1. Anwendungshintergrund: Die wirtschaftliche Entwicklung Chinas und der steigende Lebensstandard der Bevölkerung haben die Anforderungen an die Eisenbahntechnologie des Landes erhöht. Die Inbetriebnahme von Hochgeschwindigkeitsstrecken markiert einen wichtigen Entwicklungsstand im chinesischen Eisenbahnbau und stellt gleichzeitig höhere Anforderungen an die Stabilität und Sicherheit dieser Züge. Um die Stabilität und Sicherheit von Hochgeschwindigkeitszügen in Echtzeit zu bewerten, wurde ein Online-Echtzeit-Bewertungssystem für Elektrolokomotiven entwickelt. Es basiert auf dem Industrie-Steuercomputer IPC-610 von Advantech sowie den Modulen PCL-1800, PCI-1720, PCL-745B, PCI-1761, PCL-720, ADAM5000/485 und den entsprechenden ADAM5000-E/A-Modulen. Dieses System ist bereits erfolgreich bei mehreren Herstellern von Elektrolokomotiven und in Testeinrichtungen im Einsatz. 2 Systemanforderungen Um die Stabilität und Sicherheit von Hochgeschwindigkeitszügen in Echtzeit zu bewerten, muss das Echtzeit-Online-Überwachungs- und Bewertungssystem basierend auf den Leistungsanforderungen an Hochgeschwindigkeits-Elektrolokomotiven folgende Hauptfunktionen aufweisen: 1) Echtzeit-Online-Überwachung der Spannungen und Verformungen der Radfederung des Fahrwerks der Trieblokomotive und des Beiwagens bei verschiedenen Betriebsgeschwindigkeiten; 2) Echtzeit-Online-Überwachung des Öffnungs- und Schließzustands sowie des Zustands (Widerstand, Temperatur, Stromstärke usw.) der Trieblokomotive bei verschiedenen Betriebsgeschwindigkeiten; 3) Echtzeit-Überwachung des Zugmoments, der Betriebsgeschwindigkeit, der Schwingungsamplitude und -frequenz usw. der Trieblokomotive bei verschiedenen Betriebsgeschwindigkeiten; 4) Echtzeit-Überwachung des Schleppmoments des Beiwagens, der Schwingungsamplitude und -frequenz des Wagens, des Luftkompressordrucks usw. bei verschiedenen Betriebsgeschwindigkeiten; 5) Echtzeit-Online-Anpassung der entsprechenden Frequenzumrichter- und Hydraulikantriebe basierend auf den überwachten Eingangsdaten. 6) Das System verfügt über eine Echtzeit-Online-Fehlerdiagnosefunktion. 7) Das System bietet Echtzeit-Online-Auswertung des Betriebszustands von Elektrolokomotiven bei verschiedenen Fahrgeschwindigkeiten, Echtzeit-Fehleralarme, Echtzeit-Berichtsdruck, Spannungskurvenanalyse und grafische Ausgabe . Es verwendet einen Industrie-Controller IPC-610, eine optisch isolierte 4-Kanal-Analogausgangskarte PCI-1720, eine optisch isolierte serielle Kommunikationskarte PCL-745B sowie die Module ADAM5000/485, ADAM-5017H, ADAM-5024 und ADAM-5060 . Ein Systemarchitekturdiagramm ist in Abbildung 5 dargestellt. Systembeschreibung: Um ein optimales Kosten-Nutzen-Verhältnis sowie einen hohen Grad an Fortschrittlichkeit und Vielseitigkeit zu erreichen, ist ein Industrie-Controller Advantech IPC-610 im Traktionsleitstand der Lokomotive installiert. Dieser Computer dient sowohl als Systemcontroller als auch als Steuerungsserver und ist mit einem Motherboard PCA-6179 und einem Pentium III 850-MHz-Prozessor ausgestattet. Das System umfasst eine CPU, 256 ms DRAM-Speicher und eine Hochgeschwindigkeits-Datenerfassungskarte PCL-1800 zur Erfassung von Parametern wie Lokomotivgeschwindigkeit, Betriebsstrom, dynamischem Druck der vier Räder und Zugkraft; einen optisch isolierten 4-Kanal-Analogausgang PCI-1720 zur Ansteuerung von Hochleistungs-Frequenzumrichtern; eine optisch isolierte serielle Kommunikationskarte PCL-745B für die serielle Kommunikation mit dem Testcontroller ADAM5000/485 des angeschlossenen Wagens; und eine optisch isolierte DI/DO-Karte mit hoher Ansteuerleistung PCI-1761 zur Erfassung und Steuerung der Öffnungs- und Schließsignale von Magnetventilen. Die sechs am Zugende angehängten Testwagen nutzen die ADAM5000/485-Controller von Advantech, die mit einem ADAM-5024 zur Ansteuerung des Hilfsanlauffrequenzumrichters und einem ADAM-5017H zur Erfassung von Wagenschwingungen, Druckfederverformung, Zugkraft und Widerstand der angehängten Wagen ausgestattet sind. ADAM-5060 dient zur Steuerung des Öffnens und Schließens von Magnetventilen und Hochleistungsrelais; ADAM-5055S zur Echtzeitüberwachung des Ein-/Aus-Status verschiedener elektrischer Schalter. Ein Drucker ermöglicht den Online-Ausdruck relevanter Berichte und Kennlinien in Echtzeit. Um die Lokomotivleistung in Echtzeit zu bewerten und potenzielle Fehler oder Unfälle während der Betriebsprüfung zu analysieren, wurde ein Echtzeit-Expertensystem integriert, das die Experten vor Ort und das Prüfpersonal unterstützt. 6. Zusammenfassung: Aufgrund der hohen Geschwindigkeit von Elektrolokomotiven und der Reibung zwischen Rädern und Schienen entstehen elektromagnetische Störungen, die die Sensoren erheblich beeinträchtigen. Daher nutzt das PCL-1800 ein Differenzeingangsverfahren, um Rauschen und zufällige elektromagnetische Impulsstörungen der Sender zu eliminieren und Gleichtaktstörungen zu unterdrücken. Zur Verbesserung der Störfestigkeit des Systems werden alle Sensoren und Sender von isolierten linearen Netzteilen von Chaoyang versorgt. Zusätzlich werden Isolationsverfahren zwischen den Prozesskanälen eingesetzt, um eine gemeinsame Masse zwischen dem Computersystem und externen Prozessreglern und Sendern zu vermeiden. Die Relaisisolierung dient der Verbesserung der Störfestigkeit des Systems. Daher wird anstelle des ADAM4520 der PCL-745B als RS232/RS485-Konverter eingesetzt. Dieses Gerät erfordert ein Steuerungssystem mit ausgeprägten Echtzeitfähigkeiten. Neben der Echtzeitsteuerung der einzelnen Steuereinheiten muss das Steuerungssystem auch Echtzeit-Datenverarbeitung und -speicherung durchführen. Aufgrund der Echtzeit- und Stabilitätsanforderungen des Systems wird Windows 2000 Professional Edition als Betriebssystem verwendet. Die leistungsstarken Hardware-Portzugriffsfunktionen von Visual C++ werden genutzt, um die Low-Level-Ports der PCL-1800-, PCI-1720- und PCI-1761-Karten zu lesen und zu beschreiben. Die Echtzeitkommunikation mit dem ADAM5000/485 erfolgt über die MSCOMM-Steuerung. Durch die Nutzung der leistungsstarken numerischen Berechnungsfunktionen und der umfangreichen Funktionsbibliothek von Matlab werden die Vorteile von Visual C++ und Matlab kombiniert, um eine nahtlose Verbindung zwischen beiden zu gewährleisten und die Wavelet-Verarbeitung von Signalen wie beispielsweise Schwingungen zu ermöglichen.