大学课程《机车检测与监测技术》教学PPT课件：项目3 中国机车远程监测与诊断系统（CMD系统）.pdf

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机车检测和监测技术项目3目录CONTENTS任务一CMD系统构成认知任务二CMD子系统认知铁路小故事复习思考题任务一CMD系统构成认知一、CMD系统的研究背景目前，随着我国铁路里程的增长、轨道车辆的增多、运行速度的提升，对轨道车辆和车载设备的可靠性、可用性、可维护性、安全性的要求也越来越高。

铁路机车及其系统和设备的复杂性、综合化、智能化程度不断提高，其生命周期成本特别是维护和保障成本越来越高。

在信息化、科技化日益发展的今天，促进大数据、云计算、物联网的广泛应用成为引领行业创新发展的重要途径。

铁路可以运用大数据、云计算等技术手段，通过可靠的数据和精准的决策方法，提高运营和管理水平；利用互联网技术和平台，可以创造新的价值，体现新的发展生态。

一、CMD系统的研究背景为了对机车的运行状态进行实时监控、远程诊断设备故障，国外机车上大多配备机车运行安全和设备质量监测系统，如西门子EFLEET系统、阿尔斯通ETRAIN系统、GE的RM&D系统、庞巴迪CCREMOTE系统等。

通过综合考虑国家安全因素和国外系统应用车型单一等问题，国外系统不具备全路统一推广条件。

中国机车远程监测与诊断系统（CMD系统）作为铁路机务信息系统的四大核心子系统之一，适应我国铁路机务管理实际业务需要，可实现对各车载系统的数据监视、地面实时故障报警、专家诊断分析、数据统计分析等功能，有利于提高列车的安全性能并指导列车运行，对铁路信息化建设具有重要意义。

二、CMD系统的结构与功能CMD系统由车载子系统、数据传输子系统和地面综合应用子系统三大部分组成，CMD的结构示意图如下图所示。

CMD系统的结构示意图二、CMD系统的结构与功能CMD系统流程示意图CMD系统流程示意图如图所示。

任务二CMD子系统认知一、车载子系统

（一）车载子系统的构成和工作原理CMD车载子系统由车载主机（LDP）、合路器、天线及通信线缆组成。

车载主机（LDP）如下图左所示。

主机采用一个5U84R的插箱。

内部的功能板卡包括电源板卡、网络接口板卡、以太网板卡、主处理器板卡、无线通信板卡、北斗（BD）/GPS板及记录插件。

车载子系统关联结构示意图如下图右所示。

车载主机（LDP）车载子系统关联结构示意图一、车载子系统防护记录器由数据管理单元和防护存储单元组成，具备防火、防水、防振、抗强冲击等特种防护性能，用于机车关键信息、机车履历信息的特种存储。

主处理器板是LDP的主控制板，负责数据的处理、内外部通信控制、自检、远程访问控制等功能。

网络接口板具备RS485通信接口、RS42通信接口，可用于接收LKJ的广播数据，还可用于与TCMS、其他扩展设备通信，并可将采集到的数据通过内部总线传输给主处理器板，由主处理器板完成数据的处理。

电源板将机车直流电源（DC110V或DC74V）进行变换后，给装置内部的各功能板供电，具有防浪涌保护、输入欠压保护、输入反向保护、输入过流、过压保护、输出过流保护、输出短路保护功能。

1.电源板2.防护记录器3.主处理器板4.网络接口板

（二）LDP主要板卡及组件功能一、车载子系统无线通信板实现车到地、地到车的数据无线传输，提供WLAN、3G无线传输通道，用于实时信息、记录文件、远程命令的传输。

北斗/GPS板提供CMD系统与卫星导航系统的通信接口，用于北斗短报文信息的接收及发送，并能获取机车的定位信息，为CMD系统的机车定位跟踪业务提供数据服务。

合路器板如下图所示，将WLAN无线通信信息、3G通信信息处理后，发送给WLAN/3G天线/定位天线。

以太网板为LDP内部的单板及外部的设备提供以太网数据的交换。

5.以太网板6.无线通信板7.北斗/GPS板8.合路器板

（二）LDP主要板卡及组件功能一、车载子系统合路器一、车载子系统（三）天线组件功能1.北斗通信天线北斗通信天线如图所示，其集成了北斗发射天线与北斗接收天线，负责接收北斗系统的定位信号，还负责北斗短报文的发送。

机车具有两套定位系统，一套是北斗系统，另一套是GPS（全球定位系统），首选使用北斗系统。

北斗通信天线一、车载子系统（三）天线组件功能2.WLAN/3G天线、定位天线WLAN/3G天线、定位天线集成在一起，其功能如下：

（1）WLAN/3G天线、定位天线在设有地面无线局域网的站场内，完成CMD数据的自动下载。

（2）链接3G通信网，实现CMD数据的在线播放和数据查询。

（3）用于GPS定位。

一、车载子系统（四）车载子系统的功能车载子系统根据通信协议，向地面综合应用子系统实时传输重要的机车状态信息，包含机车基本运行信息、司机操作命令信息等。

在故障发生时，提取相应的环境数据，并实时向地面综合应用子系统报警，同时把相应数据传输至地面综合应用子系统。

车载子系统可对采集到的TCMS、6A系统、LKJ等相关联的信息进行存储，并确保事件分析时数据的同步性（主要指时间上的同步）及一致性。

车载子系统从TAX采集机车安全信息，通过以太网接口从6A系统采集机车监测信息，通过以太网或HDLC接口从TCMS采集机车状态信息。

其中时间信号来自LKJ主机，整个系统的时间信息与LKJ一致。

1.数据采集2.数据处理3.数据存储一、车载子系统（四）车载子系统的功能车载子系统具备北斗短报文通信的功能，短报文信息包括机车的位置信息、故障信息、司机操作信息等。

车载子系统具备北斗/GPS定位功能，提供机车位置、海拔、速度、行进方向、时间等信息。

车载子系统能进行实时信息的传输和记录文件的转储，能根据不同需求采取不同的策略，将数据传输至传输子系统：

具备将6A系统视频信息传输到地面外网视频服务器的功能；具有无线自动转储与人工手动转储的功能。

4.数据传输与转储5.北斗短报文通信与定位功能一、车载子系统（五）车载子系统安装位置6A系统主机下方预留了CMD车载主机（LDP）的安装位置，如图所示。

CMD车载主机（LDP）的安装位置二、数据传输子系统

（一）CMD网络架构车载网络结构CMD网络架构分为三部分：

车载网络、车地无线通信网络和地面有线网络。

车载网络主要指与TAX、TCMS、6A系统之间的接口网络，通过这些网络，LDP采集机车安全信息、机车状态信息、机车综合监测信息。

车地无线通信网络采用GPRS/3G、北斗和WLAN。

GPRS/3G和北斗主要用于在途机车远程实时信息传输。

车载网络结构如图所示。

二、数据传输子系统CMD系统的北斗卫星通信链路CMD的北斗卫星通信链路主要由车载卫星信号收发设备、北斗导航通信卫星、北斗地面站、国铁集团地面数据服务器组成。

CMD系统的北斗卫星通信链路如图所示。

二、数据传输子系统

（二）数据传输方案机车在途运行时，把车载子系统采集的机车状态信息、机车安全信息及机车监测信息等车到地实时信息通过GSMGPRS/3G、GSM-RGPRS、北斗传输到地面通信服务器；通信服务器把地到车实时信息通过GSMGPRS/3G、GSM-RGPRS、北斗发往车载子系统。

机车监测信息中的视频信息通过3G网络实时传输到铁路外网视频服务器上。

机车入段后，通过WLAN实现车地非实时信息双向传输，可以利用WLAN将6A系统、TCMS、LDP等车载设备的记录数据、机车电子履历等大容量信息发送到无线转储服务器，同时把转储结果信息写入段数据服务器。

车地实时信息通过MTUP实现从GSMGPRS/3G、北斗到铁路内网的内外网数据交换；车地非实时信息通过部署在机务段/检修段的防火墙实现从WLAN到铁路内网的内外网数据交换。

地面有线网络结构二、数据传输子系统二、数据传输子系统数据传输方案CMD依托铁路综合IT网，采用MQ传输方式，通过铁路统一传输平台实现国铁集团、铁路局集团有限公司、机务段/检修段间数据传输。

数据传输方案如图所示。

三、地面综合应用子系统

（一）系统的组成根据业务需求，地面综合应用子系统部署在国铁集团、铁路局集团有限公司、机务段/检修段的局域网内，通过权限配置满足不同层级的角色需求。

地面综合应用子系统构成示意图如图所示。

地面综合应用子系统构成示意图三、地面综合应用子系统

（二）系统功能地面综合应用子系统通过铁路统一传输平台、车地无线传输网络、北斗发送过来的数据信息，经过解析处理后存入地面综合应用子系统的数据库服务器中，再经过分析统计后形成界面显示、报表，向用户展示机车运用、故障诊断等机车各方面的汇总信息。

CMD对外与质量信息库、车号识别系统、运安系统、检修系统、整备系统、LKJ分析软件、TCMS地面分析软件、机车电子履历系统、6A系统地面分析软件等各种外部信息系统集成，通过接口收发数据，达到信息互联互通的目标。

三、地面综合应用子系统（三）数据处理中心国铁集团地面综合应用子系统入库处理程序实时接收各铁路局集团有限公司通过铁路统一传输平台发送过来的车载信息，分析处理后存入国铁集团地面综合应用子系统的数据库服务器中，供国铁集团级综合服务平台调用。

国铁集团层可以查看全路机车状态。

铁路局集团有限公司地面综合应用子系统入库处理程序实时接收来自车地无线传输网络的机车实时信息，分析处理后存入铁路局集团有限公司地面综合应用子系统的数据库服务器供铁路局级综合服务平台调用。

铁路局集团有限公司层可以查看本局配属/支配机车状态、在本局线路中上运行的他局机车状态、查看本局乘务员所在机车状态。

机务段/检修段地面综合应用子系统入库处理程序实时接收铁路局集团有限公司通信服务器转发的本段配属机车实时信息，分析处理后存入机务段/检修段地面综合应用子系统的数据库服务器中，供机务段/检修段级综合服务平台调用。

机务段/检修段可以查看本段配属/支配机车状态、查看本段乘务员所在机车状态。

三、地面综合应用子系统（四）综合服务平台1.机车定位该功能模块能提供机车的实时经纬度、海拔信息和历史运行轨迹。

通过GIS地图对在途机车进行查询和位置跟踪，能从宏观上概览所辖区域的机车情况，从微观上查询具体机车的各种类别信息。

综合服务平台包含统计分析、机车定位、视频点播、实时状态数据监测、机车车载电子履历管理、实时故障报警、远程诊断、专家支持系统、信息共享和功能接口等功能模块。

三、地面综合应用子系统（四）综合服务平台2.实时状态数据监测该功能模块能提供机车的实时设备状态数据信息，包含TCMS、6A系统、LKJ等设备的数据。

其使用图形化方式展示机车设备的实时状态，并可以深入查看故障设备的详细状况。

机车设备状态显示界面如图所示。

机车设备状态显示界面三、地面综合应用子系统（四）综合服务平台3.实时故障报警该功能模块能提供机车设备的实时故障报警信息，包含故障代码、故障发生时间及故障环境数据。

通过系统可查询CMD车载子系统发回的故障预警、报警信息（包含故障名称、故障发生时间、故障发生车次、故障类别）。

实时故障报警界面如图所示。

实时故障报警界面三、地面综合应用子系统（四）综合服务平台4.远程诊断该功能模块能结合机车历史状态、当前状态及其他系统的结论，进行全面、深入的数据挖掘，为实现“状态修”奠定基础。

远程诊断界面如图所示。

远程诊断界面三、地面综合应用子系统（四）综合服务平台5.机车车载电子履历管理该功能模块旨在构建一个详细的机车状态库（包含机车及主要部件检测和试验记录、机车主要技术参数、试运记录、机车配属动态、主要部件动态、检修动态、技术提升与改进记录、破损记录、产品配置清单、机车履历簿交接单等内容）。

其通过与机车电子履历系统通信实现对机车及部件的全寿命周期记录。

机车车载电子履历管理界面如图所示。

机车车载电子履历管理界面三、地面综合应用子系统（四）综合服务平台6.视频点播视频点播界面如图所示。

7.专家支持系统该功能模块提供各类型的知识文档存储管理功能，包含故障预案等内容。

视频点播界面拓展知识地面综合应用子系统应用实例

（1）报警产生。

2016年3月14日，某局地面综合应用子系统的实时监测窗口报警提示某机车1轴5位轴温异常，应急处置人员进入CMD系统安全防控页面查看详情，如图所示。

该机车轴温报警信息拓展知识地面综合应用子系统应用实例

（2）分析判断。

通过查看该机车实时数据，发现其6A走行显示1轴5位传感器温度异常，如右图所示。

查看机车辅助系统实时数据（见下页图），辅助变流器1无电压和电流输出，且控制系统也没有相应故障提示，初步判断导致该车1轴5位传感器温度异常的原因是APU1偷停引起。

根据初步判断结论，指导司机将1轴通风电机电源切换为辅助变流器2后持续观察实时6A走行数据，直到其值逐渐恢复到正常范围，确认影响行车安全的隐患消除后恢复正常运行。

该机车实时6A走行数据拓展知识地面综合应用子系统应用实例该机车实时辅助系统数据拓展知识地面综合应用子系统应用实例（3）填写处置意见。

在指导司机完成上述作业后，相应结论及后期处置仍需给出相应意见，并转机统6提票，这些操作均可在地面综合应用子系统中完成，如图所示。

填写处置预案拓展知识地面综合应用子系统应用实例本次故障的发现、分析及处置过程不仅有效避免了一次可能发生的安全事故，还节省了一次机车救援及由此引起的一系列成本代价；不仅保障了行车安全，还节约了成本开支，体现了科技为提高生产力所发挥的巨大作用。

铁路小故事铁路小故事机务信息系统的黑科技“CMD系统”当今世界范围内信息化水平的提高已成为铁路信息技术发展的原动力。

世界先进的铁路信息化技术主要体现在机车实时跟踪、综合调度、车地无线通信、机车远程监测与诊断等系统的研究与应用。

随着我国铁路机车标准化的实施以及LKJ、TCMS、6A等车载系统的全面推广，我国铁路已经具备了机车信息采集的基础条件，适合我国机车运用检修管理的中国机车远程监视与诊断系统（CMD系统）应运而生，为我国机车运行建立起一整套先进的机车实时监测、动态管理、维修和保证体系。

CMD系统由原中国铁路总公司运输局、原中国铁路信息技术中心、中铁信弘远（北京）软件科技有限责任公司、株洲中车时代电气股份有限公司、河南思维信息技术有限公司、成都运达科技股份有限公司和武汉征原电气有限公司共同完成，并获得2017年中国铁道学会特等奖。

铁路小故事CMD系统能及时掌握机车运用状况，实现对机车设备状态信息的远程集中监测，及时对机车设备进行诊断和维护，实现对机车设备故障进行预警，为推进机车设备状态修提供支持。

CMD系统的设计遵循工业互联网理念，牢牢把握住工业互联网的三要素“智能装备、互联网络、大数据应用”，打造出一个智能化机车铁路行业应用，通过车载LDP设备获取机车各设备信息，并通过多种传输手段将机车数据源源不断传到地面系统，实现车地一体化，地面系统通过大数据分析手段为机车的质量安全保驾护航。

目前，CMD系统已经广泛应用于全路和谐型机车，利用CMD系统实时数据结合故障智能在线诊断功能，辅助地面指挥人员对机车乘务员提供远程技术支持，可有效降低机车的机破率，实现安全风险防控关口前移，优化机车检修管理模式，推动由定期修向状态修的转变，保障机车安全、准点运营。

复习思考题复习思考题1.简述CMD系统的研发意义及该系统的构成。

2.机车车载子系统的功能和工作原理是什么？

3.CMD网络架构包括哪几部分？

各组成部分的功能是什么？

4.机车地面综合应用子系统的功能是什么？

5.地面综合服务平台有哪些功能模块？

6.实例分析：

某局地面综合应用子系统的实时监测窗口报警提示某机车1轴5位轴温异常，请详细说明地面综合应用子系统远程处置机车故障的详细流程。

复习思考题本章结束谢谢观看