高速动车组故障诊断系统分析及应用研究

张方林

（北京铁路局北京动车段，北京 100072）

高速动车组故障诊断系统分析及应用研究

张方林

（北京铁路局北京动车段，北京 100072）

结合动车组故障诊断系统的发展和意义，分析了其在动车组列车运行和维修过程中的应用以及重要作用，对于提高动车运行的安全性和可用性、优化运营管理、便于运用维修以及动车组状态监测和故障预报方面意义重大。

动车组；故障诊断；监测

引言

随着我国高速铁路的飞速发展，如何准确预报早期故障、提出对策或建议、避免或减少事故发生在动车组运行安全性、可靠性等方面显得尤为重要。随着信息技术的发展，逐渐形成了动车组状态监控检修模式，通过分析列车状态，确定列车可靠性水平，决定检修时机，这种故障诊断技术在动车组日常监控和检修方面发挥着重要作用。

1　故障诊断系统的意义

工程应用中，机械设备的故障一般是以设备状态来定义的，通常有：正常状态、异常状态和故障状态三种。故障状态通常有一个形成过程，往往是由某种缺陷不断扩大后进一步发展形成，状态监测与故障诊断主要通过运用各种检测、测量、监视、分析和判别方法，考虑环境因素，依据所检测的信息特征对设备运行状态进行评估，判定发生故障的部位，分析故障形成的原因并预报其发展趋势，是动车组设备预知检修管理的重要依据［1］。

国外故障诊断系统自20世纪60年代以后开始发展起来，而我国也于70年代后期开展了对发达国家设备诊断技术的学习和研究，并逐步应用至铁路机车车辆以及高速动车组的日常运行维护和监测当中。

2　动车组故障诊断系统分析

目前我国铁路的发展方向是速度更高、载重更大，这对车辆的状态、安全的实时监控和故障及时处理提出了更高要求。高速动车组是复杂系统集成，其状态监控和故障诊断也是分散于各子系统当中。动车组诊断系统，一般称为“动车组中央诊断系统”，集成在人机接口MMI中，通过嵌入在列车控制系统中的具备评估软件的控制单元，接口设计简单通俗，乘务员可随时调用列车相关声明和应用处理措施，了解各节车功能限制。

动车组是高度集成的复杂系统，其故障产生的原因是多种多样的，这增加了状态监测和故障诊断的难度。对于列车设备故障诊断来说，一般可以分为功能诊断和运行诊断、定期诊断和连续诊断、直接诊断和间接诊断、简易诊断和精密诊断、在线诊断和离线诊断等几种。其中，功能诊断指针对新安装或维修的部件，检查其基本功能是否正常，并根据检测结果对其进行调整，如牵引电机、空调系统等的检修及测试；连续诊断是指采用车载仪器及计算机自动采集列车设备电压、电流、温度、频率、速度等多种状态信息，并进行连续监视，及时发现异常信息并作出预警或处理［2］。

动车组列车状态监测和故障诊断技术主要包括信号监测、特征提取、状态识别和预报决策等关键内容，通过车载传感器获取状态信息，通过提高信号采集的灵敏度和信号处理技术，去除噪声干扰，突出故障特征，发现故障后判定故障位置及原因，提出控制措施及维修决策。

动车组故障诊断系统一般设计为模块化，如：制动系统及防滑保护监测；牵引辅助系统监测；门系统状态；通风空调系统；乘客信息管理系统；列车ATC系统，转向架，客室照明等。

列车故障诊断系统由系统级和列车级两个级别组成，其中系统级负责监控各相关系统部件的状态和功能，识别和分析故障原因，并向列车级系统报告；而列车级系统主要负责输出必要信息，提示相关人员，储存子系统报告等。

动车组故障诊断子系统按照有无掉电安全诊断存储可分为两种。有断电安全诊断储存的子系统，可基于外部基础条件最大限度避免连续故障，将故障原因存储在自带诊断存储器中，对应功能限制报告发送给动车组中央诊断系统。通过RS2 32接口，维修人员可对储存的内部信息进行读取评估。对于接触器、照明灯无数据存储的元件或系统，一般则通过二进制故障信号，经中央控制器报告给动车组中央诊断系统。相应的故障信息可传到人机交互MMI上，维护人员通过远程数据传输，对列车状态和故障作出准确判断并给出措施。

3　故障诊断系统在动车组监测中的作用

动车组状态监测与故障诊断的目的是提高运行的安全性和可用性，优化运营管理，便于运用维修，在动车组状态监测和故障预报方面主要有以下作用：

现代动车组是一种技术先进、结构复杂的装备，对设备的可靠性要求高，这种可靠性一方面通过系统部件的可靠性保证，一方面需要由状态监测和故障诊断系统来提供，依靠此系统，可以迅速识别和提示运行中发生的故障，及时采取措施消除故障，保证列车运行的安全性［3］。

状态监测与故障诊断系统不仅可以在运行中向司乘人员提供列车运行状态、故障级别、提出排除故障措施的建议，而且还能在运行中将这些情况及时向地面人员传送，做好维修计划和备件准备，缩短列车停时。

若状态监测与故障诊断系统发现故障，可将故障状况、等级及应采取的措施建议显示在屏幕上，同时可储存故障发生的时间、位置及相关参数值变化情况，提供地面系统进一步分析。

动车组状态监测与故障诊断系统积累的大量数据，不但是维修的重要依据，而且通过这些数据分析，可对动车组综合性能和各主要零部件可靠性进行分析评估，为动车组改进和发展提供重要依据。

［1］黄学文，刘春明，冯璨，等.CRH3高速动车组故障诊断系统［J］.计算机集成制造系统，2010，16（10）：49-5 1.

［2］董韬.提高CRH2型动车组三级修调试效率的分析与对策［J］.青年科学（教师版），201 4，35（3）：2 97-2 98.

［3］张惟皎，贾志凯.动车组运用检修信息化管理探讨［J］.铁路计算机应用，201 3，2 4（1）：333-335.

（编辑：王红霖）

Analysis and Application Research on EMU Fault Diagnosis System

Zhang Fanglin
（Beijing EMU Depot，Beijing 100072）

The condition monitoring and fault diagnosis system is a comprehensive monitoring system of train running status and fault information monitoring. It plays an important role in the EMU application. According to the development and significance of fault diagnosis system， this article analyzed its application in EMU trains running and maintenance process and the important role， to improve the operation safety and availability， optimize management operation，and is meaningful in EMU condition monitoring and fault prediction.

EMU； fault diagnosis； monitor

TP277

A

2095-0748（2016）15-0082-02

10.16525/j.cnki.14-1362/n.2016.15.35

2016-06-20

张方林（1989—），男，云南普洱人，本科，随车机械师，助理工程师，主要从事铁路动车组日常运用与检修技术管理工作。