基于數(shù)據(jù)挖掘的ATP設(shè)備故障分析方法

曹雙強(qiáng)

(通號(hào)工程局集團(tuán)有限公司，北京 100071)

列車(chē)自動(dòng)防護(hù)子系統(tǒng)（Automatic Train Protection，ATP）是列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)的核心安全設(shè)備，包括車(chē)載主機(jī)、無(wú)線傳輸單元、應(yīng)答器信息接收單元、軌道電路信息讀取器（TCR）、測(cè)速測(cè)距單元、人機(jī)交互接口單元（DMI）、列車(chē)接口單元（TIU）、司法記錄單元（JRU）等多個(gè)子系統(tǒng)。車(chē)載主機(jī)是車(chē)載ATP 的核心處理單元，實(shí)現(xiàn)車(chē)載ATP 的核心安全控制功能。車(chē)載主機(jī)綜合列車(chē)數(shù)據(jù)、線路描述、行車(chē)許可、臨時(shí)限速信息，生成動(dòng)態(tài)速度監(jiān)控曲線，并根據(jù)速度監(jiān)控曲線自動(dòng)監(jiān)控列車(chē)運(yùn)行狀態(tài)，必要時(shí)向列車(chē)輸出制動(dòng)命令，確保行車(chē)安全。

1 車(chē)載ATP介紹

1.1 ATP控制設(shè)備系統(tǒng)構(gòu)成

以C2 某型號(hào)車(chē)載設(shè)備為例，ATP 控制設(shè)備系統(tǒng)構(gòu)成如圖1 所示。將ATP 控制設(shè)備主體連接到以下設(shè)備上，基于地面獲得的信息進(jìn)行速度控制。

1）車(chē)體無(wú)熔絲斷路器盤(pán)（No Fuse Braker，NFB）面板

圖1 C2某型號(hào)車(chē)載設(shè)備構(gòu)成示意圖Fig.1 Schematic diagram of a type of CTCS-2 onboard equipment composition

提供ATP 設(shè)備電源的控制開(kāi)關(guān)。

2）車(chē)體操縱器

將車(chē)體操縱器（牽引，制動(dòng)，零位，向前，向后）的信號(hào)傳遞給ATP 控制設(shè)備主機(jī)。

3）車(chē)載人機(jī)接口（Driver Machine Interface，DMI）

將速度、顯示信息通過(guò)圖像、聲音輸出。并可以輸入模式切換等司機(jī)指令。

4）LKJ-2000

在CTCS-0 區(qū)間走行時(shí)，作為控制設(shè)備的車(chē)輛監(jiān)控設(shè)備。

5）車(chē)體配電盤(pán)

將ATP 的制動(dòng)指令傳遞給車(chē)體制動(dòng)控制設(shè)備的設(shè)備。

6）監(jiān)視器（Monitor，MON）

在CRH2 型車(chē)上，對(duì)車(chē)輛運(yùn)行和車(chē)輛搭載機(jī)器動(dòng)作相關(guān)信息集中管理（CRH1 型車(chē)不安裝）。

7） 剎 車(chē) 控 制 單 元(Brake Control Unit，BCU)

在CRH2 型車(chē)上傳遞來(lái)自ATP 的速度信號(hào)?；谒緳C(jī)的制動(dòng)手柄操作及來(lái)自ATP 控制設(shè)備主體的制動(dòng)指令進(jìn)行制動(dòng)控制（CRH1 型車(chē)不安裝）。

8）速度傳感器

將車(chē)輪的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換為速度脈沖（速度信號(hào)），傳給ATP 控制設(shè)備主體。

9）應(yīng)答器信息傳輸模塊（Balise Transmission Module，BTM）天線

將從Balise 地面應(yīng)答器接收到的Balise 信號(hào)，傳遞給ATP 控制設(shè)備主體。

10）軌道電路讀取器（Track Circuit Receiver Uint，TCR）天線、TCR 接線盒(TCB)

將軌道電路的信號(hào)傳送給ATP 控制設(shè)備主體。

1.2 ATP內(nèi)部構(gòu)成

ATP 控制設(shè)備主體內(nèi)部構(gòu)成如圖2 所示。ATP控制設(shè)備主體由以下設(shè)備構(gòu)成。

1）VC1、VC2 單元

以故障—安全原理動(dòng)作的安全計(jì)算機(jī)是由雙系VC1、VC2 構(gòu)成的。采用的是冗余結(jié)構(gòu)，即使一個(gè)系出現(xiàn)故障，其整體也可以正常工作。通過(guò)和BTM間的RS-422 通信輸入Balise 報(bào)文，通過(guò)和TCR的RS-422 通信輸入軌道電路信息，通過(guò)速度分配盤(pán)輸入的速度信號(hào)，生成速度核查模式，將制動(dòng)指令輸出給繼電器邏輯單元（Relay Logic Unit，RLU）；通過(guò)和DMI 的RS-422 通信，輸入按鍵操作及輸出顯示/聲音/語(yǔ)音指令。

2）數(shù)據(jù)記錄單元（Data Recording Unit，DRU）

DRU 通 過(guò) 和VC1、VC2、BTM、LKJ-2000的RS-422 通信，收集各個(gè)部分的信息，還有輸入來(lái)自RLU 的繼電器接點(diǎn)信息，將各種信息記錄在PC 卡上。

3）RLU 單元

RLU 將來(lái)自VC1、VC2 的制動(dòng)指令、過(guò)分相指令經(jīng)繼電器接點(diǎn)中轉(zhuǎn)后輸出給車(chē)體。如果VC 單系出現(xiàn)故障，將隔離故障系，從而使ATP 整體工作正常。

4）TCR 單元

解讀TCR 天線收到的軌道電路信號(hào)，通過(guò)RS-422 向VC1、VC2 發(fā) 送。 利 用 電 波 向LKJ-2000 傳送軌道電路信號(hào)。

5）BTM

圖2 車(chē)載設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Internal structure diagram of onboard equipment

解 讀BTM（Balise Transmission Module)天線接收到的Balise 信號(hào)，將Balise 報(bào)文傳送給VC1、VC2、DRU；將載波檢測(cè)(Carrier Detect，CD）信號(hào)輸出給 VC1、VC2。

6）速度分配盤(pán)

將速度傳感器輸出的速度信號(hào)分配給VC1、VC2、BCU、MON。

7）ATP 隔離開(kāi)關(guān)

ATP 隔離開(kāi)關(guān)將來(lái)自ATP 設(shè)備的制動(dòng)指令（ATP 制動(dòng)指令）、過(guò)分相相關(guān)信號(hào)進(jìn)行隔離。

8）LKJR

LKJR 繼電器對(duì)來(lái)自ATP 設(shè)備的制動(dòng)指令（ATP 制動(dòng)指令）和來(lái)自LKJ 的制動(dòng)指令（LKJ制動(dòng)指令）進(jìn)行切換。另外，LKJR 繼電器在RLU 上的名字是LKJOAR，LKJOBR。

9）風(fēng)扇

風(fēng)扇用來(lái)對(duì)ATP 控制設(shè)備內(nèi)部進(jìn)行強(qiáng)行制冷，通過(guò)DRU讀取風(fēng)扇故障信號(hào)可進(jìn)行監(jiān)控。

10）濾波器盤(pán)

DC 110 V 輸入電源用的噪聲過(guò)濾器。

11）風(fēng)扇電源

DC 110 V 生成風(fēng)扇用的供電電源。

2 數(shù)據(jù)挖掘分析車(chē)載設(shè)備故障

2.1 數(shù)據(jù)挖掘介紹

在車(chē)載運(yùn)維過(guò)程中，存在許多監(jiān)控工具，在每天產(chǎn)生紛繁復(fù)雜的告警數(shù)據(jù)中，存在大量的冗余告警信息，它們之間隱藏著一些具有強(qiáng)關(guān)聯(lián)性的告警規(guī)則，也就是說(shuō)某些設(shè)施的指標(biāo)告警是由于別的指標(biāo)告警引起的。不同類型的設(shè)備之間，設(shè)備的指標(biāo)之間，都存在這樣的關(guān)系，只有找到產(chǎn)生告警的根本原因，才能快速、有效地排除故障，確保業(yè)務(wù)系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。告警關(guān)聯(lián)分析通過(guò)融合并轉(zhuǎn)化多條有聯(lián)系的告警，將它們轉(zhuǎn)換成一條或幾條包含更多故障信息的告警，以此達(dá)到降低活動(dòng)告警的種類和數(shù)目，減輕運(yùn)維人員的工作壓力，提高故障精確定位效率，使系統(tǒng)運(yùn)行快速恢復(fù)正常。

2.2 數(shù)據(jù)挖掘故障分析

VC1、VC2 的OPE 基板LED 顯示與故障查找列表，如表1 所示。

如表1 所示，利用LED 等來(lái)判斷故障種類非常多并且不能定位到精確原件故障，必須通過(guò)運(yùn)維人員進(jìn)行判斷，決定如何采取措施來(lái)解決問(wèn)題。

表1 VC1、VC2的OPE基板的LED顯示與故障查找Tab.1 LED display and trouble shooting of OPE baseplate of VC1 and VC2

數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)有規(guī)律可循。如果多個(gè)變量的取值之間存在某種規(guī)律性，則稱之為關(guān)聯(lián)。關(guān)聯(lián)分析的目的是找出數(shù)據(jù)中隱藏的關(guān)聯(lián)網(wǎng)。關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘發(fā)現(xiàn)大量數(shù)據(jù)中項(xiàng)集之間的相關(guān)聯(lián)系。

在車(chē)載設(shè)備的眾多報(bào)警和故障信息表中，如果利用數(shù)據(jù)挖掘關(guān)聯(lián)分析方法，可以迅速簡(jiǎn)化告警信息，定位故障點(diǎn)，如表1 中19 種故障點(diǎn)背后可能存在關(guān)聯(lián)關(guān)系，利用數(shù)據(jù)背后的關(guān)聯(lián)關(guān)系，可以迅速定位故障，不用再通過(guò)人工查找和分析，提高效率，恢復(fù)故障更加快速。

3 結(jié)論

數(shù)據(jù)挖掘中關(guān)聯(lián)分析的目的是找出數(shù)據(jù)中隱藏的關(guān)聯(lián)網(wǎng)。關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘發(fā)現(xiàn)大量數(shù)據(jù)中項(xiàng)集之間的相關(guān)聯(lián)系。使用告警關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)信息，使用數(shù)據(jù)挖掘方法，快速找到數(shù)據(jù)背后所包含的各種故障告警，縮短維護(hù)人員尋找故障的時(shí)間，使故障系統(tǒng)快速回復(fù)正常工作狀態(tài)。