基于多数据融合的机车走行部故障监测系统产品系统

1、立项原因：
现有机车走行部等关键部件虽已采用基于振动和温度的在线监测技术，但存在以下不足：
a、误报问题：监测和诊断时仍存在误报现象。
b、缺少油液监测：没有齿轮箱油液品质的在线监测，因此无法诊断油液品质劣化和油量偏差导致的故障。
c、油液分析多为离线：国内外油液分析大多采用离线监测，难以满足铁路机车长周期连续监测的需求。
因此需要在传统监测技术的基础上开展油液在线监测及故障诊断研究，克服现有系统只依靠振动、温度（或二者结合）进行故障诊断的不足，实现机车故障的早期预警和准确诊断，提升走行部运、检、修业务决策的精准性。
项目来源：国能集团科技创新项目（No.XSKJ2022-03）。
2、行业场景，业务背景：
a、行业：铁路交通运输（国家能源集团自营铁路，国能新朔铁路有限责任公司机务分公司）。
b、业务背景：国家能源集团自营铁路运输网络规模大、运输能力强，自备铁路货车数量多。机车是列车牵引的动力来源，其走行部、柴油机等关键部件的健康状态直接关系行车安全，需要建立信息化、系统化、网络化的安全防范保障体系。
c、应用场景：
每台机车配置一台车载主机。
数据采集设备采集走行部的振动、冲击、温度，以及齿轮箱润滑油的黏度、密度、介电常数、油位、油温等数据，经以太网传给车载主机。
车载主机通过机车既有转速传感器获取转速脉冲。
分析诊断结果经 RS485 发送到声光报警器显示和报警，并通过 4G 或以太网上传到地面站或服务器。
d、技术环境：
软件运行于原生 Linux，使用 Visual Studio 开发，基于 .NET 6.0 跨平台框架。
数据库为 Sqlite3，日志工具为 log4net。
硬件接口包括双网口、指示灯、RS485 串口、USB、4G、Wi-Fi、蓝牙。

1、功能模块：
显示功能：原始数据显示、故障数据显示、油液数据显示、温度数据显示
通信功能：监测模块通信、声光报警通信、服务器通信、地面站通信
数据功能：多线程数据采集、实时数据上传、历史数据上传、数据保存、U盘转存
诊断功能：温度诊断、轴承诊断、齿轮诊断、轮对诊断、油液诊断
系统配置功能：参数配置、软件升级、自动保活功能
2、主要功能：
a、多线程数据采集
采集系统基于 Sockets 通信机制，由三个线程组成：
监听线程：绑定 IP，监听设备连接，并注册消息接收回调。
发送线程：从线程安全的发送缓存中出队，调用 BeginSend 发给指定设备。
接收线程：从接收缓存中读取数据。
线程间使用线程安全队列（ConcurrentQueue）交换数据，配合事件回调和互斥锁。
接收线程的处理过程：
处理粘包、拆包问题，裁剪出完整帧并做 CRC16 校验。
按协议解析登录、心跳、中转指令（软件升级、参数读取等）和数据指令。
解析后启动诊断流程。
b、数据诊断
上下限判断：适用于轴温、油液黏度、密度、介电常数、磨粒浓度、水分值、油温、油位。例如轴温超过 80℃，或油液黏度超出该车型在当前温度下的设定范围。
速率分析：适用于轴温、油温。例如油温在单位时间内温升达到 40 K。
频域图分析：适用于振动、冲击。通过 FFT 计算特征频率，判断是否与故障频率匹配。
c、数据显示与上传
车载主机通过 RS485 向声光报警器发送数据，以 2 行 16 列的页面循环显示各设备各测点的振动、冲击、温度、油液数据和诊断结果。
通信协议格式为"帧头+命令字+数据长度+数据+CRC16"。
通过以太网 TCP 将数据上传到地面站或服务器，由上位机以图表、列表等形式详细显示。
d、自动保活机制
通过 Linux 脚本实现。程序异常终止（如被 kill 命令强制结束）后，会在一定时间内自动重新启动。

1、负责任务：
职责：监测主机软件负责人、大数据中心负责人
内容：（1）使用C#的.Net6.0 框架在A40i 核心板上开发监测主机程序。通过以太网通信方式控制安装在机车转向架上的监测模块进行温度、油液、振动信号的数据采集和上传，通过485 串口通信与声光报警器通信控制显示系统概要和报警情况。通过4G(华为me909 模块)通信将数据远程上传至大数据中心；（2）
使用C#的.Net Framework4.8 框架在Windows 上开发调试用工控上位机，采用Winform 实现用户界面。通过千兆以太网直接连接监测主机，完成接收和分析监测数据、配置和查看系统参数、数据转储和远程升级等调试和维护功能；（3）使用Java 开发基于SpringBoot 框架的Web 后端程序。完成对监测数据的接收、存储和诊断，并提供API 接口给前端来展示系统状态、实时数据、历史数据、趋势走向等页面；
2、技术栈：C#/.Net6.0/.Net Framework4.8/Winform/Java/MySQL/MongoDB/Redis