鐵路機(jī)車設(shè)備故障診斷系統(tǒng)的應(yīng)用研究

楊利國

（西山煤電集團(tuán)公司鐵路公司， 山西 太原 030053）

引言

隨著我國高速鐵路技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)在的鐵路機(jī)車均朝著高速化、重載化的方向發(fā)展，對(duì)機(jī)車的運(yùn)行安全也提出了更高的要求。鐵路機(jī)車在長期高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)下極易出現(xiàn)設(shè)備故障，目前對(duì)機(jī)車故障的診斷主要采用人工定期檢修及車載故障巡檢系統(tǒng)的方式，但人工檢修周期長、效率低，無法發(fā)現(xiàn)突發(fā)的故障。車載故障巡檢系統(tǒng)則無法實(shí)施在線監(jiān)測和數(shù)據(jù)包升級(jí)，只能到地面檢修中心后通過數(shù)據(jù)接口和分析系統(tǒng)相連接，無法滿足故障排查的及時(shí)性。因此，提出了一種新的鐵路機(jī)車設(shè)備故障診斷系統(tǒng)，以嵌入式的車載數(shù)據(jù)診斷系統(tǒng)為基礎(chǔ)，利用高速無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)和大數(shù)據(jù)中心的互聯(lián)互通。在工作時(shí)系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)對(duì)列車設(shè)備和系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)進(jìn)行檢測，對(duì)異常數(shù)據(jù)進(jìn)行抓取、報(bào)警和故障分析，并將分析結(jié)果實(shí)時(shí)傳送到地面數(shù)據(jù)中心，從而快速確定故障類型、解決方案，同時(shí)還能夠有效地獲取地面數(shù)據(jù)中心的遠(yuǎn)程在線診斷和故障修復(fù)，從而極大地提升了鐵路機(jī)車運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性。

1 設(shè)備故障診斷系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

結(jié)合鐵路機(jī)車設(shè)備故障診斷系統(tǒng)的實(shí)際需求，本文所提出的故障診斷系統(tǒng)主要包括了地面控制中心、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)和嵌入式的車載故障診斷系統(tǒng)，其整體結(jié)構(gòu)如圖1 所示[1]。

圖1 機(jī)車設(shè)備故障診斷系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

在該系統(tǒng)中，地面控制中心主要包含了一個(gè)故障數(shù)據(jù)庫和監(jiān)測終端，用于顯示列車的運(yùn)行狀態(tài)情況，同時(shí)能夠通過監(jiān)測終端向列車發(fā)出控制指令，進(jìn)行遠(yuǎn)程的操作和故障排除。數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)主要采用了無線數(shù)據(jù)傳輸，在鐵路沿線設(shè)置有多個(gè)無線信號(hào)增強(qiáng)站，從而保證列車在運(yùn)行全過程中數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。嵌入式的車載故障診斷系統(tǒng)主要用于對(duì)列車設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和控制系統(tǒng)的控制情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，對(duì)監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，快速識(shí)別出異常信號(hào)并將數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)降孛婵刂浦行摹?/p>

2 地面控制中心

地面控制中心是整個(gè)故障診斷系統(tǒng)的核心，以故障診斷專家系統(tǒng)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)信息存儲(chǔ)、故障信號(hào)識(shí)別、報(bào)警、遠(yuǎn)程故障排除等，地面控制中心的故障診斷專家系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如下頁圖2 所示[2]。由該專家系統(tǒng)的整體構(gòu)成結(jié)構(gòu)可知，數(shù)據(jù)分析處理模塊首先從數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)上獲取列車的監(jiān)測異常數(shù)據(jù)，然后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，由故障診斷模塊從故障歷史庫內(nèi)進(jìn)行故障類型匹配，快速地確定故障類別和處理措施，然后將分析結(jié)果顯示在數(shù)據(jù)終端上。若無法匹配到數(shù)據(jù)庫內(nèi)的故障類型，則系統(tǒng)啟動(dòng)專家經(jīng)驗(yàn)判斷系統(tǒng)，進(jìn)行故障診斷，然后將其加入到故障庫，實(shí)現(xiàn)對(duì)故障庫的不斷補(bǔ)充，提升故障判別的速度和準(zhǔn)確性。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)庫則主要對(duì)所有的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分類存儲(chǔ)，便于后續(xù)的排查和完善，同時(shí)還可以利用該異常數(shù)據(jù)庫制定列車維護(hù)保養(yǎng)計(jì)劃，提高維護(hù)保養(yǎng)效率和有效性。

圖2 采煤機(jī)遠(yuǎn)程自動(dòng)控制原理圖

3 數(shù)據(jù)傳輸及嵌入式故障診斷系統(tǒng)

數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的穩(wěn)定性直接關(guān)系到該故障診斷系統(tǒng)能否正常運(yùn)行，由于列車經(jīng)常會(huì)在山區(qū)、隧道內(nèi)運(yùn)行，因此數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的重點(diǎn)在于保障數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪B續(xù)性、穩(wěn)定性和抗干擾性。結(jié)合該列車故障診斷系統(tǒng)的實(shí)際情況，該數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖3所示[3]。

圖3 數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

在數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中涉及到GSM 無線傳輸網(wǎng)絡(luò)、鐵路廣域網(wǎng)絡(luò)、鐵路系統(tǒng)內(nèi)網(wǎng)數(shù)據(jù)服務(wù)器等，中間涉及到多種類別的數(shù)據(jù)傳輸和信號(hào)轉(zhuǎn)換，因此所有數(shù)據(jù)通信接口均需要采用標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性。為了減少數(shù)據(jù)傳輸過程中的轉(zhuǎn)換，可以利用全國高速鐵路通信網(wǎng)將各區(qū)段數(shù)據(jù)中心、全國數(shù)據(jù)中心和各路段數(shù)據(jù)中心進(jìn)行互聯(lián)互通，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)內(nèi)部信息的共享，從而保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目焖傩院捅憬菪?，也減少了在通信網(wǎng)絡(luò)改造過程中的費(fèi)用，提升了數(shù)據(jù)傳輸經(jīng)濟(jì)性和可靠性。

嵌入式的車載故障診斷系統(tǒng)實(shí)際上是一個(gè)縮小的故障數(shù)據(jù)庫，主要存儲(chǔ)該列車的所有運(yùn)行信息，主要包括數(shù)據(jù)監(jiān)測裝置、無線傳輸系統(tǒng)等，整體結(jié)構(gòu)如圖 4 所示[4]。

圖4 嵌入式車載故障診斷系統(tǒng)

在運(yùn)行過程中首先由車載綜合信息監(jiān)測裝置、列車運(yùn)行監(jiān)控裝置、機(jī)車安全信息綜合監(jiān)測裝訂共同對(duì)機(jī)車的運(yùn)行狀態(tài)信息進(jìn)行監(jiān)測，然后將監(jiān)測的數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)叫畔⒉杉K內(nèi)，完成數(shù)據(jù)信息的的分析，最后將分析結(jié)果通過WLAN/GPIS 二合一天線發(fā)送到地面控制中心，同時(shí)系統(tǒng)能夠自動(dòng)接收從地面控制中心傳輸過來的控制指令，通過數(shù)據(jù)解析后將其傳輸給對(duì)應(yīng)的設(shè)備，完成調(diào)整，滿足遠(yuǎn)程監(jiān)測和控制的要求。

通過對(duì)該系統(tǒng)運(yùn)行情況的實(shí)際監(jiān)測，自投入運(yùn)行后，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)列車運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測，出現(xiàn)故障后能夠進(jìn)行自動(dòng)判別和處理，可以將故障率降低99.6%以上，顯著提升列車運(yùn)行的安全性。

4 結(jié)論

1）機(jī)車設(shè)備故障診斷系統(tǒng)主要包括了地面控制中心、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)和嵌入式的車載故障診斷系統(tǒng)三個(gè)部分。

2）該故障診斷系統(tǒng)，能夠從故障歷史庫內(nèi)進(jìn)行故障類型匹配，快速地確定故障類別和處理措施，同時(shí)還可以利用該異常數(shù)據(jù)庫制定列車維護(hù)保養(yǎng)計(jì)劃，提高維護(hù)保養(yǎng)效率和有效性。

3）數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的重點(diǎn)在于保障數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪B續(xù)性、穩(wěn)定性和抗干擾性。

4）該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)列車運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測，出現(xiàn)故障后能夠進(jìn)行自動(dòng)判別和處理，可以將故障率降低99.6%以上，顯著提升列車運(yùn)行的安全性。