动车组辅助电源装置在线检测与故障诊断系统的设计

动车组辅助电源装置在线检测与故障诊断

系统的设计

摘要

论文首先阐明了故障诊断的目的、意义及其发展状况，接着综述了目前系统故障诊断的理论研究情况，指出了当前我国铁路机车车辆诊断技术的发展情况，特别指出了我国在这方面存在的一些主要问题。

论文结合CRH2动车组辅助供电系统中的辅助电源装置（APU）构成及其功能作以简要介绍，分析动车组辅助电源装置中各模块的常见故障，通过对常见故障的分析，确定了对动车组辅助电源电路进行故障诊断所需要的检测量，设计了实现该系统的总体方案。

论文设计了A/D转换器与单片机的接口电路，实现了模拟量到数字量的转换；完成了模拟量和开关量的采集电路（交流信号采集子模块、温度检测子模块等）的硬件电路，实现了所需检测量的实时检测。

论文还对检测数据的存储和传输进行了研究,设计了采用CF卡的数据存储电路和基于CAN总线的数据传输电路。

论文介最后绍了故障树分析法的相关理论知识，基于故障树分析法对辅助电源装置的主要故障进行了初步分析研究。

关键词: 动车组辅助电源在线检测故障诊断故障树

Abstract

Based on the analysis of common faults, the paper measurementsdevice

including the exchange of signal acquisition module, temperature detection module and so on Papers also researchs storage and transmission of the detection data and designes the CF card circuit and data data storage transmission circuits base on CAN bus.This paper introduces theoretical knowledge of fault tree, based on the fault tree analysis of auxiliary power supply device for the main fault of the initial analysis.

Key words: EMUs Auxiliary Power Fault Diagnosis

Fault Tree(FT)

目录

第1章绪论 (1)

1.1故障诊断的意义及其发展概况 (1)

1.2目前主要系统故障诊断方法 (2)

1.3本文研究的主要内容 (5)

第2章动车组辅助电源装置的构成与故障分析 (5)

2.1辅助电源装置的构成和功能 (5)

2.1.1辅助电源装置的构成 (6)

2.1.2辅助电源装置的功能 (7)

2.2 辅助电源装置的故障分析 (7)

第3章辅助电源装置的在线检测单元设计 (11)

3.1 信号检测系统总体方案 (11)

3.2 模拟量检测模块 (13)

3.2.1A/D转换器与单片机的接口电路 (13)

3.2.2交流信号采集模块 (14)

3.2.3温度检测模块 (17)

3.3 开关量检测模块 (21)

第4章数据存储与传输单元设计 (23)

4.1数据采集存储单元 (23)

4.1.1CF卡基本工作原理 (23)

4.1.2CF卡与单片机的接口电路 (25)

4.1.3数据的存储模式 (26)

4.1.4数据存贮模块软件的设计 (27)

4.2 CAN总线模块 (28)

4.2.1CAN总线接口电路 (29)

4.2.2CAN控制器的软件设计 (30)

第5章辅助电源故障诊断 (33)

5.1故障诊断的故障树分析法 (33)

5.1.1故障树的建造 (34)

5.1.2故障树的数学描述 (35)

5.1.3故障树定性分析的故障诊断 (36)

5.2 动车组辅助电源装置故障诊断 (37)

结论 (41)

致谢 (42)

参考文献 (43)

第1章绪论

1.1故障诊断的意义及其发展概况

随着现代科学技术的迅速发展，机械设备日益朝着大型化、复杂化、高速化、重载化、连续化、综合化、高级化等高度自动化的方向发展，造成机械设备日益复杂，零件数目显著增加，零部件之间的联系更加紧密，一旦某一部分发生故障，往往会引起整台设备的瘫痪，造成巨大的经济损失和人员伤亡事故的发生。现代化机械设备正常状态所花的维修费用和停机损失，在成本中所占的比例越来越大，设备故障或事故引起的损失不断增加，设备维修业务的重要性日益成为一个突出的问题。人们对机械设备的可靠性、可用性、可维修性、经济性与安全性提出了越来越高的要求。再则现代工业生产中的设备系统比以往更注重其效率和能耗，且环保的要求越来越高。因此，怎样在设备运行中或基本不拆卸的情况下，借助或依靠先进的传感器技术和动态测试技术及计算机信号处理技术，掌握设备运行状态，分析设备中异常的部位和原因，并预测未来的发展趋势，是各国学者急需解决的问题。

国内外许多资料表明，开展故障诊断的经济效益是明显的，据日本统计，在采用诊断技术后，事故率减少75%，维修费降低50%，英国对2000个国营工厂的调查表明，采用诊断技术后每年节省维修费3亿英镑，用于诊断技术的费用仅为0. 5亿英镑，净获利2. 5亿英镑。据有关部门统计，我国每年用于设备维修的费用仅铁道部就达250亿元，如果将故障诊断这项技术推广，每年可减少事故50%～70%，节约维修费用10%～30%，效益相当可观。

铁路是我国重要的基础设施，列车是铁路运输的载体，列车的运行良好是确保铁路安全运行的关键。在我国，每年因列车故障造成的经济损失是很大的，为保持各设备正常运行所花的维护费用在铁路运输经费中占了很大的比重，为使设备维修工作更加高效而科学，就必须对列车各部件的劣化、故障状态、故障部位及其原因有正确的了解。而这些，必须依赖列车故障诊断技术。

我国铁路系统目前在机车、车辆的状态监测及其故障诊断方面已经取得了一定的成绩，诸如机车车辆重要零件的电磁及超声波探伤、机车车辆红外线轴温探测系统、旅客列车轴温报警、货车滚动轴承不分解自动诊断试验台、机车柴油机的油量