论文部分内容阅读
摘要：本文首先分析了地铁车辆故障诊断的特点，并在此基础上对地铁车辆电气系统故障诊断系统的设计进行研究。期望通过本文的研究能够对提高地铁车辆故障诊断效率和确保车辆安全运行有所帮助。
关键词：地铁车辆；电气系统；故障诊断系统
一、地铁车辆故障诊断的特点分析
地铁车辆属于电力机车的一种，它拥有非常复杂的动力系统，该系统是由诸多零部件组合而言。地铁车辆的运行过程具有一定的复杂性、随机性和动态性，几乎所有时刻观察所得的数据都具有不可重复性。从系统论的角度上讲，地铁车辆的故障诊断具有以下几个方面的特点：
其一，零部件多、结构复杂，但却具有非常明显的层次性。地铁车辆虽然由若干个零部件组合而成，但是仍然可将其具体分为几大系统，即电气系统、机械系统、空气管路等等，这些系统中又包含了多个子系统，每个子系统都是由诸多零部件组成，由此形成了一个具有分层结构的树形网路结构。
其二，故障诊断时需要检测的参数较多，车载检测设备有限。由于地铁车辆本身属于一个复杂的动态系统，为了能够准确地对各个子系统的故障进行诊断，需要检测大量的参数。以电气系统故障诊断为例，需要检测的参数包括各个电气设备的高低电平信号、电气参数信号等等。在具体诊断时，需要采集相关的信号进行分析处理，从而获得车辆的故障信息。然而，地铁车辆在设计时，仅仅考虑了一些常规故障的检测，车辆上自带的检测设备比较有限，无法对所有故障问题进行准确有效的诊断。
其三，车辆故障具有突发性及缓变性的特点。在对大量的地鐵车辆故障进行分析后发现，很多故障都存在突发性的特点，故障出现的比较突然，几乎没有任何明显的征兆，很难进行准确的预测。同时，还有一些故障具有缓变性的特点，即故障为渐进性的，故障发生后会导致局部功能失效，此类故障一般都可以通过相关的检测设备进行预测。
其四，故障诊断的实时性要求较高。通常情况下，地铁车辆的运行环境较为恶劣，这在一定程度上增大了设备故障的发生几率，一旦运行中的车辆出现故障，其后果十分严重。为此，在车辆运行过程中需要及时发现故障征兆，并在故障初期提醒司机采取有效的措施加以解决处理，从而使故障得以快速排除，确保车辆运行安全。
二、地铁车辆电气系统故障诊断系统设计研究
近年来，随着我国城市轨道交通的不断发展，其系统变得越来越庞大，为了确保该系统的正常、有序运行，需要诸多的车辆予以支撑。地铁车辆作为一种复杂的系统，一旦其出现故障，后果非常严重。目前，对地铁车辆的故障处理方法一般都是将车辆开至车辆段进行维修，虽然这样能够解决故障问题，但是确无法保证运营效率。尤其是地铁车辆的设备技术含量越来越高，从而使得设备的维护难度进一步增大，加之维修技术人员比较有线，部分设备的维护与维修都需要制造厂商提供相关的技术支持，由此导致了车辆维修成本过高，不利于地铁车辆的经济运行。电气系统是地铁车辆中最为重要的子系统之一，对该系统进行快速、准确的故障诊断尤为重要。鉴于此，本文结合当前先进的信息技术，提出一种地铁车辆电气系统故障诊断系统。下面对此展开详细论述。
（一）故障诊断专家系统总体设计
设计该系统的最终目的是为了进一步提高地铁车辆的运行安全性，当车辆的电气系统在运行过程中发生故障问题时，该系统可以在相对较短的时间内对故障进行准确诊断。为使地铁车辆维修中心能够在车辆出现故障时获取诊断信息，决定采用目前较为流行的分层式结构体系进行系统设计，整个体系结构共分为四层，即车载设备层、网络传输层、维修中心层以及监控中心层。该系统由以下三个子系统构成：
（1）车载级。该子系统主要负责实现各个车厢所要监控的关键设备的状态监测、智能控制及故障报警等任务，由设置在车厢内的设备控制器及监控程序完成相关设备信息的采集，然后借助车辆总线以列车总线进行信息传输。
（2）车辆段。该子系统主要负责对本车辆段内的维修车辆上的关键性设备的实时监控、故障诊断以及维修等任务。它利用无线通讯网络与互联网相连接，在此基础上将车辆的实时故障信息传送给车辆段进行诊断。
（3）监控中心级。该子系统主要负责实现与当前现有监控设备的集成，可对全局车辆进行故障诊断，并分析引起故障问题的原因，为故障处理提供决策支持。
（二）系统主要功能设计
（1）车载级子系统功能。故障诊断系统所针对的主要对象为地铁车辆，所有的故障诊断信息全部都是从车辆中获得。为此，车载级子系统应当具备如下功能：故障信息采集、传输、预处理、简单诊断以及应急对策等等。
①设备监测功能。在对地铁车辆基本信息了解的基础上，对其关键设备的实时运行状态进行监测，主要包括以下内容：制动系统、牵引系统以及信号系统的实时状态信息和幅值监测等等。②故障报警功能。由于地铁车辆上的设备种类较多，从而使得故障报警类型也相对比较繁多。车载级子系统可以支持各种类型的报警，如偏差报警、限制报警、控制失效报警等等，同时，对每种报警均可自定义条件与级别，若是在同一时间段内出现若干个报警信息时，系统则可根据报警的紧急程度选择优先处理。③其它功能。实时故障诊断与故障识别、故障数据实时存取、故障应急预案管理、故障信息远程发送、维修申请、司机命令接收、关键设备定期报表等等。
（2）车辆段子系统功能。在地铁线路中，车辆段时地铁列车维护维修的主要场所，拥有功能强大的故障诊断系统能够提高维修技术人员的工作效率，有利于降低维修成本。该子系统具备如下功能：远程故障信息接收与诊断、故障仿真推演、专家知识库管维、故障集管理、故障统计分析、报表等等。
（3）监控中心子系统功能。目前，国内各大城市的轨道交通系统采用的一般都是“两调三控”模式，其中两调具体是指中心级调度和车站级调度，而三控则是指中心、车站以及就地三级控制。该子系统的主要功能如下：运营车辆故障数据信息远程接收与发送、区域级车辆故障诊断等等。
三、结论
综上所述，本文针对地铁车辆电气系统提出了一种故障诊断系统，并对其功能设计进行了详细论述。该系统已经在某城市的地铁线路中获得了应用，自系统投入运行后，地铁车辆的故障率显著降低，确保了线路的正常运营，不但降低了维护维修成本，而且还提高了车辆的运行安全性。系统使用至今运行稳定，并未出现任何异常，具有一定的推广应用价值。
参考文献：
[1]唐德尧.共振解调技术与机车车辆传动装置故障诊断[J].电力机车技术.2012（5）.
[2]王轶.基于故障树的电力机车故障诊断专家系统[J].电力机车与城轨车辆.2010（4）.
[3]叶昊.一种基于小波变换的导弹运输车辆故障诊断方法[J].自动化学报.2009（10）.
关键词：地铁车辆；电气系统；故障诊断系统
一、地铁车辆故障诊断的特点分析
地铁车辆属于电力机车的一种，它拥有非常复杂的动力系统，该系统是由诸多零部件组合而言。地铁车辆的运行过程具有一定的复杂性、随机性和动态性，几乎所有时刻观察所得的数据都具有不可重复性。从系统论的角度上讲，地铁车辆的故障诊断具有以下几个方面的特点：
其一，零部件多、结构复杂，但却具有非常明显的层次性。地铁车辆虽然由若干个零部件组合而成，但是仍然可将其具体分为几大系统，即电气系统、机械系统、空气管路等等，这些系统中又包含了多个子系统，每个子系统都是由诸多零部件组成，由此形成了一个具有分层结构的树形网路结构。
其二，故障诊断时需要检测的参数较多，车载检测设备有限。由于地铁车辆本身属于一个复杂的动态系统，为了能够准确地对各个子系统的故障进行诊断，需要检测大量的参数。以电气系统故障诊断为例，需要检测的参数包括各个电气设备的高低电平信号、电气参数信号等等。在具体诊断时，需要采集相关的信号进行分析处理，从而获得车辆的故障信息。然而，地铁车辆在设计时，仅仅考虑了一些常规故障的检测，车辆上自带的检测设备比较有限，无法对所有故障问题进行准确有效的诊断。
其三，车辆故障具有突发性及缓变性的特点。在对大量的地鐵车辆故障进行分析后发现，很多故障都存在突发性的特点，故障出现的比较突然，几乎没有任何明显的征兆，很难进行准确的预测。同时，还有一些故障具有缓变性的特点，即故障为渐进性的，故障发生后会导致局部功能失效，此类故障一般都可以通过相关的检测设备进行预测。
其四，故障诊断的实时性要求较高。通常情况下，地铁车辆的运行环境较为恶劣，这在一定程度上增大了设备故障的发生几率，一旦运行中的车辆出现故障，其后果十分严重。为此，在车辆运行过程中需要及时发现故障征兆，并在故障初期提醒司机采取有效的措施加以解决处理，从而使故障得以快速排除，确保车辆运行安全。
二、地铁车辆电气系统故障诊断系统设计研究
近年来，随着我国城市轨道交通的不断发展，其系统变得越来越庞大，为了确保该系统的正常、有序运行，需要诸多的车辆予以支撑。地铁车辆作为一种复杂的系统，一旦其出现故障，后果非常严重。目前，对地铁车辆的故障处理方法一般都是将车辆开至车辆段进行维修，虽然这样能够解决故障问题，但是确无法保证运营效率。尤其是地铁车辆的设备技术含量越来越高，从而使得设备的维护难度进一步增大，加之维修技术人员比较有线，部分设备的维护与维修都需要制造厂商提供相关的技术支持，由此导致了车辆维修成本过高，不利于地铁车辆的经济运行。电气系统是地铁车辆中最为重要的子系统之一，对该系统进行快速、准确的故障诊断尤为重要。鉴于此，本文结合当前先进的信息技术，提出一种地铁车辆电气系统故障诊断系统。下面对此展开详细论述。
（一）故障诊断专家系统总体设计
设计该系统的最终目的是为了进一步提高地铁车辆的运行安全性，当车辆的电气系统在运行过程中发生故障问题时，该系统可以在相对较短的时间内对故障进行准确诊断。为使地铁车辆维修中心能够在车辆出现故障时获取诊断信息，决定采用目前较为流行的分层式结构体系进行系统设计，整个体系结构共分为四层，即车载设备层、网络传输层、维修中心层以及监控中心层。该系统由以下三个子系统构成：
（1）车载级。该子系统主要负责实现各个车厢所要监控的关键设备的状态监测、智能控制及故障报警等任务，由设置在车厢内的设备控制器及监控程序完成相关设备信息的采集，然后借助车辆总线以列车总线进行信息传输。
（2）车辆段。该子系统主要负责对本车辆段内的维修车辆上的关键性设备的实时监控、故障诊断以及维修等任务。它利用无线通讯网络与互联网相连接，在此基础上将车辆的实时故障信息传送给车辆段进行诊断。
（3）监控中心级。该子系统主要负责实现与当前现有监控设备的集成，可对全局车辆进行故障诊断，并分析引起故障问题的原因，为故障处理提供决策支持。
（二）系统主要功能设计
（1）车载级子系统功能。故障诊断系统所针对的主要对象为地铁车辆，所有的故障诊断信息全部都是从车辆中获得。为此，车载级子系统应当具备如下功能：故障信息采集、传输、预处理、简单诊断以及应急对策等等。
①设备监测功能。在对地铁车辆基本信息了解的基础上，对其关键设备的实时运行状态进行监测，主要包括以下内容：制动系统、牵引系统以及信号系统的实时状态信息和幅值监测等等。②故障报警功能。由于地铁车辆上的设备种类较多，从而使得故障报警类型也相对比较繁多。车载级子系统可以支持各种类型的报警，如偏差报警、限制报警、控制失效报警等等，同时，对每种报警均可自定义条件与级别，若是在同一时间段内出现若干个报警信息时，系统则可根据报警的紧急程度选择优先处理。③其它功能。实时故障诊断与故障识别、故障数据实时存取、故障应急预案管理、故障信息远程发送、维修申请、司机命令接收、关键设备定期报表等等。
（2）车辆段子系统功能。在地铁线路中，车辆段时地铁列车维护维修的主要场所，拥有功能强大的故障诊断系统能够提高维修技术人员的工作效率，有利于降低维修成本。该子系统具备如下功能：远程故障信息接收与诊断、故障仿真推演、专家知识库管维、故障集管理、故障统计分析、报表等等。
（3）监控中心子系统功能。目前，国内各大城市的轨道交通系统采用的一般都是“两调三控”模式，其中两调具体是指中心级调度和车站级调度，而三控则是指中心、车站以及就地三级控制。该子系统的主要功能如下：运营车辆故障数据信息远程接收与发送、区域级车辆故障诊断等等。
三、结论
综上所述，本文针对地铁车辆电气系统提出了一种故障诊断系统，并对其功能设计进行了详细论述。该系统已经在某城市的地铁线路中获得了应用，自系统投入运行后，地铁车辆的故障率显著降低，确保了线路的正常运营，不但降低了维护维修成本，而且还提高了车辆的运行安全性。系统使用至今运行稳定，并未出现任何异常，具有一定的推广应用价值。
参考文献：
[1]唐德尧.共振解调技术与机车车辆传动装置故障诊断[J].电力机车技术.2012（5）.
[2]王轶.基于故障树的电力机车故障诊断专家系统[J].电力机车与城轨车辆.2010（4）.
[3]叶昊.一种基于小波变换的导弹运输车辆故障诊断方法[J].自动化学报.2009（10）.