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信號，機車安全監控裝置也提供了列車的相關信息。這些信號反映了機車及其電氣和電子系統的工作情況。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參數，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據采集診斷與分析系統方案，將對機務系統的“修制改革、科學管理”具有重要的現實和指導意義。

本電力機車數據采集提示系統，通過采集機車各設備數據，實時分析處理，在設備狀態異?；蚬收蠒r，能夠快速、準確地識別故障，及時為司乘人員提供故障節點提示及處理建議。系統還具有數據記錄和轉儲功能，便于地面數據處理系統作進一步的分析，并為機車的運用、管理、檢修提供支持。

一、系統構成

本系統共分三個部分：數據采集處理部分、顯示提示部分、地面數據分析處理部分。其功能框圖如下所示。

車載主機構成圖：

二、技術參數
1. CPU模塊最高運行速度可達300MHz，在板內存為128M SDRAM，其上運行的嵌入式Linux系統是一個多任務操作系統，在保證對機車運行數據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。
2、數據采集柜共采集模擬量8個，開關狀態量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據。主機與數據采集柜以CAN總線連接，采集柜內部各板卡之間采用串口通訊，任一個數據采集板發生故障不會影響其它的數據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據。
4、主機按事件記錄機車運行數據，即當任一開關量變化或者任一模擬量變化超過預設的閥值時，產生一條事件，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據文件。
6、主機提供了良好的人機界面，使察看實時數據和轉儲運行數據、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，為適應機車供電電壓的變化，主機電源塊采用了寬壓設計。
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。工作環境：-25℃~ ＋75℃，5％~ 95％相對濕度
    主機操作系統是基于PC/104產品的嵌入式LINUX系統，安裝在64M DOC上，操作系統總大小20M。支持日志文件系統EXT3，可保證文件系統在非正常關閉后能夠快速恢復到正常狀態。
地面軟件系統用VC＋＋開發，車載系統記錄的機車運行數據用優盤轉儲下來由地面軟件進行分析處理，機車運行數據會由地面軟件存儲到SQL-SERVER數據庫，方便將來進行查詢和對比分析，給出相應的維修建議等。

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，各儀表的信息，以及電子柜的信息和機車的公共信息等。并能根據所采集的數據，判斷出機車各部件的工作狀態是否異常，給出故障信息并提示相應的處理建議。其具體提示功能有如下方面：
1、對超過門限值的參數進行顯示，同時可記錄發生的時間、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，防止因高網壓使電源柜蓄電池充電自動開關600QA跳開而發生虧電。
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、顯示發生網壓最大值和最小值的時間、區間位置，對電網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生故障時，裝置以人機交互方式提供一個或幾個應急故障處理方案，指導機車乘務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空轉提示預備燈不滅提示
另外，可根據實際的需要，增加所需要的判斷情況，作出相應的故障與處理提示。
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402SA上的導線532是否有電，導線532-400有電，再由檢測單元檢測本節車的升弓電磁閥1YV上的導線534是否有電，網壓表線104-100是否有100伏左右的交流電，若534-400無電，網壓表線104-100無100伏左右的交流電，則診斷為升前弓異常。

1. 首先由檢測單元檢測“受電弓”扳鍵開關402SA上的導線535是否有電，導線535-400有電，再由檢測單元檢測另一節車的升弓電磁閥1YV上的導線534是否有電，網壓表線104-100是否有100伏左右的交流電，若534-400無電，網壓表線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400SA上的導線537（合閘信號）是否有電，導線537-400有電，再由檢測單元檢測導線541是否有電，若導線541-400有電，則診斷為正常;若導線541-400無電，則診斷為主斷器合不上異常。繼續按診斷邏輯樹進行診斷：檢測單元檢測導線544是否有電，若導線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線708-400是否有電;⑤是否緊急跳主斷，檢測導線804-400是否有電;⑥機車是否處于零電壓，檢測零壓燈上的導線705-400是否有電;⑦是否次邊過流，檢測導線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燈上的導線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燈上的導線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線708有電。
故障8：零電壓：
    檢測單元檢測零壓燈上的導線705-400有電。
故障9：次邊過流：
    檢測單元檢測導線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上的導線562是否有電，導線562-400有電，再由檢測單元檢測方式選擇開關591QS上的導線564、563是否有電，選擇開關591QS置于“0”位，為手動控制，564-400有電;選擇開關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242QS上的導線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;242QS置于“2”位，570-400有電;為用通風機1代替劈相機，此時通風機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線564、563任一有電，579有電，劈相機信號燈上的導線718無電或劈相機接觸器201KM上的導線573有電，劈相機起動電阻接觸器213上的導線571有電，則為劈相機起動正常。如果檢測單元檢測導線564、563任一有電，579有電，劈相機信號燈上的導線718有電或劈相機接觸器201KM上的導線573無電，劈相機起動電阻接觸器213上的導線571無電，則為劈相機起動故障。劈相機信號燈上的導線718無電或劈相機接觸器201KM上的導線573有電后，延時15秒后劈相機起動電阻接觸器213上的導線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：牽引通風機控制故障：
檢測單元檢測導線546有電，242QS置于“1”位，579-400有電，通風機Ⅰ、Ⅱ隔離開關575QS、576QS置于“0”位，504-400、505-400無電，牽引通風機Ⅰ接觸器205KM上的導線580、牽引通風機Ⅱ接觸器206KM上的導線582同時有電，則通風機控制正常。
檢測單元檢測導線546有電，242QS置于“1”位，579-400有電，通風機Ⅰ隔離開關575QS置于“1”位，通風機Ⅱ隔離開關576QS置于“0”位，504-400有電即牽引通風機Ⅰ切除，505-400無電，牽引通風機Ⅰ接觸器205KM上的導線580無電，牽引通風機Ⅱ接觸器206KM上的導線582有電，則診斷為通風機Ⅰ切除，通風機Ⅱ工作。
檢測單元檢測導線546有電，242QS置于“1”位，579-400有電，通風機Ⅰ隔離開關575QS置于“0”位，通風機Ⅱ隔離開關576QS置于“1”位，504-400無電，505-400有電即牽引通風機Ⅱ切除，牽引通風機Ⅰ接觸器205KM上的導線580有電，牽引通風機Ⅱ接觸器206KM上的導線582無電，則診斷為通風機Ⅰ工作，通風機Ⅱ切除。
檢測單元檢測導線546有電，242QS置于“1”位，579-400有電，通風機Ⅰ、Ⅱ隔離開關575QS、576QS置于“0”位，504-400、505-400無電，牽引通風機Ⅰ接觸器205KM上的導線580或牽引通風機Ⅱ接觸器206KM上的導線582無電，則通風機控制異常。
故障13：制動風機控制故障：
檢測單元檢測導線548有電，制動風機Ⅰ、Ⅱ隔離開關581QS、582QS置于“0”位，498-400、499-400有電，制動風機Ⅰ接觸器209KM上的導線593、制動風機Ⅱ接觸器210KM上的導線594同時有電，則制動風機控制正常。
檢測單元檢測導線548有電，制動風機Ⅰ隔離開關581QS置于“1”位、制動風機Ⅱ隔離開關582QS置于“0”位，498-400無電、499-400有電，制動風機Ⅰ接觸器209KM上的導線593無電、制動風機Ⅱ接觸器210KM上的導線594有電，則診斷為制動風機Ⅰ切除，制動風機Ⅱ工作。
檢測單元檢測導線548有電，制動風機Ⅰ隔離開關581QS置于“0”位、制動風機Ⅱ隔離開關582QS置于“1”位，498-400有電、499-400無電，制動風機Ⅰ接觸器209KM上的導線593有電、制動風機Ⅱ接觸器210KM上的導線594無電，則診斷為制動風機Ⅰ工作，制動風機Ⅱ切除。
檢測單元檢測導線548有電，制動風機Ⅰ、Ⅱ隔離開關581QS、582QS置于“0”位，498-400、499-400有電，制動風機Ⅰ接觸器209KM上的導線593或制動風機Ⅱ接觸器210KM上的導線594無電，則制動風機控制異常。
故障14：牽引控制故障：
檢測單元檢測導線402、403和406有電，兩位置轉換開關方向鼓“向前”位的電磁閥107YVF和108YVF上的導線434有電，兩位置轉換開關工況鼓“牽引”位的電磁閥107YVT和108YVT上的導線429有電，則診斷為牽引向前正常。如果檢測單元檢測導線402、403和406有電，而導線434或429無電，診斷為牽引向前異常。
檢測單元檢測導線402、404和406有電，兩位置轉換開關方向鼓“向后”位的電磁閥107YVBW和108YVBW上的導線425有電，兩位置轉換開關工況鼓“牽引”位的電磁閥107YVT和108YVT上的導線429有電，則診斷為牽引向后正常。如果檢測單元檢測導線402、404和406有電，而導線425或429無電，診斷為牽引向后異常。
故障15：制動控制故障：
檢測單元檢測導線402、403和405有電，兩位置轉換開關方向鼓“向前”位的電磁閥107YVF和108YVF上的導線434有電，兩位置轉換開關工況鼓“制動”位的電磁閥107YVB和108YVB上的導線431有電，則診斷為制動向前正常。如果檢測單元檢測導線402、403和405有電，而導線434或431無電，診斷為制動向前異常。
檢測單元檢測導線402、404和405有電，兩位置轉換開關方向鼓“向后”位的電磁閥107YVBW和108YVBW上的導線425有電，兩位置轉換開關工況鼓“制動”位的電磁閥107YVB和108YVB上的導線431有電，則診斷為制動向后正常。如果檢測單元檢測導線402、404和405有電，而導線425或431無電，診斷為制動向后異常。
故障16：“預備”燈不滅：
    當調速手柄離開0位時，檢測單元檢測412線有電，預備燈上的703線應無電。如果導線412有電，而703線也有電，則診斷為“預備”燈不滅。在未隔離轉向架和線路接觸器的情況下，“預備好”邏輯構成的條件為“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）”。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，則輸出相應結果。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：
當調速手柄離開0位時，檢測單元檢測412線有電，預備燈上的703線無電 “預備”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線710有電
補充說明：
架一切除信號牽引通風機Ⅰ隔離開關575QS上的線504-400有電;

• 架二切除信號牽引通風機Ⅱ隔離開關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;
• 網壓信號103-100，為交流信號按40KV對應160V、25KV對應100V、24KV對應96V、19KV對應76V;
• 架壓表，為直流信號，按1500KV對應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、數據采集處理部分

• 為整個車上系統的核心，采用標準的工業機箱結構，由上位機板（PC/104主機板）和下位機板（開關量檢測板、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據量均有預留。
  1）主機板采用高速微處理器ARM和嵌入式的實時多任務操作系統，支持多種外圍硬件設備，該板帶有存儲器，可存儲大容量數據文件。該板主要負責信息的處理（數據記錄、故障判斷分析、數據的實時傳送控制等）以及調試、協調各模塊之間的工作。
  2）開關量檢測單元檢測的項目內容如下：

3）模擬量檢測單元檢測的項目內容如下：

4）頻率量檢測單元檢測的項目內容如下：

 
5）電子柜檢測單元截取電子柜的有用數據信息，作為相應的判斷依據，因本檢測單元采用RS485總線，只接收信息，故不會對電子柜產生任何負面影響。同時，本單元還接收機車監控設備的公共信息，包括時間、速度、公里標、車次、區段號、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，在數據采集處理部分，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、數據轉儲
通過ARM主機上面的高速USB接口，用優盤將記錄的機車數據轉儲至地面計算機。方式內容為機車整個運行過程中詳細的機車狀態信息和故障記錄以及公共信息。

該裝置的使用，能夠很好地采集機車的信息，可以為乘務員提供直觀、便捷、高效的應急故障處理手段，能夠使乘務員在司機室內對故障進行分析和判斷。減少故障判斷處理時間，降低乘務員故障處理難度。能夠幫助現場檢修人員發現動態故障，方便查找原因。