某城市地铁列车走行部在线检测系统集成设计

冀云 高兴华 郭凤媛

摘 要：给出了某城市地铁列车走行部在线检测系统集成设计方案，包括系统架构及组成、测点配置方案，介绍了系统与列车的关键数据接口，最后给出了地面专家分析系统的具体实施方案。

关键词：走行部在线检测系统;集成设计;测点配置;专家分析

1 引言

走行部在线检测系统是以城轨运营维护的信息化、智能化为目标，为城轨运营单位提供在途运营列车状态信息综合接入与检测、安全状态检测预警、隐患挖掘、网络化维保等服务和支持。本文介绍地铁车辆走行部在线检测系统技术方案，主要描述系统方案设计及主要设备规格参数等，指导地铁列车走行部在线检测系统集成设计工作。

2 系统架构及组成

走行部在线检测系统是对列车走行部关键部件进行故障诊断、预测与健康管理的系统。走行部在线检测系统由车载诊断仪主/从机、前置处理器、复合传感器等部件组成。车载诊断仪主机通过MVB或以太网总线（以下简称网络总线）将走行部监测信息传送给列车网络控制系统（以下简称TCMS）[1]，由TCMS进行存储和报警;同时，通过车地传输系统将车辆状态特征数据和实时故障诊断信息发送到地面专家分析系统，准确的指导车辆运用和维修。

2.1 车载诊断仪主、从机

车载诊断仪主、从机采集原始数据包括：振动原始数据、冲击原始数据、温度原始数据、实时时间、设备号、通道号等。经网络总线与列车TCMS系统连接，将报警信息和设备自身状态信息传输给TCMS。

2.2 前置处理器

前置处理器安装于车下设备舱里面，每个前置处理器可接多路复合传感器，它是实现所辖测点的传感器网络管理、完成信号的预处理或数据采集，并与车载诊断仪交互通信的部件，主要负责将传感器网络传输的温度信息进行处理、采集、存储;将传感器网络传输的模拟（振动、冲击）信息进行信号切换与路由;将温度信息和模拟信号通过总线传输到车载诊断仪，简化装车工程。

2.3 复合传感器

复合传感器是同时实现温度、振动、冲击等多个物理量的检测、处理和传输的一体式受感部件，可通过单个安装孔安装在轴箱体、牵引电机和齿轮箱上。

3 测试点配置方案

走行部在线检测系统主要针对轴承的运行状态进行检测，测试点规划为轴箱、齿轮箱、电机各设置一个复合传感器，实现对检测部件轴承、轨道状态、踏面状态的反馈、预测、判断。具体的，安装于不通过部件的符合传感器实现的主要功能如下：

●轴箱复合传感器，功能主要包括作为采集诊断的辅助参数的温度、通过振动敏感元件获取振动加速度样本、通过故障冲击诊断方式识别轴箱轴承故障、通过故障冲击诊断方式识别车轮踏面故障等。

●电机复合传感器，功能主要包括作为采集诊断的辅助参数的温度、通过振动敏感元件获取振动加速度样本和通过故障冲击诊断方式识别电机轴承故障等。

●齿轮箱符合传感器，功能主要包括作为采集诊断的辅助参数的温度、通过振动敏感元件获取振动加速度样本、通过故障冲击诊断方式识别传动齿轮故障和通过故障冲击诊断方式识别小齿轮轴承故障等。

车载检测系统测点布置示意图如图1所示。

4 数据接口

4.1 实时输入数据

实时输入数据是车辆的系统状态和运用信息，包括车速、有效载荷、车辆轮径、累计里程、站点信息和时钟，由TCMS通过网络总线实时发送给走行部在线检测系统。

4.2 实时输出数据

走行部在线检测系统实时输出数据用于保障车辆的在线安全运用，该数据通过网络总线实时输出给TCMS。实时输出数据主要包括：

●状态数据：各轴温度信息的传输。

●故障数据：车辆运行过程主机、分机判断的走行部报警和故障信息，包括轴承报警、齿轮报警、踏面报警、温升预警、传感器故障、前置处理器故障和诊断仪故障等，实时传输到TCMS并通过显示屏进行报警提示。

4.3 离线数据

走行部在线检测系统离线数据是走行部、轨道的单日故障趋势，需要定期转储到地铁车辆段的地面专家系统中，用于地面专家系统离线分析。

5 地面专家分析系统

系统通过车载无线传输系统实现关键数据的实时落地，对于离线数据可通过地面WLAN通道在到站或回库后进行自动下载。

地面专家分析系统设置服务器等硬件设备，地面专家分析系统软件实现对车辆的实时监控以及軸部件的趋势分析，指导计划修到状态修的转变。地面专家分析系统软件主要分为车轮分析模块、轴箱分析模块、齿轮箱分析模块、电机分析模块、轴温分析模块、脱轨分析模块等功能模块，除了基础功能模块，每个分析模块又包括故障诊断、数据对比以及智能分析功能。

地面专家分析系统能自动地对“车载实时数据、地面服务器中存储的历史数据、地面服务器中存储的案例数据”三类数据进行故障推理和机理诊断，对隐患进行危害程度辨识，实现走行部健康状态评估，基于对故障的预测和维修时机的预判，形成主动运维决策指令并发送至车辆维护支持应用服务器，准确指导车辆运用维修[2]。

车辆维修作业完成后，作业人员将维修情况录入配套客户端，配套客户端将维修情况同步至车辆维护支持应用服务器，由车辆维护支持应用服务器将维修信息传输至主动运维决策系统，形成车辆故障维修闭环。

另外，通过走行部地面专家分析系统对轨道波磨的波长、波深、冲击加速度等参量的状态分析，智能诊断轨道波磨病害状态，为轨道的打磨计划提供数据支撑。

6 总结

本文给出了某城市地铁列车走行部在线检测系统集成设计方案，详细介绍了系统架构、组成、测点配置方案等，可为研发设计人员提供参考。

参考文献：

[1] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.牵引电气设备 列车总线第1部分：列车通信网络GB/T 28029.1-2011 [S].北京：中国标准出版社，2012.

[2] 徐燕芬，赵婧，姜仕军.下一代地铁列车网络控制系统的研制[J]，铁道车辆，2017，55（7）：27-31.

作者简介：

冀云（1984.07—），男，汉族，河北省邯郸市，中车唐山机车车辆有限公司，硕士研究生，列车电气控制集成技术。

项目支持：轨道车辆智能化运行控制系统研究项目（项目编号：19210803D），河北省省级科技计划资助。