電力機車其微機柜匯集了機車運行過程中的控制信號和運行狀態(tài)信號，機車安全監(jiān)控裝置也提供了列車的相關(guān)信息。這些信號反映了機車及其電氣和電子系統(tǒng)的工作情況。通過對這些信號進行采集、處理與分析，能夠了解機車在運行過程中的狀態(tài)參數(shù)，因而可對事故分析、故障診斷和維修提供準確可靠的信息。建立電力機車電氣運行數(shù)據(jù)采集診斷與分析系統(tǒng)方案，將對機務(wù)系統(tǒng)的“修制改革、科學(xué)管理”具有重要的現(xiàn)實和指導(dǎo)意義。

本電力機車數(shù)據(jù)采集提示系統(tǒng)，通過采集機車各設(shè)備數(shù)據(jù)，實時分析處理，在設(shè)備狀態(tài)異常或故障時，能夠快速、準確地識別故障，及時為司乘人員提供故障節(jié)點提示及處理建議。系統(tǒng)還具有數(shù)據(jù)記錄和轉(zhuǎn)儲功能，便于地面數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)作進一步的分析，并為機車的運用、管理、檢修提供支持。

一、系統(tǒng)構(gòu)成

本系統(tǒng)共分三個部分：數(shù)據(jù)采集處理部分、顯示提示部分、地面數(shù)據(jù)分析處理部分。其功能框圖如下所示。

車載主機構(gòu)成圖：

二、技術(shù)參數(shù)
1. CPU模塊最高運行速度可達300MHz，在板內(nèi)存為128M SDRAM，其上運行的嵌入式Linux系統(tǒng)是一個多任務(wù)操作系統(tǒng)，在保證對機車運行數(shù)據(jù)足夠頻率采集的情況下，還同時保證人機界面實時的互動響應(yīng)。
2、數(shù)據(jù)采集柜共采集模擬量8個，開關(guān)狀態(tài)量62（69）個，頻率量4個。主機以每秒4次的頻率通過CAN總線采集這些運行數(shù)據(jù)。主機與數(shù)據(jù)采集柜以CAN總線連接，采集柜內(nèi)部各板卡之間采用串口通訊，任一個數(shù)據(jù)采集板發(fā)生故障不會影響其它的數(shù)據(jù)采集板工作和與主機的通信。
3、顯示主機通過485串口線與TAX箱連接，接收TAX箱發(fā)送過來的機車公用信息，并以機車公用信息里的時間作為主機時間，只有當與TAX箱的連接故障或TAX箱故障時，主機將以自己的時間記錄數(shù)據(jù)。
4、主機按事件記錄機車運行數(shù)據(jù)，即當任一開關(guān)量變化或者任一模擬量變化超過預(yù)設(shè)的閥值時，產(chǎn)生一條事件，主機將此時所有的采集量和時間當作一條記錄寫入文件。
5、主機裝一個64M的電子硬盤，操作系統(tǒng)和程序安裝在電子硬盤上，占用約30M空間，剩下的空間存放機車運行數(shù)據(jù)文件。
6、主機提供了良好的人機界面，使察看實時數(shù)據(jù)和轉(zhuǎn)儲運行數(shù)據(jù)、錄像及圖像都極為方便，其簡潔的界面讓人一看就知道如何操作。
7、主機由機車供電，為適應(yīng)機車供電電壓的變化，主機電源塊采用了寬壓設(shè)計。

三、各部分功能：
1、顯示提示部分

采用的為PC104工控機，PC/104在板集成了10/100Base-T以太網(wǎng)接口及高性能圖形處理器。采用X86兼容的64位第六代處理器，最高運行速度可達300MHz，在板內(nèi)存為128M SDRAM。圖形處理器可支持各種LCD及TFT顯示屏，同時在板支持PS/2鍵盤、PS/2鼠標、IDE接口、Floppy接口、兩串一并接口、USB以及Watchdog。工作環(huán)境：-25℃~ ＋75℃，5％~ 95％相對濕度
    主機操作系統(tǒng)是基于PC/104產(chǎn)品的嵌入式LINUX系統(tǒng)，安裝在64M DOC上，操作系統(tǒng)總大小20M。支持日志文件系統(tǒng)EXT3，可保證文件系統(tǒng)在非正常關(guān)閉后能夠快速恢復(fù)到正常狀態(tài)。
地面軟件系統(tǒng)用VC＋＋開發(fā)，車載系統(tǒng)記錄的機車運行數(shù)據(jù)用優(yōu)盤轉(zhuǎn)儲下來由地面軟件進行分析處理，機車運行數(shù)據(jù)會由地面軟件存儲到SQL-SERVER數(shù)據(jù)庫，方便將來進行查詢和對比分析，給出相應(yīng)的維修建議等。

顯示提示部分的功能框圖如下所示：

此部分可實時顯示所采集的機車信息，包括機車的工況信息，各繼電器的狀態(tài)，各儀表的信息，以及電子柜的信息和機車的公共信息等。并能根據(jù)所采集的數(shù)據(jù)，判斷出機車各部件的工作狀態(tài)是否異常，給出故障信息并提示相應(yīng)的處理建議。其具體提示功能有如下方面：
1、對超過門限值的參數(shù)進行顯示，同時可記錄發(fā)生的時間、故障類型、誤差值。（包括蓄電池電壓低于93V時進行聲光報警）
2、各種開關(guān)量的紀錄與顯示。
3、蓄電池不充電進行聲光報警，防止因高網(wǎng)壓使電源柜蓄電池充電自動開關(guān)600QA跳開而發(fā)生虧電。
4、劈相機起動電阻接觸器吸合動作時間超過15s，進行聲光報警。
5、升弓時進行安全提示。
6、顯示發(fā)生網(wǎng)壓最大值和最小值的時間、區(qū)間位置，對電網(wǎng)的供電情況能進行測評。
2、故障處理提示部分     
在電力機車運行中發(fā)生故障時，裝置以人機交互方式提供一個或幾個應(yīng)急故障處理方案，指導(dǎo)機車乘務(wù)員操作故障智能處理裝置進行故障處理。具體有如下幾個方面：
①主斷路器不閉合故障提示
②主、輔接地提示
③控制回路接地提示
④輔助回路過流提示
⑤輔助回路燈亮提示
⑥勵磁過渡提示
⑦空轉(zhuǎn)提示預(yù)備燈不滅提示
另外，可根據(jù)實際的需要，增加所需要的判斷情況，作出相應(yīng)的故障與處理提示。

故障診斷過程
故障1：不升弓：
首先由檢測單元檢測“受電弓”扳鍵開關(guān)402SA上的導(dǎo)線532是否有電，導(dǎo)線532-400有電，再由檢測單元檢測本節(jié)車的升弓電磁閥1YV上的導(dǎo)線534是否有電，網(wǎng)壓表線104-100是否有100伏左右的交流電，若534-400無電，網(wǎng)壓表線104-100無100伏左右的交流電，則診斷為升前弓異常。

首先由檢測單元檢測“受電弓”扳鍵開關(guān)402SA上的導(dǎo)線535是否有電，導(dǎo)線535-400有電，再由檢測單元檢測另一節(jié)車的升弓電磁閥1YV上的導(dǎo)線534是否有電，網(wǎng)壓表線104-100是否有100伏左右的交流電，若534-400無電，網(wǎng)壓表線104-100無100伏左右的交流電，則診斷為升后弓異常。
故障2：主斷路器合不上：

首先由檢測單元檢測“主斷”扳鍵開關(guān)400SA上的導(dǎo)線537（合閘信號）是否有電，導(dǎo)線537-400有電，再由檢測單元檢測導(dǎo)線541是否有電，若導(dǎo)線541-400有電，則診斷為正常;若導(dǎo)線541-400無電，則診斷為主斷器合不上異常。繼續(xù)按診斷邏輯樹進行診斷：檢測單元檢測導(dǎo)線544是否有電，若導(dǎo)線544有電，則檢測①輔接地是否顯示，輔接地繼電器285KE上的導(dǎo)線756-400是否有電;②Ⅰ架、Ⅱ架主接地是否顯示，主接地繼電器97KE、98KE上的導(dǎo)線701-400，702-400是否有電;③原邊過流繼電器101KC動作，原邊過流保護燈上的導(dǎo)線706是否有電;④電機電流是否過載，檢測牽引電機燈上的導(dǎo)線708-400是否有電;⑤是否緊急跳主斷，檢測導(dǎo)線804-400是否有電;⑥機車是否處于零電壓，檢測零壓燈上的導(dǎo)線705-400是否有電;⑦是否次邊過流，檢測導(dǎo)線552-400是否有電;⑧是否輸出分主斷信號544-400有電。
故障3：輔接地：
檢測單元檢測輔接地?zé)羯系膶?dǎo)線756-400有電。
故障4：主接地：
檢測單元檢測主接地繼電器97KE、98KE上的導(dǎo)線701-400，702-400有電。
故障5：控制回路接地：
檢測單元檢測控制回路接地?zé)羯系膶?dǎo)線757-400有電。
故障6：原邊過流：
    檢測單元檢測原邊過流保護燈上的導(dǎo)線706有電。
故障7：牽引電機過載：
    檢測單元檢測牽引電機保護燈上的導(dǎo)線708有電。
故障8：零電壓：
    檢測單元檢測零壓燈上的導(dǎo)線705-400有電。
故障9：次邊過流：
    檢測單元檢測導(dǎo)線552-400是否有電
故障10：輔過流：
檢測單元檢測上輔過流燈上的導(dǎo)線755-400有電。
故障11;劈相機起動故障：
檢測單元檢測“劈相機”起動按鈕404SA上的導(dǎo)線562是否有電，導(dǎo)線562-400有電，再由檢測單元檢測方式選擇開關(guān)591QS上的導(dǎo)線564、563是否有電，選擇開關(guān)591QS置于“0”位，為手動控制，564-400有電;選擇開關(guān)591QS置于“1”位，為自動控制，563-400有電（自起劈相機）;最后由檢測單元檢測劈相機故障隔離開關(guān)242QS上的導(dǎo)線579、570是否有電，242QS置于“1”位，579-400有電，為劈相機正常工作狀態(tài);242QS置于“2”位，570-400有電;為用通風(fēng)機1代替劈相機，此時通風(fēng)機1通過電容分相起動后代替劈相機的功能。如果檢測單元檢測導(dǎo)線564、563任一有電，579有電，劈相機信號燈上的導(dǎo)線718無電或劈相機接觸器201KM上的導(dǎo)線573有電，劈相機起動電阻接觸器213上的導(dǎo)線571有電，則為劈相機起動正常。如果檢測單元檢測導(dǎo)線564、563任一有電，579有電，劈相機信號燈上的導(dǎo)線718有電或劈相機接觸器201KM上的導(dǎo)線573無電，劈相機起動電阻接觸器213上的導(dǎo)線571無電，則為劈相機起動故障。劈相機信號燈上的導(dǎo)線718無電或劈相機接觸器201KM上的導(dǎo)線573有電后，延時15秒后劈相機起動電阻接觸器213上的導(dǎo)線571不失電，則為劈相機起動電阻接觸器吸合動作時間超過門限值，進行聲光報警提示。
故障12：牽引通風(fēng)機控制故障：
檢測單元檢測導(dǎo)線546有電，242QS置于“1”位，579-400有電，通風(fēng)機Ⅰ、Ⅱ隔離開關(guān)575QS、576QS置于“0”位，504-400、505-400無電，牽引通風(fēng)機Ⅰ接觸器205KM上的導(dǎo)線580、牽引通風(fēng)機Ⅱ接觸器206KM上的導(dǎo)線582同時有電，則通風(fēng)機控制正常。
檢測單元檢測導(dǎo)線546有電，242QS置于“1”位，579-400有電，通風(fēng)機Ⅰ隔離開關(guān)575QS置于“1”位，通風(fēng)機Ⅱ隔離開關(guān)576QS置于“0”位，504-400有電即牽引通風(fēng)機Ⅰ切除，505-400無電，牽引通風(fēng)機Ⅰ接觸器205KM上的導(dǎo)線580無電，牽引通風(fēng)機Ⅱ接觸器206KM上的導(dǎo)線582有電，則診斷為通風(fēng)機Ⅰ切除，通風(fēng)機Ⅱ工作。
檢測單元檢測導(dǎo)線546有電，242QS置于“1”位，579-400有電，通風(fēng)機Ⅰ隔離開關(guān)575QS置于“0”位，通風(fēng)機Ⅱ隔離開關(guān)576QS置于“1”位，504-400無電，505-400有電即牽引通風(fēng)機Ⅱ切除，牽引通風(fēng)機Ⅰ接觸器205KM上的導(dǎo)線580有電，牽引通風(fēng)機Ⅱ接觸器206KM上的導(dǎo)線582無電，則診斷為通風(fēng)機Ⅰ工作，通風(fēng)機Ⅱ切除。
檢測單元檢測導(dǎo)線546有電，242QS置于“1”位，579-400有電，通風(fēng)機Ⅰ、Ⅱ隔離開關(guān)575QS、576QS置于“0”位，504-400、505-400無電，牽引通風(fēng)機Ⅰ接觸器205KM上的導(dǎo)線580或牽引通風(fēng)機Ⅱ接觸器206KM上的導(dǎo)線582無電，則通風(fēng)機控制異常。
故障13：制動風(fēng)機控制故障：
檢測單元檢測導(dǎo)線548有電，制動風(fēng)機Ⅰ、Ⅱ隔離開關(guān)581QS、582QS置于“0”位，498-400、499-400有電，制動風(fēng)機Ⅰ接觸器209KM上的導(dǎo)線593、制動風(fēng)機Ⅱ接觸器210KM上的導(dǎo)線594同時有電，則制動風(fēng)機控制正常。
檢測單元檢測導(dǎo)線548有電，制動風(fēng)機Ⅰ隔離開關(guān)581QS置于“1”位、制動風(fēng)機Ⅱ隔離開關(guān)582QS置于“0”位，498-400無電、499-400有電，制動風(fēng)機Ⅰ接觸器209KM上的導(dǎo)線593無電、制動風(fēng)機Ⅱ接觸器210KM上的導(dǎo)線594有電，則診斷為制動風(fēng)機Ⅰ切除，制動風(fēng)機Ⅱ工作。
檢測單元檢測導(dǎo)線548有電，制動風(fēng)機Ⅰ隔離開關(guān)581QS置于“0”位、制動風(fēng)機Ⅱ隔離開關(guān)582QS置于“1”位，498-400有電、499-400無電，制動風(fēng)機Ⅰ接觸器209KM上的導(dǎo)線593有電、制動風(fēng)機Ⅱ接觸器210KM上的導(dǎo)線594無電，則診斷為制動風(fēng)機Ⅰ工作，制動風(fēng)機Ⅱ切除。
檢測單元檢測導(dǎo)線548有電，制動風(fēng)機Ⅰ、Ⅱ隔離開關(guān)581QS、582QS置于“0”位，498-400、499-400有電，制動風(fēng)機Ⅰ接觸器209KM上的導(dǎo)線593或制動風(fēng)機Ⅱ接觸器210KM上的導(dǎo)線594無電，則制動風(fēng)機控制異常。
故障14：牽引控制故障：
檢測單元檢測導(dǎo)線402、403和406有電，兩位置轉(zhuǎn)換開關(guān)方向鼓“向前”位的電磁閥107YVF和108YVF上的導(dǎo)線434有電，兩位置轉(zhuǎn)換開關(guān)工況鼓“牽引”位的電磁閥107YVT和108YVT上的導(dǎo)線429有電，則診斷為牽引向前正常。如果檢測單元檢測導(dǎo)線402、403和406有電，而導(dǎo)線434或429無電，診斷為牽引向前異常。
檢測單元檢測導(dǎo)線402、404和406有電，兩位置轉(zhuǎn)換開關(guān)方向鼓“向后”位的電磁閥107YVBW和108YVBW上的導(dǎo)線425有電，兩位置轉(zhuǎn)換開關(guān)工況鼓“牽引”位的電磁閥107YVT和108YVT上的導(dǎo)線429有電，則診斷為牽引向后正常。如果檢測單元檢測導(dǎo)線402、404和406有電，而導(dǎo)線425或429無電，診斷為牽引向后異常。
故障15：制動控制故障：
檢測單元檢測導(dǎo)線402、403和405有電，兩位置轉(zhuǎn)換開關(guān)方向鼓“向前”位的電磁閥107YVF和108YVF上的導(dǎo)線434有電，兩位置轉(zhuǎn)換開關(guān)工況鼓“制動”位的電磁閥107YVB和108YVB上的導(dǎo)線431有電，則診斷為制動向前正常。如果檢測單元檢測導(dǎo)線402、403和405有電，而導(dǎo)線434或431無電，診斷為制動向前異常。
檢測單元檢測導(dǎo)線402、404和405有電，兩位置轉(zhuǎn)換開關(guān)方向鼓“向后”位的電磁閥107YVBW和108YVBW上的導(dǎo)線425有電，兩位置轉(zhuǎn)換開關(guān)工況鼓“制動”位的電磁閥107YVB和108YVB上的導(dǎo)線431有電，則診斷為制動向后正常。如果檢測單元檢測導(dǎo)線402、404和405有電，而導(dǎo)線425或431無電，診斷為制動向后異常。
故障16：“預(yù)備”燈不滅：
    當調(diào)速手柄離開0位時，檢測單元檢測412線有電，預(yù)備燈上的703線應(yīng)無電。如果導(dǎo)線412有電，而703線也有電，則診斷為“預(yù)備”燈不滅。在未隔離轉(zhuǎn)向架和線路接觸器的情況下，“預(yù)備好”邏輯構(gòu)成的條件為“主斷閉合”且“勵磁接觸器91KM閉合”且“勵磁接觸器92KM閉合”且“線路接觸器好（由線路接觸器12KM、22KM、32KM、42KM信號串聯(lián)）”。診斷計算機按“主斷路器      勵磁接觸器     線路接觸器”順序檢查各種條件是否滿足，如果查詢到某一條件不滿足，則輸出相應(yīng)結(jié)果。如果422線無電，則診斷為91KM未閉合;如果435線無電，則診斷為92KM未閉合;如果661線無電，則診斷為12KM未閉合;如果662線無電，則診斷為22KM未閉合;如果663線無電，則診斷為32KM未閉合;如果666線無電，則診斷為42KM未閉合。
故障17：無壓無流：
當調(diào)速手柄離開0位時，檢測單元檢測412線有電，預(yù)備燈上的703線無電 “預(yù)備”燈滅，而牽引電機無電流時，則診斷為無電壓無電流。
故障18：勵磁過流：
檢測單元檢測勵磁過流燈上的導(dǎo)線710有電
補充說明：
架一切除信號牽引通風(fēng)機Ⅰ隔離開關(guān)575QS上的線504-400有電;

• 架二切除信號牽引通風(fēng)機Ⅱ隔離開關(guān)576QS上的線505-400有電;

• 操縱端信號419-400有電;

• 零位信號420-400有電;

• 網(wǎng)壓信號103-100，為交流信號按40KV對應(yīng)160V、25KV對應(yīng)100V、24KV對應(yīng)96V、19KV對應(yīng)76V;

• 架壓表，為直流信號，按1500KV對應(yīng)7.5V;

• 牽引電機的過流保護整定值：1300A

• 牽引電機的電壓限制值：1020V
  

3、數(shù)據(jù)采集處理部分

為整個車上系統(tǒng)的核心，采用標準的工業(yè)機箱結(jié)構(gòu)，由上位機板（PC/104主機板）和下位機板（開關(guān)量檢測板、模擬量檢測板、頻率量檢測板、信息處理單元板、電源板等）組成。各部分對于所采集的同類數(shù)據(jù)量均有預(yù)留。
1）主機板采用高速微處理器ARM和嵌入式的實時多任務(wù)操作系統(tǒng)，支持多種外圍硬件設(shè)備，該板帶有存儲器，可存儲大容量數(shù)據(jù)文件。該板主要負責(zé)信息的處理（數(shù)據(jù)記錄、故障判斷分析、數(shù)據(jù)的實時傳送控制等）以及調(diào)試、協(xié)調(diào)各模塊之間的工作。
2）開關(guān)量檢測單元檢測的項目內(nèi)容如下：

3）模擬量檢測單元檢測的項目內(nèi)容如下：

4）頻率量檢測單元檢測的項目內(nèi)容如下：

 
5）電子柜檢測單元截取電子柜的有用數(shù)據(jù)信息，作為相應(yīng)的判斷依據(jù)，因本檢測單元采用RS485總線，只接收信息，故不會對電子柜產(chǎn)生任何負面影響。同時，本單元還接收機車監(jiān)控設(shè)備的公共信息，包括時間、速度、公里標、車次、區(qū)段號、車站號、司機號、副司機號和機車號等。這些信息對進行故障診斷及事故分析具有重要的意義。

四、通訊
車上通訊共分為兩個部分，在數(shù)據(jù)采集處理部分，信息處理單元板通過串口方式與各個單元之間進行通訊。在信息處理單元板與兩端的ARM主機板顯示屏之間，為提高抗干擾能力，采用CAN總線進行通訊。

五、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲
通過ARM主機上面的高速USB接口，用優(yōu)盤將記錄的機車數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲至地面計算機。方式內(nèi)容為機車整個運行過程中詳細的機車狀態(tài)信息和故障記錄以及公共信息。