地铁车载故障诊断及优化

陈利 郭玉峰

地铁车载故障诊断及优化

陈利 郭玉峰

（成都地铁运营有限公司 四川成都 610000）

随着社会经济的发展，城市人口持续增长，这进一步加快了城市扩张的速度，由此也提出了对城市交通的巨大挑战。地铁轨道交通因具备快捷、运力大的特点，已在城市交通中发挥起了越来越大的作用。然而，目前我国对于地铁相关技术的掌握还存在一些问题，尤其是在地铁车载故障诊断方面还有一些不成熟的地方。本文就我国在地铁车载故障诊断方面的现状进行了分析，并针对存在的问题提出了优化建议。

地铁车辆；车载故障；诊断技术；优化

1 我国地铁车载故障诊断技术研究现状

地铁轨道交通在国外已有一百多年的历史，因此在相关的车载故障诊断技术开发及使用方面，也进行了更多的研究。在国外的地铁轨道交通系统中，都配备了为实现对整个机车的综合诊断的故障诊断系统。目前，国外使用的地铁车载故障诊断系统是基于商业无线通讯网络的机车远程监测诊断系统，该系统是通过车载监测装置对机车的运行状态信息进行测量记录，并利用无线网络将相关信息发送至电力驱动分部的机车管理中心，相关专家则对这些发送回来的数据进行分析，以此找出机车的故障，并找出故障原因和制定维修方案，及时排除地铁车载故障，不仅可以有效缩短车辆的检修停时，还可以提升机车的实际利用率，保证地铁的正常运行。

自20世纪80年代开始，我国在铁道部运输局装备部布局指导和大力推动下，将各科研机构联合起来，并结合铁路局、机务段和车辆段的力量，对地铁车载故障诊断技术进行了深入的研究、开发和应用，并在相关技术在地铁运行上的应用方面取得了一定的成绩，明显提高了地铁的工作效率，进而促时了经济效益的提升。目前，我国在轴温检测、振动检测等诊断技术的开发利用方面比较成熟，并利用运行状态监控记录装置为地铁的提速提供了安全保障。在主流的电力机车中，相应的配备了如SS4G型、SS8型、SS9型等机车状态显示系统和列车运行监控记录装置，对机车的运行状态和线路信号进行了显示，并具备了一些简单的在线故障诊断功能，但车载故障诊断系统的主要功能依然是司机操作监控和机车状态显示两个方面。由此也形成了我国铁车载故障诊断系统对地铁故障只具备一定的提示功能，而无法对故障进行有效的分析诊断，即使可以进行一些简单的在线故障诊断工人和，但依然无法针对故障制定出合理的故障处理方案。在我国，有关地铁车载故障诊断系统和相关技术的开发应用有以下特点：

（1）目前我国对于地铁车辆的故障诊断主要分为便携式诊断设备、地面故障检测诊断设备、道旁监测诊断、车载和设备四大类。而经过多年的努力，我国在便携式诊断设备和地面故障检测诊断设备两个方面取得不错的成绩，也积累了一些经验，但与国外的先进经验相比，在故障早期诊断、及时处理等方面的进展没有追上国际的步伐，依然存在落后，在实际工作中显现出了我国地铁车载故障诊断方面明显的局限性。

（2）由于涉及到地铁车载故障诊断系统的故障诊断装置还达不到相关要求，因此地铁运行的重要部件和子系统的监测和诊断无法得到全面实现，即使是在我国取得了较好开发应用的地面诊断系统，也存在只能针对单一的子部件或子系统进行故障诊断的缺陷。

（3）我国的地铁车辆运行，由于还没有建立将监控中心与集地面、车载连为一体的远程诊断和网络化监测的综合系统，因此在实现对地铁车载故障的诊断时缺乏实用性有及时性。

（4）目前我国的地铁车载故障诊断系统只具备简单的报警的功能和应急操作指导，对于故障隐患和故障发生之间的因果关系没有实现有效的因果联系，因此在预防故障发生方面存在严重的缺陷。

（5）虽然我国在相关技术开发方面已加大了力度，然而关键的地铁车载故障诊断核心技术依然掌握在国外车辆供应商手中，这使得我国的地铁车载故障诊断水平始终无法得到有效提升。

2 地铁车载故障诊断系统的总体设计

随着我国城市地铁交通系统在城市交通中发挥的作用越来越大，城市轨道交通线路里程也得到不断增加，因此对地铁网络的运营效率和安全运行保障模式的要求也越来越高。如果等到车辆发生了故障再进行维修，会对庞大的地铁运营系统的工作效率造成严重影响。另外，由于地铁系统是在一个广阔的区域内建立运输轨道，并形成一个复杂的运输网络的典型的轨道交通系统，因此相关的车辆安全信息存在比较分散的现象，在以往这些信息只有实际操作车辆的司机能够使用，不能实现对地面中心的信息传递，因此无法建立针对地铁车辆的有效的综合安全状态复合检测、故障实时智能诊断等综合系统。随着科学技术的不断提升，地铁车载故障诊断系统的开发应用成为可能，这使得该系统在技术人员很少的情况下也能通过相关技术设备实现对地铁车辆的实时监控，并进行故障数据的及时车地传输和远程故障诊断。地铁车载故障诊断系统主要由监控中心、网络传输层、车载设备层及维修中心形成其体系结构，监控中心级分系统、车辆段分系统以及车载级分系统三个功能分系统形成了整个地铁车载故障诊断系统：

2.1 监控中心级分系统

监控中心级分系统的作用是通过与现有的监控设备进行科学的集成，对整个地铁系统进行整体的分析，以及全局车辆的故障诊断和影响评估，以此找出造成地铁系统故障的影响因素，并帮助技术人员针对这些影响因素进行应急处理措施和方案的制定时提供有效建议。

2.2 车辆段分系统

车辆段分系统的作用是针对具体车辆段进行该车辆段的相关车辆的关键设备的故障隐患推演、实时监控、组织维修、故障诊断及影响评估工作。车载级分系统可以利用计算机网络与车地无线通讯网络进行有效接入结合，实现将车辆段的实时故障信息进行传递和诊断的目的。

2.3 车载级分系统

车载级分系统的作用是针对具体车辆的各个车厢的制动系统、智能控制、车门系统、牵引系统等关键设备，进行相关的状态监测、故障报警以及应急处理等。

3 地铁车载故障诊断系统专家诊断系统的设计

地铁车载故障诊断系统的专家诊断系统是基于长期的实践摸索和积累的经验知识和科研成果，与当前高速发展的计算机技术相结合而建立起来的针对地铁车载故障诊断的集故障预处理、故障隔离、故障处理、故障预报及故障定位于一体的在线智能地铁车辆故障诊断体系，可以为地铁车载故障的维修提供必要的技术决策支持，其目标功能主要有以下几点：

（1）通过针对故障诊断进行相关的混合故障推理诊断的模块化、图形化、组件化软件系统的开发，并应用到地铁轨道交通的关键装备上，实现对地铁车载故障的诊断。

（2）针对造成地铁车载故障的一些具有特殊性质的不确定因素，建立相应的故障诊断模型，通过模拟故障发生的过程，找到故障发生的原因，并进行有效的预防和排除。

（3）在以上相关技术得到实现后，结合计算机技术，建立针对地铁车载故障诊断的专家系统。

通过在地铁车载故障诊断专家系统中建立基于故障诊断相关知识和专家诊断总结积累、以及因果图模型库和故障模式库等信息资源的地铁车载故障诊断系统的故障征兆库。

4 地铁车载故障诊断系统的实现和优化

由于地铁交通网络和车辆结构的复杂性、以及相关的组成部件繁多，相关的故障类型也多种多样，导致了在进行地铁车载故障诊断时涉及到的检测参数较多，要实现对地铁车载故障的科学诊断，需要针对以下几个方面对地铁车载故障诊断系统进行优化。

4.1 用户权限管理与系统管理

在地铁车载故障诊断系统中，针对使用该系统的不同对象，设立不同级别的管理权限，以实现对地铁车载故障管理的科学性、有效性、及时性。

4.2 征兆获取模块

地铁车载故障诊断系统的主要功能是实现对地铁安全运行的有效控制，因此，需要为实现该系统的诊断功能而进行大量辅助接点或传感器的布置，通过人机交互对话诊断和自动诊断，以加强系统对地铁车载故障征兆获取的效率。

4.3 知识查询与管理

在地铁车载故障诊断系统中，相关用户分为普通用户与高级用户、管理员三个等级。普通用户可以利用相关诊断系统，对系统的知识库进行浏览，实现对地铁车载故障的诊断，但不具备改动知识库信息资料的权利。高级用户则可根据实际经验和获得的新的信息和知识，对知识库进行修改、添加、删除等操作。而管理员的权限更大，在普通用户与高级用户权限的基础上，管理员还可以对用户的权限进行制定和调整。

4.4 规则诊断

通过系统的混合推理方法，结合系统知识库中的诊断规则，对地铁车载故障进行诊断，并进行诊断可信度的评估和有序排列。当诊断结果被评估为满意时，则可结束诊断；当诊断结果被评估达不到相关标准时，由需要进行进一步的详细诊断，如进行人机交互对话诊断等，得出更可信的诊断结果。

4.5 因果图诊断

基于基本事件的确定、因果图模型的建立及推理计算、连接事件的概率等模块建立的因果图模型，对地铁车载故障进行的诊断。

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U279

A

1004-7344（2016）33-0182-02

2016-11-9

陈利（1984-），女，大专，主要从事轨道交通车载信号方面工作。