城市軌道交通自動扶梯在線監(jiān)測與智能診斷系統(tǒng)應(yīng)用功能設(shè)計與研究

李欣，梅棋，霍苗苗，王紅艷，靳夢宇（.北京市軌道交通設(shè)計研究院有限公司/北京市軌道交通工程技術(shù)研究中心，北京00068；.北京市地鐵運營有限公司地鐵運營技術(shù)研發(fā)中心，北京008；.北京博華信智科技股份有限公司，北京0009）

城市軌道交通自動扶梯在線監(jiān)測與智能診斷系統(tǒng)應(yīng)用功能設(shè)計與研究

李欣1，梅棋1，霍苗苗2，王紅艷2，靳夢宇3
（1.北京市軌道交通設(shè)計研究院有限公司/北京市軌道交通工程技術(shù)研究中心，北京100068；2.北京市地鐵運營有限公司地鐵運營技術(shù)研發(fā)中心，北京102208；3.北京博華信智科技股份有限公司，北京100029）

為加強城市軌道交通關(guān)鍵設(shè)備系統(tǒng)安全運行保障，對自動扶梯在線監(jiān)測與智能診斷系統(tǒng)進行研究，采用信息化手段對自動扶梯進行安全風險監(jiān)控，實現(xiàn)故障趨勢預判與預警，對設(shè)備維修養(yǎng)護提供指導，從而加強自動扶梯設(shè)備安全運行能力。系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)中心、數(shù)據(jù)應(yīng)用、數(shù)據(jù)傳輸4部分邏輯組成，以狀態(tài)監(jiān)測為基礎(chǔ)，提供設(shè)備狀態(tài)統(tǒng)計、測點狀態(tài)統(tǒng)計、智能診斷、可視化狀態(tài)管理、故障檢維修及維修保養(yǎng)記錄等功能，為地鐵運營實現(xiàn)設(shè)備安全監(jiān)控和狀態(tài)維修提供了有利工具。

地鐵自動扶梯;在線監(jiān)測;智能診斷;故障預警

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.12.185

1 引言

近年來，隨著軌道交通的飛速發(fā)展，地鐵車站設(shè)備故障導致的安全事故頻發(fā)，國家及各級政府陸續(xù)出臺了多個相關(guān)政策，包括《北京市人民政府辦公廳關(guān)于印發(fā)進一步加強軌道交通運營安全工作方案的通知》（京政辦發(fā)【2013】59號）《進一步加強軌道交通運營安全的工作方案》等[1]。2014年由北京市交通委發(fā)起的“城市軌道交通關(guān)鍵設(shè)備在線監(jiān)測與智能診斷系統(tǒng)研究與應(yīng)用”建設(shè)項目重點對關(guān)鍵設(shè)備系統(tǒng)安全運行保障技術(shù)進行研究。自動扶梯為機電專業(yè)關(guān)鍵設(shè)備之一，要求通過信息化手段進行在線監(jiān)測與智能診斷，實現(xiàn)故障趨勢預判與預警，對設(shè)備維修養(yǎng)護提供指導，從而加強自動扶梯設(shè)備安全運行能力。

2 必要性分析

2.1 狀態(tài)在線監(jiān)測是設(shè)備安全預警的需要

近年來，由于車站自動扶梯故障導致的安全事故越來越多。2011年7月5日上午9時36分，地鐵4號線動物園站A口上行扶梯發(fā)生設(shè)備溜梯故障，造成一名12歲少年身亡、3人重傷、27人輕傷，調(diào)查顯示事故的直接原因是固定零件損壞，扶梯驅(qū)動主機發(fā)生位移，造成驅(qū)動鏈條脫落，扶梯下滑[2]。2010年12月14日上午8時49分，深圳地鐵1號線國貿(mào)站1部站臺通往站廳的上行扶梯突然逆行，造成23名乘客受傷，調(diào)查顯示故障原因為自動扶梯驅(qū)動主機的固定支座螺栓松脫，使主機支座移位，造成驅(qū)動鏈條脫離鏈輪，扶梯逆轉(zhuǎn)導致多名乘客摔傷[3]。

以上兩起國內(nèi)地鐵電扶梯嚴重事故都是由于固定零件故障，輔助保護制動器未正常啟動，造成扶梯突然逆行，致使人員傷亡。在自動扶梯設(shè)備上安裝狀態(tài)采集設(shè)備，將數(shù)據(jù)遠傳給上層監(jiān)控平臺，對自動扶梯的運行狀態(tài)進行識別，是有效發(fā)現(xiàn)設(shè)備運行安全風險的方法之一，也是有效避免重大事故的保障措施。

2.2 實現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)維修和養(yǎng)護的有效技術(shù)手段

目前，城市軌道交通建設(shè)項目中均設(shè)有環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)（月AS）和綜合監(jiān)控系統(tǒng)（ISCS），實現(xiàn)對自動扶梯以及其他所有機電設(shè)備遠程監(jiān)控。但是，目前月AS和ISCS功能偏重于設(shè)備運行管理，不具備對設(shè)備狀態(tài)趨勢的計算分析能力，不能對設(shè)備的維修養(yǎng)護提供必要的數(shù)據(jù)支持。維修技術(shù)人員對設(shè)備進行檢查，仍主要依靠手摸、耳聽等主觀標準進行判別，設(shè)備檢查情況記錄也多采用手工填寫的方式[4]。

綜上，針對地鐵車站自動扶梯運行安全風險和養(yǎng)護維修存在的問題，建立一套在線監(jiān)測和智能診斷系統(tǒng)，利用數(shù)據(jù)監(jiān)測，狀態(tài)量化，智能診斷，應(yīng)用信息化等技術(shù)，實現(xiàn)對設(shè)備運行和養(yǎng)護的有效管理，符合地鐵運營需求。

3 系統(tǒng)架構(gòu)

自動扶梯在線監(jiān)測與智能診斷系統(tǒng)主要架構(gòu)由4部分邏輯關(guān)系組成：數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)中心、數(shù)據(jù)應(yīng)用、數(shù)據(jù)傳輸。系統(tǒng)平臺架構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 平臺架構(gòu)圖

3.1 數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)采集是系統(tǒng)實現(xiàn)在線監(jiān)測的重要基礎(chǔ)，是所有故障診斷與應(yīng)用分析功能的數(shù)據(jù)來源。數(shù)據(jù)采集可以分為系統(tǒng)自動數(shù)據(jù)采集和人工數(shù)據(jù)采集。系統(tǒng)自動采集數(shù)據(jù)一部分是利用自動扶梯現(xiàn)有控制器監(jiān)控數(shù)據(jù)，另一部分是對自動扶梯加裝在線監(jiān)測和智能診斷儀表的狀態(tài)數(shù)據(jù)；人工數(shù)據(jù)采集一部分為設(shè)備養(yǎng)護信息的人工錄入數(shù)據(jù)，另一部分為人工手持儀表采集設(shè)備狀態(tài)的數(shù)據(jù)[5]。

3.2 數(shù)據(jù)中心

數(shù)據(jù)中心是設(shè)備數(shù)據(jù)存儲、運算診斷、統(tǒng)計分析等功能的重要核心部件，也是整個物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)功能應(yīng)用的重要支撐。數(shù)據(jù)中心要建立設(shè)備的電子檔案，包含設(shè)備臺賬、零部件信息、維修記錄、養(yǎng)護記錄、零部件更換記錄、責任人員、故障原因分析等伴隨設(shè)備全生命周期的信息。數(shù)據(jù)中心利用數(shù)據(jù)庫和智能算法，對車站關(guān)鍵設(shè)備信息進行分析，判斷設(shè)備狀態(tài)趨勢，實現(xiàn)對設(shè)備故障的預警和早期發(fā)現(xiàn)，對設(shè)備所需要的人力、物力資源進行調(diào)配，為整個物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)服務(wù)。

3.3 數(shù)據(jù)應(yīng)用

數(shù)據(jù)應(yīng)用主要是系統(tǒng)對運營使用人員提供應(yīng)用服務(wù)功能，物聯(lián)網(wǎng)利用設(shè)備數(shù)據(jù)最終要給使用人員提供各種信息化應(yīng)用，以提高人員對設(shè)備的信息管理、狀態(tài)監(jiān)測和養(yǎng)護支持。數(shù)據(jù)應(yīng)用以工作站形式提供友好的人機界面，同時方便現(xiàn)場人員使用，也可以配屬移動客戶終端[6]。

3.4 數(shù)據(jù)傳輸

數(shù)據(jù)傳輸主要負責系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)的傳送，是貫穿數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)中心和數(shù)據(jù)應(yīng)用的重要途徑。數(shù)據(jù)傳輸一方面采用固定的有線或無線網(wǎng)絡(luò)，另一方面根據(jù)系統(tǒng)實施環(huán)境，部分數(shù)據(jù)采用人工傳遞的方式，補充信息數(shù)據(jù)的傳送。

4 系統(tǒng)功能設(shè)計

自動扶梯在線監(jiān)測與智能診斷系功能設(shè)計如圖2所示，以狀態(tài)監(jiān)測為基礎(chǔ)，可提供設(shè)備狀態(tài)統(tǒng)計、測點狀態(tài)統(tǒng)計、智能診斷、可視化狀態(tài)管理、故障檢維修及維修保養(yǎng)記錄等功能。

圖2 設(shè)備故障檢測與智能診斷系統(tǒng)圖

4.1 狀態(tài)監(jiān)測

系統(tǒng)具有各種分析圖譜，為維護人員提供豐富、專業(yè)的設(shè)備運行狀態(tài)信息和圖譜分析功能，相關(guān)人員通過該模塊可以方便掌握設(shè)備運行的狀態(tài)，狀態(tài)監(jiān)測主要包括以下內(nèi)容。

1）參數(shù)跟蹤：跟蹤一個或多個監(jiān)測參量的變化動態(tài)。

2）趨勢分析：對參量的長期和短期變化趨勢進行分析，發(fā)現(xiàn)變化規(guī)律，便于分析和預測設(shè)備健康狀況。

3）類比分析：對相同或相似設(shè)備的相關(guān)參數(shù)進行橫向?qū)Ρ?，以便分析故障和異常原因?/p>

4）多參量相關(guān)性分析：采用趨勢圖分析同一臺設(shè)備多個相關(guān)參量的分布情況，并根據(jù)經(jīng)驗模型、數(shù)學相關(guān)性模型，以輔助判斷設(shè)備整體健康狀況。

5）報警：在報警查詢模塊中可按照車站名稱、（報警）設(shè)備名稱、報警狀態(tài)（危險、報警）、報警時間等動態(tài)顯示設(shè)備運行狀態(tài)及報警處理狀態(tài)。對處于報警狀態(tài)的設(shè)備可通過郵件或短信的形式發(fā)送給相關(guān)人員。

6）分析報表：對分析結(jié)果進行匯總和分類，并提供查詢和下載的功能。

4.2 智能診斷

具有基于規(guī)則的設(shè)備故障診斷專家系統(tǒng)，對自動扶梯的常見故障進行智能診斷，預警并給出故障原因。該功能可以分析診斷設(shè)備的典型故障類型如下：

1）轉(zhuǎn)子故障（不平衡、不對中）；

2）地腳螺栓松動故障；

3）齒輪故障（斷齒、咬合、點蝕）；

4）軸承故障（內(nèi)圈磨損、外圈磨損、滾珠磨損、保持架磨損、軸承跑套、潤滑不良）等。

系統(tǒng)具有故障庫，可將已有的故障案例進行審核、整理并錄入到專家系統(tǒng)中的案例庫管理模塊，便于以后將發(fā)生的設(shè)備故障和案例庫中的設(shè)備故障進行對比、參考[7]。

4.3 可視化信息管理

系統(tǒng)可以全局查看公司、地鐵線路、地鐵站的設(shè)備運行狀態(tài)及報警情況。具備對全線各站電梯的運行狀態(tài)實時監(jiān)控功能。

界面功能主要包括地鐵運行線路圖（GIS圖）、設(shè)備運行狀態(tài)、查詢定位條件（可按地鐵線路、地鐵站點、設(shè)備類型、設(shè)備搜索查詢）、設(shè)備動態(tài)等。

4.4 設(shè)備運行狀態(tài)

設(shè)備運行狀態(tài)模塊包括實時報警統(tǒng)計，歷史報警統(tǒng)計，停機狀態(tài)統(tǒng)計功能模塊，這幾個模塊均可以統(tǒng)計圖表來展示，并且可以在各種統(tǒng)計圖之間切換，如圖3所示。

圖3 設(shè)備運行狀態(tài)模塊圖

4.5 設(shè)備測點狀態(tài)

統(tǒng)計顯示線路、車站等級別下設(shè)備所有測點的實時狀態(tài)。不同狀態(tài)的設(shè)備，用列表底色來區(qū)分狀態(tài)變化：紅色代表危險，黃色代表報警、綠色代表正常、灰色代表停車、褐色代表斷網(wǎng)。

4.6 檢維修管理及決策

系統(tǒng)可自動形成設(shè)備的檢修決策分析報表，涉及監(jiān)測參數(shù)、機組運行、診斷分析3個指標。記錄檢修維修相關(guān)信息，具體內(nèi)容有：基本信息；故障基本概況；故障特征描述；故障檢查及處理過程；故障的原因分析；故障的預控措施；故障處理消耗備件單；處理建議；故障處理人員[8]。

5 結(jié)語

目前自動扶梯在線監(jiān)測與智能診斷系統(tǒng)被列為是北京市交通委“城市軌道交通關(guān)鍵設(shè)備在線監(jiān)測與智能診斷系統(tǒng)研究與應(yīng)用建設(shè)項目”的子系統(tǒng)，其實踐研究為城市軌道交通自動扶梯安全運行保障提供了有效技術(shù)手段；采用在線監(jiān)測、智能診斷、信息化技術(shù)，對設(shè)備監(jiān)控和智能養(yǎng)護提供支持；同時也為地鐵運營實現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)維修提供了有利工具。學學報，2008,18(7):55-62.

【3】羅春賀，宋永發(fā).基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的地鐵安全監(jiān)控研究[J],工程管理學報，2014,27(2):35-39.

【4】張勛，陳曉東.月AS系統(tǒng)在地鐵環(huán)境控制中的應(yīng)用與實現(xiàn)[J].地鐵與輕軌，2003(5):30-37.

【5】徐巖，李勝琴.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研究綜述.網(wǎng)絡(luò)通訊及安全[J].2011,7(9): 2039-2040.

【6】劉志杰.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的研究綜述[J].軟件，2013,34(5):164-168.

【7】吳明強，史慧，朱曉華，等.故障診斷專家系統(tǒng)研究的現(xiàn)狀與展望[J].計算機測量與控制，2015,13(12):1301-1304.

【8】張磊，李明軍.基于故障樹的地鐵屏蔽門故障診斷專家系統(tǒng)的設(shè)計[J].計算機測量與控制，2015，23(3):770-776.

【1】李欣，魏繼紅.地鐵機電設(shè)備故障監(jiān)測與智能診斷系統(tǒng)[J].都市快軌交通，2015,28(1):117-120.

【2】黃宏偉，葉永峰等.地鐵運營安全風險管理現(xiàn)狀分析[J].中國安全科

Escalators of Urban Rail Transit On-Line Monitoring and Intelligent Diagnosis System Application Functional Design and Research

LI Xin1,MEI Qi1,HUO Miao-miao2,WANG Hong-yan2,JIN Meng-Yu3
(1.Beijing Urban Rail Transit Design&Research Institute Co.Ltd.,/Beijing Urban Rail Transit Engineering Technology Research Center, Beijing100068，China；2.Beijing Subway Corporation Subway Operation Technology Research and Development Center,Beijing102208,China；3.Beijing Bohua Xinzhi Polytron Technologies Co.Ltd.,Beijing100029，China)

In order to enhance the safety of the key equipments of urban rail transit, this paper does the research on the system for online runningstatus monitoring and fault intelligent diagnosis of the subway escalator. In this paper,we carry out the safety risk monitoring and realize the faulttrend prediction and fault alarm based on the information means so as to provide support to the equipment maintenance and eventually to improvethe safety operation ability of escalator equipment. The online monitoring and fault intelligent diagnosis system is logically composed of datacollection, data processing, data application and data transmission and is based on the running status monitoring to provide the functions, such asequipment status statistics,point state statistics, intelligent diagnosis, visual status management, records of failure inspection and maintenance.

subway escalator;online monitor;intelligent diagnosis;fault alarm

U12;TU857;TP277

B

1007-9467（2016）12-0203-04

2016-10-28

>城市軌道交通關(guān)鍵設(shè)備在線監(jiān)測與智能診斷系統(tǒng)研究與應(yīng)用建設(shè)項目；地鐵機電設(shè)備故障監(jiān)測與智能診斷系統(tǒng)研制及示范應(yīng)用（Z131100004113004）

李欣（1983～），男，北京人，高級工程師，從事北京軌道交通智能化控制系統(tǒng)研究。