地鐵機電設(shè)備故障監(jiān)測與智能診斷系統(tǒng)分析研究

陳劍斌

中交佛山投資發(fā)展有限公司 廣東省佛山市 528000

摘要：隨著中國軌道交通線路的不斷擴展和加密，站內(nèi)機電設(shè)備狀態(tài)對地鐵運營影響日益加深。本文以地鐵機電設(shè)備故障監(jiān)測與智能診斷系統(tǒng)為研究對象，簡要地闡述了針對地鐵機電設(shè)備建立該系統(tǒng)的作用與意義，分別對系統(tǒng)內(nèi)部的采集層、分析層和評估層這三個基本工作層的邏輯架構(gòu)以及維修中心級、機電工區(qū)級和設(shè)備現(xiàn)場級這三個工作級的結(jié)構(gòu)設(shè)計進行了詳細(xì)地分析研究。希望能夠在文中為地鐵運營機電公司的維修人員們提供相關(guān)方面的理論參考與實踐幫助。

關(guān)鍵詞：地鐵機電；機電設(shè)備；故障監(jiān)測；智能診斷

近幾年，中國國內(nèi)各大城市都迎來了城市軌道交通的建設(shè)高峰。以首都北京為例，截止2015年，已經(jīng)順利完成了國家“一二五”規(guī)劃中的發(fā)展要求。600km的地鐵線路上添置和安裝了大量的機電設(shè)備，光是安全屏蔽門就設(shè)有一萬多套。這就給地鐵運營機電公司的維修人員們增加了工作量和工作強度。為了提高運營維護的效率，需要建立起地鐵機電設(shè)備的故障監(jiān)測與智能診斷系統(tǒng)。

一、建立故障監(jiān)測與智能診斷系統(tǒng)的必要性

（一）創(chuàng)新發(fā)展軌道交通科技的要求

國家“一二五”的發(fā)展規(guī)劃明確提出，軌道交通裝備產(chǎn)業(yè)隸屬于裝備制造業(yè)中的高端產(chǎn)業(yè)，應(yīng)該大力開發(fā)軌道交通裝備中的先進技術(shù)、節(jié)能經(jīng)濟、環(huán)?？萍己桶踩阅?，推動智能化機電設(shè)備的協(xié)調(diào)創(chuàng)新與可持續(xù)發(fā)展。地鐵機電設(shè)備的故障監(jiān)測與智能診斷系統(tǒng)，完全符合這一現(xiàn)代化建設(shè)的要求，對軌道交通科技的創(chuàng)新發(fā)展有著極為重要的意義和作用。

（二）高效管理地鐵線網(wǎng)的必然需要

自中共在十八大會議上，提出高效推動城市化建設(shè)的要求以后，各個城市都開始加密本地的地鐵線網(wǎng)。同時，大量機電設(shè)備投入使用，迫使地鐵運營機電設(shè)備公司不得不擴大現(xiàn)有的維修團隊，以滿足地鐵線網(wǎng)正常運營的實際需求。地鐵機電設(shè)備故障監(jiān)測與智能診斷系統(tǒng)的建立，可以在現(xiàn)代化信息手段和技術(shù)的輔助之下，對現(xiàn)有的維修管理資源進行優(yōu)化升級，可以快速診斷故障點，分析故障原因，節(jié)省排除故障時間，在提高維修團隊工作效率的同時，也避免了盲目投入人力資源的浪費現(xiàn)象。

（三）機電設(shè)備安全運行的基本保障

負(fù)責(zé)運輸?shù)罔F站內(nèi)乘客上下出入的電扶梯，是發(fā)生安全事故和機械故障最頻繁的機電設(shè)備。很多因電扶梯引起的大型事故，都是是由于固定零件和驅(qū)動鏈條等設(shè)備零件年久失修或故障失察而最終導(dǎo)致的。另外，安全屏蔽門機電設(shè)備中的安全回路、系統(tǒng)接口、電氣設(shè)備和門體機械等部位都很容易發(fā)生機械故障。大型風(fēng)機在運轉(zhuǎn)過程中的軸承振動很大，也時刻有著葉片脫落的安全風(fēng)險。由此可見，地鐵機電設(shè)備中的電扶梯、安全屏蔽門和大型風(fēng)機等機電設(shè)備是發(fā)生機械故障幾率最高的“重災(zāi)區(qū)”，預(yù)防并及時發(fā)現(xiàn)故障及危險源，可以避免或減少災(zāi)害發(fā)生。

地鐵機電設(shè)備的故障監(jiān)測與智能診斷系統(tǒng)，不僅可以適時判斷出地鐵運轉(zhuǎn)系統(tǒng)中各個機電設(shè)備的運轉(zhuǎn)狀態(tài)是否正常，有沒有隱藏安全隱患，還能夠?qū)赡艽嬖诘臋C械故障和安全風(fēng)險進行警告，并針對故障風(fēng)險做出與之相應(yīng)的提示，為維修人員提供必要的原始數(shù)據(jù)和維修建議。這是保證地鐵機電設(shè)備安全運行的基本保障，也是建設(shè)安全穩(wěn)定地鐵運行線路所必須的前提條件。

二、故障監(jiān)測與智能診斷系統(tǒng)的邏輯架構(gòu)

（一）數(shù)據(jù)采集層的邏輯架構(gòu)

地鐵機電設(shè)備故障監(jiān)測與智能診斷系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集層的主要職能，是監(jiān)督和采集地鐵機電設(shè)備的運行狀態(tài)，存儲和整理機械故障的數(shù)據(jù)信息。對于系統(tǒng)無法提供或是掌控的信息，比如溫度、濕度和振動頻率等，需要在地鐵機電設(shè)備的內(nèi)部安裝功能相符的傳感器。通過傳感器實現(xiàn)數(shù)據(jù)和模擬信息的相互轉(zhuǎn)換之后，再應(yīng)用采集層進行數(shù)據(jù)采集。

（二）數(shù)據(jù)分析層的邏輯架構(gòu)

地鐵機電設(shè)備故障監(jiān)測與智能診斷系統(tǒng)中數(shù)據(jù)分析層的主要職能，是分析整合由采集層收集到的信息，從中提取出具有風(fēng)險故障特征的數(shù)據(jù)信號，進而判斷出地鐵機電設(shè)備的故障根源和故障趨勢。如果數(shù)據(jù)采集層報送上來的是清晰明確的數(shù)據(jù)信息，則可以直接跳過數(shù)據(jù)分析層的解析環(huán)節(jié)，直接經(jīng)數(shù)據(jù)傳輸層送到?jīng)Q策評估層。

（三）決策評估層的邏輯架構(gòu)

地鐵機電設(shè)備故障監(jiān)測與智能診斷系統(tǒng)中決策評估層的主要職能，是利用存儲于專業(yè)數(shù)據(jù)庫的歷史經(jīng)驗數(shù)據(jù)和設(shè)備維修信息，應(yīng)用狀態(tài)評估算法得出機械故障與安全風(fēng)險的真實數(shù)據(jù)，最后統(tǒng)籌評估，為現(xiàn)場的維修人員提供機電設(shè)備故障的原始數(shù)據(jù)、可能原因以及維修的建議與計劃。當(dāng)然，維修人員也可以根據(jù)故障現(xiàn)場的具體情況，對維修方案進行靈活調(diào)整。

三、故障監(jiān)測與智能診斷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計

（一）維修中心級的結(jié)構(gòu)設(shè)計

故障監(jiān)測與智能診斷系統(tǒng)中的維修中心級，一般會設(shè)立在地鐵軌道線路車輛段的維修中心內(nèi)部。維修中心級的結(jié)構(gòu)設(shè)計，旨在從宏觀的角度上出發(fā)，對地鐵全線機電設(shè)備的工作狀態(tài)進行統(tǒng)籌規(guī)劃與管理。中心級可以在發(fā)現(xiàn)故障的同時發(fā)出警報，并精確地顯示出機電設(shè)備故障的蔓延趨勢和緊隨其后的風(fēng)險損失。這就要求維修人員科學(xué)合理地安排維修養(yǎng)護工作，對需要維修的地鐵資源和機電設(shè)備進行現(xiàn)代化的信息管理，為故障監(jiān)測與智能診斷系統(tǒng)提供信息存儲、資料查詢和維修管理等基礎(chǔ)性的服務(wù)。維修中心級的結(jié)構(gòu)設(shè)計在整個系統(tǒng)的建設(shè)過程中具有重量級的關(guān)鍵作用。

（二）機電工區(qū)級的結(jié)構(gòu)設(shè)計

通常情況下，每隔4～6個地鐵站，就應(yīng)該設(shè)置一個集中進駐維修人員的機電工區(qū)。故障監(jiān)測與智能診斷系統(tǒng)中機電工區(qū)級的主要作用是監(jiān)事和管理區(qū)域內(nèi)地鐵站各個機電設(shè)備的工作狀態(tài)。一旦發(fā)現(xiàn)安全隱患或是故障信息，能夠立即調(diào)取現(xiàn)場所有的數(shù)據(jù)信息和列車運行狀況的監(jiān)控錄像，并通過計算機得出機電設(shè)備安全狀態(tài)的故障診斷以及隨之而來的風(fēng)險評估。只有這樣，才能實現(xiàn)維修工人個體管理和系統(tǒng)整體管理之間的和諧統(tǒng)一，盡可能地在最短的時間內(nèi)找出機電設(shè)備故障的根源和維修養(yǎng)護的建議。

（三）設(shè)備現(xiàn)場級的結(jié)構(gòu)設(shè)計

地鐵機電設(shè)備系統(tǒng)中的設(shè)備現(xiàn)場級，主要負(fù)責(zé)采集和分析機電設(shè)備的數(shù)據(jù)信息與故障原因，主要被安置在地鐵軌道線路的車站內(nèi)部。設(shè)備現(xiàn)場級的基本結(jié)構(gòu)會按照地鐵機電設(shè)備的不同類型，劃分為具有不同診斷特性的子單元，對機電設(shè)備的各類故障進行監(jiān)督測試和智能診斷。具體的現(xiàn)場級子單元包括屏蔽門故障的子單元、掃描儀故障的子單元、購票機故障的子單元電扶梯故障的子單元等。各個子單元之間的監(jiān)測、診斷功能都較為獨立，相互之間沒有什么牽連關(guān)系或干涉作用。子單元的設(shè)計是為了加強智能診斷系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，提升故障監(jiān)測與智能診斷系統(tǒng)在地鐵運行過程中的工作效率。這種精細(xì)化的結(jié)構(gòu)設(shè)計，使得各個機電設(shè)備的監(jiān)察工作都可以獨立進行。即便是脫離了全線的系統(tǒng)之后也能正常運轉(zhuǎn)。除此之外，地鐵機電設(shè)備的現(xiàn)場級網(wǎng)絡(luò)支持便攜式手持終端的插口接入與信息交換，方便現(xiàn)場的工作人員隨時查閱和調(diào)用機電設(shè)備的原始數(shù)據(jù)信息，以便更加高效地找出故障原因。

結(jié)束語

針對地鐵的機電設(shè)備建立故障監(jiān)測與智能診斷系統(tǒng)，可以在機電設(shè)備的關(guān)鍵部位或重要裝置發(fā)生故障的早期，及時發(fā)現(xiàn)故障的源頭并盡快找出原因，有效規(guī)避故障的風(fēng)險與威脅。同時，也能強化提升運營公司對地鐵機電設(shè)備的維保效率，引領(lǐng)著機電設(shè)備的維修養(yǎng)護作業(yè)向著信息化、現(xiàn)代化和智能化的方向發(fā)展創(chuàng)新。

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