機(jī)電系統(tǒng)設(shè)備智能檢測及預(yù)警技術(shù)系統(tǒng)研究

趙明珠

摘 要：北京城市軌道交通正在快速發(fā)展，當(dāng)前北京市地鐵運(yùn)營有限公司投入運(yùn)營的15條線機(jī)電設(shè)備30萬臺(tái)套。如果繼續(xù)沿用目前的日常維修、計(jì)劃維修等維修管理模式，需要配備大量的人力資源來保證機(jī)電設(shè)備的正常運(yùn)行。在利用智能感知、集群采集的大數(shù)據(jù)、預(yù)警報(bào)警技術(shù)、信息融合和人工智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)機(jī)電設(shè)備集群在線故障預(yù)警和智慧運(yùn)維，自動(dòng)給出軸流風(fēng)機(jī)、空調(diào)系統(tǒng)、電梯、屏蔽門等設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息和故障維修建議并下單，指導(dǎo)運(yùn)維人員有針對性的對設(shè)備進(jìn)行檢修。不僅是提高運(yùn)維人員的工作效率，降低運(yùn)行維護(hù)成本，在地鐵運(yùn)營公司針對機(jī)電設(shè)備的信息化和技術(shù)改進(jìn)提供支撐方面具有重大意義。

關(guān)鍵詞：機(jī)電設(shè)備;智能感知;故障預(yù)警;智慧運(yùn)維

0 前言

北京城市軌道交通正在快速發(fā)展，當(dāng)前北京市地鐵運(yùn)營有限公司投入運(yùn)營的15條線機(jī)電設(shè)備30萬臺(tái)套。如果繼續(xù)沿用目前的日常維修、計(jì)劃維修等維修管理模式，需要配備大量的人力資源來保證機(jī)電設(shè)備的正常運(yùn)行，同時(shí)由于無法準(zhǔn)確判斷設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)及故障程度，就會(huì)影響維修所需的備品備件庫存量的準(zhǔn)備，增加了維護(hù)維修的時(shí)間成本。

1 國內(nèi)外背景及現(xiàn)狀分析

目前國內(nèi)外地鐵線路上機(jī)電系統(tǒng)設(shè)備的在線檢測及智能診斷系統(tǒng)均處在初級(jí)階段，針對于各系統(tǒng)設(shè)備的在線監(jiān)測、檢測功能，主要監(jiān)視的參數(shù)有運(yùn)轉(zhuǎn)方向、啟停狀態(tài)、運(yùn)轉(zhuǎn)模式等故障報(bào)警信息。目前國外大的電梯公司、空調(diào)公司也對其生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行了遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的研究與開發(fā)。如OTIS公司REM（Remote Elevator Monitoring）系統(tǒng)、瑞士盧塞恩公司的Servitel系統(tǒng)、德國Newlift的LMS系統(tǒng)、法國AUTINOR公司遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)、大金公司VRV空調(diào)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)等。這些監(jiān)測主要以電梯、空調(diào)等設(shè)備的機(jī)械限位、運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)監(jiān)測為主，而對于旋轉(zhuǎn)機(jī)械部件（如軸承、減速機(jī)等）未實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測，即使有部分廠家研制了該類產(chǎn)品，技術(shù)手段監(jiān)測指標(biāo)比較單一（溫度或振動(dòng)）、監(jiān)測對象比較單一（軸承溫度），對早期微弱故障的診斷效率較差，無法實(shí)現(xiàn)故障的預(yù)警。對于智能診斷功能，主要是各個(gè)企業(yè)依據(jù)自身的生產(chǎn)環(huán)境量身定做，基本上適應(yīng)某個(gè)行業(yè)的基本工作規(guī)則，缺乏在地鐵行業(yè)的普遍性通用型。體系化標(biāo)準(zhǔn)化的核心數(shù)據(jù)庫建設(shè)處于相對空白，優(yōu)化現(xiàn)有維修管理資源，提高工作效率，節(jié)約人力資源，已是城市軌道交通完善和提升安全和維修管理體系的發(fā)展方向。

2 智能監(jiān)測與預(yù)警技術(shù)

智能監(jiān)測與預(yù)警技術(shù)是以基于物聯(lián)網(wǎng)的智能感知技術(shù)取代現(xiàn)有的人工巡檢修模式，融合監(jiān)控和監(jiān)測數(shù)據(jù)、人工巡檢信息，通過人工智能大數(shù)據(jù)分析技術(shù)為整個(gè)設(shè)備管理系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支持，對機(jī)電設(shè)備狀態(tài)和故障趨勢、安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行智能分析、診斷，對故障快速準(zhǔn)確定位及預(yù)判，實(shí)現(xiàn)預(yù)防性維修。

隨著技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，數(shù)字化電子技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在國內(nèi)高速發(fā)展，為機(jī)電系統(tǒng)在線狀態(tài)監(jiān)測和預(yù)警技術(shù)的研究與應(yīng)用提供了強(qiáng)大的支持?；谶吘壙茖W(xué)概念，進(jìn)行技術(shù)融合和集成，將分體式傳感技術(shù)、廣義共振與共振解調(diào)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、信息處理技術(shù)、智能點(diǎn)檢技術(shù)等引入到機(jī)電系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測及預(yù)警業(yè)務(wù)中，將風(fēng)機(jī)、空調(diào)、電梯、屏蔽門等機(jī)電設(shè)備監(jiān)測節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與物聯(lián)網(wǎng)相連，實(shí)現(xiàn)機(jī)電設(shè)備運(yùn)行全工況信息共享，幫助管理人員和技術(shù)人員突破時(shí)間和空間的約束，掌握現(xiàn)場一手?jǐn)?shù)據(jù)，提高機(jī)電設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)測、預(yù)警、響應(yīng)和運(yùn)維水平。

3 智能監(jiān)測與預(yù)警技術(shù)在地鐵內(nèi)的應(yīng)用

基于地鐵機(jī)電系統(tǒng)設(shè)備在線故障診斷需求研制的一種在線安全監(jiān)測系統(tǒng)，通過安裝在設(shè)備關(guān)鍵機(jī)械部件上的復(fù)合傳感器，同時(shí)監(jiān)測沖擊、振動(dòng)和溫度等多個(gè)物理量，系統(tǒng)主要監(jiān)測功能包括對地鐵機(jī)電設(shè)備關(guān)鍵部件機(jī)械故障的準(zhǔn)確識(shí)別和早期預(yù)警，并實(shí)現(xiàn)分級(jí)診斷。同時(shí)基于實(shí)時(shí)故障診斷和詳細(xì)數(shù)據(jù)分析，并輸出維修指導(dǎo)建議，從而實(shí)現(xiàn)故障發(fā)生發(fā)展的歷史和趨勢分析、診斷信息統(tǒng)計(jì)分析、遠(yuǎn)程診斷支持等功能。

基于大數(shù)據(jù)和人工智能（AI）深度學(xué)習(xí)的自動(dòng)診斷模塊與閉環(huán)運(yùn)維知識(shí)庫的智能優(yōu)化與完善技術(shù)可適用于不同型號(hào)的機(jī)電設(shè)備，通過研究基于AI深度學(xué)習(xí)技術(shù)結(jié)合提供給用戶的人機(jī)交互接口，綜合大數(shù)據(jù)挖掘與機(jī)理分析信息，在運(yùn)維閉環(huán)中實(shí)現(xiàn)對自動(dòng)診斷模塊算法配置項(xiàng)與閉環(huán)運(yùn)維知識(shí)庫的維修建議持續(xù)地優(yōu)化與完善，以達(dá)成基于北京地鐵個(gè)性化應(yīng)用需求的在線監(jiān)測和智能診斷系統(tǒng)。扶梯測點(diǎn)布點(diǎn)如圖1所示，監(jiān)測軟件界面如圖2所示。

4 故障診斷標(biāo)準(zhǔn)的研究

4.1 系統(tǒng)診斷分級(jí)

地鐵機(jī)電設(shè)備在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)實(shí)時(shí)診斷能夠?qū)崿F(xiàn)分級(jí)報(bào)警。為更好的判斷機(jī)電設(shè)備的工作狀態(tài)，對設(shè)備電機(jī)前后端軸承、振動(dòng)量值、溫升等的工作狀態(tài)分為四個(gè)等級(jí)：正常、預(yù)警、報(bào)警、危險(xiǎn)。

（1）正常：機(jī)械部件運(yùn)行無故障信息、無動(dòng)不平衡超限信息、無振動(dòng)超限、無超溫報(bào)警的情況;

（2）預(yù)警：機(jī)械部件有故障特征存在但故障處于早期以及振動(dòng)趨勢中存在單次報(bào)警信息，部件溫升呈增加趨勢;

（3）報(bào)警（一級(jí)報(bào)警）：機(jī)械部件有較明顯的故障特征并達(dá)到報(bào)警值、振動(dòng)趨勢連續(xù)達(dá)到報(bào)警值、動(dòng)不平衡連續(xù)達(dá)到報(bào)警值，部件溫升達(dá)報(bào)警值;

（4）危險(xiǎn)（二級(jí)報(bào)警）：機(jī)械部件故障嚴(yán)重、動(dòng)不平衡嚴(yán)重超限、振動(dòng)嚴(yán)重超限、部件溫升超限。

4.2 故障診斷標(biāo)準(zhǔn)

通過研究機(jī)械的結(jié)構(gòu)幾何學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律，我們建立了診斷軸承故障的一系列數(shù)學(xué)模型，從定性（故障部位）和定量（幅值大?。﹥蓚€(gè)角度，對于故障進(jìn)行確定性的診斷和預(yù)警、報(bào)警，確定報(bào)警門限。根據(jù)基礎(chǔ)設(shè)備的具體情況，確定沖擊診斷報(bào)警標(biāo)準(zhǔn)、振動(dòng)監(jiān)測報(bào)警標(biāo)準(zhǔn)、不平衡振動(dòng)監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)等。

5 結(jié)語

利用智能感知、集群采集的大數(shù)據(jù)、廣義共振與共振解調(diào)、信息融合和人工智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)機(jī)電設(shè)備集群在線故障預(yù)警和智慧運(yùn)維?；谖锫?lián)網(wǎng)理念對機(jī)電系統(tǒng)主要設(shè)備實(shí)現(xiàn)集群在線故障預(yù)警并給出維修建議實(shí)現(xiàn)閉環(huán)智慧運(yùn)維，自動(dòng)給出軸流風(fēng)機(jī)、電梯、屏蔽門等設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息和故障維修建議并下單，指導(dǎo)運(yùn)維人員有針對性的對設(shè)備進(jìn)行檢修。通過預(yù)警和報(bào)警實(shí)現(xiàn)故障延緩與狀態(tài)維修，為機(jī)電設(shè)備故障預(yù)測與健康管理（PHM）、技術(shù)改進(jìn)提供數(shù)據(jù)。不僅是提高運(yùn)維人員的工作效率，降低運(yùn)行維護(hù)成本，在地鐵運(yùn)營公司針對機(jī)電設(shè)備的信息化和技術(shù)改進(jìn)提供支撐方面具有重大意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊文博.北京地鐵換乘站站前廣場研究[D].北京交通大學(xué)，2011.