某城市地鐵列車走行部在線檢測(cè)系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)

冀云 高興華 郭鳳媛

摘 要：給出了某城市地鐵列車走行部在線檢測(cè)系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)方案，包括系統(tǒng)架構(gòu)及組成、測(cè)點(diǎn)配置方案，介紹了系統(tǒng)與列車的關(guān)鍵數(shù)據(jù)接口，最后給出了地面專家分析系統(tǒng)的具體實(shí)施方案。

關(guān)鍵詞：走行部在線檢測(cè)系統(tǒng);集成設(shè)計(jì);測(cè)點(diǎn)配置;專家分析

1 引言

走行部在線檢測(cè)系統(tǒng)是以城軌運(yùn)營維護(hù)的信息化、智能化為目標(biāo)，為城軌運(yùn)營單位提供在途運(yùn)營列車狀態(tài)信息綜合接入與檢測(cè)、安全狀態(tài)檢測(cè)預(yù)警、隱患挖掘、網(wǎng)絡(luò)化維保等服務(wù)和支持。本文介紹地鐵車輛走行部在線檢測(cè)系統(tǒng)技術(shù)方案，主要描述系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)及主要設(shè)備規(guī)格參數(shù)等，指導(dǎo)地鐵列車走行部在線檢測(cè)系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)工作。

2 系統(tǒng)架構(gòu)及組成

走行部在線檢測(cè)系統(tǒng)是對(duì)列車走行部關(guān)鍵部件進(jìn)行故障診斷、預(yù)測(cè)與健康管理的系統(tǒng)。走行部在線檢測(cè)系統(tǒng)由車載診斷儀主/從機(jī)、前置處理器、復(fù)合傳感器等部件組成。車載診斷儀主機(jī)通過MVB或以太網(wǎng)總線（以下簡稱網(wǎng)絡(luò)總線）將走行部監(jiān)測(cè)信息傳送給列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)（以下簡稱TCMS）[1]，由TCMS進(jìn)行存儲(chǔ)和報(bào)警;同時(shí)，通過車地傳輸系統(tǒng)將車輛狀態(tài)特征數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)故障診斷信息發(fā)送到地面專家分析系統(tǒng)，準(zhǔn)確的指導(dǎo)車輛運(yùn)用和維修。

2.1 車載診斷儀主、從機(jī)

車載診斷儀主、從機(jī)采集原始數(shù)據(jù)包括：振動(dòng)原始數(shù)據(jù)、沖擊原始數(shù)據(jù)、溫度原始數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)時(shí)間、設(shè)備號(hào)、通道號(hào)等。經(jīng)網(wǎng)絡(luò)總線與列車TCMS系統(tǒng)連接，將報(bào)警信息和設(shè)備自身狀態(tài)信息傳輸給TCMS。

2.2 前置處理器

前置處理器安裝于車下設(shè)備艙里面，每個(gè)前置處理器可接多路復(fù)合傳感器，它是實(shí)現(xiàn)所轄測(cè)點(diǎn)的傳感器網(wǎng)絡(luò)管理、完成信號(hào)的預(yù)處理或數(shù)據(jù)采集，并與車載診斷儀交互通信的部件，主要負(fù)責(zé)將傳感器網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臏囟刃畔⑦M(jìn)行處理、采集、存儲(chǔ);將傳感器網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)哪M（振動(dòng)、沖擊）信息進(jìn)行信號(hào)切換與路由;將溫度信息和模擬信號(hào)通過總線傳輸?shù)杰囕d診斷儀，簡化裝車工程。

2.3 復(fù)合傳感器

復(fù)合傳感器是同時(shí)實(shí)現(xiàn)溫度、振動(dòng)、沖擊等多個(gè)物理量的檢測(cè)、處理和傳輸?shù)囊惑w式受感部件，可通過單個(gè)安裝孔安裝在軸箱體、牽引電機(jī)和齒輪箱上。

3 測(cè)試點(diǎn)配置方案

走行部在線檢測(cè)系統(tǒng)主要針對(duì)軸承的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，測(cè)試點(diǎn)規(guī)劃為軸箱、齒輪箱、電機(jī)各設(shè)置一個(gè)復(fù)合傳感器，實(shí)現(xiàn)對(duì)檢測(cè)部件軸承、軌道狀態(tài)、踏面狀態(tài)的反饋、預(yù)測(cè)、判斷。具體的，安裝于不通過部件的符合傳感器實(shí)現(xiàn)的主要功能如下：

●軸箱復(fù)合傳感器，功能主要包括作為采集診斷的輔助參數(shù)的溫度、通過振動(dòng)敏感元件獲取振動(dòng)加速度樣本、通過故障沖擊診斷方式識(shí)別軸箱軸承故障、通過故障沖擊診斷方式識(shí)別車輪踏面故障等。

●電機(jī)復(fù)合傳感器，功能主要包括作為采集診斷的輔助參數(shù)的溫度、通過振動(dòng)敏感元件獲取振動(dòng)加速度樣本和通過故障沖擊診斷方式識(shí)別電機(jī)軸承故障等。

●齒輪箱符合傳感器，功能主要包括作為采集診斷的輔助參數(shù)的溫度、通過振動(dòng)敏感元件獲取振動(dòng)加速度樣本、通過故障沖擊診斷方式識(shí)別傳動(dòng)齒輪故障和通過故障沖擊診斷方式識(shí)別小齒輪軸承故障等。

車載檢測(cè)系統(tǒng)測(cè)點(diǎn)布置示意圖如圖1所示。

4 數(shù)據(jù)接口

4.1 實(shí)時(shí)輸入數(shù)據(jù)

實(shí)時(shí)輸入數(shù)據(jù)是車輛的系統(tǒng)狀態(tài)和運(yùn)用信息，包括車速、有效載荷、車輛輪徑、累計(jì)里程、站點(diǎn)信息和時(shí)鐘，由TCMS通過網(wǎng)絡(luò)總線實(shí)時(shí)發(fā)送給走行部在線檢測(cè)系統(tǒng)。

4.2 實(shí)時(shí)輸出數(shù)據(jù)

走行部在線檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)輸出數(shù)據(jù)用于保障車輛的在線安全運(yùn)用，該數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)總線實(shí)時(shí)輸出給TCMS。實(shí)時(shí)輸出數(shù)據(jù)主要包括：

●狀態(tài)數(shù)據(jù)：各軸溫度信息的傳輸。

●故障數(shù)據(jù)：車輛運(yùn)行過程主機(jī)、分機(jī)判斷的走行部報(bào)警和故障信息，包括軸承報(bào)警、齒輪報(bào)警、踏面報(bào)警、溫升預(yù)警、傳感器故障、前置處理器故障和診斷儀故障等，實(shí)時(shí)傳輸?shù)絋CMS并通過顯示屏進(jìn)行報(bào)警提示。

4.3 離線數(shù)據(jù)

走行部在線檢測(cè)系統(tǒng)離線數(shù)據(jù)是走行部、軌道的單日故障趨勢(shì)，需要定期轉(zhuǎn)儲(chǔ)到地鐵車輛段的地面專家系統(tǒng)中，用于地面專家系統(tǒng)離線分析。

5 地面專家分析系統(tǒng)

系統(tǒng)通過車載無線傳輸系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)落地，對(duì)于離線數(shù)據(jù)可通過地面WLAN通道在到站或回庫后進(jìn)行自動(dòng)下載。

地面專家分析系統(tǒng)設(shè)置服務(wù)器等硬件設(shè)備，地面專家分析系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛的實(shí)時(shí)監(jiān)控以及軸部件的趨勢(shì)分析，指導(dǎo)計(jì)劃修到狀態(tài)修的轉(zhuǎn)變。地面專家分析系統(tǒng)軟件主要分為車輪分析模塊、軸箱分析模塊、齒輪箱分析模塊、電機(jī)分析模塊、軸溫分析模塊、脫軌分析模塊等功能模塊，除了基礎(chǔ)功能模塊，每個(gè)分析模塊又包括故障診斷、數(shù)據(jù)對(duì)比以及智能分析功能。

地面專家分析系統(tǒng)能自動(dòng)地對(duì)“車載實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、地面服務(wù)器中存儲(chǔ)的歷史數(shù)據(jù)、地面服務(wù)器中存儲(chǔ)的案例數(shù)據(jù)”三類數(shù)據(jù)進(jìn)行故障推理和機(jī)理診斷，對(duì)隱患進(jìn)行危害程度辨識(shí)，實(shí)現(xiàn)走行部健康狀態(tài)評(píng)估，基于對(duì)故障的預(yù)測(cè)和維修時(shí)機(jī)的預(yù)判，形成主動(dòng)運(yùn)維決策指令并發(fā)送至車輛維護(hù)支持應(yīng)用服務(wù)器，準(zhǔn)確指導(dǎo)車輛運(yùn)用維修[2]。

車輛維修作業(yè)完成后，作業(yè)人員將維修情況錄入配套客戶端，配套客戶端將維修情況同步至車輛維護(hù)支持應(yīng)用服務(wù)器，由車輛維護(hù)支持應(yīng)用服務(wù)器將維修信息傳輸至主動(dòng)運(yùn)維決策系統(tǒng)，形成車輛故障維修閉環(huán)。

另外，通過走行部地面專家分析系統(tǒng)對(duì)軌道波磨的波長、波深、沖擊加速度等參量的狀態(tài)分析，智能診斷軌道波磨病害狀態(tài)，為軌道的打磨計(jì)劃提供數(shù)據(jù)支撐。

6 總結(jié)

本文給出了某城市地鐵列車走行部在線檢測(cè)系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)方案，詳細(xì)介紹了系統(tǒng)架構(gòu)、組成、測(cè)點(diǎn)配置方案等，可為研發(fā)設(shè)計(jì)人員提供參考。

參考文獻(xiàn)：

[1] 中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).牽引電氣設(shè)備 列車總線第1部分：列車通信網(wǎng)絡(luò)GB/T 28029.1-2011 [S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2012.

[2] 徐燕芬，趙婧，姜仕軍.下一代地鐵列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的研制[J]，鐵道車輛，2017，55（7）：27-31.

作者簡介：

冀云（1984.07—），男，漢族，河北省邯鄲市，中車唐山機(jī)車車輛有限公司，碩士研究生，列車電氣控制集成技術(shù)。

項(xiàng)目支持：軌道車輛智能化運(yùn)行控制系統(tǒng)研究項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：19210803D），河北省省級(jí)科技計(jì)劃資助。