一种基于轨道交通的车载PHM数据检测与处理系统的制作方法

本发明涉及轨道交通检测技术领域，具体而言，尤其涉及一种基于轨道交通的车载phm数据检测与处理系统。

背景技术：

目前轨道交通行业迅速发展，轨道交通的体量越来越大，随之而来的就是列车的故障分析、维护等问题面临多方面的挑战。故障与健康管理系统(phm)利用传感器采集的数据信息，借助信息技术进行分析、汇总、诊断评估系统的运行健康状态，使设备更安全、更可靠的运行，降低维护成本。

目前，轨道交通行业中监测、评估、诊断机车运行数据、电机数据的实现方式是将各类传感器数据通过多个信号板采集后汇总到牵引控制单元的cpu板中，由牵引控制单元的cpu板完成故障的评估和诊断。此种实现方式技术成熟，应用广，适用于数据量较小、数据分析与处理要求不高的工况下。

现有的机车运行数据、电机运行数据的监测分析与评估诊断是集成在牵引控制单元中，由于牵引控制单元是控制机车的牵引电机等的运行，无法实现较复杂的诊断分析工作。而目前的轨道交通行业发展迅速，相应的智能化、高效率、精准化的要求也越来越高，需要处理的数据量也更大，传统的实现方式已经越来越不适用。

技术实现要素：

根据上述提出的技术问题，而提供一种基于轨道交通的车载phm数据检测与处理系统。本发明的技术方案实现了牵引电机轴承振动状态、牵引电机温度状态、编码信息等数据的自动采集；通过车载网络接收牵引电机速度、机车运行状态等信息；在线完成数据处理、存储、特征量计算、故障预警、数据传输等功能，实现较大数据量的处理。

本发明采用的技术手段如下：

一种基于轨道交通的车载phm数据检测与处理系统，包括：背板卡与所述背板卡连接的电源板卡、cpu板卡以及信号采集板卡；所述背板卡通过以太网实现与所述电源板卡、cpu板卡以及信号采集板卡间的通信；

所述背板卡用于供电输出，实现总线连接；

所述电源板卡用于为所述cpu板卡和信号采集板卡提供工作电源；

所述信号采集板卡用于采集8路牵引电机轴承振动状态信息、8路牵引电机温度状态信息以及3路编码信息；

所述cpu板卡用于接收所述信号采集板卡采集的数据，并通过车载网络接收机车运行数据，将数据进行综合处理、评估以及诊断。

进一步地，所述背板卡上还预留有一个信号采集板板位，用于信号采集的扩展。

进一步地，所述电源板卡包括电性连接的滤波保护模块、dc-dc隔离变换模块，滤波电路模块以及背板侧接口，所述背板侧接口连接所述背板卡。

进一步地，所述信号采集板卡包括电性连接的电源模块、主处理器、存储器、8路调理电路ⅰ、8路调理电路ⅱ、3路di电路以及背板接口ⅰ；

所述信号采集板卡采集的8路牵引电机轴承振动状态信息、8路牵引电机温度状态信息以及3路编码信息经过所述8路调理电路ⅰ、8路调理电路ⅱ、3路di电路以及ad转换芯片汇总至所述主处理器进行处理，所述背板接口连接所述背板卡，所述背板卡通过以太网将处理后的数据传输至所述cpu板卡。

进一步地，所述主处理器包括arm处理器和fpga处理器；

所述fpga处理器实时检测所述8路调理电路ⅰ、8路调理电路ⅱ、3路di电路的状态，并控制所述8路调理电路ⅰ、8路调理电路ⅱ、3路di电路的ad转换芯片完成数模转换和数字滤波处理；

所述arm处理器汇总所述fpga处理器发送的数据，并将汇总后的数据发送至所述cpu板卡。

进一步地，所述cpu板卡包括x86凌动tm处理器e3845、主存储器msata、辅助存储器、以太网ⅰ模块、以太网ⅱ模块以及背板接口ⅱ；

所述背板接口ⅱ连接所述背板卡，通过所述背板卡的以太网总线接收所述信号采集板卡采集的8路牵引电机轴承振动状态信息、8路牵引电机温度状态信息以及3路编码信息；同时通过所述以太网ⅰ模块接收机车运行状态信息，通过所述以太网ⅱ模块接收车速信息，结合预设的报警机制、存储机制诊断评估算法，执行诊断结果。

较现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明提供的基于轨道交通的车载phm数据检测与处理系统，具有很强的实用性，体积小，可扩展性强。

2、本发明提供的基于轨道交通的车载phm数据检测与处理系统，实现了牵引电机轴承振动状态、牵引电机温度状态、编码信息等数据的自动采集。

3、本发明提供的基于轨道交通的车载phm数据检测与处理系统，通过车载网络接收牵引电机速度、机车运行状态等信息；

4、本发明提供的基于轨道交通的车载phm数据检测与处理系统，在线完成数据处理、存储、特征量计算、故障预警、数据传输等功能，实现较大数据量的处理，使系统的智能化、高效、精准化程度越来越高，提高机车故障诊断效率，使设备更安全、更可靠的运行，降低维护成本。

基于上述理由本发明可在轨道交通检测等领域广泛推广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明系统结构框图。

图2为本发明电源板卡原理框图。

图3为本发明信号采集板卡原理框图。

图4为本发明cpu板卡原理框图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

如图1所示，本发明提供了一种基于轨道交通的车载phm数据检测与处理系统，包括：背板卡与所述背板卡连接的电源板卡、cpu板卡以及信号采集板卡；所述背板卡通过以太网实现与所述电源板卡、cpu板卡以及信号采集板卡间的通信；

所述背板卡用于供电输出，实现总线连接；背板卡上还预留有一个信号采集板板位，用于信号采集的扩展。

所述电源板卡用于为所述cpu板卡和信号采集板卡提供工作电源；

所述信号采集板卡用于采集8路牵引电机轴承振动状态信息、8路牵引电机温度状态信息以及3路编码信息；

所述cpu板卡用于接收所述信号采集板卡采集的数据，并通过车载网络接收机车运行数据，将数据进行综合处理、评估以及诊断。(如特征量计算、故障预警、数据传输等功能)

具体实施时，优选地，如图2所示，所述电源板卡包括电性连接的滤波保护模块、dc-dc隔离变换模块，滤波电路模块以及背板侧接口，所述背板侧接口连接所述背板卡。所述电源板卡将蓄电池提供的110vdc经过dc-dc隔离变换，转换为5vdc，为cpu板板和信息采集板板提供工作电源。

具体实施时，优选地，如图3所示，所述信号采集板卡包括电性连接的电源模块、主处理器、存储器、8路调理电路ⅰ、8路调理电路ⅱ、3路di电路以及背板接口ⅰ；其工作原理如下：

所述信号采集板卡采集的8路牵引电机轴承振动状态信息、8路牵引电机温度状态信息以及3路编码信息经过所述8路调理电路ⅰ、8路调理电路ⅱ、3路di电路以及ad转换芯片汇总至所述主处理器进行处理，所述背板接口连接所述背板卡，所述背板卡通过以太网将处理后的数据传输至所述cpu板卡。其中，所述主处理器包括arm处理器和fpga处理器；所述fpga处理器实时检测所述8路调理电路ⅰ、8路调理电路ⅱ、3路di电路的状态，并控制所述8路调理电路ⅰ、8路调理电路ⅱ、3路di电路的ad转换芯片完成数模转换和数字滤波处理；所述arm处理器根据cpu板板指令将模式信息发送给fpga处理器，汇总所述fpga处理器发送的数据，并将汇总后的数据发送至所述cpu板卡。

具体实施时，优选地，如图4所示，所述cpu板卡包括x86凌动tm处理器e3845(主频1.91ghz，)、主存储器msata(512gb容量)、辅助存储器ddr3l(4gb容量)、以太网ⅰ模块、以太网ⅱ模块以及背板接口ⅱ；其工作原理如下：

所述背板接口ⅱ连接所述背板卡，通过所述背板卡的以太网总线(百兆/千兆自适应)接收所述信号采集板卡采集的8路牵引电机轴承振动状态信息、8路牵引电机温度状态信息以及3路编码信息；同时通过所述以太网ⅰ模块(百兆/千兆自适应)接收机车运行状态信息，通过所述以太网ⅱ模块(百兆/千兆自适应)接收车速信息，结合预设的报警机制、存储机制诊断评估算法，执行诊断结果。此处涉及的报警机制、存储机制诊断评估算法均为现有技术，故在此处不作赘述。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。

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