第11章微機(jī)測控系統(tǒng)軟件設(shè)計實例11.1自動化物流倉儲管理監(jiān)控系統(tǒng)11.2監(jiān)控計算機(jī)與PLC通信協(xié)議應(yīng)用實例11.3機(jī)車設(shè)備狀態(tài)檢測與故障診斷系統(tǒng)

11.1自動化物流倉儲管理監(jiān)控系統(tǒng)

11.1.1問題描述

隨著交通運(yùn)輸業(yè)特別是航空業(yè)的不斷發(fā)展，國內(nèi)各國際機(jī)場航空貨運(yùn)量與日俱增，給機(jī)場貨物儲存及管理帶來了很大困難。許多新建或擴(kuò)建機(jī)場均建立了自動化立體倉庫系統(tǒng)，用于對航空貨物的進(jìn)出港管理。相應(yīng)地，用計算機(jī)實現(xiàn)這種管理不僅節(jié)省人力、物力而且安全準(zhǔn)確。因此出現(xiàn)了基于現(xiàn)場總線技術(shù)的物流系統(tǒng)測控技術(shù)研究。

1．自動化立體倉庫

自動化立體倉庫系統(tǒng)(AutomatedStorageandRetrievalSystem，AS/RS)是指在不直接進(jìn)行人工處理的條件下，運(yùn)輸設(shè)備能夠自動地存入和取出貨物的多層倉庫存儲系統(tǒng)。

這個定義包含以下幾個方面的含義：

(1)自動化立體倉庫系統(tǒng)包括多層貨架、運(yùn)輸設(shè)備以及計算機(jī)控制和通信系統(tǒng)。

(2)自動化立體倉庫系統(tǒng)以高層立體貨架為標(biāo)志，以成套先進(jìn)的搬運(yùn)設(shè)備為基礎(chǔ)，以先進(jìn)的計算機(jī)控制技術(shù)為主要手段，高效率地利用倉儲空間，節(jié)約時間和人力進(jìn)行貨物出入庫作業(yè)。

(3)自動化立體倉庫的設(shè)計和規(guī)劃是集物流監(jiān)控技術(shù)、計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)、通信技術(shù)、設(shè)備及貨位優(yōu)化管理等技術(shù)于一體的綜合工程項目。自動化立體倉庫主要由機(jī)械設(shè)施、電氣設(shè)施和土建設(shè)施三類設(shè)施組成。

自動化立體倉庫的機(jī)械設(shè)備一般包括存儲機(jī)械、搬運(yùn)機(jī)械、輸送機(jī)械、貨架、貨箱或托盤等設(shè)備。

自動化立體倉庫中的電氣與電子設(shè)備主要指檢測裝置、控制裝置、通信設(shè)備、監(jiān)控調(diào)度設(shè)備、計算機(jī)管理設(shè)備以及屏幕顯示圖像監(jiān)視等設(shè)備。自動化立體倉庫有如下優(yōu)點(diǎn)：

(1)高層貨架存儲。由于使用高層貨架存儲貨物，存儲區(qū)可以大幅度向高空發(fā)展，因此節(jié)省了庫存占地面積，提高了空間利用率。目前，世界上最高的立體倉庫高度已經(jīng)達(dá)到50米。立體倉庫單位面積的存儲量可達(dá)到7.5噸/平方米，是普通倉庫的5～10倍。

(2)自動存取。AS/RS采用機(jī)械和自動化設(shè)備，運(yùn)行處理速度快，提高了勞動生產(chǎn)率，降低了操作人員的勞動強(qiáng)度。同時，AS/RS能方便地納入企業(yè)的物流系統(tǒng)，使企業(yè)物流更趨合理化；采用自動化技術(shù)后，還能更好地滿足黑暗、低溫、污染、有毒和易爆等特殊條件下的物品存儲需要。如國內(nèi)已有的冷凍品自動化倉庫和存儲膠片的自動化倉庫，在低溫和完全黑暗的庫房內(nèi)，由計算機(jī)自動控制，實現(xiàn)貨物的出入庫作業(yè)，從而改善了工作環(huán)境，保證了安全操作，促進(jìn)了文明生產(chǎn)。

(3)計算機(jī)控制。計算機(jī)能夠始終不知疲倦并且正確無誤地對各種信息進(jìn)行存儲和管理，因而能夠減少貨物和信息處理過程中的差錯。

自動化倉庫的信息系統(tǒng)可以與企業(yè)的生產(chǎn)信息系統(tǒng)集成，實現(xiàn)企業(yè)信息管理的自動化。倉儲管理及時準(zhǔn)確，便于企業(yè)決策者及時掌握庫存情況，根據(jù)生產(chǎn)以及市場情況及時對企業(yè)規(guī)劃做出調(diào)整，提高了決策能力和生產(chǎn)的應(yīng)變能力。

使用自動化倉庫，會提高企業(yè)其他部門人員的素質(zhì)，還有其他的間接效益，如提高裝卸速度等。

2．解決方案綜述

現(xiàn)假定某機(jī)場設(shè)計的大型立體倉庫系統(tǒng)貨架區(qū)有3個巷道，每個巷道由2排8層20列共320個貨位組成，主要存放機(jī)場進(jìn)出港散貨，如圖11-1所示。每個巷道配備一臺巷道式堆垛機(jī)用于對存放貨物的貨箱進(jìn)行出入庫作業(yè)，在每個巷道的兩端(陸側(cè)和空側(cè))各安裝有顯示正在作業(yè)箱號的LED顯示屏。整個系統(tǒng)的控制由位于陸側(cè)控制室內(nèi)的監(jiān)控計算機(jī)進(jìn)行

控制。圖11-1某機(jī)場大型自動化立體倉儲系統(tǒng)該系統(tǒng)中上位監(jiān)控機(jī)與主PLC的數(shù)據(jù)交換采用了MPI(MultiplePointInterface)總線技術(shù)，通過VisualBasic的監(jiān)控程序來調(diào)用PRODAVEMPI動態(tài)鏈接庫DLL(借助于西門子公司提供的數(shù)據(jù)通信卡CP5611)，實現(xiàn)上位監(jiān)控機(jī)對主PLCCPU315-2DP數(shù)據(jù)的讀寫操作，然后由主PLC與各巷道堆垛機(jī)控制器PLC通過PROFIBUS現(xiàn)場總線進(jìn)行數(shù)據(jù)的通信，從而完成自動化立體倉庫系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信任務(wù)，為自動化立體倉庫各種作業(yè)的自動控制奠定了基礎(chǔ)。自動化立體倉庫系統(tǒng)中上位機(jī)和下位機(jī)交換的信息大體有聯(lián)/脫機(jī)信息、作業(yè)信息、查詢信息和應(yīng)答信息四種，而以上四種信息的傳輸都是利用PRODAVE提供的數(shù)據(jù)傳輸函數(shù)來完成的。圖11-2給出了倉庫系統(tǒng)中上位機(jī)PC與主PLC進(jìn)行信息交換的流程圖。圖11-2PC與主PLC信息交換流程圖11.1.2系統(tǒng)構(gòu)成

圖11-3是為機(jī)場進(jìn)行散貨處理而設(shè)計的立體倉庫控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)原理圖?，F(xiàn)在根據(jù)自頂而下的順序來介紹各個組成部分的作用。圖11-3系統(tǒng)構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)圖

1．工業(yè)以太網(wǎng)卡

工業(yè)以太網(wǎng)卡的作用是實現(xiàn)立體倉庫監(jiān)控計算機(jī)與機(jī)場內(nèi)部乃至民航系統(tǒng)的其他高層管理子網(wǎng)的連接，以及實現(xiàn)工業(yè)環(huán)境下信息的交換。

2．VB編程的監(jiān)控程序

通過VisualBasic6.0(企業(yè)版)開發(fā)軟件編制的上位機(jī)監(jiān)控程序，可實現(xiàn)上位機(jī)對下位機(jī)PLC控制系統(tǒng)的集中控制。監(jiān)控程序是系統(tǒng)操作人員對倉庫系統(tǒng)進(jìn)行控制和指揮的中心。

3．MicrosoftAccess數(shù)據(jù)庫

MicrosoftAccess數(shù)據(jù)庫是系統(tǒng)設(shè)計時采用的本地數(shù)據(jù)庫。利用此數(shù)據(jù)庫可管理和存儲立體倉庫中許多重要的帳目。

4．PRODAVEMPI動態(tài)鏈接庫

利用西門子公司的MPI(MultiPointInterface)多點(diǎn)接口可實現(xiàn)上位監(jiān)控機(jī)與下位機(jī)PLC系統(tǒng)的通信。

5．STEP7編程工具軟件

STEP7是用來組態(tài)和編程的西門子可編程控制器的標(biāo)準(zhǔn)的軟件包。它是西門子工業(yè)軟件的成員之一。本系統(tǒng)PLC應(yīng)用程序的編寫，PROFIBUS現(xiàn)場總線的配置，上位機(jī)、下位機(jī)通信接口的確定等工作正是利用人機(jī)界面友好的STEP7軟件完成的。

6．CP5611通信卡

CP5611通信卡是西門子公司提供的上位監(jiān)控機(jī)與下位機(jī)(PLC)總線的接口卡。通過CP5611通信卡可完成在上位機(jī)上編制的STEP7應(yīng)用程序的下載工作。它是監(jiān)控機(jī)與下位機(jī)系統(tǒng)通信信息傳輸?shù)挠布缑妗?/p>

7．CPU315-2DPCPU模塊

此CPU模塊是西門子S300系列的一個典型模塊。本系統(tǒng)有三個這樣的模塊，其中一個是PLC組管理模塊，它是下位機(jī)系統(tǒng)的核心。上位機(jī)直接控制PLC組管理模塊，上位機(jī)的所有信息通過它傳遞給兩個巷道的堆垛機(jī)控制器PLC(每臺堆垛機(jī)有一臺PLC進(jìn)行控制)，同時堆垛機(jī)控制器PLC的信息也通過PLC組管理模塊來傳遞各上位監(jiān)控機(jī)，從而實現(xiàn)了上位機(jī)、組管理器PLC(主PLC)和各堆垛機(jī)控制器PLC之間信息的交換，是上位機(jī)和下位機(jī)PLC進(jìn)行信息交換的樞紐和協(xié)調(diào)中心。

8．CP340模塊

CP340模塊是PLC通信接口模塊。主PLC的CPU模塊與各堆垛機(jī)控制器PLC模塊的信息以及各巷道箱號LED顯示器的通信信息的接收和發(fā)送都是借助于此接口模塊完成的。

9．I/O工作站

I/O工作站是各巷道堆垛機(jī)控制器PLC輸入、輸出信息以及其他外部信息的匯集場所。

10．觸摸屏

本倉庫每個巷道的出入庫作業(yè)端有一個觸摸屏，用于在操作現(xiàn)場顯示各巷道堆垛機(jī)的工作狀態(tài)、工作方式(離線、在線)，也可以在上位機(jī)故障等情況下方便操作人員直接給堆垛機(jī)輸入出入庫操作指令，進(jìn)行系統(tǒng)離線情況下的堆垛機(jī)出入庫作業(yè)。

11．紅外通信器

由于本系統(tǒng)采用紅外線通信，因此在每個巷道的端口和堆垛機(jī)上均裝有紅外通信器，以實時發(fā)送和接收通信數(shù)據(jù)信息幀。綜上所述，本系統(tǒng)是一個集中控制方式控制的自動化立體倉庫控制系統(tǒng)。它是上位監(jiān)控機(jī)借助于CP5611通信卡，實現(xiàn)與PROFIBUS現(xiàn)場總線的連接，從而實現(xiàn)對下位機(jī)系統(tǒng)的控制來完成各種控制功能。

為了提高整個系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，本系統(tǒng)在硬件和軟件均采取了可靠性措施。硬件方面除采用高可靠性的設(shè)備外，同時采用雙機(jī)冗余系統(tǒng)；軟件方面也采取多種提高可靠性的措施。11.1.3上位機(jī)和下位機(jī)PLC的通信問題

隨著PC系列計算機(jī)功能的不斷完善，PC機(jī)的應(yīng)用范圍已經(jīng)不僅僅局限于辦公室文檔處理和編程，同時在工業(yè)現(xiàn)場的應(yīng)用也日益廣泛。但如何把PC機(jī)的各種編程功能、數(shù)據(jù)處理功能與現(xiàn)有的PLC可編程控制器的控制功能聯(lián)系起來，實現(xiàn)上位機(jī)與PLC之間的數(shù)據(jù)通信，從而達(dá)到工業(yè)控制的目的，這是工業(yè)設(shè)備控制系統(tǒng)設(shè)計人員面臨的一個問題。西門子公司提供的PRODAVES7軟件包則較好地解決了PC機(jī)與PLC可編程控制器之間的數(shù)據(jù)鏈接問題。

1．動態(tài)鏈接庫

Windows系統(tǒng)實際上是由許多功能強(qiáng)大的動態(tài)鏈接庫(DynamicLinkLibrary，DLL)組成的。Windows的許多應(yīng)用程序都能調(diào)用DLL。這就像DOS系統(tǒng)為DOS應(yīng)用程序設(shè)計提供許多強(qiáng)大的中斷功能一樣，不僅大大方便了應(yīng)用程序的開發(fā)，而且避免了各個應(yīng)用程序的代碼冗余。VisualBasic本身也是通過DLL函數(shù)或過程工作的，同時，VisualBasic也容許其他應(yīng)用程序直接調(diào)用DLL函數(shù)。采用DLL的優(yōu)點(diǎn)是易于修改和內(nèi)存利用率高。由于DLL與應(yīng)用程序分開，因此，當(dāng)DLL升級或改動時，應(yīng)用程序不做任何修改而可以直接運(yùn)行。由于幾個應(yīng)用程序可以共享一個DLL，而不必在所有程序中都復(fù)制其中的例程，因此，這既減少了應(yīng)用程序運(yùn)行所需的內(nèi)存空間，也減小了應(yīng)用程序本身的大小，從而提高了內(nèi)存利用率。

2．通信的實現(xiàn)

PRODAVES7的動態(tài)鏈接庫(DLL)提供了大量的基于WindowsNT、Windows95/98、Windows3.11或者M(jìn)S-DOS的函數(shù)，供用戶解決PLC與PC之間的數(shù)據(jù)交換和數(shù)據(jù)處理問題。利用PRODAVES7提供的這些函數(shù)，并且借助于PLC的多點(diǎn)接口模塊，例如CP5411、CP5511、CP5611或者PC/MPI電纜，便可以方便地在PLC與PC之間建立數(shù)據(jù)鏈接。開發(fā)工程師不需要掌握很多有關(guān)通信、總線方面的知識，就可以進(jìn)行PC機(jī)與PLC之間的數(shù)據(jù)通信。

PRODAVES7不僅可以監(jiān)控工業(yè)系統(tǒng)控制過程，而且可以提供幾種函數(shù)調(diào)用方式，從PC機(jī)直接對PLC的數(shù)據(jù)塊進(jìn)行讀寫，以達(dá)到實時控制的目的。PRODAVES7提供了大量的面向不同環(huán)境和場合的數(shù)據(jù)通信功能，VisualBasic6.0通過對這些函數(shù)的調(diào)用就可以實現(xiàn)上位機(jī)和下位機(jī)的信息交換。例如，通過load_tool函數(shù)實現(xiàn)上位機(jī)PC與PLC系統(tǒng)初始化連接；通過unload_tool函數(shù)斷開上位機(jī)PC與PLC的連接；通過a_field_read函數(shù)從PLC讀取輸出字節(jié)。11.1.4物流系統(tǒng)的軟件模擬仿真

隨著自動化倉儲系統(tǒng)的大量涌現(xiàn)，產(chǎn)生了操作員的教學(xué)與培訓(xùn)問題?？紤]到在現(xiàn)場教學(xué)和培訓(xùn)成本較高，并且存在影響正常生產(chǎn)運(yùn)行秩序和安全隱患等諸多不利因素，有必要開發(fā)相應(yīng)的仿真模擬軟件用于解決上述問題。該系統(tǒng)以國內(nèi)某大型國際機(jī)場自動化物流系統(tǒng)為研制背景，涉及航空、鐵路以及公路等交通領(lǐng)域。系統(tǒng)要做到功能齊全而且方便、實用，上、下位機(jī)均采用PC機(jī)，運(yùn)作的成本低，基本不涉及硬件。軟件系統(tǒng)具有運(yùn)單信息錄入及作業(yè)指令發(fā)送、多任務(wù)同步操作、數(shù)據(jù)庫同步更新、貨位狀態(tài)自動檢測、多巷道堆垛機(jī)運(yùn)動學(xué)仿真與動態(tài)顯示、上/下位機(jī)監(jiān)控和通信實時性好、各種數(shù)據(jù)庫查詢及報表打印、重要數(shù)據(jù)庫的備份等功能特點(diǎn)。

1．系統(tǒng)的工作原理

1)系統(tǒng)的構(gòu)成

圖11-4是自動化物流仿真與監(jiān)控系統(tǒng)上、下位機(jī)的工作原理結(jié)構(gòu)圖。整個物流仿真與監(jiān)控系統(tǒng)的自動化倉儲部分分為幾個獨(dú)立的作業(yè)巷道，可以同時或單獨(dú)作業(yè)。系統(tǒng)工作模式分為在線(全自動)和離線(半自動)兩種。上、下位機(jī)均可改變工作模式或發(fā)出緊急停車命令，與實際系統(tǒng)完全相符。圖11-4仿真系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)框圖

2)上、下位機(jī)的工作方式

上位機(jī)的工作方式：當(dāng)進(jìn)入上位機(jī)系統(tǒng)后，用戶先可選擇是否聯(lián)掛下位機(jī)(可通過操作員對話窗口進(jìn)行通信應(yīng)答)，分為在線(自動)和離線(手動)方式。系統(tǒng)通常處于在線方式，用戶可對作業(yè)類別、巷道、站臺進(jìn)行選擇，然后可進(jìn)行相關(guān)操作。當(dāng)系統(tǒng)處于離線方式時，上、下位機(jī)可以自行安排各自的工作，處理相應(yīng)的事務(wù)。在線時上位機(jī)可以同時對三個巷道發(fā)出作業(yè)指令，包括急停指令以及改變工作模式等。下位機(jī)的工作方式：當(dāng)進(jìn)入下位機(jī)系統(tǒng)后，操作員也可選擇是否掛接，當(dāng)選擇聯(lián)掛時，還需正確地進(jìn)行端口選擇，確認(rèn)正確后，就可在下位機(jī)進(jìn)行模擬操作，上位機(jī)同時進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)控?？蛇M(jìn)行的操作有巷道通過、空箱入庫、空箱出庫、添加入庫、揀選出庫、整箱入庫和整箱出庫等。每當(dāng)進(jìn)行一次操作，系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫都會進(jìn)行更新操作，更新的數(shù)據(jù)庫可通過貨位狀態(tài)顯示出來(鼠標(biāo)右鍵單擊相應(yīng)的貨位)。

3)上、下位機(jī)的通信

系統(tǒng)采用MSComm控件并配合Timer控件，用編程的方法解決上位監(jiān)控PC與下位仿真PC之間的數(shù)據(jù)傳遞問題。以Windows為平臺的操作系統(tǒng)提供了大量的WindowsAPI函數(shù)，以這些函數(shù)為接口，可以獲得對VB有用的來自Windows系統(tǒng)本身的消息。通過WindowsAPI函數(shù)，VB也可以給操作系統(tǒng)發(fā)送消息。針對整個物流仿真與監(jiān)控系統(tǒng)的特點(diǎn)，通信波特率選定為9600b/s。在上、下位機(jī)的數(shù)據(jù)傳送中，采用了上、下位機(jī)約定的握手和通信協(xié)議，控制指令、作業(yè)指令和狀態(tài)信息的傳輸均采用相對固定的數(shù)據(jù)幀格式。為了提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院蜏?zhǔn)確性，對所要傳送的不同的數(shù)據(jù)幀加前綴和后綴的同時，還采用校驗和的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。通過軟件編程，可提高系統(tǒng)對各巷道設(shè)備的實時監(jiān)控能力和多任務(wù)操作時的計算機(jī)響應(yīng)速度和實時性。上位監(jiān)控PC與下位運(yùn)動學(xué)仿真PC進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，上位機(jī)向下位機(jī)發(fā)送各種作業(yè)指令、控制指令及更新數(shù)據(jù)庫信息，下位機(jī)則向上位機(jī)發(fā)送指令完成狀況、下位機(jī)工作狀態(tài)等信息來反饋上位機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)。通信方式采用RS232/RS485串口通信標(biāo)準(zhǔn)。以一臺計算機(jī)服務(wù)器為中心，采用上位機(jī)來控制一臺下位機(jī)，也可通過串口擴(kuò)展(例如一拖四)來控制多臺下位機(jī)。系統(tǒng)構(gòu)建采用服務(wù)器/客戶機(jī)模式，若僅有一臺下位仿真計算機(jī)，則數(shù)據(jù)庫的訪問采用對等網(wǎng)即可實現(xiàn)；若有多臺下位機(jī)，則可通過集線器(Hub)或交換機(jī)來實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫資源的共享和查詢。例如，下位機(jī)通過查詢上位機(jī)數(shù)據(jù)庫有關(guān)貨位狀態(tài)數(shù)據(jù)表，可以得到貨位狀態(tài)的當(dāng)前信息和貨位狀態(tài)直觀圖等。

2．系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)平臺上位機(jī)采用Windows2000Server(或NT4.0)操作系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫采用SQLServer；下位機(jī)采用Windows2000/XP或以上操作系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫采用開放式通用數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)MicrosoftAccess。應(yīng)用軟件設(shè)計采用VisualBasic系統(tǒng)編程。圖11-5給出了自動化物流系統(tǒng)仿真上位機(jī)出入庫作業(yè)的軟件流程圖。系統(tǒng)具有運(yùn)單信息錄入、作業(yè)指令發(fā)送、實時數(shù)據(jù)庫更新、實時貨位狀態(tài)檢測與動態(tài)顯示、實時發(fā)送各種控制指令、數(shù)據(jù)庫查詢和報表打印功能。此外，系統(tǒng)還具有所有數(shù)據(jù)庫備份和設(shè)備狀態(tài)的實時監(jiān)控功能。圖11-5自動化物流系統(tǒng)仿真上位機(jī)出入庫作業(yè)的軟件流程圖

1)上位機(jī)的特點(diǎn)

系統(tǒng)的上位機(jī)部分主要的功能是負(fù)責(zé)整個系統(tǒng)的管理與監(jiān)控。有關(guān)該部分的內(nèi)容在相關(guān)物流處理系統(tǒng)的文章中已作詳細(xì)闡述，其主要特點(diǎn)為：

(1)貨位自動搜索功能；

(2)實時測控與多任務(wù)并重；

(3)完善的系統(tǒng)用戶管理功能；

(4)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫查詢、統(tǒng)計和報表打印功能。

上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)仿真主工作界面如圖11-6所示。圖11-6上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)仿真主工作界面

2)下位機(jī)的主要技術(shù)環(huán)節(jié)

(1)貨架狀態(tài)圖顯示功能。各巷道貨位狀態(tài)和信息均可以在貨架圖形顯示模塊中以圖形方式進(jìn)行顯示，如從巷道直觀圖可以顯示貨位號碼、所在層數(shù)、列數(shù)、貨位狀態(tài)、箱內(nèi)貨物的種類等，使操作員進(jìn)行操作時一目了然，方便了系統(tǒng)操作員的操作。

(2)堆垛機(jī)動態(tài)顯示功能。當(dāng)接收到上位機(jī)傳送的信息(在線狀態(tài))時，用Shape控件模擬的堆垛機(jī)自動尋址，同樣接收和儲存的貨物也用Shape控件進(jìn)行模擬，使模擬的效果更加逼真。堆貨機(jī)前進(jìn)的過程中不斷顯示堆貨機(jī)所經(jīng)過的層數(shù)、列數(shù)，以及當(dāng)前的狀態(tài)，將其傳給上位機(jī)。下位機(jī)倉儲系統(tǒng)仿真主工作界面如圖11-7所示。圖11-7下位機(jī)倉儲系統(tǒng)仿真主工作界面

3．仿真過程中數(shù)學(xué)模型的建立

數(shù)學(xué)模型的建立可以提高軟件的運(yùn)行效率和優(yōu)化系統(tǒng)的整體性能，同時也使程序更為簡捷、易讀，使以后軟件的維護(hù)更為方便。仿真軟件在實現(xiàn)過程中建立了許多數(shù)學(xué)模型，限于篇幅考慮，僅以下位機(jī)貨庫的繪制過程、堆垛機(jī)的工作狀態(tài)和貨位情況為例作一說明。

1)貨庫繪制數(shù)學(xué)模型

(1)符號的說明：

DeltaX：整體貨庫左邊界；

DeltaY1：巷道左側(cè)貨庫上邊界；

DeltaY2：巷道右側(cè)貨庫上邊界；

Col(i)：貨庫的層數(shù)，i從1到8；

Row(j)：貨庫的列數(shù)，j從1到20；PathLeft(m，Col，Row)：巷道左側(cè)顏色數(shù)組；

PathRight(m，Col，Row)：巷道右側(cè)顏色數(shù)組；

Length：貨位的長度；

Width：貨位的寬度；

Distance：貨位間的距離；

Line…－Step(…)：畫貨位語句。

(2)模型的建立：

左側(cè)：

Line(DeltaX＋(Col(i)×Length)，DeltaY1＋((8－Row(j)×Width))－Step((Length－Distance)，(Width－Distance))，PathLeft(i，Col，Row)，BF

右側(cè)：

Line(DeltaX＋(Col(i)×Length)，DeltaY2＋((8－Row(j)×Width))－Step((Length－Distance)，(Width－Distance))，PathRight(i，Col，Row)，BF

其中，i從1到8；j從1到20。在PathLeft和PathRight中，m的值為1或2。

2)堆垛機(jī)的工作狀態(tài)及貨位情況數(shù)學(xué)模型

(1)符號的說明：

m：巷道號(值為1、2或3)；

Shape(m).Left：堆垛機(jī)或鼠標(biāo)點(diǎn)擊距左端距離；

Shape(m).Top：堆垛機(jī)或鼠標(biāo)點(diǎn)擊距上端距離；

Row：列數(shù)；

Col：層數(shù)；Deltax：左邊距；

DeltaY1：巷道左側(cè)上邊距；

DeltaY2：巷道右側(cè)上邊距；

Length：貨位長度；

Width：貨位寬度。

(2)模型的建立：

左側(cè)：

?Row(Shape(m).Left-DeltaX)\Length+1

?

Col7-(Shape(m).Top-DeltaY1)\Width

右側(cè)：

?Row(Shape(m).Left-DeltaX)\Length+1

Col(Shape(m).Top–DeltaY2)\Width＋1交通自動化物流倉儲仿真與監(jiān)控系統(tǒng)從現(xiàn)場的實際情況和使用要求出發(fā)，真實模擬了自動化物流倉儲系統(tǒng)工作的主要過程，效果逼真、簡便實用，整個系統(tǒng)對硬件的依賴程度很小，開發(fā)和研制費(fèi)用相對較低。與在實際現(xiàn)場進(jìn)行人員培訓(xùn)相比，使用該系統(tǒng)不僅可以減少對生產(chǎn)運(yùn)營造成的沖擊，避免潛在的事故隱患，而且可以大幅度降低培訓(xùn)費(fèi)用和縮短培訓(xùn)周期。該系統(tǒng)緊跟當(dāng)前自動化物流倉儲系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，必將為交通物流系統(tǒng)的仿真與監(jiān)控技術(shù)的深入研究奠定扎實的基礎(chǔ)，具有良好的應(yīng)用前景。

11.2監(jiān)控計算機(jī)與PLC通信協(xié)議應(yīng)用實例

11.2.1問題描述

11.1節(jié)中介紹了某機(jī)場物流倉儲管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和基本工作原理，并著重闡述了上位監(jiān)控機(jī)軟件設(shè)計的細(xì)節(jié)。而上位機(jī)監(jiān)控對象都是經(jīng)過PLC直接控制和執(zhí)行的前端堆垛機(jī)。所以，監(jiān)控機(jī)與PLC的數(shù)據(jù)交換成為系統(tǒng)工作的樞紐，起著至關(guān)重要的作用。在本節(jié)中，主要闡述監(jiān)控機(jī)與PLC通信協(xié)議的制定方案和下位機(jī)工作原理。有了這一部分內(nèi)容，這個物流倉儲管理系統(tǒng)才是一個完整的、有實際工作意義的系統(tǒng)。該機(jī)場貨運(yùn)站物流處理系統(tǒng)軟件，即以一臺計算機(jī)服務(wù)器為中心，采用MPI現(xiàn)場總線方式控制多臺下位機(jī)，下位機(jī)以多臺PLC組管理器為核心，采用PROFIBUS總線和紅外通信技術(shù)，并配以相應(yīng)的傳感器、控制和驅(qū)動設(shè)備組成下位機(jī)控制系統(tǒng)。軟件系統(tǒng)具有運(yùn)單信息錄入及作業(yè)指令同步發(fā)送等多任務(wù)功能、實時數(shù)據(jù)采集更新數(shù)據(jù)庫、實時貨位狀態(tài)檢測與動態(tài)顯示、實時發(fā)送各種控制指令、強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫查詢及各種報表打印功能。此外，系統(tǒng)還具有所有重要數(shù)據(jù)庫備份以及PLC通信和設(shè)備狀態(tài)實時監(jiān)測功能。

以現(xiàn)場總線為物理介質(zhì)的PC與PLC網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)框圖如圖11-8所示。圖11-8PC與PLC網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)框圖

1．監(jiān)控站

監(jiān)控站(PC)同時具有控制器、工程師站和操作站的功能。它不但完成對PLC等接入現(xiàn)場總線的智能設(shè)備進(jìn)行編程、控制和數(shù)據(jù)交換，而且還完成與上位機(jī)之間的通信功能。監(jiān)控站的工程師站可以設(shè)定和修改對象的參數(shù)，并將所做修改的數(shù)據(jù)保存于數(shù)據(jù)庫中。監(jiān)控站的操作站用來實現(xiàn)操作和監(jiān)控，完成顯示、打印數(shù)據(jù)和報警等功能。

2．現(xiàn)場總線

現(xiàn)場總線是這個系統(tǒng)的重要且關(guān)鍵的組件，它提供監(jiān)控層(PC)與控制層PLC之間完善的數(shù)據(jù)通信，通信協(xié)議采用現(xiàn)場總線協(xié)議。

3．通信條件

根據(jù)現(xiàn)場總線可連接的設(shè)備以及系統(tǒng)對通信的具體要求，明確以下具體內(nèi)容：通信啟動條件，傳輸數(shù)據(jù)長度，波特率，有無校驗位、停止位和位數(shù)等必需的數(shù)據(jù)。需要通信的雙方的狀態(tài)滿足要求便可實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。

4．通信訪問方式

通信訪問采用查詢方式、中斷方式和廣播方式三種方式相結(jié)合的方法。

查詢方式：監(jiān)控站根據(jù)查詢順序表中的順序與各PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

中斷方式：這種傳輸方式具有高優(yōu)先權(quán)。首先將發(fā)送請求標(biāo)志位和中斷標(biāo)志位均被置位，如果接收機(jī)的中斷位也被置位，則告知有數(shù)據(jù)傳輸，從而啟動中斷。只有機(jī)號在中斷表中的從機(jī)能產(chǎn)生中斷。若同時有兩個以上的中斷請求，則按中斷表中的優(yōu)先級順序執(zhí)行。11.2.2系統(tǒng)構(gòu)成

圖11-9是機(jī)場貨運(yùn)站物流處理系統(tǒng)與各組管理器等構(gòu)成的工作原理結(jié)構(gòu)圖?？刂葡到y(tǒng)由服務(wù)器、UPS電源、10/100M網(wǎng)卡、MPI網(wǎng)絡(luò)管理器、激光打印機(jī)、組管理器，以及通過組管理器控制的堆垛機(jī)、條碼閱讀器、觸摸顯示屏和作業(yè)箱號LED顯示器等組成。整個自動化立體倉庫分為幾個獨(dú)立的作業(yè)巷道，各巷道均可提供空側(cè)(停機(jī)坪一側(cè))和陸側(cè)(道路運(yùn)輸一側(cè))作業(yè)功能，并且可以同時或單獨(dú)作業(yè)。系統(tǒng)工作模式分為在線(全自動)和離線(半自動)兩種模式。在正常情況下，系統(tǒng)應(yīng)工作于在線模式。離線狀態(tài)時，上位機(jī)只監(jiān)視PLC組管理器及設(shè)備的狀態(tài)，而不再發(fā)送指令?？刂婆_觸摸顯示屏僅用于特殊情況下，如改變系統(tǒng)工作模式、控制臺發(fā)出緊急停車命令、離線狀態(tài)下手動作業(yè)等。箱號LED顯示器主要用于顯示當(dāng)前正在進(jìn)行作業(yè)的貨箱號碼，供現(xiàn)場人員查看。圖11-9工作原理結(jié)構(gòu)圖

1．下位機(jī)的工作方式

下位機(jī)組管理器采用PLC作為控制用CPU，其工作模式分為在線和離線兩種方式。根據(jù)設(shè)計要求，在正常情況下，系統(tǒng)工作于在線狀態(tài)，即所有作業(yè)指令及貨物信息均由上位監(jiān)控計算機(jī)發(fā)出，堆垛機(jī)PLC負(fù)責(zé)執(zhí)行，現(xiàn)場操作人員不得隨意改變模式設(shè)置。當(dāng)某巷道設(shè)備出現(xiàn)故障而導(dǎo)致上位機(jī)所發(fā)指令不能正常完成時，可通過觸摸屏控制臺強(qiáng)制改變該巷道工作模式為離線狀態(tài)，其他巷道仍工作于在線模式，其作業(yè)指令正常接收和執(zhí)行。一旦設(shè)備故障排除，并完成事件處理，則要求在該巷道控制臺上將工作模式改變?yōu)樵诰€，系統(tǒng)將繼續(xù)執(zhí)行事件指令的下一條指令。在線模式下，各巷道觸摸屏可用于監(jiān)視作業(yè)指令執(zhí)行情況。離線狀態(tài)下的事件處理，可在觸摸屏或堆垛機(jī)上通過手動開關(guān)完成。

2．上、下位機(jī)的通信

下位機(jī)組管理器采用SIEMENS公司的S7系列PLC，用編程方法解決監(jiān)控PC與PLC之間的數(shù)據(jù)傳輸問題。以Windows為平臺的操作系統(tǒng)提供了大量的WindowsAPI函數(shù)，以這些函數(shù)為接口，VisualBasic可以對計算機(jī)硬件系統(tǒng)進(jìn)行訪問，也可以獲得對VisualBasic有用的來自Windows系統(tǒng)本身的消息。通過WindowsAPI函數(shù)，VisualBasic也可以給操作系統(tǒng)發(fā)送消息。針對整個自動化立體倉庫系統(tǒng)的特點(diǎn)，采用MPI和PROFTBUS現(xiàn)場總線技術(shù)，解決上位監(jiān)控計算機(jī)與PLC之間的通信問題，其比特率高達(dá)187.5kb/s。現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)克服了傳統(tǒng)通信方式下數(shù)據(jù)量大造成的實時性差、不宜實現(xiàn)分散控制等方面的缺陷，提高了系統(tǒng)對各巷道設(shè)備的實時監(jiān)控能力和多任務(wù)操作時的計算機(jī)響應(yīng)速度。通過軟件編程，實現(xiàn)動態(tài)鏈接庫(DLL)函數(shù)的調(diào)用，配以硬件接口電路，可建立監(jiān)控PC與PLC之間的通信連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)的相互傳輸。監(jiān)控PC的CPU可以向PLC寫入或從PLC讀出數(shù)據(jù)，實時進(jìn)行各種作業(yè)指令、控制指令的發(fā)送，獲取各巷道的作業(yè)情況以及控制和驅(qū)動設(shè)備的狀態(tài)信息。監(jiān)控PC與PLC硬件接口在連接上要與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)兼容。通信協(xié)議采用西門子通信標(biāo)準(zhǔn)。11.2.3工作原理

1．現(xiàn)場設(shè)備分布

(1)上位機(jī)：位于控制室的散貨系統(tǒng)監(jiān)控服務(wù)器；

(2)主PLC：位于控制室的主控PLC；

(3)?3臺堆垛機(jī)的設(shè)備控制PLC：分別位于3個散貨巷道的移動機(jī)載控制器；

(4)?3臺LCD可觸摸屏：位于3個巷道的陸側(cè)；

(5)?6臺LED箱號顯示牌：位于3個巷道的兩端，即空側(cè)和陸側(cè)；

(6)空側(cè)：朝停機(jī)坪(ULD庫區(qū))的方向；

(7)陸側(cè)：朝營業(yè)廳的方向。

2．現(xiàn)場系統(tǒng)工作原理

(1)上位機(jī)的功能包括發(fā)送給各巷道的在線(全自動)作業(yè)指令、數(shù)據(jù)庫管理、系統(tǒng)維護(hù)、數(shù)據(jù)備份、打印報表等。

(2)上位機(jī)在通信上只和主PLC發(fā)生聯(lián)系，給主PLC發(fā)出對各巷道的作業(yè)指令，并通過主PLC得到各巷道設(shè)備的作業(yè)狀態(tài)信息。

(3)主PLC作為組管理器使用，這對于以后的系統(tǒng)擴(kuò)展和本組的設(shè)備管理是方便的。組管理器PLC把上位機(jī)發(fā)出的作業(yè)指令分發(fā)給各巷道設(shè)備，把箱號顯示數(shù)據(jù)發(fā)送給6臺LED箱號顯示屏，把當(dāng)前作業(yè)信息發(fā)送給LCD觸摸屏。

(4)允許現(xiàn)場操作員在巷道端口的LCD可觸摸屏上改變該巷道的工作模式(全自動模式改為半自動離線模式，或相反)，主PLC把該改變通知上位機(jī)，便于上位機(jī)操作員了解某個巷道或全部巷道的工作模式已經(jīng)要求改變。上位機(jī)將在當(dāng)前已經(jīng)發(fā)送的作業(yè)指令被執(zhí)行后，不再對已經(jīng)申請改變?yōu)殡x線模式的巷道或全部巷道發(fā)送全自動作業(yè)指令。

(5)現(xiàn)場操作員可在巷道陸側(cè)觸摸屏上輸入離線作業(yè)指令，其作業(yè)信息須在上位機(jī)上由人工添加。

3．現(xiàn)場設(shè)備連接

(1)上位機(jī)預(yù)留10/100M網(wǎng)卡，以便將來系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展。

(2)監(jiān)控機(jī)安裝CP5611通信卡及相關(guān)的軟件包，以RS485通信協(xié)議，通過CP5611提供的MPI接口和主PLC的MPI口連接進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。具體的通信協(xié)議是由西門子定義在安裝軟件包中的，對編程人員不透明。

(3)主PLC采用PROFIBUS-DP通信協(xié)議(或甲方定義的其他通信協(xié)議)，用總線方式和3個巷道的地面紅外通信裝置、3臺LCD可觸摸屏、6臺LED箱號顯示牌進(jìn)行通信。

4．控制流與信息流

(1)上位機(jī)和主PLC之間的關(guān)系是：向主PLC發(fā)出各巷道堆垛機(jī)的出庫、入庫作業(yè)指令；查詢主PLC提供的各設(shè)備狀態(tài)。

(2)上位機(jī)發(fā)出的作業(yè)種類包括：各巷道從空側(cè)入庫、各巷道從空側(cè)出庫、各巷道從陸側(cè)入庫和各巷道從陸側(cè)出庫。

(3)上位機(jī)發(fā)出的作業(yè)任務(wù)包括：整箱入庫；整箱出庫；添加貨物到某貨箱內(nèi)，送回原貨位；從某箱中取出部分貨物出庫，其余貨物返回原貨位；空箱入庫；空箱出庫；庫內(nèi)搬移；兩站臺間直通運(yùn)輸。

(4)上位機(jī)發(fā)出的系統(tǒng)控制命令包括：

①由于突然停電或系統(tǒng)故障等異常原因，系統(tǒng)向主PLC發(fā)出的維護(hù)停機(jī)命令；

②上位機(jī)操作員因某種意外情況發(fā)生，向某巷道發(fā)出的緊急停止指令；

③控制模式變化。

(5)上位機(jī)從主PLC中讀取的狀態(tài)信息包括：

①各巷道堆垛機(jī)作業(yè)指令完成狀態(tài)；

②各巷道堆垛機(jī)運(yùn)行位置和停準(zhǔn)位置狀態(tài)；

③各巷道堆垛機(jī)工作狀態(tài)(運(yùn)行/待命)；

④各巷道堆垛機(jī)故障報警信息；

⑤現(xiàn)場操作員通過LCD觸摸顯示屏發(fā)出的控制模式變換請求。現(xiàn)場操作員在巷道HP側(cè)的LCD觸摸屏上輸入工作模式變換請求(從在線變換為離線，或者從離線變換為在線)，主PLC把該請求發(fā)送給上位機(jī)。11.2.4上位機(jī)發(fā)送給主PLC的作業(yè)命令

1．作業(yè)指令

上位機(jī)發(fā)送給主PLC的作業(yè)指令，必須在主PLC讀取后方可覆蓋。表11-1是上位機(jī)發(fā)送給主PLC的巷道1作業(yè)命令清單，其他巷道類似。表11-1上位機(jī)發(fā)送給主PLC的巷道1作業(yè)命令清單續(xù)表對表11-1中的指令作如下說明：

(1)上述作業(yè)命令共15個參數(shù)，含12個整型數(shù)，3個字符串，共54個字節(jié)，以數(shù)據(jù)塊的形式組織。

(2)上位機(jī)給主PLC發(fā)出作業(yè)指令，其中指令事件計數(shù)器由監(jiān)控機(jī)定義，并且連續(xù)。當(dāng)累計數(shù)加1變?yōu)?0000時自動變換成1。

(3)上述的15個參數(shù)，1～10是設(shè)備作業(yè)必需的，10是主PLC讀取標(biāo)志，由上位機(jī)發(fā)出新指令時寫1，主PLC讀取后清零。11～15所提供的運(yùn)單等信息在數(shù)據(jù)塊中定義，作為備用。

(4)箱號將由主PLC發(fā)送給巷道LCD操作顯示屏，使操作員方便作業(yè)。

(5)在半自動模式下，主PLC不再從上位機(jī)讀取指令(即不得對“作業(yè)命令讀取確認(rèn)”清零)，上位機(jī)仍然讀取設(shè)備狀態(tài)信息和“作業(yè)命令讀取確認(rèn)”標(biāo)志，一旦指令被取走(即認(rèn)為由離線變?yōu)樵诰€，主PLC在“作業(yè)命令讀取確認(rèn)”清零的同時應(yīng)將控制模式變化告訴上位機(jī))，就向主PLC發(fā)送新的作業(yè)命令。

2．系統(tǒng)控制指令

表11-2是上位機(jī)與主PLC之間進(jìn)行通信的系統(tǒng)控制指令清單。表11-2系統(tǒng)控制指令清單續(xù)表對表11-2給出的系統(tǒng)控制指令作如下說明：

(1)整型量1由上位機(jī)寫，由主PLC讀，可以使主PLC了解上位機(jī)是否正常工作。整型量2由主PLC寫，由上位機(jī)讀，可以使上位機(jī)了解主PLC的工作狀態(tài)是否正常。如果上位機(jī)發(fā)現(xiàn)主PLC發(fā)生故障，將在上位機(jī)屏幕上發(fā)出報警，并在事件日志上進(jìn)行記錄。

(2)表中的3、4、5共3個整型量，由主PLC發(fā)出，由上位機(jī)讀取。

(3)控制模式的變化由主PLC發(fā)出，操作員可以發(fā)出巷道的全自動(在線)或者半自動(離線)控制模式指令，并在相應(yīng)的PLC存儲器位置寫0或者1。全自動是上位機(jī)系統(tǒng)的指定工作模式(服務(wù)器開機(jī)聯(lián)掛后，自動進(jìn)入的工作狀態(tài))。在全自動模式下，所有的作業(yè)指令由上位機(jī)發(fā)出，并讀出下層設(shè)備的狀態(tài)信息；在半自動模式下，上位機(jī)仍然讀取設(shè)備狀態(tài)信息和有關(guān)標(biāo)志。

(4)關(guān)于在離線模式下，主PLC應(yīng)把貨位狀態(tài)變化的基本信息通知上位機(jī)。對于其他有關(guān)信息，如何修改數(shù)據(jù)庫的問題，建議通過人工方式在上位機(jī)進(jìn)行輸入。

(5)緊急停止命令可以由上位機(jī)操作員發(fā)出，也可以由下位機(jī)操作員在LCD觸摸顯示屏上發(fā)出。表中的1、6、7、8、9共5個整型量，由上位機(jī)發(fā)出，由主PLC讀取。其余8個整型量由主PLC發(fā)出，由上位機(jī)讀取。11.2.5上位機(jī)從主PLC中讀取的狀態(tài)信息

1．主PLC發(fā)送給上位機(jī)的完成作業(yè)信息

主PLC發(fā)送給上位機(jī)的“完成作業(yè)信息”必須在上位機(jī)讀取之后方可用新信息覆蓋。表11-3給出了上位機(jī)從主PLC中讀取的巷道1狀態(tài)信息清單，其他巷道類似。表11-3上位機(jī)在主PLC中讀取的巷道1狀態(tài)信息清單

2．主PLC發(fā)送給上位機(jī)的設(shè)備工作狀態(tài)信息

主PLC要將各設(shè)備位置和工作情況狀態(tài)信息送給上位機(jī)。表11-4給出了主PLC返回巷道1設(shè)備位置和工作狀態(tài)信息的清單，其他巷道類似。表11-4主PLC返回巷道1設(shè)備位置和工作狀態(tài)信息的清單

3．主PLC發(fā)送給上位機(jī)的設(shè)備故障和異常信息

主PLC要將各設(shè)備故障和異常信息送給上位機(jī)。表11-5給出了主PLC返回給上位機(jī)的巷道1設(shè)備故障和異常信息的清單，其他巷道類似。表11-5主PLC返回給上位機(jī)的巷道1設(shè)備

故障和異常信息的清單

11.3機(jī)車設(shè)備狀態(tài)檢測與故障診斷系統(tǒng)

11.3.1問題描述

電力機(jī)車牽引在我國鐵路運(yùn)輸中所起的作用日益擴(kuò)大，全國大多數(shù)地區(qū)已開始普及使用電力機(jī)車，尤其是在西北和西南地區(qū)，電力機(jī)車承擔(dān)了絕大部分線路的列車牽引任務(wù)。在這種情況下，如果能對電力機(jī)車的電器設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行有效的實時檢測和診斷，對機(jī)車的運(yùn)行質(zhì)量進(jìn)行實時測試，就可以為鐵路部門實現(xiàn)機(jī)車設(shè)備狀態(tài)維修提供可靠的依據(jù)。對機(jī)車軸溫的實時檢測可以保證機(jī)車在運(yùn)行過程中的行車安全；對機(jī)車在各區(qū)段的耗電量的實時檢測和記錄可以跟蹤機(jī)車實際運(yùn)行線路中的能耗分配，方便運(yùn)用部門對機(jī)車耗電和乘務(wù)員進(jìn)行科學(xué)管理，建立和完善乘務(wù)員的標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)制度。

1．需求分析

本系統(tǒng)結(jié)合電力機(jī)車運(yùn)用情況，采用專門研制的機(jī)車設(shè)備狀態(tài)檢測裝置進(jìn)行行車過程中的數(shù)據(jù)采集，建立了一套對檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和對設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行故障診斷的軟件系統(tǒng)，能夠進(jìn)行設(shè)備的運(yùn)用狀態(tài)分析并得出結(jié)論，同時提出維修建議，為機(jī)車的“狀態(tài)修”提供依據(jù)。目前，在本領(lǐng)域國內(nèi)尚未有全面而成熟的技術(shù)，因此，本系統(tǒng)的研制開發(fā)，既符合我國鐵路現(xiàn)場的實際需要，又具有科研和技術(shù)上的先進(jìn)性。

對于機(jī)車設(shè)備狀態(tài)檢測與故障診斷系統(tǒng)，這里主要從數(shù)據(jù)處理和分析軟件方面作一介紹，重點(diǎn)介紹軟件系統(tǒng)設(shè)計和實現(xiàn)過程中的一些關(guān)鍵技術(shù)。整個軟件系統(tǒng)要求主要實現(xiàn)以下功能：

(1)全自動診斷功能。對選定機(jī)車的所有相關(guān)設(shè)備的檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行自動分析處理，并得出診斷結(jié)論，提出維修建議。可同時對6臺牽引電機(jī)的火花等級和牽引電流、12個車軸箱的不同檢測點(diǎn)的溫升、各控制電壓、主電壓、各脈沖信號、各同步信號、10臺輔機(jī)的過流情況等不同設(shè)備的檢測記錄進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，判斷故障點(diǎn)及隱患情況，診斷結(jié)果存入數(shù)據(jù)庫，可以查看分析結(jié)果，也可以報表的形式輸出至打印機(jī)。

(2)軸溫檢測與動態(tài)顯示功能。系統(tǒng)能夠?qū)C(jī)車6根車軸的12個軸箱的二十多路溫度信號進(jìn)行檢測和監(jiān)控，其中包括對機(jī)車整個運(yùn)行過程中各檢測點(diǎn)溫度的動態(tài)顯示和比較、曲線分析和比較、數(shù)據(jù)列表檢測等。通過各車軸溫度的縱向比較以及與環(huán)境溫度的差值比較，可以判斷各軸的當(dāng)前工作狀態(tài)，如果某軸的溫升連續(xù)多日偏高或大幅度超出其他各軸的溫度，則可以斷定該軸潤滑狀態(tài)變差或出現(xiàn)問題。依據(jù)專家系統(tǒng)進(jìn)行分析比較，系統(tǒng)能夠給出相應(yīng)的提示，如對某軸應(yīng)密切觀察或應(yīng)立即進(jìn)行檢修，避免了定期拆裝檢修所造成的人力、物力和時間的浪費(fèi)，也提高了機(jī)車的運(yùn)用效率。

(3)電機(jī)火花等級檢測功能。電機(jī)火花等級的高低是衡量機(jī)車電機(jī)工況好壞的重要依據(jù)。對牽引電機(jī)火花等級可以進(jìn)行超標(biāo)記錄分析和曲線分析，得到最高火花等級值和

超標(biāo)持續(xù)時間，并能對各電機(jī)火花等級進(jìn)行橫向比較。所有比較都能夠給出相應(yīng)分析和結(jié)論。

(4)定時記錄曲線變化分析功能。機(jī)車在運(yùn)行過程中除進(jìn)行各種設(shè)備的故障檢測外，還同時進(jìn)行各路信號的定時檢測和記錄。通過對機(jī)車定時記錄的分析，可以對機(jī)車各設(shè)備進(jìn)行全面監(jiān)測，所有檢測記錄存入數(shù)據(jù)庫作為機(jī)車運(yùn)行檔案。

(5)設(shè)備故障診斷及機(jī)車運(yùn)行狀態(tài)與操縱監(jiān)測功能。機(jī)車運(yùn)用過程中各設(shè)備的所有異常狀態(tài)除車上提示外，均記錄下來作為地面狀態(tài)分析和檢修的原始數(shù)據(jù)，系統(tǒng)根據(jù)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、比較和判斷，并提出維修建議。通過對機(jī)車運(yùn)行和操縱狀態(tài)的記錄分析，如管壓力的變化、制動手柄及司機(jī)控制器的位置變換情況等，可以全面了解機(jī)車運(yùn)行過程中各種狀態(tài)的變化和司機(jī)操縱情況，從而實現(xiàn)全程監(jiān)控。

(6)數(shù)據(jù)報表功能。除進(jìn)行自動分析結(jié)果打印輸出外，所有的異常檢測數(shù)據(jù)、運(yùn)行狀態(tài)和操縱情況數(shù)據(jù)均可以報表的形式輸出。此外，還具有各路信號記錄數(shù)據(jù)的全程打印功能，即對所有定時記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示輸出和打印。

2．解決方案綜述

電力機(jī)車設(shè)備狀態(tài)檢測系統(tǒng)由車上部分和地面部分組成。車上部分由車載微機(jī)單元、擴(kuò)展儲存單元、開關(guān)電源單元、信號處理單元、數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)通信單元、顯示及鍵盤單元、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲單元等組成。其中，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲單元是一個獨(dú)立的數(shù)據(jù)盒結(jié)構(gòu)，可以由乘務(wù)員方便地攜帶。數(shù)據(jù)盒主要用來將車上的檢測數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲到地面計算機(jī)供分析軟件使用。系統(tǒng)的地面部分由硬件和軟件系統(tǒng)組成，其中硬件由通用計算機(jī)及其UPS電源、RS232通信接口、打印機(jī)等組成。系統(tǒng)組成框圖如圖11-10所示。圖11-10系統(tǒng)組成框圖本例主要介紹計算機(jī)軟件系統(tǒng)，即對車載微機(jī)采集的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與處理，為機(jī)車設(shè)備狀態(tài)修提供依據(jù)。

如圖11-11所示為地面計算機(jī)軟件系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)圖。圖11-11地面系統(tǒng)計算機(jī)軟件結(jié)構(gòu)圖設(shè)備狀態(tài)分析模塊實際上是一個專家系統(tǒng)，它的知識庫是以標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)規(guī)程、各設(shè)備的典型工況參數(shù)和合理的參數(shù)變化范圍、典型故障的行為特征、機(jī)務(wù)管理和技術(shù)人員以及優(yōu)秀乘務(wù)員的實踐經(jīng)驗等知識綜合組成的。根據(jù)車載微機(jī)記錄的機(jī)車運(yùn)行參數(shù)和設(shè)備狀態(tài)參數(shù)，專家系統(tǒng)采用模糊推理規(guī)則，分析和判斷機(jī)車各設(shè)備是否工作在合理狀態(tài)，對異常數(shù)據(jù)經(jīng)過鑒別后提出分析結(jié)論和維修建議。界面及菜單選擇模塊為系統(tǒng)提供美觀、清晰的操作界面，使操作員方便操作。

數(shù)據(jù)及文件打印模塊指導(dǎo)操作員打印出合乎規(guī)范和現(xiàn)場實際要求的各種報表文件。

數(shù)據(jù)通信管理模塊負(fù)責(zé)和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲盒進(jìn)行通信，把數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、安全地存放在計算機(jī)數(shù)據(jù)庫內(nèi)，并在需要時調(diào)用。

圖形數(shù)表生成模塊用于在顯示屏幕上顯示各種分類檢測數(shù)據(jù)和圖表，供現(xiàn)場管理人員檢索。數(shù)據(jù)庫查詢管理模塊指導(dǎo)操作員調(diào)用某臺機(jī)車、某個司機(jī)、某個時間段、多臺機(jī)車、全段等多種現(xiàn)時和歷史的數(shù)據(jù)統(tǒng)計。系統(tǒng)采用開放式通用數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)，它便于系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)后其他計算機(jī)的查詢和調(diào)用。

系統(tǒng)地面計算機(jī)分析系統(tǒng)軟件總體流程圖如圖11-12所示。圖11-12地面計算機(jī)分析系統(tǒng)軟件流程圖整個系統(tǒng)中對硬件部分而言，較為重要的部分就是信號處理單元、數(shù)據(jù)采集和存儲單元、設(shè)備狀態(tài)顯示單元，以及數(shù)據(jù)通信單元等；軟件部分就是地面計算機(jī)數(shù)據(jù)處理和分析系統(tǒng)，主要完成的工作包括數(shù)據(jù)的通信以及數(shù)據(jù)的分析診斷，硬件部分和軟件部分的重要界面就是制定滿足雙方數(shù)據(jù)傳輸要求的通信協(xié)議，這對任何測控系統(tǒng)而言都是非常重要的環(huán)節(jié)。11.3.2數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理

計算機(jī)要完成分析診斷，首先要有數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)主要是車載裝置檢測記錄的全程數(shù)據(jù)，并由專用數(shù)據(jù)盒轉(zhuǎn)儲到地面計算機(jī)系統(tǒng)供診斷分析使用。機(jī)車到達(dá)折返段或返回機(jī)務(wù)段后，由司機(jī)將數(shù)據(jù)盒送到值班室，操作人員先用RS232串行通信線將數(shù)據(jù)盒與地面計算機(jī)的串口連接好，開啟數(shù)據(jù)盒開關(guān)后由系統(tǒng)接收模塊將全部數(shù)據(jù)取入計算機(jī)內(nèi)存，然后通過比較和判斷存入相應(yīng)數(shù)據(jù)庫。為了確保數(shù)據(jù)盒與地面計算機(jī)串行通信數(shù)據(jù)安全可靠，系統(tǒng)通信采用的是異步數(shù)據(jù)塊方式。每一個數(shù)據(jù)塊包含起始符、高位地址、低位地址、二進(jìn)制數(shù)據(jù)記錄字節(jié)串、數(shù)據(jù)結(jié)束符、校驗位高位、校驗位低位。數(shù)據(jù)盒在向地面計算機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)之前，先與之進(jìn)行兩次“握手”，如成功，則開始發(fā)送第一個數(shù)據(jù)塊。每發(fā)送一個數(shù)據(jù)塊進(jìn)行一次校驗，若地面計算機(jī)接收的數(shù)據(jù)塊有錯誤，就要求數(shù)據(jù)盒重新發(fā)送該數(shù)據(jù)塊。數(shù)據(jù)盒與地面計算機(jī)通信的時候采用雙向應(yīng)答方式，這樣就保證了接收到的數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確與可靠。將接收到的數(shù)據(jù)信息存入相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫之后，就可以進(jìn)入設(shè)備狀態(tài)分析模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。設(shè)備狀態(tài)分析模塊實際上是一個專家系統(tǒng)。根據(jù)車載微機(jī)所記錄的機(jī)車運(yùn)行參數(shù)和設(shè)備狀態(tài)參數(shù)，專家系統(tǒng)采用模糊推理規(guī)則，分析和判斷機(jī)車各設(shè)備是否工作在合理狀態(tài)，對異常數(shù)據(jù)經(jīng)過鑒別后提出分析報告和檢修意見。

地面計算機(jī)分析系統(tǒng)的核心就是數(shù)據(jù)分析及處理系統(tǒng)軟件。這個軟件要求界面美觀、操作方便簡單，并且各模塊之間界面清楚。即在同一部件分析模塊中，各個設(shè)備選項及分析內(nèi)容界定清晰，各按鈕之間都具有互鎖功能，安全可靠。在與診斷操作沒有直接關(guān)系的部分，例如數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)，對用戶是不可見的。但同時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)又是開放的，便于維護(hù)和備份。因此，系統(tǒng)的使用要求既適合于對計算機(jī)較專業(yè)的人員，又適合于對計算機(jī)不很熟悉的一般操作人員。技術(shù)人員只需根據(jù)分析診斷結(jié)果的打印報表確定檢修方案即可，例如哪些設(shè)備需要馬上修理、哪些設(shè)備可以繼續(xù)使用但需要觀察等。對感興趣的設(shè)備也可以單獨(dú)進(jìn)行分析，以便做出進(jìn)一步判斷。11.3.3PC與數(shù)據(jù)盒(單片機(jī))的串行通信協(xié)議

1．與數(shù)據(jù)盒進(jìn)行串行通信的格式和協(xié)議

(1)波特率：9600，每個字符包括1位起始位、8位數(shù)據(jù)位、1位停止位，采用偶校驗。

(2)數(shù)據(jù)格式：每個字符均以二進(jìn)制數(shù)值定義，記錄類型(1個字節(jié))、記錄數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)據(jù)(8位)，可能是雙字節(jié)數(shù)據(jù)(16位)，也可能是開關(guān)量(8位，每1位代表1個開關(guān)量狀態(tài))，具體含義和排列規(guī)則由記錄數(shù)據(jù)的類型定義。

(3)每組記錄由起始記錄時間(時、分、秒，3個字節(jié))、記錄類型(1個字節(jié))、記錄數(shù)據(jù)字節(jié)序列(根據(jù)不同的記錄類型，有不同的固定格式和排序，有固定的字節(jié)數(shù)量)組成。

(4)建立通信方法：當(dāng)數(shù)據(jù)盒通信線接好并開啟數(shù)據(jù)盒電源開關(guān)后，數(shù)據(jù)處于等待狀態(tài)。由地面計算機(jī)主動發(fā)出通信呼號，格式為：00H，11H，22H；三個字節(jié)連續(xù)發(fā)送，然后等待數(shù)據(jù)盒的應(yīng)答信號。數(shù)據(jù)盒的應(yīng)答信號為：33H，44H，55H。如果應(yīng)答正確，地面計算機(jī)再發(fā)出確認(rèn)指令：66H，表示已經(jīng)建立通信，等待數(shù)據(jù)盒正式傳送數(shù)據(jù)。地面計算機(jī)從開始發(fā)出通信呼號，應(yīng)在屏幕的適當(dāng)位置顯示“系統(tǒng)通信聯(lián)掛”，直到通信建立后該標(biāo)記才消失。

如果發(fā)出通信呼號后接收不到數(shù)據(jù)盒的應(yīng)答，或應(yīng)答不正確，則地面計算機(jī)每隔5s再重復(fù)發(fā)出通信呼號。如果1min后仍然無法建立通信，則應(yīng)在屏幕上顯示“通信聯(lián)掛失敗”。

(5)建立通信后，首先發(fā)送總字節(jié)數(shù)量(2個字節(jié)的二進(jìn)制數(shù)值)，該數(shù)值可以作為計數(shù)器初值使用，接著順序發(fā)送數(shù)據(jù)。通信時數(shù)據(jù)是按記錄格式順序發(fā)送的。每發(fā)送100個字節(jié)，進(jìn)行一次校驗。如有錯誤重新發(fā)送，正確則再發(fā)下一組。最后一組可能不到100個字節(jié)。每正確接收100個字節(jié)，在屏幕的適當(dāng)位置顯示接收字節(jié)數(shù)量。全部字節(jié)接收完畢，顯示“通信完成”，待操作員確認(rèn)后消失。

(6)數(shù)據(jù)校驗的方法是：數(shù)據(jù)盒每發(fā)出100個字節(jié)，再連續(xù)發(fā)出兩個字節(jié)“0EEH，0EEH”，表示發(fā)出完畢，接著發(fā)出一個字節(jié)的累加和。這個累加和是已發(fā)送的100個字節(jié)順序相加，不考慮進(jìn)位，也不包括“0EEH，0EEH”。然后，數(shù)據(jù)盒處于等待狀態(tài)，等待地面計算機(jī)的應(yīng)答。如果地面計算機(jī)接收正確(收到的累加和與自己算出的累加和一致)，則向數(shù)據(jù)盒發(fā)出“0DDH，0DDH”，開始等待接收下一組數(shù)據(jù)。如果不一致，則發(fā)出“0FFH，0FFH”，調(diào)整計數(shù)器，準(zhǔn)備重新接收這100個字節(jié)數(shù)據(jù)。

2．?dāng)?shù)據(jù)類型和數(shù)據(jù)格式的記錄

1)控制電壓檢測記錄

當(dāng)DC110V控制電壓高于或低于15%，DC24V和DC15V高于或低于限制額10%，超限時間超過5s時，記錄其開始超限值和超限期間最大值各一次。

記錄格式：FEH，EFH，小時字節(jié)(XXH)，分鐘字節(jié)(XXH)，秒鐘字節(jié)(XXH)，記錄類型(01H)，記錄設(shè)備號字節(jié)(1XH為超限開始記錄，2XH為檢測數(shù)據(jù)回到正常狀態(tài)記錄，3XH為司機(jī)確認(rèn)但異常狀態(tài)仍在繼續(xù)的記錄，X1H～X3H分別為110V、24V、15V的代碼)，電壓檢測超標(biāo)數(shù)據(jù)字節(jié)(XXH，其中110V和24V的電壓單位為V，15V電壓單位為0.1V)，共計8個字節(jié)，全部為二進(jìn)制整數(shù)值。記錄舉例：FEH，EFH，10H，05H，20H，01H，13H，AAH。

記錄意義：發(fā)生時間為16時5分32秒，控制電壓記錄，15V電壓開始超標(biāo)，超標(biāo)數(shù)值為17.0V。

分析方法：DC110V電壓如果偏低或偏高于標(biāo)稱值，則可能是輔助變壓器或整流器故障；如果發(fā)生24V或15V超限(偏低或偏高)，則是電子柜故障。

2)牽引電動機(jī)火花等級記錄

當(dāng)各電動機(jī)火花等級超過2.4級且持續(xù)3s時，記錄其開始和結(jié)束各一次。目的是了解各電動機(jī)換向器的狀態(tài)和電機(jī)工況。要求持續(xù)3s是為了得到穩(wěn)定的記錄，避免極短時發(fā)生的啟動火花發(fā)生的無效記錄。記錄格式：FEH，EFH，小時字節(jié)(XXH)，分鐘字節(jié)(XXH)，秒鐘字節(jié)(XXH)，記錄類型(02H)，記錄電機(jī)號字節(jié)(1XH為火花開始記錄，2XH為火花回到正常狀態(tài)記錄，3XH為司機(jī)確認(rèn)但狀態(tài)仍在繼續(xù)的記錄，X1H～X6H為火花超限電機(jī)的代號)，機(jī)車速度字節(jié)(XXH)，超限電機(jī)的電流雙字節(jié)(高8位XXH，低8位XXH)，電機(jī)1的火花等級字節(jié)(XXH，單位為0.1度)，電機(jī)2的火花等級字節(jié)(XXH)，電機(jī)3(XXH)，電機(jī)4(XXH)，電機(jī)5(XXH)，電機(jī)6(XXH)，共計16個字節(jié)，全部為二進(jìn)制整數(shù)值。分析方法：如果某一電機(jī)火花等級比其他電機(jī)顯著高，則說明該電機(jī)換向器工作狀態(tài)變差。記錄方式是：某電機(jī)開始發(fā)生火花超限時記錄一次，其數(shù)值是該電機(jī)記錄時間前3s內(nèi)的最大值；該電機(jī)的火花等級回到允許狀態(tài)后記錄一次，其值是該電機(jī)在此超標(biāo)期間的最大火花等級；如果該電機(jī)的超限火花持續(xù)，且司機(jī)確認(rèn)，則記錄一次，其值是該電機(jī)在本次發(fā)生超標(biāo)火花以來的最大值。從記錄上可以知道火花持續(xù)的時間和期間的最大值。如果某電機(jī)多次發(fā)生火花、持續(xù)時間長、最大火花等級高，或連續(xù)多天該電機(jī)的火花等級均保持較高，則應(yīng)向操作員提出狀態(tài)修建議。根據(jù)記錄電機(jī)的電流數(shù)值和機(jī)車速度，可以判斷發(fā)生火花時的機(jī)車運(yùn)行狀態(tài)。例如，機(jī)車剛啟動而負(fù)載大，火花等級會高一些，但各電機(jī)的狀態(tài)差別不應(yīng)太大。此時應(yīng)引入專家系統(tǒng)綜合各因素判斷得到答案的思路，設(shè)立幾個判斷標(biāo)準(zhǔn)，看是否是換向器狀態(tài)有問題。本記錄同時記錄其他電機(jī)的火花數(shù)據(jù)，是為了分析比較用。

3)機(jī)車主電路過壓及勵磁電流過載記錄

當(dāng)主電路過壓或勵磁電流超出過載警戒電流時進(jìn)行記錄。發(fā)生一次過載，記錄兩次(開始，結(jié)束，如在過載期間司機(jī)確認(rèn)則增加記錄一次)。通過該項記錄可以了解主電路的工作情況及電機(jī)在制動狀態(tài)時過載的等級和持續(xù)的時間。

記錄格式：FEH，EFH，小時字節(jié)(XXH)，分鐘字節(jié)(XXH)，秒鐘字節(jié)(XXH)，記錄類型(03H)，發(fā)生過載的代碼(1XH為開始過壓或過載，2XH為結(jié)束過壓或過載，3XH為司機(jī)確認(rèn)過壓或過載，但過壓過載仍在繼續(xù)，X1H～X3H分別為前端主電路過壓、后端主電路過壓、勵磁電流過載)，電壓或勵磁電流值雙字節(jié)(高8位XXH，低8位XXH)，速度字節(jié)，共10個字節(jié)。記錄舉例：FEH，EFH，10H，05H，20H，03H，11H，06H，0EH，56H。

記錄意義：過壓或過載發(fā)生時間為16時5分32秒，主電路前端開始發(fā)生過壓，電壓為60EH，即1550V，機(jī)車速度為86km/h。

分析方法：判斷主電路的電壓是否正常，過壓持續(xù)時間和最大值，在制動狀態(tài)的勵磁電流是否過載。電壓單位為V，電流單位為A，速度單位為km/h，均為二進(jìn)制。暫時規(guī)定過載10s是允許的，因此開始過載記錄是過載發(fā)生10s后進(jìn)行的，實際過載時間要比記錄時間早10s。同時，把勵磁電流的過載值規(guī)定為750A，把主電壓的過載值規(guī)定為1650V，避免多次記錄。開始過載的記錄的數(shù)值是記錄前10s內(nèi)的最大值；過載消失的記錄是該過載周期的過載最大值；司機(jī)強(qiáng)制確認(rèn)記錄的數(shù)值是發(fā)生本次過載以來出現(xiàn)過的過載最大值。

4)牽引電動機(jī)牽引電流過載記錄

當(dāng)牽引電動機(jī)電流超出過載警戒電流時進(jìn)行記錄。發(fā)生一個周期的過載，記錄兩次(開始過載，結(jié)束過載)。如連續(xù)發(fā)生過載未消除，司機(jī)確認(rèn)了該電機(jī)過載，則記錄一次。通過該項記錄可以了解電機(jī)過載的等級和持續(xù)的時間。記錄格式：FEH，EFH，小時字節(jié)(XXH)，分鐘字節(jié)(XXH)，秒鐘字節(jié)(XXH)，記錄類型(04H)，記錄理由XXH(X1H～X6H分別表示電機(jī)1～電機(jī)6的過載，1XH表示開始過流，2XH表示過流結(jié)束，3XH表示繼續(xù)過流，但司機(jī)確認(rèn)了該異常)，電流1雙字節(jié)(高8位XXH，低8位XXH)，電流2雙字節(jié)(高8位XXH，低8位XXH)，電流3雙字節(jié)(高8位XXH，低8位XXH)，電流4雙字節(jié)(高8位XXH，低8位XXH)，電流5雙字節(jié)(高8位XXH，低8位XXH)，電流6雙字節(jié)(高8位XXH，低8位XXH)，機(jī)車速度字節(jié)，共計20個字節(jié)，全部為二進(jìn)制整數(shù)值，電流單位為A，速度單位為km/h。記錄舉例：FEH，EFH，10H，05H，20H，04H，13H，03H，B2H，03H，B3H，03H，B6H，03H，B8H，03H，B0H，03H，B9H，56H。

記錄意義：牽引電流過載發(fā)生時間為16時5分32秒，第3臺電機(jī)開始發(fā)生電流過載，電流為3B6H，即950A，機(jī)車速度為86km/h。分析方法：根據(jù)電動機(jī)電流過載的情況及持續(xù)時間的比較，分析過載原因。同時考慮前后記錄的機(jī)車速度、機(jī)車工況，判斷是司機(jī)違章還是因司機(jī)手柄加速過快使機(jī)車負(fù)荷過大。由于啟動過載是正常的，暫時規(guī)定過載10s是允許的，因此開始過載記錄是過載發(fā)生10s后進(jìn)行的，實際過載時間要比記錄時間早10s。同時，把過載值規(guī)定為900A，避免多次記錄。開始過載的記錄電流是對應(yīng)電機(jī)在記錄前10s內(nèi)的最大值；過載消失的記錄是該電機(jī)在過載周期的過載最大值；司機(jī)強(qiáng)制確認(rèn)記錄的電流值是該電機(jī)發(fā)生本次過載以來出現(xiàn)過的過載電流最大值。本記錄列出了其他電機(jī)的電流，是為了做比較分析用。

5)電路異?；驙顟B(tài)改變記錄

該記錄包括主接地1、主接地2、輔助接地、預(yù)備信號、主斷路器分合狀態(tài)改變的記錄。

記錄格式：FEH，EFH，小時字節(jié)(XXH)，分鐘字節(jié)(XXH)，秒鐘字節(jié)(XXH)，記錄類型(05H)，機(jī)車電路狀態(tài)字節(jié)(X1H表示主接地1狀態(tài)，X2H表示主接地2狀態(tài)，X3H表示輔助接地狀態(tài)，X4H表示預(yù)備信號狀態(tài)，X5H表示主斷路器1狀態(tài)，X6H表示主斷路器2狀態(tài)，1XH表示狀態(tài)為0，2XH表示狀態(tài)為1，狀態(tài)1表示接地故障、有預(yù)備信號、斷路器合，狀態(tài)0表示未接地、無準(zhǔn)備信號、斷路器分，每當(dāng)上述信號的狀態(tài)發(fā)生一次改變，就記錄一次)，共7個字節(jié)。記錄舉例：FEH，EFH，10H，05H，20H，05H，11H。

記錄意義：于16時5分32秒，出現(xiàn)主接地1接地故障。

分析方法：根據(jù)時間，判斷電路異常情況及狀態(tài)改變情況。

6)制動系統(tǒng)檢測記錄

該記錄包括大閘各位信號、電-空轉(zhuǎn)換信號、機(jī)車閘缸壓力。這些記錄的作用是了解制動系統(tǒng)的工作情況，例如大閘動作、緊急制動實施、閘缸壓力變化。每當(dāng)大閘動作、電-空閥動作、機(jī)車閘缸壓力為零時記錄。記錄格式：FEH，EFH，小時字節(jié)(XXH)，分鐘字節(jié)(XXH)，秒鐘字節(jié)(XXH)，記錄類型(06H)，公里數(shù)雙字節(jié)(高8位XXH，低8位XXH)，機(jī)車速度字節(jié)(單位為公里/小時)，大閘狀態(tài)位置及記錄原因字節(jié)(X0H～X6H分別表示大閘處于0～6位，0XH表示電-空閥位置從1位轉(zhuǎn)換到0位的記錄，1XH表示電-空閥從0位轉(zhuǎn)換到1位的記錄，2XH表示由于大閘位置改變而記錄，3XH表示因閘缸壓力下降到0附近而記錄)，機(jī)車閘缸壓力字節(jié)(單位為kPa，1kPa=0.1kg/cm2)，共11個字節(jié)。記錄舉例：FEH，EFH，10H，05H，20H，06H，11H，21H，40H，23H，23H。

記錄意義：制動系統(tǒng)記錄發(fā)生時間為16時5分32秒，公里標(biāo)為1121H，即4.385km處，機(jī)車速度為40H，即64km/h，因為大閘位置變化而記錄，大閘位置變化到第3位，此時電-空閥未動作(仍在原來位置)，機(jī)車閘缸壓力為23H，即35kPa。

分析方法：根據(jù)時間、公里標(biāo)和速度，判斷司機(jī)操作是否合理及制動系統(tǒng)的工作狀態(tài)。

7)機(jī)車控制器狀態(tài)記錄

記錄格式：FEH，EFH，小時字節(jié)(XXH)，分鐘字節(jié)(XXH)，秒鐘字節(jié)(XXH)，記錄類型(07H)，公里數(shù)雙字節(jié)(高8位XXH，低8位XXH，單位為10米)，機(jī)車速度字節(jié)(XXH，單位為km/h)，機(jī)車工況新狀態(tài)字節(jié)(1～7分別表示后、零、制動、前、一級磁削、二級磁削、三級磁削)，共10個字節(jié)。

記錄舉例：FEH，EFH，10H，05H，20H，07H，11H，21H，25H，05H。記錄意義：機(jī)車上電記錄，發(fā)生時間為16時5分32秒，記錄類型為機(jī)車工況狀態(tài)記錄，發(fā)生公里標(biāo)為1121H，即43.85km，速度為25H，即37km/h，司機(jī)控制器處于一級磁削位置。

分析方法：根據(jù)時間、速度和公里標(biāo)，判斷司機(jī)操縱和機(jī)車運(yùn)行狀態(tài)是否合理。例如，司機(jī)在速度不為零的情況下改變機(jī)車運(yùn)行方向，將導(dǎo)致牽引電機(jī)嚴(yán)重過載。本狀態(tài)記錄可以衍生出多項判斷和分析，可根據(jù)機(jī)車操縱運(yùn)行常識和邏輯關(guān)系根據(jù)記錄可能出現(xiàn)的組合，整理出各種分析和提示。

8)機(jī)車速度信號記錄

速度每變化10km/h，記錄1次。

記錄格式：FEH，EFH，小時字節(jié)(XXH)，分鐘字節(jié)(XXH)，秒鐘字節(jié)(XXH)，記錄類型(08H)，運(yùn)行公里數(shù)雙字節(jié)(高8位XXH，低8位XXH，單位為10米)，大閘位置字節(jié)(0～6)，機(jī)車閘缸壓力(單位為10kPa)，機(jī)車速度字節(jié)(XXH，單位為km/h)，共11個字節(jié)。記錄舉例：FEH，EFH，10H，05H，20H，08H，11H，21H，01H，30H，38H。

記錄意義：機(jī)車速度變化記錄，發(fā)生時間為16時5分32秒，發(fā)生公里標(biāo)為1121H，即43.85km，大閘在位置1，機(jī)車閘缸壓力為480kPa，速度為38H，即56km/h。

分析方法：根據(jù)時間和公里標(biāo)，判斷司機(jī)速度及大閘位置，觀察司機(jī)操縱是否合理。

9)機(jī)車脈沖信號發(fā)生異常時的記錄

脈沖數(shù)超出正常范圍且持續(xù)3s時記錄，防止偶然因素導(dǎo)致的無效記錄。

記錄格式：FEH，EFH，小時字節(jié)(XXH)，分鐘字節(jié)(XXH)，秒鐘字節(jié)(XXH)，記錄類型(09H)，記錄理由XXH(X1H～X7H分別表示脈沖1～脈沖7的超限，1XH表示開始超限，2XH表示超限結(jié)束，3XH表示繼續(xù)超限，但司機(jī)確認(rèn)了該異常)，脈沖1雙字節(jié)(XXH，XXH)，脈沖2雙字節(jié)(XXH，XXH)，脈沖3雙字節(jié)(XXH，XXH)，脈沖4雙字節(jié)(XXH，XXH)，脈沖5雙字節(jié)(XXH，XXH)，脈沖6雙字節(jié)(XXH，XXH)，脈沖7雙字節(jié)(XXH，XXH)，共21個字節(jié)，單位是Hz。記錄舉例：FEH，EFH，10H，05H，20H，09H，13H，5BH，CCH，5BH，DEH，73H，3CH，59H，2CH，5AH，00H，5BH，CCH，5BH，C5H。

記錄意義：機(jī)車脈沖異常發(fā)生時間為16時5分32秒，是脈沖3開始發(fā)生異常，異常數(shù)值為733CH，即29500Hz。分析方法：可以得知在機(jī)車運(yùn)行期間各機(jī)車脈沖的異常及出現(xiàn)時間。必須持續(xù)3s記錄有效，防止短暫干擾時的無效記錄。正常的機(jī)車脈沖值是23500Hz，其上、下限分別是29000Hz和19000Hz。如果連續(xù)3s超出限制，則開始記錄1條，其中對應(yīng)的機(jī)車脈沖(如脈沖3)數(shù)值是它的開始超限值；如果故障自動結(jié)束，則再記錄1條，其中對應(yīng)的機(jī)車脈沖(如脈沖3)是異常期間的超限最大值；如果異常仍在繼續(xù)，但司機(jī)確認(rèn)該異常，則記錄1條，是截止目前為止的超限最大值。本記錄所列出的其他脈沖的數(shù)值是為了做分析比較用。

10)司機(jī)控制指令記錄

司機(jī)改變一次手把位且在新的位置上穩(wěn)定5s則記錄一次。

記錄格式：FEH，EFH，小時字節(jié)(XXH)，分鐘字節(jié)(XXH)，秒鐘字節(jié)(XXH)，記錄類型(0AH)，司機(jī)控制指令字節(jié)(0～10，共11種狀態(tài))，指令改變時的機(jī)車速度字節(jié)(XXH，單位為km/h)，指令改變時的運(yùn)行公里數(shù)雙字節(jié)(高8位XXH，低8位XXH，單位為10m)，共10個字節(jié)。

記錄舉例：FEH，EFH，10H，05H，20H，0AH，01H，45H，21H，01H。記錄意義：司機(jī)控制指令變化記錄，發(fā)生時間為16時5分32秒，當(dāng)時機(jī)車速度為45H，即69km/h，發(fā)生公里標(biāo)為1121H，即43.85km，司機(jī)控制指令轉(zhuǎn)換為位置1。

分析方法：根據(jù)時間和公里標(biāo)，判斷司機(jī)控制指令位置，觀察司機(jī)操縱是否合理。持續(xù)5s是因為在司機(jī)很快地連續(xù)加速或減速過程中沒有必要記錄過渡過程的變速。因此，處理這個記錄時應(yīng)該把狀態(tài)記錄的時間減去5s，得到狀態(tài)發(fā)生的實際時間。但記錄中的機(jī)車速度和公里數(shù)是司機(jī)指令改變時的實際數(shù)值，沒有必要另外處理。

11)定時記錄

機(jī)車運(yùn)行期間每5min記錄1次，這是為了全面概括了解機(jī)車操作及各設(shè)備的運(yùn)行情況。

記錄格式：FEH，EFH，小時字節(jié)(XXH)，分鐘字節(jié)(XXH)，秒鐘字節(jié)(XXH)，記錄類型(0BH)，公里數(shù)雙字節(jié)(高8位XXH，低8位XXH，單位為10m)，機(jī)車速度字節(jié)(XXH，單位為km/h)，25個車軸溫度數(shù)據(jù)25字節(jié)(軸承111，軸承112，軸承121，…，軸承621，軸承622，車體溫度，均為二進(jìn)制單字節(jié)，單位為℃)，6臺牽引電機(jī)火花等級6字節(jié)(1～6，單位為0.1°)，牽引電動機(jī)電流12字節(jié)(電機(jī)1～6，二進(jìn)制雙字節(jié)，單位為A)，牽引電動機(jī)主電壓4字節(jié)(主電壓1和主電壓2，二進(jìn)制雙字節(jié)，單位為V)，控制電壓110V數(shù)據(jù)1字節(jié)(單位為V)，控制電壓24V數(shù)據(jù)1字節(jié)(單位為V)，控制電壓15V數(shù)據(jù)1字節(jié)(單位為0.1V)，勵磁電流2字節(jié)(雙字節(jié)二進(jìn)制，單位為A)，機(jī)車電路狀態(tài)1字節(jié)(D0位反映主接地1狀態(tài)，D1位反映主接地2狀態(tài)，D2位反映輔助接地狀態(tài)，D3位反映預(yù)備信號狀態(tài)，D4位反映主斷路器1狀態(tài)，D5位反映主斷路器2狀態(tài)，對應(yīng)位置位1表示接地、有預(yù)備信號、斷路器合，對應(yīng)位置復(fù)位0表示無接地、無預(yù)備信號、斷路器分，可能同時出現(xiàn)多個異常或狀態(tài))，大閘狀態(tài)位置1字節(jié)(0～6分別表示大閘處于0～6位)，電-空閥位置1字節(jié)(0，1)，機(jī)車閘缸壓力1字節(jié)(單位為kPa，1kPa=0.01kg/cm2)，機(jī)車工況狀態(tài)