CN108885232A - 具有至少一个设备的运输单元 - Google Patents
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Abstract
为了提供能够实现快速且精确的故障定位的运输单元而提出：运输单元具有：具有接口(30)的模拟装置(28)，经由所述接口能够接收设备(16)的当前状态数据(AZD)；和计算单元(32)，所述计算单元设置用于：基于模拟数据(SD1)和当前状态数据(AZD)求出模拟状态数据(SZD)，所述模拟状态数据代表设备(16)的至少一部分的状态。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有至少一个设备的运输单元。
背景技术
在运输单元、尤其轨道车辆的车载工程设备中，在运行时出现构件的失效。对这些构件而言需要快速的且尽可能精确的故障定位，以便消除故障并使设备的停机时间最小化。
发明内容
本发明所基于的目的是：提供一种运输单元，其中能够实现快速且精确的故障定位。
对此提出，运输单元具有：带有接口的模拟装置(Simulationseinrichtung)，经由所述接口能够接收该设备的当前状态数据；和计算单元，所述计算单元设置用于：基于模拟数据和当前状态数据求出模拟状态数据，所述模拟状态数据代表设备的至少一部分的状态。通过将这种模拟装置设置在运输单元的车上，能够经由短传输路径将当前状态数据快速地传输给模拟装置。与基于设备的实际状态与设备的静态模型比较的诊断方法不同，有利地动态模拟该设备的至少一部分的状态。尤其将其理解为：模拟装置模拟动态过程，如尤其构件的操作，例如开关的操作，电消耗器的接通或断开等等。在此，产生模拟状态数据，所述模拟状态数据代表设备的至少一部分的状态，作为动态过程的结果。在此意义下，模拟装置的特征能够在于：其计算单元设置用于动态地求出模拟状态数据。
当前状态数据优选代表设备的至少一部分的当前状态。在此，其至少部分地可以为设备的相同的部分，模拟状态数据代表所述部分的状态，或者至少部分可以为不同的部分，其中在两个部分之间优选存在功能相互关联性。
运输单元优选具有传感器单元，所述传感器单元分别设置用于检测设备的至少一个状态参数，其中当前状态数据基于状态参数来提供。为了提供当前状态数据，状态参数能够经由运输单元的控制网络传输，其中传感器单元在此优选与至少一个接口单元连接，所述接口单元连接到控制网络上。在此，接口单元构成为所谓的输入-输出接口(也称作为“I/O模块”)。状态参数的实例是温度参数，例如代表状态“接通/闭合”、“开/关”的状态参数，电压参数或电流参数等等。在本文中，可以理解为传感器的是监控单元，该监控单元设置用于监控与该监控单元相关联的单元的状态。“设备的”状态参数应理解为设备的至少一个部件的状态的参数。
状态参数还能够通过该设备的子***经由子***自己的接口输出。尤其是，子***分别经由这种自己的接口连接到上文所描述的控制网络上。运输单元中的子***的实例是门控制***、制动控制***、驱动器控制***、加速度控制***等等。子***的状态参数可以是由子***的传感器单元检测的参数，由子***的控制单元输出的状态通知等等。
当前状态数据可以对应于状态参数，或者其可以基于状态参数产生。
模拟数据有意义地根据如下信息形成，所述信息对于设备、尤其是其结构、其功能和在其部件之间的功能相互关联性是特定的。特别有利地，模拟数据可以使用于模拟装置，模拟装置在运输单元的正常运行中求出模拟状态数据，所述模拟数据在运输单元的开发中和/或测试过程中产生。能够避免费事地产生对于运输单元极其具体的静态模型。
在本发明的一个有利的设计方案中，模拟数据基于设备的布线图数据的至少半自动的、有利地全自动的变换。基于设备的电路图能够特别有利地至少半自动地通过相应的软件生成模拟数据。这典型地在运输单元的开发期间和/或在运输单元的测试过程中进行，其中运输单元的制造阶段的结果有利地能够用于在运输单元正常运行期间在运输单元的车上执行模拟。
特别有利地，模拟装置具有存储器单元，在所述存储器单元中存储能够由计算单元执行的至少一个模拟程序，其中模拟数据作为模拟程序的组成部分提供。由此，根据模拟数据能够特别快速地产生模拟状态数据，因为能够减少、尤其避免计算单元对存储在模拟程序之外的模拟数据的访问。优选在编译模拟程序时，模拟数据结合到所述模拟程序中。“编译”尤其应理解为产生可由计算单元执行的程序文件。例如，这些文件可以具有典型的“.exe”格式。
在本发明的一个有利的实施方案中提出：运输单元具有数据装置，所述数据装置设置用于：提供当前状态数据，并且模拟装置能够与该数据装置经由接口数据连接。由此，能够实现在运输单元中中央地提供当前状态数据，由此能够实现简单地传输用于模拟装置的状态数据。
在本文中提出：运输单元具有用于控制该设备的控制单元，其中数据装置至少部分地是控制单元的组成部分。由此，能够使用设备中的、典型地设有在设备中首要的功能的单元作为数据装置。在此，当前状态数据的提供能够通过如下方式进行：控制单元提供该设备的过程映像，用于将数据传输给模拟装置。这种过程映像例如存在于可编程逻辑控制器(或“SPS”)中。
有利地为了诊断目的，模拟状态数据的评估能够通过如下方式进行：运输单元具有诊断装置，所述诊断装置具有：第一接口，经由所述第一接口能够接收该设备的当前状态数据；第二接口，经由所述第二接口能够接收模拟状态数据；和评估单元，所述评估单元设置用于：将当前状态数据与模拟状态数据比较。
特别有利的、在运输单元正常运行时进行的故障通知的产生和该设备的安全运行在如下情况下得以实现：模拟状态数据代表该设备的该部分的期望状态，并且诊断装置设置用于：当通过评估单元识别出与期望状态的偏差时，产生故障通知。
在本文中提出：诊断装置设置用于：将结构数据考虑用于产生关于该设备的第一单元的故障通知，所述结构数据代表该单元与该设备的至少一个第二单元的拓扑的和/或功能的相互关联性。由此，故障通知的产生可以由特定的规则决定，其中规则的应用基于结构数据进行。例如，涉及该设备的第一单元的结构数据可以代表所述单元相对于构成为电压源的第二单元的相对设置。结构数据能够替选地或附加地代表拓扑的、尤其电路方面的结构，在所述结构中设置有第一单元和第二单元。尤其是，结构数据能够代表第一单元和第二单元相对于另一构成为电压源的单元属于相同支路或不同支路的所属关系。在此，有利地能够根据结构数据确定：第一单元和第二单元相对于电压源是彼此并联连接还是彼此串联连接。
尤其是，所产生的故障通知的数量有意义地可以通过如下方式受故障通知的以结构数据为依据的基于规则的产生限制：诊断装置设置用于，在识别出一组故障时，将一个故障通知与至少一个第一故障相关联，并且根据所述结构数据禁止产生关于与第一故障有因果关系的故障的通知。由此，尤其能够避免由于由第一故障导致的故障引起的故障通知的不期望的级联。这例如对于一组如下的故障是有利的，这些故障被识别为相对于电压源彼此串联设置的单元。
在本发明的一个优选的构成方案中，结构数据和模拟数据基于至少一个共同的数据组，尤其一组布线图数据来提供。
特别有利的是：诊断装置能够经由第一接口与上面描述的数据装置数据连接。
运输单元能够设置用于物品运输。替选地或附加地，所述运输单元能够设置用于运输人员。运输单元优选构成为用于乘客的公共运输的运输工具。公共运输工具的运行和特别轨道车辆的运行如今受制于人员保护方面的愈发严格的要求(也称作为“安全”要求)。
运输单元能够构成为车辆、飞机或船舶。优选地，所述运输单元构成为轨道车辆。轨道车辆的运行受制于愈发严格的关于为提高维护效率进行故障早期识别的要求。
通过本发明，能够进行快速且可靠的故障识别。这基于如下假设：该设备的模拟运行无故障地运行。尤其是，模拟状态数据能够快速地形成用于故障识别的特别可靠的比较基础。
此外，本发明还涉及一种用于控制运输单元中的、尤其轨道车辆中的设备的方法。
提出：在运输单元运行期间，提供该设备的当前状态数据，当前状态数据由运输单元的模拟装置接收，并且模拟装置基于所述当前状态数据和模拟数据求出模拟状态数据，所述模拟状态数据代表该设备的至少一部分的状态。关于所提出的方法的有利的作用，参考关于根据本发明的运输单元的上述实施方案。
如果运输单元构成为用于乘客公共运输的运输工具，则该方法有利地在运输单元的乘客运行期间实施。
附图说明
根据附图阐述本发明的实施例。附图示出：
图1示出具有设备的轨道车辆的示意性侧视图，
图2示出图1中的轨道车辆的诊断装置和模拟装置，和
图3示出该设备的一部分的实际视图和模拟视图。
具体实施方式
图1示出构成为轨道车辆10的运输单元的示意性侧视图。轨道车辆10构成为车厢12的编组，所述车厢用于运输乘客。车厢12能够构成为牵引车，所述牵引车具有至少一个用于驱动至少一个驱动轴的驱动单元(未示出)，或构成为无驱动器的车厢。在所考虑的实施方案中，轨道车辆10形成具有至少一个牵引车的所谓的动车并且对应于在正常乘客运行时不可分开的单元。替选地，轨道车辆能够对应于这种动车的一部分。在此并且关于列车网络14——例如所谓的“TCN”或“列车通信网络”(IEC61375)，轨道车辆10能够形成在该网络中限定的“编组”。在未示出的另一替选方案中，轨道车辆10能够由唯一的车厢——牵引车或无驱动器的车厢——形成。
轨道车辆10具有设备16，所述设备由功能单元18.1、18.2、18.3、18.4形成。轨道车辆的典型的功能单元在此是门控制单元(功能单元18.1)，照明装置(功能单元18.2)，列车安全装置(功能单元18.3)，制动控制装置(功能单元18.4)。在轨道车辆10中存在另外的功能单元，所述另外的功能单元为了概览未被示出。功能单元18在专业术语中也可以称作为“子***”。
此外，设备16包括用于对功能单元18的用电器供电的机构，其中所述机构构成为用于引导电压的元件或用于建立或中断电连接的可操作的元件，例如开关。对此的实例在图3中示出。此外，运输单元16具有至少一个虚线示出的控制网络19，功能单元18和用于控制该设备16的运行的控制单元20连接到所述控制网络上。控制网络19例如能够构成为“环”。
此外，控制网络19还与列车网络14连接。这实现与其他同轨道车辆10耦联的轨道车辆(未示出)进行数据通信。列车网络14能够如上描述的那样根据标准IEC 61375构成为ETB(或以太网列车骨干网)。
此外，轨道车辆10还包括传感器单元22，所述传感器单元设置用于检测该设备16的状态参数。传感器单元22尤其——经由例如以I/O模块形式构成的接口单元24——连接到控制网络20上。所述接口单元24——也称作为所谓的“分布式***设备”的模块——构成为站点，经由所述站点读取通过设置在该设备16的一部分中的传感器单元22检测到的状态参数，并且能够将其传送给中央的控制单元20。此外，存在传感器单元22’，所述传感器单元是特定的功能单元18或特定的子***——如在图中示出的那样例如门控制***——的组成部分。所述子***具有自己的接口，经由所述自己的接口将所述子***以数据方式连接到控制网络19上。由子***中的传感器单元22’检测到的状态参数经由所述子***自己的接口通过控制网络19传输给控制单元20。
控制单元20基于状态参数提供该设备16的状态数据，并且在此就此而言具有数据装置26的功能。控制单元20能够构成为SPS并且通过如下方式提供状态数据：使该设备16的所称的过程映像可用。
此外，轨道车辆10还具有模拟装置28，现在阐述所述模拟装置的结构和运行方式。
模拟装置28与控制单元20数据连接。这经由接口30进行，所述接口构成为物理的连接单元或构成为逻辑端口。此外，模拟装置28还包括计算单元32，所述计算单元具有至少一个处理器单元34和存储器单元36，借助所述处理器单元能够执行至少一个模拟程序，在所述存储器单元中存储至少一个程序。
运行方式根据图2详细阐述。该图示出轨道车辆10的极其示意性的视图。
配备有模拟程序的计算单元32设置用于：基于模拟数据SD1和当前状态数据AZD求出模拟状态数据SZD，所述模拟状态数据代表该设备16的至少一个部分的状态。当前状态数据AZD如上描述的那样由起数据装置26作用的控制单元20提供。所述当前状态数据基于由控制单元20读取的状态参数ZK提供，并且代表设备16的相应部分的当前的状态，所述相应部分例如与特定的接口单元24相关联。当前状态数据AZD由模拟装置28经由其接口30接收(参见图1)。
通过计算单元32求出模拟状态数据SZD基于模拟数据SD1进行，所述模拟数据代表该设备16的接收到当前状态数据AZD的部分，设备16的另一部分和/或整个设备16。所述模拟数据尤其对于所述部分的结构特征和对于所述部分的部件之间的关系、尤其相关性是特征性的。
模拟数据SD1基于该设备16的布线图数据SLD的至少半自动的转换。例如，所述布线图数据SLD代表设备16之内的电信号的传导路径。模拟数据SD1的产生能够在轨道车辆10的运行期间在轨道车辆10中和/或在路基侧的装置中进行。然而优选的是，模拟数据SD1在轨道车辆10的开发阶段期间生成并且存储在存储器单元中，尤其存储在存储器单元36中。对此，能够使用模拟数据，所述模拟数据在用于控制该设备16的运行的控制软件的测试阶段期间本来就产生。
通过模拟数据SD1在其编译时——即产生可由处理器单元34执行的文件——时被包含在内的方式，模拟数据SD1至少部分地包含在模拟程序中。可由处理器单元34执行的模拟程序在轨道车辆10开发或测试阶段中基于布线图数据SLD借助于编译器37来编译，并且进而包含模拟数据SD1。
替选地或附加地，模拟数据SD1在程序执行期间由模拟程序从存储器单元36中取出。
模拟数据SD1以设备16的至少对应部分的虚拟视图为基础。通过例如在虚拟视图中操作该设备16的开关的方式，计算单元32能够在执行模拟程序时引起在所述虚拟视图中的动态变化。这种虚拟的操作过程尤其基于当前状态数据AZD来进行。如果所检测到的状态参数ZK代表特定的线路引导电压的事实，则例如在该设备16的对应部分的从模拟数据SD1中产生的虚拟视图中操作开关，所述开关被该电压所触及。所述开关可能引起：在该设备16的所考虑的部分的虚拟状态中的改变，其中所求出的模拟状态数据SZD代表该虚拟状态。
此外，轨道车辆10具有诊断装置38，现在描述所述诊断装置的结构和运行方式。
诊断装置38与起数据装置26作用的控制单元20数据连接。这经由第一接口40进行，所述第一接口构成为物理连接单元或逻辑端口。诊断装置38还包括评估单元42，所述评估单元具有至少一个处理器单元44和存储器单元46，借助所述处理器单元能够执行至少一个诊断程序，在所述存储器单元中至少存储有程序。诊断装置38还具有第二接口48，所述诊断装置经由所述第二接口与模拟装置28数据连接。所述诊断装置能够经由所述第二接口48接收由模拟装置28求出的模拟状态数据SZD。配备有诊断程序的评估单元42设置用于：将当前状态数据AZD与模拟状态数据SZD比较。
模拟状态数据SZD代表该设备16的所考虑的部分的期望状态。诊断装置38设置用于：当通过评估单元42识别出该设备16的所述部分的通过当前状态数据AZD代表的实际状态与期望状态的偏差时，产生故障通知。所述偏差通过模拟状态数据SZD与当前状态数据AZD的比较来检测。根据设备16的所述部分的由当前状态数据AZD显示的实际状态和期望状态之间的偏差的阈值观测能够进行故障通知的产生。
与在模拟装置28中所使用的模拟数据SD1可不同的另一组结构数据SD2能够由诊断装置38使用。在此，其为附加的信息，所述信息尤其提供关于设备16的构件相对彼此和相对于特定的电压源的位置的信息。所述信息尤其称为“结构信息”。所述信息从布线图数据SLD中提供，使得基于共同的数据组提供结构数据SD2和模拟数据SD1。
基于结构数据SD2例如为设备16的特定的测量点计算不同的属性，即例如进行馈入的电压源的类型和位置、串联电路中的构件的顺序、并联电路中的电流变化曲线、在所考虑的测量点之前的构件的相关性。
由评估单元42执行的诊断程序根据如下规则执行模拟状态数据SZD、当前状态数据AZD和结构数据SD2的评估：
–设备16的所考虑的部分的当前的(实际)和模拟的(期望)状态之间的偏差得出故障；
–更靠近相关的电压源出现的故障禁止产生在该故障之后出现的一个或多个故障的故障通知；
–在节点之前出现的故障禁止产生在下游的串联电路和/或下级的节点中出现的一个或多个故障的故障通知。
根据这些规则未被禁止的故障通知FM例如能够以车间通知或运行通知BM的形式提供，用以显示给车辆驾驶员。
在具有多个彼此耦联的运输单元的配置中，以上面描述的方式产生模拟状态数据和基于不同的运输单元的相应的设备16的当前状态数据评估所述模拟状态数据。在此，运输单元的编组中的一个特定的运输单元的控制单元——在该附图中为控制单元20——能够接收一个或多个其他运输单元的相应的评估的结果数据。这在该附图中借助虚线箭头示出并且经由列车网络14进行。从整个运输单元的结果数据中产生与运输单元的整个编组相关的诊断数据组。所述诊断数据组例如能够作为运行通知BM经由显示单元50显示给人员，例如该编组的驾驶员和/或随行人员。典型地，显示单元50设置在驾驶员室中(参见图1)。
现在，根据图3阐述一个具体的实例。所述实例根据当前状态(“实际”，上部视图)和基于所求出的模拟状态数据SZD模拟的状态(“模拟”，下部视图)示出轨道车辆10的设备16的一部分。所考虑的测量点对应于可通过电流信号操作的接触器K1。所述信号源于电压源V并且能够经由功率保护开关LSS1和接触件K2引导至接触器K1。在保护开关LSS1闭合的情况下，接触器K1可以通过操作接触件K2来接通和关断。
接触器K1通过辅助接触件E33监控。所述辅助接触件可以视为上文中一般描述的意义下的传感器单元22。辅助接触件E33的位置通过构成为I/O模块的接口单元24读取。
如果接触器K1失效，则辅助接触件E33通过其位置报告有故障。例如，由接口单元24读取的信号“real_E33”对应于值“0”。在模拟中，操控接触器K1并且闭合辅助接触件E33。这基于模拟数据和当前的状态数据进行，所述模拟数据包含在模拟程序中，所述当前状态数据尤其关于有功电源V和所连接的功率保护开关LSS1。
由传感器单元22读取的、作为在设备16的虚拟映像中的模拟状态数据的信号“simu_E33”对应于值“1”。
评估单元42将两个状态，尤其作为当前状态数据的信号“real_E33”和作为模拟状态数据的信号“simu_E33”进行比较，并且关于信号“real_E33”报告有故障。
现在假定：对辅助接触件E33供应电压的功率保护开关LSS2断开并且电压供应中断。监控该功率保护开关的辅助接触件E32向接口单元24发出相应的信号“real_E32”，所述信号具有值“0”。
在模拟设备中，功率保护开关LSS2保持在闭合位置中，使得信号“simu_E32”取得值“1”。评估单元42将两个状态比较并且关于信号“real_E32”报告有故障。
如果在功率保护开关LSS2的故障位置中接通接触器K1，则辅助接触件E33由于缺少供电不能够输出信号，使得信号“real_E33”具有值“0”。在模拟的设备中，辅助接触件E33在接触器K1闭合时，报告具有值“1”的信号“simu_E33”。这也能够为了报告故障通过评估单元42进行。根据上面描述的规则，因关于信号“real_E32”有故障而禁止涉及信号“real_E33”的故障通知，因为所述信号“real_E32”涉及更靠近电压源V设置的构件(辅助接触件E32)。
功率保护开关LSS1本身通过辅助接触件E31监控。如果错误断开功率保护开关LSS1，则这能够通过评估单元42借助相应的信号“real_E31”和“simu_E31”的比较报告为故障。功率保护开关LSS1和LSS2属于并联电路支路，所述并联电路支路从共同的电压源V中馈电。根据上面描述的规则，因涉及功率保护开关LSS1的故障而不禁止涉及功率保护开关LSS2的故障通知(经由辅助接触件E32)，因为所述功率保护开关LSS1和LSS2属于不同的并联支路。
然而，涉及分离接触器的故障会禁止涉及功率保护开关LSS1、涉及接触器K1和涉及功率保护开关LSS2以及原则上涉及两个支路LSS1和LSS2中的所有故障的故障通知。
基于结构数据SD2来应用在此描述的规则，所述结构数据包含关于上描述的部件彼此间和相对于电压装置V的相对设置的信息。
Claims (15)
1.一种具有至少一个设备(16)的运输单元，
其特征在于，
设有：具有接口(30)的模拟装置(28)，经由所述接口能够接收所述设备(16)的当前状态数据(AZD)；和计算单元(32)，所述计算单元设置用于：基于模拟数据(SD1)和当前状态数据(AZD)求出模拟状态数据(SZD)，所述模拟状态数据代表所述设备(16)的至少一部分的状态。
2.根据权利要求1所述的运输单元，
其特征在于，
设有传感器单元(22，22’)，所述传感器单元分别设置用于检测所述设备(16)的至少一个状态参数(ZK)，其中所述当前状态数据基于所述状态参数来提供。
3.根据权利要求1或2所述的运输单元，
其特征在于，
所述模拟数据(SD1)基于所述设备(16)的布线图数据(SLD)的至少半自动的转换。
4.根据上述权利要求中任一项所述的运输单元，
其特征在于，
所述模拟装置(28)具有存储器单元(36)，在所述存储器单元中存储有能够由所述计算单元(32)执行的至少一个模拟程序，其中所述模拟数据(SD1)作为所述模拟程序的组成部分来提供。
5.根据上述权利要求中任一项所述的运输单元，
其特征在于，
设有数据装置(26)，所述数据装置设置用于：提供所述当前状态数据(AZD)，并且所述模拟装置(28)能够与所述数据装置经由所述接口(30)数据连接。
6.根据权利要求5所述的运输单元，
其特征在于，
设有用于控制所述设备(16)的控制单元(20)，其中所述数据装置(26)至少部分是所述控制单元(20)的组成部分。
7.根据上述权利要求中任一项所述的运输单元，
其特征在于，
设有诊断装置(38)，所述诊断装置具有：第一接口(40)，经由所述第一接口能够接收所述设备(16)的当前状态数据(AZD)；第二接口(48)，经由所述第二接口能够接收所述模拟状态数据(SZD)；和评估单元(42)，所述评估单元设置用于：将所述当前状态数据(AZD)与所述模拟状态数据(SZD)比较。
8.根据权利要求7所述的运输单元，
其特征在于，
所述模拟状态数据(SZD)代表所述设备(16)的一部分的期望状态，并且所述诊断装置(38)设置用于：当通过所述评估单元(42)识别出与所述期望状态的偏差时，产生故障通知(FM)。
9.根据权利要求8所述的运输单元，
其特征在于，
所述诊断装置(38)设置用于：考虑结构数据(SD2)以产生与所述设备的第一单元有关的故障通知(FM)，所述结构数据代表所述单元与所述设备(16)的至少一个第二单元的拓扑的和/或功能的相互关联性。
10.根据权利要求9所述的运输单元，
其特征在于，
所述诊断装置(38)设置用于：在识别出一组故障时，将一个故障通知(FM)与至少一个第一故障相关联，并且根据所述结构数据(SD2)禁止产生关于与所述第一故障有因果关系的故障的通知。
11.根据权利要求9或10所述的运输单元，
其特征在于，
所述结构数据(SD2)和所述模拟数据(SD1)基于至少一个共同的数据组来提供。
12.根据权利要求5或6以及根据权利要求7至11中任一项所述的运输单元，
其特征在于，
所述诊断装置(38)能够经由所述第一接口(40)与所述数据装置(26)数据连接。
13.根据上述权利要求中任一项所述的运输单元，
其特征在于，
所述运输单元构成为用于乘客的公共运输的运输工具。
14.根据上述权利要求中任一项所述的运输单元，
其特征在于，
所述运输单元构成为轨道车辆(10)。
15.一种用于控制运输单元、尤其轨道车辆(10)中的设备(16)的方法，其中在所述运输单元运行期间
-提供所述设备(16)的当前状态数据(AZD)，
-由所述运输单元的模拟装置(28)接收所述当前状态数据(AZD)，和
-所述模拟装置(28)基于所述当前状态数据(AZD)和模拟数据(SD1)求出模拟状态数据(SZD)，所述模拟状态数据代表所述设备(16)的至少一部分的状态。
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