一种高速磁浮列车悬浮故障预警方法及系统

技术领域

本发明涉及轨道交通领域，特别是一种悬浮系统、磁浮列车、预警保障及数据诊断方法、系统。

背景技术

磁浮列车悬浮系统保障列车车体离轨道面一定的间隙浮起，常导悬浮系统通常只有约8mm的悬浮间隙，这对磁浮列车的运行是非常严酷的。悬浮系统是磁浮列车的关键系统，悬浮系统动态运行情况直接关系磁浮列车的运行品质，任一个悬浮节点出现问题都会影响到整个列车的运行。不同速度情况、不同的负荷情况、不同的环境条件、相邻悬浮节点故障等等都可影响悬浮列车稳定运行，同时，悬浮系统故障种类存在多种，产生的机理也不同，差异也大。磁浮列车运行中各悬浮间隙、电磁铁的温度、电磁铁电流以及H型桥的输出电压、加速度传感器值等等都是其中的关键参数，以及相邻的悬浮节点的影响及耦合关系，这些都是需要进行实时监控及分析的，以保证悬浮系统运行工况的优化及稳定运行。

磁悬浮列车利用电磁力的作用进行导向，常导型导向系统是在车辆侧面安装一组专门用于导向的电磁铁。车体与导向轨侧面之间保持一定间隙。当车辆左右偏移时，控制导向电磁铁与导向轨的侧面相互作用来保持车体侧向间隙，从而达到控制列车运行方向的目的。同样，导向系统的性能也影响磁浮列车的稳定运行。

鉴于悬浮系统及导向系统是磁浮列车的核心关键系统，也是技术难点，磁浮列车技术一直以来是研究热点，国外通常由TCMS（列车控制及管理系统）直接与各悬浮节点通信，以进行故障判断，但该技术无法实时发现悬浮及导向设备的异常情况，无法进行实时分析诊断及过程预警。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种高速磁浮列车悬浮故障预警方法及系统，快速的建立车辆网络与悬浮节点的诊断网通信，实现整车网络通信协议与分节点通信协议的相互转换，从而更有效的对整车悬浮系统进行实时预警，保障运营，实现磁浮列车运营与检修的双重优化管理。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种悬浮故障预警系统，包括设置于磁浮列车各节车内的悬浮监控单元；各悬浮监控单元与对应车内的悬浮节点通信；所有的悬浮监控单元均与列车TCMS系统通信。

本发明在各节车内设置悬浮监控单元，可以有效实时地监控各悬浮节点的运行状况，从而更有效的对整车悬浮系统进行实时预警，保障运营。

所述悬浮监控单元包括两段，第1段为悬浮系统网络，用于实现各车内部的悬浮控制器与各车的悬浮监控系统单元通信，各车悬浮监控系统之间采用数字通信方式构建整车悬浮系统网络；第2段为列车网络级，用于实现列车TCMS系统与悬浮监控单元通信。进一步保障悬浮节点数据监测的实时性。

所述悬浮节点包括悬浮电磁铁控制器及导向电磁铁控制器。

所述悬浮监控单元实时采集悬浮系统及导向系统的数据，并对所述数据进行判断，若判断所述数据异常，则发出故障预警；否则，将所述数据传输至移动终端。

每一节车内的所有悬浮节点均通过CAN总线与所述悬浮监控单元通信。

本发明还提供了一种高速磁浮列车，其采用上述悬浮故障预警系统。

作为一个发明构思，本发明还提供了一种上述磁浮列车悬浮系统的故障预警方法，包括：悬浮监控单元接收各悬浮节点数据，对所述悬浮节点数据进行解析，整合所述悬浮节点数据，分析悬浮运行状况及诊断是否故障，并将诊断后的数据发送至TCMS系统。

本发明还提供了一种磁浮列车悬浮监控单元，包括：

输入模块，与TCMS通信，用于上传悬浮节点的数据至控制与管理模块；

通信模块，用于实现各悬浮节点间的通信，监控各悬浮节点的状态并预警；

控制与管理模块，用于根据各悬浮节点数据实现各悬浮节点在特殊工况下的起浮与降落冗余控制与管理；

分析与诊断模块，用于对所述悬浮节点数据进行解析，整合所述悬浮节点数据，分析悬浮运行状况及诊断是否故障，并将诊断后的数据发送至TCMS系统。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：本发明通过一套磁浮列车悬浮系统实时预警保障及数据诊断方法与系统，快速的建立车辆网络与悬浮节点的诊断网通信，实现整车网络通信协议与分节点通信协议的相互转换，包括对各悬浮节点的所有诊断网数据进行相关逻辑整合与存储，一部分通过数据逻辑处理后上传至整车网络，一部分通过系统存储单元（悬浮监控单元）进行存储并解析，从而更有效的对整车悬浮系统进行实时预警，保障运营，实现磁浮列车运营与检修的双重优化管理。

附图说明

图1 为本发明实施例原理图；

图2 为本发明实施例系统与相关设备网络拓扑结构图；

图3 为本发明实施例系统处理结构框图。

具体实施方式

本发明通过在磁浮列车上增加一套一种磁浮列车悬浮系统实时预警保障及数据诊断系统，来实现对磁浮列车对各个悬浮节点的实时监控预警及数据记录与分析的过程，包括：

本发明实现过程分为5部分，第1为与车辆网络通信，实现系统处理节点间的逻辑数据上传；第2为与各悬浮节点通信，实现对各悬浮节点的监控以达到及时预警；第3为对等协议智能转换，实现车辆与各悬浮节点之间无障碍通信过程；第4为磁浮列车的控制与管理，实现各悬浮节点在特殊工况下的起浮与降落冗余控制与管理；第5为车辆悬浮节点数据的记录与分析，实现整车各悬浮节点数据的诊断与分析过程；

本发明可分为2层级通信控制，第1层为设备级通信控制管理，实现悬浮监控单元MSU通过CAN通信接收各悬浮节点数据并经过MSU中的协议解析及逻辑处理模块将数据进行整合后上发至TCMS整车网络；第2层为车辆级通信控制管理，各设备数据通过MSU整合之后再经由以太网交换模块及协议处理模块进行车辆数据传送，以实现车辆级控制管理，统一整车数据并下发至地面进行机车工况、故障预警、安全导向等数据分析。

本发明可分为4个系统结构块实现控制，第1块为电源块，进行系统外部供电电源DC转换，包括CPU微内核电源、系统输入模块电源、通信模块电源、系统分析模块电源；第2块为设备通信块，实现通信配置、通信协议交换、各设备通信适配过程；第3块为系统CPU处理部分，实现数据逻辑处理、协议解析、协议转换处理、安全导向、工况预警、数据记录存储及解析；第4块为车辆通信部分，通过交换模块实现车辆级数据传输、数据整合统一。

磁浮列车悬浮系统分为主控模块及数据解析模块，主控模块包含逻辑处理模块、CAN通信模块、以太网通信模块、协议转换模块、实时预警模块、安全导向模块；数据解析模块包含协议转换模块、数据记录模块、数据导出模块、数据解析模块、动态波形显示、实时预警显示、履历记录与查询模块。

本发明可以形成1节主控磁浮车辆及至少1节以上磁悬浮列车多悬浮节点配置，适用于高速磁浮列车车型。

实施例1

如图1所示，高速磁浮列车悬浮系统实时预警保障及数据诊断方法与系统运行流程图以三模组列车为例，车辆级通信通过6-TRDP协议组成车辆网络，包含8-以太网通信、11-协议处理；设备间逻辑功能相互配合通过4-CPU中央处理器单元连接，CPU中央处理单元通过12-协议转换、15-逻辑处理、10-健康预测、3-安全导向、5-预警控制、20-灯显控制功能配合联调由22-CAN总线为主的设备通信网络，包含13-协议处理、1-帧识别、9-CAN通信功能，并经CPU进行数据处理后触发24-数据记录单元，包含14-数据记录、17-数据存储、2-数据导出功能，对数据进行相关要求的记录储存操作；系统配套使用上位机16-地面分析模块，包含7-实时波形显示、19-动态模拟、21-履历分析、18-协议导入、23-故障定位功能；系统通过以上流程处理车辆数据并记录解析的过程，以实现诊断网的实时监测、实时预警、健康预判、安全导向、故障定位等运营要求；

实施例2

如图2所示，由于悬浮节点模块具有独立控制的特性，整个悬浮系统是由若干套独立控制的悬浮单元支撑的系统，各个悬浮控制相互独立，每个3-悬浮节点单独用加速度、间隙传感器形成闭环控制系统。5-MSU以悬浮单元为对象，通过1-CAN总线将各个悬浮节点通信连接，并将悬浮节点的控制数据及信息进行监控记录。悬浮监控单元局域网络采用控制器局部网络CAN总线。每节车辆采用1个MSU单元，提供有4路独立CAN通信接口，具备CAN总线数据通信能力，可同时监控多组个悬浮节点的状态数据，并通过CAN总线接入2-导向控制单元。同时通过MSU的以太网交换卡的4-ETH总线，可将三节车辆的MSU实现以太网网络的构建，为整车提供以太网接口的数据信息平台。

实施例3

如图3所示，磁浮列车悬浮系统实时预警保障及数据诊断方法与系统分为4块功能结构区，3-电源块通过9-电源模块实现电压DC转换功能；6-设备通信块通过CAN模块实现13-帧识别、10-CAN通信功能；11-CPU块通过中央处理器模块实现5-逻辑处理、16-协议处理、7-预警控制、12-安全导向、8-数据记录与存储、14-数据解析功能；4-车辆通信块通过交换板模块实现17-以太网通信、2-协议处理、15-逻辑处理、1-协议转换功能。