機車檢測與監(jiān)測技術(shù) 課件 項目3 中國機車遠(yuǎn)程監(jiān)測與診斷系統(tǒng)（CMD系統(tǒng)）

《機車檢測和監(jiān)測技術(shù)》項目3目錄CONTENTS任務(wù)一 CMD系統(tǒng)構(gòu)成認(rèn)知任務(wù)二 CMD子系統(tǒng)認(rèn)知鐵路小故事復(fù)習(xí)思考題任務(wù)一C

M

D

系統(tǒng)構(gòu)成認(rèn)知一、CMD系統(tǒng)的研究背景目前，隨著我國鐵路里程的增長、軌道車輛的增多、運行速度的提升，對軌道車輛和車載設(shè)備的可靠性、可用性、可維護(hù)性、安全性的要求也越來越高。鐵路機車及其系統(tǒng)和設(shè)備的復(fù)雜性、綜合化、智能化程度不斷提高，其生命周期成本特別是維護(hù)和保障成本越來越高。在信息化、科技化日益發(fā)展的今天，促進(jìn)大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)的廣泛應(yīng)用成為引領(lǐng)行業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的重要途徑。鐵路可以運用大數(shù)據(jù)、云計算等技術(shù)手段，通

過可靠的數(shù)據(jù)和精準(zhǔn)的決策方法，提高運營和管理水平；利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和平臺，可以創(chuàng)造新的價值，體現(xiàn)新的發(fā)展生態(tài)。一、CMD系統(tǒng)的研究背景為了對機車的運行狀態(tài)進(jìn)行實時監(jiān)控、遠(yuǎn)程診斷設(shè)備故障，國外機車上大多配備機車運行安全和設(shè)備質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)，如西門子EFLEET系統(tǒng)、阿爾斯通ETRAIN系統(tǒng)、GE的RM&D系統(tǒng)、龐巴迪CC

REMOTE系統(tǒng)等。通過綜合考慮國家安全因素和國外系統(tǒng)應(yīng)用車型單一等問題，國外系統(tǒng)不具備全路統(tǒng)一推廣條件。中國機車遠(yuǎn)程監(jiān)測與診斷系統(tǒng)（CMD系統(tǒng)）作為鐵路機務(wù)信息系統(tǒng)的四大核心子系統(tǒng)之一，適應(yīng)我國鐵路機務(wù)管理實際業(yè)務(wù)需要，可實現(xiàn)對各車載系統(tǒng)的數(shù)據(jù)監(jiān)視、地面實時故障報警、專家診斷分析、數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析等功能，有利于提高列車的安全性能并指導(dǎo)列車運行，對鐵路信息化建設(shè)具有重要意義。二、CMD系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能CMD系統(tǒng)由車載子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)和地面綜合應(yīng)用子系統(tǒng)三大部分組成，CMD的結(jié)構(gòu)示意圖如下圖所示。CMD系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖二、CMD系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能CMD系統(tǒng)流程示意圖CMD系統(tǒng)流程示意圖如圖所示。任務(wù)二C

M

D

子系統(tǒng)認(rèn)知一、車載子系統(tǒng)（一）車載子系統(tǒng)的構(gòu)成和工作原理CMD車載子系統(tǒng)由車載主機（LDP）、合路器、天線及通信線纜組成。車載主機（LDP）如下圖左所示。主機采用一個5U×84R的插箱。內(nèi)部的功能板卡包括電源板卡、網(wǎng)絡(luò)接口板卡、以太網(wǎng)板卡、主處理器板卡、無線通信板卡、北斗（BD）/GPS板及記錄插件。車載子系統(tǒng)關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)示意圖如下圖右所示。車載主機（LDP）車載子系統(tǒng)關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)示意圖一、車載子系統(tǒng)防護(hù)記錄器由數(shù)據(jù)管理單元和防護(hù)存儲單元組成，具備防火、防水、防振、抗強沖擊等特種防護(hù)性能，用于機車關(guān)鍵信息、機車履歷信息的特種存儲。主處理器板是LDP的主控制板，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的處理、內(nèi)外部通信控制、自檢、遠(yuǎn)程訪問控制等功能。網(wǎng)絡(luò)接口板具備RS485通信接口、RS42通信接口，可用于接收LKJ的廣播數(shù)據(jù)，還可用于與TCMS、其他擴展設(shè)備通信，并可將采集到的數(shù)據(jù)通過內(nèi)部總線傳輸給主處理器板，由主處理器板完成數(shù)據(jù)的處理。電源板將機車直流電源（DC110

V或DC74

V）進(jìn)行變換后，給裝置內(nèi)部的各功能板供電，具有防浪涌保護(hù)、輸入欠壓保護(hù)、輸入反向保護(hù)、輸入過流、過壓保護(hù)、輸出過流保護(hù)、輸出短路保護(hù)功能。1.

電源板2.

防護(hù)記錄器3.

主處理器板4.

網(wǎng)絡(luò)接口板（二）LDP主要板卡及組件功能一、車載子系統(tǒng)無線通信板實現(xiàn)車到地、地到車的數(shù)據(jù)無線傳輸，提供WLAN、3G無線傳輸通道，用于實時信息、記錄文件、遠(yuǎn)程命令的傳輸。北斗/GPS板提供CMD系統(tǒng)與衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的通信接口，用于北斗短報文信息的接收及發(fā)送，并能獲取機車的定位信息，為CMD系統(tǒng)的機車定位跟蹤業(yè)務(wù)提供數(shù)據(jù)服務(wù)。合路器板如下圖所示，將WLAN無線通信信息、3G通信信息處理后，發(fā)送給WLAN/3G天線/定位天線。以太網(wǎng)板為LDP內(nèi)部的單板及外部的設(shè)備提供以太網(wǎng)數(shù)據(jù)的交換。5.

以太網(wǎng)板6.

無線通信板7.

北斗/GPS板8.

合路器板（二）LDP主要板卡及組件功能一、車載子系統(tǒng)合路器一、車載子系統(tǒng)（三）天線組件功能1.

北斗通信天線北斗通信天線如圖所示，其集成了北斗發(fā)射天線與北斗接收天線，負(fù)責(zé)接收北斗系統(tǒng)的定位信號，還負(fù)責(zé)北斗短報文的發(fā)送。機車具有兩套定位系統(tǒng)，一套是北斗系統(tǒng)，另一套是GPS（全球定位系統(tǒng)），首選使用北斗系統(tǒng)。北斗通信天線一、車載子系統(tǒng)（三）天線組件功能2.

WLAN/3G天線、定位天線WLAN/3G天線、定位天線集成在一起，其功能如下：（1）WLAN/3G天線、定位天線在設(shè)有地面無線局域網(wǎng)的站場內(nèi)，完成CMD數(shù)據(jù)的自動下載。（2）鏈接3G通信網(wǎng)，實現(xiàn)CMD數(shù)據(jù)的在線播放和數(shù)據(jù)查詢。（3）用于GPS定位。一、車載子系統(tǒng)（四）車載子系統(tǒng)的功能車載子系統(tǒng)根據(jù)通信協(xié)議，向地面綜合應(yīng)用子系統(tǒng)實時傳輸重要的機車狀態(tài)信息，包含機車基本運行信息、司機操作命令信息等。在故障發(fā)生時，提取相應(yīng)的環(huán)境數(shù)據(jù)，并實時向地面綜合應(yīng)用子系統(tǒng)報警，同時把相應(yīng)數(shù)據(jù)傳輸至地面綜合應(yīng)用子系統(tǒng)。車載子系統(tǒng)可對采集到的TCMS、6A系統(tǒng)、LKJ等相關(guān)聯(lián)的信息進(jìn)行存儲，并確保事件分析時數(shù)據(jù)的同步性（主要指時間上的同步）及一致性。車載子系統(tǒng)從TAX采集機車安全信息，通過以太網(wǎng)接口從6A系統(tǒng)采集機車監(jiān)測信息，通過以太網(wǎng)或HDLC接口從TCMS采集機車狀態(tài)信息。其中時間信號來自LKJ主機，整個系統(tǒng)的時間信息與LKJ一致。1.

數(shù)據(jù)采集2.

數(shù)據(jù)處理3.

數(shù)據(jù)存儲一、車載子系統(tǒng)（四）車載子系統(tǒng)的功能車載子系統(tǒng)具備北斗短報文通信的功能，短報文信息包括機車的位置信息、故障信息、司機操作信息等。車載子系統(tǒng)具備北斗/GPS定位功能，提供機車位置、海拔、速度、行進(jìn)方向、時間等信息。車載子系統(tǒng)能進(jìn)行實時信息的傳輸和記錄文件的轉(zhuǎn)儲，能根據(jù)不同需求采取不同的策略，將數(shù)據(jù)傳輸至傳輸子系統(tǒng)：具備將6A系統(tǒng)視頻信息傳輸?shù)降孛嫱饩W(wǎng)視頻服務(wù)器的功能；具有無線自動轉(zhuǎn)儲與人工手動轉(zhuǎn)儲的功能。4.數(shù)據(jù)傳輸與轉(zhuǎn)儲5.北斗短報文通信與定位功能一、車載子系統(tǒng)（五）車載子系統(tǒng)安裝位置6A系統(tǒng)主機下方預(yù)留了CMD車載主機（LDP）的安裝位置，如圖所示。CMD車載主機（LDP）的安裝位置二、數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)車載網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（一）CMD網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)CMD網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)分為三部分：車載網(wǎng)絡(luò)、車地?zé)o線通信網(wǎng)絡(luò)和地面有線網(wǎng)絡(luò)。車載網(wǎng)絡(luò)主要指與TAX、TCMS、6A系統(tǒng)之間的接口網(wǎng)絡(luò)，通過這些網(wǎng)絡(luò)，LDP采集機車安全信息、機車狀態(tài)信息、機車綜合監(jiān)測信息。車地?zé)o線通信網(wǎng)絡(luò)采用GPRS/3G、北斗和WLAN。GPRS/3G和北斗主要用于在途機車遠(yuǎn)程實時信息傳輸。車載網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖所示。二、數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)CMD系統(tǒng)的北斗衛(wèi)星通信鏈路CMD的北斗衛(wèi)星通信鏈路主要由車載衛(wèi)星信號收發(fā)設(shè)備、北斗導(dǎo)航通信衛(wèi)星、北斗地面站、國鐵集團地面數(shù)據(jù)服務(wù)器組成。CMD系統(tǒng)的北斗衛(wèi)星通信鏈路如圖所示。二、數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)（二）數(shù)據(jù)傳輸方案機車在途運行時，把車載子系統(tǒng)采集的機車狀態(tài)信息、機車安全信息及機車監(jiān)測信息等車到地實時信息通過

GSM

GPRS/3G、GSM-R

GPRS、北斗傳輸?shù)降孛嫱ㄐ欧?wù)器；通信服務(wù)器把地到車實時信息通過GSM

GPRS/3G、GSM-R

GPRS、北斗發(fā)往車載子系統(tǒng)。機車監(jiān)測信息中的視頻信息通過3G網(wǎng)絡(luò)實時傳輸?shù)借F路外網(wǎng)視頻服務(wù)器上。機車入段后，通過WLAN實現(xiàn)車地非實時信息雙向傳輸，可以利用WLAN將6A系統(tǒng)、TCMS、LDP等車載設(shè)備的記錄數(shù)據(jù)、機車電子履歷等大容量信息發(fā)送到無線轉(zhuǎn)儲服務(wù)器，同時把轉(zhuǎn)儲結(jié)果信息寫入段數(shù)據(jù)服務(wù)器。車地實時信息通過MTUP實現(xiàn)從

GSM

GPRS/3G、北斗到鐵路內(nèi)網(wǎng)的內(nèi)外網(wǎng)數(shù)據(jù)交換；車地非實時信息通過部署在機務(wù)段/檢修段的防火墻實現(xiàn)從WLAN到鐵路內(nèi)網(wǎng)的內(nèi)外網(wǎng)數(shù)據(jù)交換。地面有線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)二、數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)二、數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸方案CMD依托鐵路綜合IT網(wǎng)，采用MQ傳輸方式，通過鐵路統(tǒng)一傳輸平臺實現(xiàn)國鐵集團、鐵路局集團有限公司、機務(wù)段/檢修段間數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)傳輸方案如圖所示。三、地面綜合應(yīng)用子系統(tǒng)（一）系統(tǒng)的組成根據(jù)業(yè)務(wù)需求，地面綜合應(yīng)用子系統(tǒng)部署在國鐵集團、鐵路局集團有限公司、機務(wù)段/檢修段的局域網(wǎng)內(nèi)，通過權(quán)限配置滿足不同層級的角色需求。地面綜合應(yīng)用子系統(tǒng)構(gòu)成示意圖如圖所示。地面綜合應(yīng)用子系統(tǒng)構(gòu)成示意圖三、地面綜合應(yīng)用子系統(tǒng)（二）系統(tǒng)功能地面綜合應(yīng)用子系統(tǒng)通過鐵路統(tǒng)一傳輸平臺、車地?zé)o線傳輸網(wǎng)絡(luò)、北斗發(fā)送過來的數(shù)據(jù)信息，經(jīng)過解析處理后存入地面綜合應(yīng)用子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中，再經(jīng)過分析統(tǒng)計后形成界面顯示、報表，向用戶展示機車運用、故障診斷等機車各方面的匯總信息。CMD對外與質(zhì)量信息庫、車號識別系統(tǒng)、運安系統(tǒng)、檢修系統(tǒng)、整備系統(tǒng)、LKJ分析軟件、TCMS地面分析軟件、機車電子履歷系統(tǒng)、6A系統(tǒng)地面分析軟件等各種外部信息系統(tǒng)集成，通過接口收發(fā)數(shù)據(jù)，達(dá)到信息互聯(lián)互通的目標(biāo)。三、地面綜合應(yīng)用子系統(tǒng)（三）數(shù)據(jù)處理中心國鐵集團地面綜合應(yīng)用子系統(tǒng)入庫處理程序?qū)崟r接收各鐵路局集團有限公司通過鐵路統(tǒng)一傳輸平臺發(fā)送過來的車載信息，分析處理后存入國鐵集團地面綜合應(yīng)用子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中，供國鐵集團級綜合服務(wù)平臺調(diào)用。國鐵集團層可以查看全路機車狀態(tài)。鐵路局集團有限公司地面綜合應(yīng)用子系統(tǒng)入庫處理程序?qū)崟r接收來自車地?zé)o線傳輸網(wǎng)絡(luò)的機車實時信息，分析處理后存入鐵路局集團有限公司地面綜合應(yīng)用子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器供鐵路局級綜合服務(wù)平臺調(diào)用。鐵路局集團有限公司層可以查看本局配屬/支配機車狀態(tài)、在本局線路中上運行的他局機車狀態(tài)、查看本局乘務(wù)員所在機車狀態(tài)。機務(wù)段/檢修段地面綜合應(yīng)用子系統(tǒng)入庫處理程序?qū)崟r接收鐵路局集團有限公司通信服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)的本段配屬機車實時信息，分析處理后存入機務(wù)段/檢修段地面綜合應(yīng)用子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中，供機務(wù)段/檢修段級綜合服務(wù)平臺調(diào)用。機務(wù)段/檢修段可以查看本段配屬/支配機車狀態(tài)、查看本段乘務(wù)員所在機車狀態(tài)。三、地面綜合應(yīng)用子系統(tǒng)（四）綜合服務(wù)平臺綜合服務(wù)平臺包含統(tǒng)計分析、機車定位、視頻點播、實時狀態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)測、機車車載電子履歷管理、實時故障報警、遠(yuǎn)程診斷、專家支持系統(tǒng)、信息共享和功能接口等功能模塊。1.

機車定位該功能模塊能提供機車的實時經(jīng)緯度、海拔信息和歷史運行軌跡。通過GIS地圖對在途機車進(jìn)行查詢和位置跟蹤，能從宏觀上概覽所轄區(qū)域的機車情況，從微觀上查詢具體機車的各種類別信息。三、地面綜合應(yīng)用子系統(tǒng)（四）綜合服務(wù)平臺2.

實時狀態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)測該功能模塊能提供機車的實時設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)信息，包含TCMS、6A系統(tǒng)、LKJ等設(shè)備的數(shù)據(jù)。其使用圖形化方式展示機車設(shè)備的實時狀態(tài)，并可以深入查看故障設(shè)備的詳細(xì)狀況。機車設(shè)備狀態(tài)顯示界面如圖所示。機車設(shè)備狀態(tài)顯示界面三、地面綜合應(yīng)用子系統(tǒng)（四）綜合服務(wù)平臺3.

實時故障報警該功能模塊能提供機車設(shè)備的實時故障報警信息，包含故障代碼、故障發(fā)生時間及故障環(huán)境數(shù)據(jù)。通過系統(tǒng)可查詢CMD車載子系統(tǒng)發(fā)回的故障預(yù)警、報警信息（包含故障名稱、故障發(fā)生時間、故障發(fā)生車次、故障類別）。實時故障報警界面如圖所示。實時故障報警界面三、地面綜合應(yīng)用子系統(tǒng)（四）綜合服務(wù)平臺4.

遠(yuǎn)程診斷該功能模塊能結(jié)合機車歷史狀態(tài)、當(dāng)前狀態(tài)及其他系統(tǒng)的結(jié)論，進(jìn)行全面、深入的數(shù)據(jù)挖掘，為實現(xiàn)“狀態(tài)修”奠定基礎(chǔ)。遠(yuǎn)程診斷界面如圖所示。遠(yuǎn)程診斷界面三、地面綜合應(yīng)用子系統(tǒng)（四）綜合服務(wù)平臺5.

機車車載電子履歷管理該功能模塊旨在構(gòu)建一個詳細(xì)的機車狀態(tài)庫（包含機車及主要部件檢測和試驗記錄、機車主要技術(shù)參數(shù)、試運記錄、機車配屬動態(tài)、主要部件動態(tài)、檢修動態(tài)、技術(shù)提升與改進(jìn)記錄、破損記錄、產(chǎn)品配置清單、機車履歷簿交接單等內(nèi)容）。其通過與機車電子履歷系統(tǒng)通信實現(xiàn)對機車及部件的全壽命周期記錄。機車車載電子履歷管理界面如圖所示。機車車載電子履歷管理界面三、地面綜合應(yīng)用子系統(tǒng)（四）綜合服務(wù)平臺視頻點播視頻點播界面如圖所示。專家支持系統(tǒng)該功能模塊提供各類型的知識文檔存儲管理功能，包含故障預(yù)案等內(nèi)容。視頻點播界面拓展知識——地面綜合應(yīng)用子系統(tǒng)應(yīng)用實例（1）報警產(chǎn)生。2016年3月14日，某局地面綜合應(yīng)用子系統(tǒng)的實時監(jiān)測窗口報警提示某機車1軸5位軸溫異常，應(yīng)急處置人員進(jìn)入CMD系統(tǒng)安全防控頁面查看詳情，如圖所示。該機車軸溫報警信息拓展知識——地面綜合應(yīng)用子系統(tǒng)應(yīng)用實例（2）分析判斷。通過查看該機車實時數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)其6A走行顯示1軸5位傳感器溫度異常，如右圖所示。查看機車輔助系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)（見下頁圖），輔助變流器1無電壓和電流輸出，且控制系統(tǒng)也沒有相應(yīng)故障提示，初步判斷導(dǎo)致該車1軸5位傳感器溫度異常的原因是APU1偷停引起。根據(jù)初步判斷結(jié)論，指導(dǎo)司機將1軸通風(fēng)電機電源切換為輔助變流器2后持續(xù)觀察實時6A走行數(shù)據(jù)，直到其值逐漸恢復(fù)到正常范圍，確認(rèn)影響行車安全的隱患消除后恢復(fù)正常運行。該機車實時6A走行數(shù)據(jù)拓展知識——地面綜合應(yīng)用子系統(tǒng)應(yīng)用實例該機車實時輔助系統(tǒng)數(shù)據(jù)拓展知識——地面綜合應(yīng)用子系統(tǒng)應(yīng)用實例（3）填寫處置意見。在指導(dǎo)司機完成上述作業(yè)后，相應(yīng)結(jié)論及后期處置仍需給出相應(yīng)意見，并轉(zhuǎn)機統(tǒng)6提票，這些操作均可在地面綜合應(yīng)用子系統(tǒng)中完成，如圖所示。填寫處置預(yù)案拓展知識——地面綜合應(yīng)用子系統(tǒng)應(yīng)用實例本次故障的發(fā)現(xiàn)、分析及處置過程不僅有效避免了一次可能發(fā)生的安全事故，還節(jié)省了一次機車救援及由此引起的一系列成本代價；不僅保障了行車安全，還節(jié)約了成本開支，體現(xiàn)了科技為提高生產(chǎn)力所發(fā)揮的巨大作用。鐵路小故事鐵路小故事機務(wù)信息系統(tǒng)的黑科技“CMD系統(tǒng)”當(dāng)今世界范圍內(nèi)信息化水平的提高已成為鐵路信息技術(shù)發(fā)展的原動力。世界先進(jìn)的鐵路信息化技術(shù)主要體現(xiàn)在機車實時跟蹤、綜合調(diào)度、車地?zé)o線通信、機車遠(yuǎn)程監(jiān)測與診斷等系統(tǒng)的研究與應(yīng)用。隨著我國鐵路機車標(biāo)準(zhǔn)化的實施以及LKJ、TCMS、6A等車載系統(tǒng)的全面推廣，我國鐵路已經(jīng)具備了機車信息采集的基礎(chǔ)條件，適合我國機車運用檢修管理的中國機車遠(yuǎn)程監(jiān)視與診斷系統(tǒng)（CMD系統(tǒng)）應(yīng)運而生，為我國機車運行建立起一整套先進(jìn)的機車實時監(jiān)測、動態(tài)管理、維修和保證體系。CMD系統(tǒng)由原中國鐵路總公司