CN102566470A - 一种机车运行状态实时监测记录和参数调节系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机车运行状态实时监测记录和参数调节系统及其方法，装置包括：监控模块和机车控制装置，监控模块包括监视记录模块、记录回放模块和参数调节模块，所述的机车控制装置包括机车控制模块，监控模块通过以太网与机车控制装置的机车控制模块相连，监视记录模块通过以太网向机车控制模块发送监控数据指令，并实时接收、记录和显示机车控制模块发回的监控数据；记录回放模块对监视记录模块记录的监控数据进行存储和回放；参数调节模块通过以太网线向机车控制模块发送参数调节指令，并将参数数据在线写入机车控制模块。该系统及其方法可以方便、全面、长时间地监测及记录机车运行的数据信息，提升调试及检测水平，提高工作效率。

Description

一种机车运行状态实时监测记录和参数调节系统及其方法

技术领域

本发明涉及一种机车状态监控系统及其方法，尤其是涉及一种适用于机车车辆的机车运行状态信息实时监测记录和在线参数调节系统及其方法。

背景技术

随着电子及计算机技术的迅猛发展，DSP、ARM和FPGA（Field-programmable gate array，现场可编程门阵列）等功能强大的嵌入式微机技术已经成熟并得到广泛应用。高集成、高精度和高可靠性的IC集成技术也同样在不断地升级换代。同时以太网通讯技术和界面开发软件编程技术的日新月异则更是大大提升了目前的技术水平。

而机车控制装置是机车运行的重要组成部分，其运行状态好坏直接关系到机车的安全运行，因此在出厂时，需对机车控制装置作全面的、详细的性能调试。此外，当机车在线运行时，有时也需要对机车运行状态进行实时的监测，通过分析数据信息，及时发现并解决机车故障。

目前虽然有专门的机车状态监测及数据记录装置，但无法直接对机车进行在线参数调节。其由数据采集模块、数据传输模块与数据监视记录模块组成，属于机车控制装置之外重新开发，需对机车的相关信号重新布线，对于客户而言，维护及成本大大增加。另外无法获取机车控制的一些关键变量，对于一些关键的故障来说，查找还是比较困难。而且由于电力机车的运行条件恶劣，需要在机车运行的不同工作状态下进行参数配置，对调节机车的PI参数相当不方便；而以往调节PI参数都是利用示波器观察调节效果，修改机车控制程序中PI参数值，这意味着需要修改每次改动都需要修改控制程序，大大降低了机车控制装置的可靠性，参数调节周期较长。

 同时，机车在线运行时，携带多台示波器或者采用数据采集观察上车监测机车运行状态信号的方法基本不可行，虽然司机室的显示屏上能够看到一些利用通讯传输上来的机车的状态信号和故障条目，但是由于这些信息只能每隔64ms传输一次，因此数据信息的实时性较差，不能准确反应和捕捉机车的瞬态隐性故障。目前虽然有些机车采用微机系统控制，有一些故障记录信息，但是其存储空间有限，每次故障发生时只能记录故障发生前后2秒的状态，因此记录数据量和数据长度有限，不能全面反映机车的状态信息。

综上所述，有必要开发一个实时状态监视与数据记录系统，不论是对机车的出厂调试，还是在线运行时，都可以方便地通过此系统全面地、长时间地监测及记录机车运行的数据信息（包括机车运行的一些关键的中间变量），并利用存储的丰富数据，通过数据回放方式来仔细分析机车的瞬态隐形故障，从而提升调试及检测水平，提高工作效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种机车运行状态实时监测记录和参数调节系统及其方法，该系统及其方法不论是对机车的出厂调试，还是在线运行时，都可以方便地通过此系统全面地、长时间地监测及记录机车运行的数据信息，从而提升调试及检测水平，提高工作效率。 

为了实现上述发明目的，本发明具体提供了一种机车运行状态实时监测记录和参数调节系统的技术实现方案，一种机车运行状态实时监测记录和参数调节系统，包括：监控模块和机车控制装置，监控模块包括监视记录模块、记录回放模块和参数调节模块，机车控制装置包括机车控制模块，监控模块通过以太网线与机车控制装置的机车控制模块相连，监视记录模块通过以太网线向机车控制模块发送监控数据指令，并实时接收、记录和显示机车控制模块发回的监控数据；记录回放模块对监视记录模块记录的监控数据进行存储和回放；参数调节模块通过以太网线向机车控制模块发送参数调节指令，并将参数数据在线写入机车控制模块。

作为本发明一种机车运行状态实时监测记录和参数调节系统技术方案的进一步改进，机车控制装置还包括功能板模块，功能板模块包括两个以上的功能板，各个功能板与机车控制模块之间通过AMS总线相连，各个功能板和机车控制模块均与机车外围信号接口模块相连。

作为本发明一种机车运行状态实时监测记录和参数调节系统技术方案的进一步改进，机车控制模块包括数据采集模块、公用RAM模块、ARM芯片和DSP芯片，数据采集模块与机车外围信号接口模块和公用RAM模块分别相连，公用RAM模块与ARM芯片和DSP芯片分别相连，数据采集模块对机车外围的模拟量和/或数字量数据进行采集和处理，DSP芯片管理机车控制装置的总线，并进行机车控制；ARM芯片对数据采集模块采集到的机车状态信息进行记录、诊断、数据通讯与转储；公用RAM模块为DSP芯片设定公用的全局变量数据，ARM芯片和DSP芯片读写公用RAM模块中的变量数据，并通过公用RAM模块进行数据交互。

作为本发明一种机车运行状态实时监测记录和参数调节系统技术方案的进一步改进，DSP芯片上运行有机车控制程序，DSP芯片包括定时器模块，定时器模块控制机车控制程序定时循环执行；当机车控制程序运行时，DSP芯片读取数据采集模块在公用RAM模块中的变量数据，更新来自机车外围信号接口模块的外围接口输入数据，依据外围接口输入数据，DSP芯片中的机车控制程序更新执行，DSP芯片机车控制程序中的变量数据更新。

作为本发明一种机车运行状态实时监测记录和参数调节系统技术方案的进一步改进，公用RAM模块为DSP芯片设定公用的全局变量数据，并与来自数据采集模块的外围输入数字量信号、模拟量信号、PI参数值和机车控制程序中的中间变量信号一一对应，数据采集模块采集的数据一一对应赋值给公用RAM模块中的全局变量，ARM芯片和DSP芯片读写公用RAM模块中的变量数据。

本发明还另外具体提供了一种利用上述机车运行状态实时监测记录和参数调节系统进行机车运行状态实时监测记录和参数调节的方法的技术实现方案，一种机车运行状态实时监测记录和参数调节方法，该方法包括以下步骤：

S100：机车控制模块的数据采集模块通过机车外围信号接口模块采集来自机车外围的模拟量和/或数字量数据；

S101：监视记录模块通过以太网线向机车控制模块发送监控数据指令，并实时接收、记录和显示机车控制模块发回的监控数据； 

S102：记录回放模块对监视记录模块记录的监控数据进行存储和回放；

S103：参数调节模块通过以太网线向机车控制模块发送参数调节指令，并将参数数据在线写入机车控制模块。

作为本发明一种机车运行状态实时监测记录和参数调节方法技术方案的进一步改进，该方法还包括全局变量设定过程，全局变量设定过程包括以下步骤：

机车控制模块的公用RAM模块为DSP芯片设定公用的全局变量数据，所述的全局变量数据与来自数据采集模块的外围输入数字量信号、模拟量信号、PI参数值和机车控制程序中的中间变量信号一一对应，数据采集模块采集的数据一一对应赋值给公用RAM模块中的全局变量，ARM芯片和DSP芯片读写公用RAM模块中的变量数据。

作为本发明一种机车运行状态实时监测记录和参数调节方法技术方案的进一步改进，该方法还包括数据传输过程，数据传输过程包括以下步骤：

DSP芯片上运行的机车控制程序定时循环执行，每次运行时，读取数据采集模块在公用RAM模块中对应的变量值，更新机车外围信号接口模块输入的数据信号，DSP芯片上的机车控制程序根据输入数据信号执行更新操作，机车控制程序中的中间变量信号进行更新，所有输入数据信号更新完成后，公用RAM模块中的全局变量也同时更新完成，并置数据更新标志位，ARM芯片监视数据更新标志位，通过访问公用RAM模块的存储区，取得数据，启动以太网通讯，并将数据传输至监控模块，同时将数据更新标志位置零。

作为本发明一种机车运行状态实时监测记录和参数调节方法技术方案的进一步改进，该方法还包括在线参数调节过程，在线参数调节过程包括以下步骤：

机车控制的初始参数由DSP芯片上运行的机车控制程序进行初始设定，当需要在线调节参数时，调试人员根据实时监视机车运行的相关数据，在监控模块的参数调节模块的功能界面上修改所需调节的参数数值，并启动数据发送，ARM芯片通过以太网线接收和校验数据，将校验后的数据写入公用RAM模块的存储区，并置参数设置标志位；DSP芯片监测参数设置标志位后，访问公用RAM模块的存储区，读取参数变量，进行更新；从设定一次参数到下次设定参数之间相隔设定的时间。

作为本发明一种机车运行状态实时监测记录和参数调节方法技术方案的进一步改进，该方法还包括监控模块监控过程，监控模块监控过程包括以下步骤：

监控模块通过以太网线发送监控数据命令包，机车控制装置的机车控制模块接收命令包，并进行解析，机车控制模块通过以太网线向监控模块发送数据包，监控模块接收数据，按通信协议显示还原数据，同时对数据进行实时存储与管理；

监控模块通过以太网线将配置服务器端口及命令包发送至机车控制装置的机车控制模块，机车控制模块接收命令，准备接收后续参数配置数据包；机车控制模块随后接收参数配置数据包，在将数据包解析之后写入公用RAM模块的存储区；同时返回校验数据结果，监控模块接收校验数据，错误则需重新发送数据包。

通过实施上述本发明一种机车运行状态实时监测记录和参数调节系统及其方法，具有以下技术效果：

（1）本发明描述的系统及其方法能对机车运行数据信号进行实时地、长时间（只要笔记本硬盘够大）地记录显示；

（2）本发明描述的系统及其方法的数据采集与传输是基于机车控制装置上实现，无需增加新的采集功能模块与数据传输；并且其不受外界干扰，为机车运行状态的分析提供很可靠的依据；

（3）本发明描述的系统及其方法的监控模块安装在笔记本电脑上，体积小，与相应的机车控制装置配套；因此携带方便，尤其适用于上车试验和检修；

（4）本发明描述的系统及其方法共用数据采集模块，但控制功能模块与数据传输功能模块分离，因此能提供机车运行的安全性、可靠性；

（5）本发明描述的系统及其方法具有实时在线参数调节，是适应铁路装备信息化的需求，能极大地减少调试人员工作量，缩短机车控制装置的开发调试周期。

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作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明机车运行状态实时监测记录和参数调节系统一种具体实施方式的系统结构组成框图；

图2是本发明机车运行状态实时监测记录和参数调节系统一种具体实施方式的信号流向示意图；

图3是本发明机车运行状态实时监测记录和参数调节系统所应用的机车牵引与制动控制系统结构框图；

图4是本发明机车运行状态实时监测记录和参数调节系统一种具体实施方式的监控模块的功能示意图；

图5是本发明机车运行状态实时监测记录和参数调节系统一种具体实施方式的以太网实时监控数据工作过程示意图；

图6是本发明机车运行状态实时监测记录和参数调节系统一种具体实施方式的以太网实时修改控制参数工作过程示意图；

图中，1-监控模块，2-机车控制装置，3-监视记录模块，4-记录回放模块，5-参数调节模块，6-以太网线，7-机车控制模块，8-功能板模块，9-AMS总线，10-机车外围信号接口模块，701-数据采集模块，702-公用RAM模块，703-ARM芯片，704-DSP芯片，U1-牵引特性环节，U2-制动特性环节，U3-给定积分器，U4-粘着限制环节，U5-制动电流限制环节，U6-轴重补偿环节，U7-防空转环节，U8-最大电压调节器，U9-电枢调节器，U10-控制逻辑单元，U11-磁场调节器，U12-最大励磁电流调节器，U13-移相电压变换环节，U14-同步移相信号，U15-调制环节，U16-解调环节，W1-牵引电位器，W2-制动电位器，W3-调车电位器，α-级位指令信号，Im-电机电流反馈信号，Um-电机电压反馈信号，If-励磁电流反馈信号，Ummax-最大电压限制信号，Ifmax-最大励磁电流反馈信号，G1-前转向架工作信号，Izmax-最大制动电流限制值，Izmin-最小制动电流限制值，+-加法，-1-倒相，Up11-一段桥交流电压信号，Up12-二段桥交流电压信号，min-最小值选择，max-最大值选择，dα1-一段桥移相触发电平信号，dα2-二段桥移相触发电平信号，dα3-三段桥移相触发电平信号，dα4-励磁桥移相触发电平信号。

具体实施方式

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的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

如附图1至附图6所示，给出了本发明一种机车运行状态实时监测记录和参数调节系统及其方法的具体实施例，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

如附图3所示，现将机车控制装置控制过程阐述如下：

对机车的控制主要体现在机车牵引和制动性能的控制上，在附图3中，机车控制装置包括：牵引特性环节U1、制动特性环节U2、给定积分器U3、粘着限制环节U4、制动电流限制环节U5、轴重补偿环节U6、防空转环节U7、最大电压调节器U8、电枢调节器U9、控制逻辑单元U10、磁场调节器U11、最大励磁电流调节器U12、移相电压变换环节U13、同步移相信号U14、调制环节U15、解调环节U16、牵引电位器W1、制动电位器W2和调车电位器W3；各种输入输出和控制信号包括：级位指令信号α、电机电流反馈信号Im、电机电压反馈信号Um、励磁电流反馈信号If、最大电压限制信号Ummax、最大励磁电流反馈信号Ifmax、前转向架工作信号G1、最大制动电流限制值Izmax、最小制动电流限制值Izmin、加法+、倒相-1、一段桥交流电压信号Up11、二段桥交流电压信号Up12、最小值选择min、最大值选择max、一段桥移相触发电平信号dα1、二段桥移相触发电平信号dα2、三段桥移相触发电平信号dα3和励磁桥移相触发电平信号dα4。

在机车牵引性能控制上，采用软件方式实现特性控制性能。由一段斜线构成粘着限制线，用电压——电流限制作为粘着限制控制。在粘着限制范围内机车先按特性曲线的平直段恒流起动，待进入特性曲线的斜线段后机车速度大致稳定在牵引手柄所指示的速度范围内，同一级位上的速度变化范围大约为10km/h。三段不等分半控桥顺序开放，有电机电压最大值限制。当电机电压达到最大限制值后开始三级磁场削弱。对前后转向架轴重转移进行电气补偿。若电机电流大于某个值则前架减载，减载量与电流成正比。复位时有电流下降率和上升率的限制，以防止电流冲击。

在机车制动性能控制上，采用软件方式实现制动控制性能。速度特性曲线（I-V）是一簇平行的斜线。制动控制系统采用加馈电阻制动，根据机车的速度，系统自动地调节一段半控桥的移相角，使制动电流沿着给定的速度-电流线变化，机车速度大致稳定在给定级位所对应的速度范围内。有最大励磁电流限制，最大制动电流限制，最小制动电流限制，当If 达到最大限制值时，调节一段半控桥移相角，改变电机电压以维持制动电流不变。

牵引制动控制特性，牵引为准恒速的控制特性，电机电流按下式控制：

式中：n--牵引级位数，n=0～10；

v--机车速度，单位km/h。

制动为准恒速的控制特性，制动电流按下式控制：

式中：n--制动级位数，n=10～1；

v--机车速度，单位km/h。

由牵引电位器W1或调车电位器W3二者中取最大值形成牵引级位指令α，α与机车速度反馈信号一起输入至牵引特性形成环节，其输出经给定值积分器后进行脉宽调制，调制成幅值为110V的调制波，调制波送至重联机车及本务机车的解调环节，经解调后，又还原成给定积分器输出的直流电压信号，该信号与黏着限制环节的输出比较，取最小值形成牵引给定电流信号Is。

当电机电流大于某规定值后，轴重补偿环节就会产生电流差值信号△I，此信号只加于前转向架，以达到前架减载的目的。

Is经防空转系统后，即成信号Iss，无空转时Iss=Is。发生空转时，空转保护系统的减载功能起作用，Iss即瞬时下降，然后再按一定的上升率回升，回升后仍有空转则再次下降，直至空转被抑制。

正信号Iss与负的电机电流反馈信号Im输入至电枢调节器U9，两者不断比较，从而决定了调节器输出的大小。电枢调节器U9的输出经倒相后形成移相电压UE1、UE2、UE3，经移相电压变化环节后即形成移相控制电压Ue1、Ue2、Ue3，该电压与同步移相电压比较，其交点即决定了电枢变流器的移相角的位置。由于Ue1、Ue2、Ue3是顺序衔接的，所以三段桥能顺序开放。

在调压过程中，电机电压不断升高，其反馈信号Um上升，当电机电压达到最大值Ummax限制值时，最大电压限制调节器的输出小于电流调节器的输出。由于最小值环节的作用，此时，UE3/2为最大电压限制调节器的输出，两小段桥的移相角被限制在对应于电机电压最大值的位置。

电机达到最大电压后，如果再要提高速度，则要进行有级削磁。当手柄升到磁场削弱位时，由于β信号的作用使Is维持高值从而使电机电压一直维持为最大值。

制动电位器W2送出制动指令。由于制动时从高速到低速，手柄从高级位到低级位，为此先将制动电位器W2的输出值经反比例环节转换成制动级位信号α，该级位信号与机车速度反馈信号一起输入至制动特性形成环节，其输出与最小制动电流给定信号比较后取最大值，再经给定值积分环节，然后与牵引控制一样，经调制、解调，再与最大制动电流限制值比较，取最小值即形成制动给定电流信号形成Is。

Is经防滑系统后即成Iss信号，无滑行时Iss= Is。

正信号Iss与负的电机电流反馈信号Im一起输入至磁场调节器U11，磁场调节器U11的输出经倒相后即形成移相电压UE4，经移相电压变化环节后形成移相控制电压Ue4，该电压与同步移相电压比较，其交点即决定了磁场变流器的移相角的位置。同时，控制逻辑单元U10送出一负信号封锁电枢调节器。

随着机车速度的降低，励磁电流不断增加，当励磁电流达到最大值Ifmax或励磁桥满开放时，磁场调节器U11不起作用，最大励磁电流调节器U12工作或维持励磁桥满开放。同时，控制逻辑单元U10解除对电枢调节器U9的封锁，使之工作。控制逻辑单元U10还送出一正信号至磁场调节器U11，使之负饱和，以维持最大励磁电流调节器U12工作，使励磁电流维持在最大值Ifmax或励磁桥处于满开放值。

电枢调节器U9的输出经倒相后产生UE1，经移相电压变换环节U13后与同步电压比较，其交点即决定了一段桥的开放角，此时即进入加馈制动工况。DSP芯片存储块定义的全局变量情况如下表1所示。

 

序 号	名  称	说  明	R/W	变量名
					1	fault	硬件故障	R	fault
2	led	LED灯显	W	led
					3	gpi	数字逻辑输入	R	gpi
4	gpo	数字逻辑输出	W	gpo
					5	a_i[2][22]	44路A/D瞬时值输入	R	a_i[2][22]
6	a_i_v[2][22]	44路A/D有效值输入	R	a_i_v[2][22]
					7	a_o[2][6]	12路D/A输出	W	a_o[2][6]
8	dia[2][2]	一架与二架轮径	R	dia[2][2]
					9	speed[2][2]	4路速度输入	R	speed[2][2]
10	speed_status	速度更新指示(4bit)	R	speed_status
					11	speed_fault	速度传感器故障(4bit)	R	speed_fault
12	direction	速度方向判断(2bit)	R	direction
					13	loop	环线检测	R	loop
14	d_i[3]	40路110V数字量输入	R	d_i[3]
					15	d_o[2]	20路110V数字量输出	W	d_o[2]
16	demodu	指令解调输入	R	demodu
					17	uf[2][2]	同步积分峰值	R	uf[2][2]
18	modu	指令调制输出	W	modu
					19	ue[2][3]	积分控制指令	W	ue[2][3]
20	uwr[2]	全控桥最小逆变角控制	W	uwr[2]
					21	pulse[2]	脉冲位控制字	W	pulse[2]
22	buf3[80]	DSP通讯显示及故障记录缓冲单元	W	buf3[80]
					23	buf4_num[2]	用于自检通讯	R/W	buf4_num[2]
24	buf4[2][8]	用于自检通讯	R	buf4[2][8]
					25	buf5_num[2]	用于自检通讯	W	buf5_num[2]
26	buf5[2][8]	用于自检通讯	W	buf5[2][8]
					27	W_PARA[20]	参数值	W	W_PARA[20]

表 

 DSP芯片RAM存储块定义的变量

如附图1所示，一种机车运行状态实时监测记录和参数调节系统的具体实施方式，包括：监控模块1和机车控制装置2，监控模块1包括监视记录模块3、记录回放模块4和参数调节模块5，机车控制装置2包括机车控制模块7，监控模块1通过以太网线6与机车控制装置2的机车控制模块7相连，监视记录模块3通过以太网线6向机车控制模块7发送监控数据指令，并实时接收、记录和显示机车控制模块7发回的监控数据；记录回放模块4对监视记录模块3记录的监控数据进行存储和回放；参数调节模块5通过以太网线6向机车控制模块7发送参数调节指令，并将参数数据在线写入机车控制模块7。机车控制装置2还进一步包括功能板模块8，功能板模块8包括两个以上的功能板，各个功能板与机车控制模块7之间通过AMS总线9（Application Management System，一种分布式控制网络技术及通讯协议）相连，各个功能板和机车控制模块7均与机车外围信号接口模块10。监控模块1采用VC+数据库+专用图形显示控件开发，完成集实时数据显示、数据记录与回放、在线参数调节，无需增加新的数据采集设备，为用户提供方便与快捷的调试与诊断手段。功能主要包括实时检测记录、记录回放、参数调节。

如附图2所示，机车控制模块7采用DSP+ARM双CPU架构，进一步包括数据采集模块701、公用RAM模块702（Random Access Memory，随机存储器）、ARM芯片703（Advanced RISC Machine，一种处理器）和DSP芯片704（Digital Signal Processing，数字信号处理），数据采集模块701与机车外围信号接口模块10和公用RAM模块702分别相连，公用RAM模块702与ARM芯片703和DSP芯片704分别相连。数据采集模块701对机车外围的模拟量和/或数字量数据进行采集和处理，可以用来对机车外围多达44路模拟量数据进行采集处理。DSP芯片704管理机车控制装置2的系统总线，并进行机车控制；ARM芯片703对数据采集模块701采集到的机车状态信息进行记录、诊断、数据通讯与转储；公用RAM模块702为DSP芯片704设定公用的全局变量数据，ARM芯片703和DSP芯片704读写公用RAM模块702中的变量数据，并通过公用RAM模块702进行数据交互。

DSP芯片704上运行有机车控制程序，DSP芯片704进一步包括定时器模块，定时器模块控制机车控制程序1ms定时循环执行，当机车控制程序运行时，DSP芯片704读取数据采集模块701在公用RAM模块702中的变量数据，更新来自机车外围信号接口模块10的外围接口输入数据，依据外围接口输入数据，DSP芯片704中的机车控制程序更新执行，DSP芯片704机车控制程序中的变量数据更新。

公用RAM模块702为DSP芯片704设定公用的全局变量数据，并与来自数据采集模块701的外围输入数字量信号、模拟量信号、PI参数值和机车控制程序中的关键中间变量信号一一对应，数据采集模块701采集的数据一一对应赋值给公用RAM模块702中的全局变量，ARM芯片703和DSP芯片704读写公用RAM模块702中的变量数据。

如附图4、5和6所示，一种机车运行状态实时监测记录和参数调节方法的具体实施方式，包括以下步骤：

S100：机车控制模块7的数据采集模块701通过机车外围信号接口模块10采集来自机车外围的模拟量和/或数字量数据；

S101：监视记录模块3通过以太网线6向机车控制模块7发送监控数据指令，并实时接收、记录和显示机车控制模块7发回的监控数据； 

S102：记录回放模块4对监视记录模块3记录的监控数据进行存储和回放；

S103：参数调节模块5通过以太网线6向机车控制模块7发送参数调节指令，并将参数数据在线写入机车控制模块7。

该方法还包括全局变量设定过程，全局变量设定过程包括以下步骤：

机车控制模块7的公用RAM模块702为DSP芯片704设定公用的全局变量数据，所述的全局变量数据与来自数据采集模块701的外围输入数字量信号、模拟量信号、PI参数值和机车控制程序中的中间变量信号一一对应，数据采集模块701采集的数据一一对应赋值给公用RAM模块702中的全局变量，ARM芯片703和DSP芯片704读写公用RAM模块702中的变量数据。

该方法还包括数据传输过程，数据传输过程包括以下步骤：

DSP芯片704上运行的机车控制程序定时循环执行，每次运行时，读取数据采集模块701在公用RAM模块702中对应的变量值，更新机车外围信号接口模块10输入的数据信号，DSP芯片704上的机车控制程序根据输入数据信号执行更新操作，机车控制程序中的中间变量信号进行更新，所有输入数据信号更新完成后，公用RAM模块702中的全局变量也同时更新完成，并置数据更新标志位，ARM芯片703监视数据更新标志位，通过访问公用RAM模块702的存储区，取得数据，启动以太网通讯，并将数据传输至监控模块1，同时将数据更新标志位置零。

如附图6所示，该方法还包括在线参数调节过程，在线参数调节过程包括以下步骤：

机车控制的初始参数由DSP芯片704上运行的机车控制程序进行初始设定，当需要在线调节参数时，调试人员根据实时监视机车运行的相关数据，在监控模块1的参数调节模块5的功能界面上修改所需调节的参数数值，并启动数据发送，ARM芯片703通过以太网线6接收和校验数据，将校验后的数据写入公用RAM模块702的存储区，并置参数设置标志位；DSP芯片704监测参数设置标志位后，访问公用RAM模块702的存储区，读取参数变量，进行更新；DSP芯片704中的定时器模块启动调用程序就能将新的参数值更新参与控制。为了保证参数可靠性，设定一次参数到下次设定参数需相隔10秒的时间，然后进行监视，直到效果满意为止。这种设置参数在系统掉电后，不能保存，恢复为DSP芯片704机车控制程序的初始参数。参数调节完成后，重新设定DSP芯片704上机车控制程序的初始化参数值，并编译下载到DSP芯片704中。这样的目的能保证各个车上的参数一致，不会因为某次参数调节而忘记更新程序，使得参数版本不一致。

该方法还包括监控模块监控过程，监控模块监控过程包括以下步骤：

监控模块1通过以太网线6发送监控数据命令包，机车控制装置2的机车控制模块7接收命令包，并进行解析，机车控制模块7通过以太网线6向监控模块1发送数据包，监控模块1接收数据，按通信协议显示还原数据，同时对数据进行实时存储与管理；

监控模块1通过以太网线6将配置服务器端口及命令包发送至机车控制装置2的机车控制模块7，机车控制模块7接收命令，准备接收后续参数配置数据包；机车控制模块7随后接收参数配置数据包，在将数据包解析之后写入公用RAM模块702的存储区；同时返回校验数据结果，监控模块1接收校验数据，错误则需重新发送数据包。

本发明机车运行状态实时监测记录和参数调节系统及其方法是基于机车控制装置进行的开发，其数据与机车运行数据同步一致，并且通过接口将相关关键变量输出，因此能实时了解机车的运行状态；系统能长时间的采集并记录机车运行的数据，因此能全面了解机车的各项参数的运行品质，能够对机车的所有数据进行同步采集显示，因此能了解到机车的各项参数同一时刻之间的关系，如同一时刻电压和电流之间的对应关系；在机车控制装置基础上开发的状态监视记录系统，由DSP芯片704管理系统总线及机车控制功能，ARM芯片703管理机车状态信息的记录、诊断、数据通讯与转储等，能够实时进行数据传输，故障信息记录，并且不影响机车运行的安全性、可靠性；同时监控模块1安装在笔记本电脑上，与相应的机车控制装置配套，因此携带方便，尤其适用于上车试验和检修由于具有在线参数调节功能，能避开机车恶劣的运行环境下在线参数调试，监视，大大缩短调试周期，减小工作量。

通过应用本发明一种机车运行状态实时监测记录和参数调节系统及其方法，能够达到以下技术效果：

（1）能够实现机车在出厂调试及在线运行检修时，一些数据信息，如网压、电机电压、电机电流、司机指令、速度、一些开关量等数据的实时采集显示，以及长时间记录，便于调试人员和检修人员全面掌握机车的运行特性；

（2）本发明机车运行状态实时监测记录和参数调节系统使用简单，携带方便，能够捕捉机车运行的一些瞬态隐形故障信息，尤其应适用于机车在线运行时进行状态监测；

（3）在对机车进行测试时，往往需要同时检测多个（4个以上）不同的信号，普通的测量仪器（如示波器）难以满足，而本发明可同时方便选择20个模拟量，20个数字量进行显示，能满足此需求；

（4）机车被测信号一般是通过面板测试孔测量获得，在机车机械间里，强电强磁的环境下，一般的测量仪器容易受干扰，致使测试误差大，而本发明能很好地解决此问题；

（5）对于机车运行的一些关键的中间变量，一般的机车运行状态监测系统很难从机车控制装置中直接获得，而本发明能无需增加额外资源，能很好的解决此问题；

（6）能够避免当对机车进行PI参数调节时，在机车机械间调试，有噪音、强电磁、车体振动诸多因素，对人体及其工作相当不利的缺点，对调试人员的素质要求较低，参数调节周期短。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。 

Claims (10)

1.一种机车运行状态实时监测记录和参数调节系统，其特征在于，包括：监控模块（1）和机车控制装置（2），所述的监控模块（1）包括监视记录模块（3）、记录回放模块（4）和参数调节模块（5），所述的机车控制装置（2）包括机车控制模块（7），所述的监控模块（1）通过以太网线（6）与机车控制装置（2）的机车控制模块（7）相连，所述的监视记录模块（3）通过以太网线（6）向机车控制模块（7）发送监控数据指令，并实时接收、记录和显示机车控制模块（7）发回的监控数据；所述的记录回放模块（4）对监视记录模块（3）记录的监控数据进行存储和回放；所述的参数调节模块（5）通过以太网线（6）向机车控制模块（7）发送参数调节指令，并将参数数据在线写入机车控制模块（7）。

2.根据权利要求1所述的一种机车运行状态实时监测记录和参数调节系统，其特征在于：所述的机车控制装置（2）还包括功能板模块（8），所述的功能板模块（8）包括两个以上的功能板，各个功能板与机车控制模块（7）之间通过AMS总线（9）相连，各个功能板和机车控制模块（7）均与机车外围信号接口模块（10）相连。

3.根据权利要求1或2所述的一种机车运行状态实时监测记录和参数调节系统，其特征在于：所述的机车控制模块（7）包括数据采集模块（701）、公用RAM模块（702）、ARM芯片（703）和DSP芯片（704），数据采集模块（701）与机车外围信号接口模块（10）和公用RAM模块（702）分别相连，公用RAM模块（702）与ARM芯片（703）和DSP芯片（704）分别相连，所述的数据采集模块（701）对机车外围的模拟量和/或数字量数据进行采集和处理，所述的DSP芯片（704）管理机车控制装置（2）的总线，并进行机车控制；ARM芯片（703）对数据采集模块（701）采集到的机车状态信息进行记录、诊断、数据通讯与转储；公用RAM模块（702）为DSP芯片（704）设定公用的全局变量数据，ARM芯片（703）和DSP芯片（704）读写公用RAM模块（702）中的变量数据，并通过公用RAM模块（702）进行数据交互。

4.根据权利要求3所述的一种机车运行状态实时监测记录和参数调节系统，其特征在于：所述的DSP芯片（704）上运行有机车控制程序，所述的DSP芯片（704）包括定时器模块，定时器模块控制机车控制程序定时循环执行；当机车控制程序运行时，DSP芯片（704）读取数据采集模块（701）在公用RAM模块（702）中的变量数据，更新来自机车外围信号接口模块（10）的外围接口输入数据，依据外围接口输入数据，DSP芯片（704）中的机车控制程序更新执行，DSP芯片（704）机车控制程序中的变量数据更新。

5.根据权利要求4所述的一种机车运行状态实时监测记录和参数调节系统，其特征在于：所述公用RAM模块（702）为DSP芯片（704）设定公用的全局变量数据，并与来自数据采集模块（701）的外围输入数字量信号、模拟量信号、PI参数值和机车控制程序中的中间变量信号一一对应，数据采集模块（701）采集的数据一一对应赋值给公用RAM模块（702）中的全局变量，ARM芯片（703）和DSP芯片（704）读写公用RAM模块（702）中的变量数据。

6.一种利用权利要求3所述的机车运行状态实时监测记录和参数调节系统进行监控记录和参数调节的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

S100：机车控制模块（7）的数据采集模块（701）通过机车外围信号接口模块（10）采集来自机车外围的模拟量和/或数字量数据；

S101：所述的监视记录模块（3）通过以太网线（6）向机车控制模块（7）发送监控数据指令，并实时接收、记录和显示机车控制模块（7）发回的监控数据； 

S102：所述的记录回放模块（4）对监视记录模块（3）记录的监控数据进行存储和回放；

S103：所述的参数调节模块（5）通过以太网线（6）向机车控制模块（7）发送参数调节指令，并将参数数据在线写入机车控制模块（7）。

7.根据权利要求6所述的一种机车运行状态实时监测记录和参数调节方法，其特征在于，该方法还包括全局变量设定过程，所述的全局变量设定过程包括以下步骤：

机车控制模块（7）的公用RAM模块（702）为DSP芯片（704）设定公用的全局变量数据，所述的全局变量数据与来自数据采集模块（701）的外围输入数字量信号、模拟量信号、PI参数值和机车控制程序中的中间变量信号一一对应，数据采集模块（701）采集的数据一一对应赋值给公用RAM模块（702）中的全局变量，ARM芯片（703）和DSP芯片（704）读写公用RAM模块（702）中的变量数据。

8.根据权利要求6或7所述的一种机车运行状态实时监测记录和参数调节方法，其特征在于，该方法还包括数据传输过程，所述的数据传输过程包括以下步骤：

DSP芯片（704）上运行的机车控制程序定时循环执行，每次运行时，读取数据采集模块（701）在公用RAM模块（702）中对应的变量值，更新机车外围信号接口模块（10）输入的数据信号，DSP芯片（704）上的机车控制程序根据输入数据信号执行更新操作，机车控制程序中的中间变量信号进行更新，所有输入数据信号更新完成后，公用RAM模块（702）中的全局变量也同时更新完成，并置数据更新标志位，ARM芯片（703）监视数据更新标志位，通过访问公用RAM模块（702）的存储区，取得数据，启动以太网通讯，并将数据传输至监控模块（1），同时将数据更新标志位置零。

9.根据权利要求8所述的一种机车运行状态实时监测记录和参数调节方法，其特征在于，该方法还包括在线参数调节过程，所述的在线参数调节过程包括以下步骤：

机车控制的初始参数由DSP芯片（704）上运行的机车控制程序进行初始设定，当需要在线调节参数时，调试人员根据实时监视机车运行的相关数据，在监控模块（1）的参数调节模块（5）的功能界面上修改所需调节的参数数值，并启动数据发送，ARM芯片（703）通过以太网线（6）接收和校验数据，将校验后的数据写入公用RAM模块（702）的存储区，并置参数设置标志位；DSP芯片（704）监测参数设置标志位后，访问公用RAM模块（702）的存储区，读取参数变量，进行更新；从设定一次参数到下次设定参数之间相隔设定的时间。

10.根据权利要求6、7、9中任一权利要求所述的一种机车运行状态实时监测记录和参数调节方法，其特征在于，该方法还包括监控模块监控过程，所述的监控模块监控过程包括以下步骤：

监控模块（1）通过以太网线（6）发送监控数据命令包，机车控制装置（2）的机车控制模块（7）接收命令包，并进行解析，机车控制模块（7）通过以太网线（6）向监控模块（1）发送数据包，监控模块（1）接收数据，按通信协议显示还原数据，同时对数据进行实时存储与管理；

监控模块（1）通过以太网线（6）将配置服务器端口及命令包发送至机车控制装置（2）的机车控制模块（7），机车控制模块（7）接收命令，准备接收后续参数配置数据包；机车控制模块（7）随后接收参数配置数据包，在将数据包解析之后写入公用RAM模块（702）的存储区；同时返回校验数据结果，监控模块（1）接收校验数据，错误则需重新发送数据包。

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