环境恶劣，随机干扰很大，而工控机具有很高的稳定性，还有很重要的一点是它能提供更多的PCI扩展槽，本测试台使用的凌华原装工控机采用加固的机箱，并带有可调板卡防震压条，防震磁盘托架，双风扇冷却系统和防尘面板，抗干扰能力强，而且主板提

供多达10个PCI插槽和2个ISA插槽,这即满足了现阶段系统的需求，也为将来系统扩展留有充分余地。

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