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摘要：钢轨打磨车主要用来处理钢轨病害，延迟钢轨的寿命。本文介绍了打磨车采用的Jupiter Ⅱ控制系统的组成和工作原理，并重点介绍和分析控制系统在运用过程中的故障与处理方法，总结出合理的排查步骤和方法，一定程度上提高了故障排查效率。
关键词：Jupiter 菊花链 故障诊断
一、Jupiter Ⅱ控制系统的基本组成
Jupiter Ⅱ系统是Harsco公司最新开发的采用菊花链拓扑网络结构的控制系统，在原来Jupiter系统的基础上提高了操作性、耐用性、速度、易用性和诊断能力[1]。该系统主要由控制主机JAM、J42电路板和输入/输出模块组成，其中输入/输出模块有模拟输入模块、数字输入/输出模块和高密度数字模块三种。
1.1、菊花链拓扑
菊花链拓扑一种网络配线方式，各设备依次串联而成。例如设备A和设备B用电缆相连，设备B用电缆和设备C相连，设备C用电缆和设备D相连，在这种连接方法中不会形成网状的拓扑结构，只有相邻的设备之间才能直接通讯。在上例中设备A是不能和设备C直接通讯的，它们必须通过设备B来中转。这种连线方法适合用来传输电力、数字信号和模拟信号[2]。
1.2、控制主机JAM
控制主机JAM是整个系统的“大脑”，它负责控制打磨车上大部分的功能，并将所控制的功能转化成可视化的信息显示在触摸屏上，便于操作人员读取数据和操作。JAM主机配有一个闪存卡，所有的控制程序和数据文件都储存在其中，如果JAM主机停止工作，将它的闪存卡装到新的JAM主机上，新的JAM主机即可立马使用。JAM主机控制程序更新也非常方便，只需将新的程序文件通过USB接口刷入，即完成程序更新。
1.3、J42电路板
J42电路板的主要功能包括：
（1）J42电路板为主机供电，这样设计减少了主机内部的发热量可以有效避免主机因电源过热导致死机情况的发生；
（2）JAM主机与第一个模块通过J42电路板连接；
（3）J42电路板上的一个信号振荡器在网络电缆中发出菊花链信号，该信号使第一个模块在网络中建立它的地址，如果没有J42电路板，可能会出现一些有问题的组件导致网络中的其他模块建立与第一个模块相同的地址，所有通过J42电路板，网络地址会更稳定安全，网络诊断也更全面。
1.4、输入/输出模块
三种输入/输出模块的功能分别为：
（1）模拟输入模块能将控制对象的位置、角度等信息模拟成电压信号反馈给模块并传输给JAM主机，如燃油油位，位置传感器等；
（2）数字输入/输出模块，顾名思义，该模块能将控制对象的电压信号反馈给JAM主机，也能将电压信号传给控制对象，使其按要求运行，如继电器，信号灯，比例阀等；
（3）高密度数字模块其功能和数字输入/输出模块一样，但其性能更加强大，能处理更大量的数字信号，所以仅用于大量数字控制对象集中区。
模块上各接口的作用仅以数字输入/输出模块为例，其他模块的接口布置与数字模块基本一致。每个模块通过CAN1 in接口与上个模块连接，通过CAN1 out接口与下一个模块连接，形成串联的菊花链式网络拓扑结构。其中第一个模块的CAN1 in接口和J42电路板连接，告诉主机它是第一个模块；最后一个模块的CAN1 out接口上安装网络终结器，告诉主机它是最后一个模块。C1-C8接口与控制对象连接，输入输出数字信号。
二、RGH30C型钢轨打磨车的Jupiter Ⅱ系统概况及工作原理
RGH30C型钢轨打磨车由RGH20C型钢轨打磨车（1号、2号车）和RGH10C（3号车）组成，如图1所示；它也可分解成20头打磨车和10头打磨车，单独完成钢轨打磨作业。以1号车为例，该车的Jupiter Ⅱ系统由1个主机控制盒（J01，包含1个JAM控制主机和1个J42电路板）和31个模块组成。各模块之间的通讯遵循CAN（Control Area Network）通讯协议，主机JAM与第一个模块（模块2）则通过J42电路板连接。各车控制主机又通过安装在各车上的交换机将整列车的Jupiter Ⅱ系统组成局域网，实现整车信息互通。
当启动系统时，J42电路板首先开始工作，为主机提供工作电源。接着主机开始运转，同时J42电路板开始建立菊花链网络。首先模块2接收J42电路板所给出的网络地址，接着将网络地址加1后传输到模块3，模块3接收到模块2所传输的地址后，继续将网络地址加1，传输到下一个模块，依次进行传输，一直到最后一个模块。最后一个模块建立网络地址后，通过输出端口连接的网络终结器，结束网络地址的顺延，同时将结束信号通过所建立的网络顺序传输到J42电路板中，至此系统的菊花链网络组建完成。
网络成功建立后，各个分控模块开始工作，根据模块类型的不同，分别负责发送各种数据到所连接的控制对象或接收控制对象所反馈的各种信号数据。主机将需要输出的信号数据传输给J42电路板，J42电路板根据数据中的地址码通过网络找到该地址的输出模块，输出模块接收主机通过网络发送过来的信号数据后，将信号数据发送所连接的控制对象上。输入模块接收到控制对象的信号数据后，将信号数据通过网络传送到J42电路板，J42电路板根据网络地址信息确定数据来源，并将数据传输给主机，主机通过内部处理，将信息最终显示在触摸屏上，供操作人员监控。
三、Jupiter Ⅱ系统的故障诊断
Jupiter Ⅱ系统具有强大的故障诊断能力，可以极大地减少电气故障诊断时间。图形化的诊断界面方便操作人员使用，操作人员可以很快地确定大部分的故障位置并修理，甚至不需要查阅图纸。Jupiter Ⅱ系统的故障可分为系统本身的故障和系统诊断出的故障。
3.1系统故障
系统本身发生故障时，会导致整个控制系统无法正常运行，甚至处于瘫痪状态，其故障主要有以下两类：
（1）JAM主机故障和J42电路板故障：这两个元件的故障都会导致主机无法启动或者无法与其他模块通讯。针对这一情况，Jupiter Ⅱ系统设计了一套备用系统，当发生上述情况时，最小编号的模块（通常为模块2）会自动接替作为备用主机，备用模式的控制代码可以提供基础的操作，允许操作人员收起所有展开的部件，将打磨车驶离工作地点，返回基地进行检修。
（2）模块通讯故障和模块故障：这两个故障都会导致菊花链网络无法组建完成，系统会出现警告信息“检测到失效模块”。此时，首先需要检查模块间的电缆是否松动或损坏；如果没有问题，则将最后一个模块输出接口上的网络终结器取出，然后插入到前方模块的输出接口中，观察故障是否消失，重复该步骤直到故障消失，从而确定故障模块，排除故障。
3.2诊断故障
系统诊断故障主要指控制对象发生的故障。系统的各模块通过电缆和控制对象连接，当输入模块检测到输入电压信号异常或无法检测到电压信号时，当输出模块无法输出电压信号给控制对象时，模块均会将故障数据传输给主机，主机则将数据转换成可视化的信息显示在触摸屏上。操作人员进行故障排除时，首先进入系统的故障诊断面板，如图2，从图中可以看出故障模块在车上的大概位置，然后点击故障模块查看详细信息。以模拟输入模块3故障为例，进入模块3的诊断面板后，如图3，从图中可以看出C1-C8每个输入接口的电压值，点击右上角的“i/o”按钮，可以查到每个接口对应的控制对象。得到以上信息后，就可以到故障发生点，进行具体处理。一般的故障排查步骤为：
（1）检查控制对象是否存在异常，如元器件破损、油液渗漏等现象；
（2）检查连接电缆是否有破损、虚接、脱落等现象。
如果仍然没有排除故障，则有可能是输入接口损坏，传输电缆损坏、控制对象上的传感器损坏等原因，可以通过替换法一一排除，确定故障点，以C1接口检测到故障为例：
（1）将C1接口的电缆与C2互换，若故障仍在C1接口上，则模块的C1接口存在问题；
（2）若故障转移到C2接口上，则说明电缆或控制对象存在故障，找一根新电缆连接模块和控制对象，若故障消失，则确定电缆故障；若故障未消失，则确定是传感器接口或传感器故障。
在打磨车实际运用过程中，可能会出现多种故障同时发生的复杂情况，此时需要灵活运用替换法、电阻法、短接法、重置法等多种故障排除法相结合来排除故障[3]。
四、结束语
本文简单介绍了打磨车采用的Jupiter Ⅱ控制系统及故障诊断，提出合理的排查步骤和方法，一定程度上提高了故障排查效率。在实际的运用中，Jupiter Ⅱ控制系统其良好的扩展能力和问题自纠能力，给施工现场带来了极大的便利，大大缩短了处理故障的时间，提高了作业的效率，同时也对现场的安全工作起到了积极的推动作用。
[1]RGH30C系列钢轨打磨车操作维护手册，2013
[2]易建勋，姜腊林，史长琼.计算机网络设计.北京：人民邮电出版社，2011
[3]刘光源.怎么查找电气故障[M].北京：机械工业出版社，2003.
论文作者:任成杰
论文发表刊物:《基层建设》2017年第9期
论文发表时间:2017/7/25
标签：模块论文; 故障论文; 主机论文; 电路板论文; 系统论文; 信号论文; 接口论文; 《基层建设》2017年第9期论文;