铁路机车故障诊断及预警系统的研究

2021-07-28杨利国

机械管理开发 2021年6期

杨利国

（西山煤电集团公司铁路公司，山西太原 030053）

引言

随着以高速铁路机车为代表的铁路运输工具的不断发展，其运行时的安全性越来越受关注。目前的铁路机车普遍配置有简单的故障自检系统，但该系统存在着数据库资源不足、系统开放性差、无法将故障及时反馈到区域和全国监控中心的缺陷，故障监测效率和实时性差，难以满足高速铁路机车故障诊断实时性和高效性的需求。而一种新的铁路机车故障诊断和预警系统，就是从铁路机车的关键部件入手，在不同位置设置高精度的监测传感器，对列车的运行状态进行实时监测和信息反馈，通过建立车载5G高速通信体系实现和区域/全国监测中心的互联互通，满足了机车故障自动诊断、故障异常及时告警、故障数据实时传输的控制需求，通过建立专家判别库可实现故障的自动分析和定位，对于提升铁路机车运行安全性具有十分重要的意义。

1 故障诊断及预警系统结构

根据高速列车的运动控制状态，本文所分析的故障诊断与预警系统包括被动故障诊断系统和主动故障诊断系统两大块。被动故障诊断是从机车自身的控制系统内获取故障信号和故障代码，然后利用获取的故障信息作为故障检测时的判断依据，实现对故障的判断和定位，该类型的故障判断主要是对电子控制系统的故障诊断。主动故障诊断是在列车重点监测部位设置高精度传感器设备，主动对列车的控制信号、运行振动信号、温度传感器信号等进行分析，确定列车运行状态，自动对异常信号进行标定[1]。

如图1所示，当列车运行时通过主动和被动故障诊断系统实现对列车运行状态的信息采集，并对监测信息进行提取分析，利用信号、数据处理+数据融合+人工智能的方式对列车运行状态信息进行判断，获取列车各状态监测参数，对异常信息进行实时故障报警，然后通过车载5G高速通信体系将故障信息传输到区域/全国监测中心，用于实现对各个列车运行状态的实时监控。

图1 故障诊断及预警系统结构

系统可对监测发现的列车故障信号进行自动识别和转换，将其存储到故障数据库内，用于进行故障模拟和分析。地面控制中心收到故障信号后自动对故障库内的数据进行快速比对，对故障类别、故障处理方案进行确认，然后将数据快速传输到故障列车进行故障自动修复并将处理情况上报列车长，便于列车工作人员实时掌握故障处理情况，形成闭环控制，确保列车的运行安全性。

该机车故障诊断及预警系统的优点在于将主动诊断和被动诊断进行有机结合，同时通过5G高速数据系统将列车和地面控制中心集成一体，可实现对故障的准确判断和自动定位。

2 故障诊断及预警系统的故障诊断专家库系统结构

铁路机车整体结构庞大、监测数据量非常大，因此对数据分析处理的速度和对异常信号识别的准确性就直接决定了系统的运行可靠性[2]。该机车故障诊断及预警系统的故障诊断专家库系统（见下页图2），通过专家库实现对数据的快速异常识别，可提高对数据分析的效率和准确性。

图2 机车故障库系统

由图2可知，该机车故障库系统主要包括知识库、执行机构库、解释机构库等。知识库是该专家故障库的核心，用于存储故障信息以及不断提高故障库数据信息存储的丰富度[3]。执行机构库的主要作用是按一定的搜索逻辑对数据信息进行快速搜索和比对，对故障现象进行快速分析并确定故障原因。接收机构库的主要作用则是，在当前故障无法在数据库内匹配到对应信息时，按一定逻辑给出故障预判，然后将信息发送给值班专家确认，待专家确认后进行故障定义并存储到数据库内，从而不断丰富数据库内容，提高数据分析准确性和匹配度[4]。

3 故障诊断及预警系统的应用效果

通过实践应用（见图3）表明，系统监测界面能够对运行中列车的故障状态进行实时监控，技术人员可以对任何一辆列车的运行状态进行实时监测，同时能够对列车的运行位置进行定位，便于根据故障情况决定列车是进行就近维护还是返回维修基地进行专业维护，有效提升了列车运行的安全性和经济性。根据实际监测表明，该故障诊断及预警系统能够将机车运行故障率降低93.1%，对提升机车运行安全和稳定具有十分重要的意义。