車載控制器設備故障處理淺析及維護建議

劉恩東 林俊亭

【摘要】? ? 車載控制器設備作為列車運行控制系統的重要一環，有效保證了列車運行的安全性和可靠性。本文主要對車載控制器機械類設備常見故障進行了簡要且重要的分析說明了其典型的概率模型，并更好地利用這些規律改進現有車載控制器設備維修的方法。

【關鍵詞】? ? 列控車載設備? ? 安全維護? ? 修程修制

引言：

研究者多次深入鐵路運營單位進行調查研究，發現市面上多數列控車載控制器設備的研發生產廠家在制定設備的修程修制上較為粗糙，對于設備的細節方面處理欠佳。主要表現為列控車載控制器設備在維修上存在過剩或者不足的問題。并且，鐵路運營部門在日常的設備維修維護中仍然是參照生產廠家提供的修程修制，設備的使用仍然存在巨大的隱患。

仔細深究列控車載控制器設備在維修上存在過剩或者不足的的根本原因，是由于列控車載設備的生產廠商沒有做到分析與評估各種設備的故障模型，而使用者即各個鐵路運營部門缺少了該方面的完備信息，在制定設備科學的修程修制上會遇到很多棘手的問題。比如，從產品設備出廠時開始計算時間，該設備未來可能出現的故障問題的概率分布應該符合浴盆曲線，相應的檢修效率難題也迎刃而解，我們應該在此設備剛安裝到位時降低對它的檢修頻率，在設備臨近使用壽命期前增加對它的檢修效率，而在使用期間，需要做到具體情況具體分析，而非一概而論采用同種方式處理不同的問題。需要根據實際情況科學而合理地去制定設備日常維護和集中檢修的時間間隔。

一、列控車載設備分類

列控車載設備的種類繁多，因此在實際運行環境中碰到的潛在故障也因設備而異，對故障原因進行了系統分析后可知：故障產生的原因和它具體儀器的屬性、特性是有必然關系。因此，有必要根據機電特性對車載控制器設備進行了分類，通過分析了解各式各樣的類型設備的機電特點，建立優化車載控制器設備的故障的基礎模型，為科學并系統化的制定車載控制器設備的前期維修體系打下基礎。車載控制器室內設備主要有列車自動防護設備（Automatic Train Protection，ATP）、車載記錄設備、列車自動駕駛設備（Automatic Train Operation，ATO）、車載通信控制器（Comunication Controllor On Vechile，CCOV）、應答器車載查詢器、MMI顯示器以及列車接口單元（Train Interface Unit， TIU），其外圍設備包括應答器天線、雷達以及速度傳感器。（不同形式的列控設備之間有一些差異，可以忽略，但整體結構大致相同）。根據其機械和電氣性能，這些設備根據不同的故障原因總結后主要可以分為以下幾種情況。第一種：設備因磨損腐蝕、病變、老化失效等幾點原因引起的相關故障問題：軌道電路信息相關接收天線、BTM連接饋線、接收信息應答天線、DMI、速度傳感器外部鋼套以及連接電纜等。第二類：設備問題是由安全計算機（Vital Computer，VC）中的：主板和內部的電路板、主要集成電路、STM和BTM的內部電路板、速度傳感器、電子元件以及相關的傳感器線圈、列車接口單元、運行記錄單元的內部電子元件等些許復雜的非邏輯故障和電子元件邏輯故障引起的。第三類：安全計算機保護中的列車控制系統軟件：有關數據信息軟件系統的漏洞從而導致的問題。

二、機械設備或預制構件的故障

主要概率機械設備的損壞主要的原因是由磨損、腐蝕、蠕變等外部因素導致的。設備脫離設定好的預期狀態的時候，就直接等同于喪失了部分或大部分的主要重要功能。應當對此類故障的損壞程度投入足夠的重視并對故障產生的數據進行定量計算。當設備的使用時間越來越長，儀器的技術狀況反而會越來越嚴重，故障的次數會越來越多，故障的相關可能性會隨著時間不停的增長，其后果也是不堪設想的，因此這類問題要引起檢測人員的高度重視。

2.1機械性故障的形成

圖1中不難看出，A點意味著設備的功能已經處在非常嚴重的狀態，逐步發展到識別潛在故障的程度。例如，設備上有的小裂縫，設備的連接很可能是開放運動的，連接處有明顯的磨損腐蝕等。B點則是表示設備內部的潛在失效很可能發展成為功能上的失效，即設備已失效。從A點到B點的時間間隙是從潛在故障顯露出來到真正達到功能故障問題的轉移時間。設備之間的遷移時間間隔從幾秒到幾年都有，相差還是比較大的。比如，突然的故障可能導致遷移時間很短。故障過渡的時間越長，人們就有越多的時間來控制且預防設備功能故障的發生。因此，必須不斷尋找潛在失效的準確物理參數，花更長的時間采用新的預防技術，從而來避免設備功能失效。

2.2機械性故障的特點分析

當我們考慮到機械故障同腐蝕、磨損等外部因素密不可分時，按照設備機械故障出現的規律來分析，主要有以下4種情況和特點。

（1）故障的可能性

設備在使用期間會出現各種損傷，損失，磨損，消耗。磨損預制構件的結構參數也會相應地發生著巨大的變化。然而，當損壞程度達到不可控程度時，即數值超過了零散預制構件結構參數的允許值和警戒值時，設備將會有失去掌控和失去效果的可能。好在市面上一般的列控設備需要花很長一段時間才能從初始狀態下的潛在故障發展為真正的功能故障。技術工作人員可以采用合適而恰當的方式與措施在一定程度內大大的減輕或者是消除潛在的故障問題，從而起到大大推遲功能故障到達時間的作用，來延長設備的使用壽命年限。

（2）故障屬性的不可逆性

機械式的腐蝕和磨損、疲勞和老化的過程往往是伴隨著質量的增減而增減，隨著能量的變化而變化，常常呈正比關系。這些熟悉而熟知的過程都有共同的特點，即不可逆性。設備在出了故障之后無論如何維修如何維護都無法使產品達到出廠前狀態的水平，這是必然的事實且無法改變。

（3）故障原因的徘徊不定性

設備在使用中會受到外部復雜多樣的環境條件的影響，設備的狀態往往是不定且隨機呈現。此外，由于各種設備的制備，即使用的材料，制造的過程不盡相同，設備的各種極值同樣存在不同的分布情況，比如，相同的設備，它們的使用狀態不會因為制造過程的相同而會有所不同，而是被其存在的周圍環境條件所影響，在復雜多變的環境中往往呈現多樣的狀況。因此，在相同的故障判斷標準之下，會存在因為參數因為環境的變化而變化的狀況使設備存在特定程度上的不確定性。

（4）故障的進行性

儀器設備的磨損不可避免逐漸發生，其中的結構參數在進行小幅度的變化，設備的性能也逐漸惡化。設備使用時間越長，發生故障的概率就會越高，即發生故障的概率會與設備的使用時間在數據關系上成正比。設備機械故障這一時間特性是預防性維護的理論基礎之一。

三、設備振動監測工作的幾點休會

3.1選擇適合的振動監測設備

根據設備的重要程度劃分等級，不同設備的檢測設備不盡相同。我們需要選擇適合的振動監測設備，可以到達使用最少的費用來達到良好的監測效果，效率得到大幅度的提升。

按照設備的復雜程度可以大致分為以下三種類別。

（1）簡易的測振設備

使用方法是在特定的有效范圍內對儀器進行振動測量，而后進行評級分類。把測量數據與使用標準值對比研究的一種類別。

（2）周期性的振動狀態監測設備

指對機器定期進行振動監測。

（3）永久性的設備振動監測系統

用在十分重要的儀器設備，通過實時收集不同方向上的信號的方式，效率為每毫秒采集此次數據結果，把收集來的數據與原先規定且限制好的振動幅度參數進行一一研究對比，一旦超出了警戒值，輸出開關的信號會自動觸發報警器，監測員第一時間收到設備故障信息，迅速聯系維修人員，維修人員也可瞬間得知設備問題故障所在，縮短了尋問題的時間，掌握了故障信息，便能夠及時采取應對的方法，從而將損失降至最低。達到低費用高效率的方式。

評估設備是否需要用到永久性的儀器振動監測會要考慮如下幾種條件，當滿足任一條件就可以選擇使用該系統了：（1）是否為關鍵且足夠重要的設備;（2）儀器的暫停運行會對經濟造成巨大不可逆損失的;（3）設備在損壞后的維修維護費用很大;（4）監測系統費用支出綽綽有余。

3.2重要的儀器采用頻譜圖報警的方法能夠確保儀器的正常使用

頻譜圖報警器往往分為兩種，分別是寬頻譜報警器和窄頻譜報警器。寬頻譜報警是選擇設備正常狀態的頻譜圖作為參考頻譜，將實時的動態頻譜與參考頻譜及時比較，預防故障的發生。同時，我們會在整個監測頻段上設置數條報警線，預防一些譜線出故障超過報警線，一旦超過報警線，報警機器自動報警，及時止損。

接下來時窄頻譜報警器的工作原理介紹，窄頻譜報警的報警線只針對特定的譜線，往往是設備的變頻或倍頻或者預制構件的故障效率或倍頻。同樣，和寬頻譜報警器相同的是，一些譜線超過了預設的報警線，設備就會立即自動報警，向外界發送信號。頻譜圖報警的方法能夠在一定程度上確保儀器安全的運行而不是屢次出故障，預防因為設備故障沒有能夠及時被發現而導致的惡化情況。

3.3關于振動監測最關鍵的基礎步驟是建立檔案

平時中建立相關儀器振動監測的檔案是一種比較重要的日常性工作項目，檔案內容主要包括以下幾項最主要的內容：

（1）提供監測設備相關清單;

（2）為確定振動監測點而監測設備的主要結構圖;

（3）監測數據內容和分析與處理記錄;

（4）設備故障相關記錄;

（5）設備檢查相關記錄。

3.4設備檢測狀態、工作時需要注意的事項

為確保實驗數據的比較性，務必遵守以下幾條注意事項：

（1）設備不變化;

（2）儀器各項參數保持不變;

（3）保證測量的方向，地點不變化;

（4）儀器的狀態異同時不變化。

3.5儀器狀態監管人員所必需的專業素養

儀器狀態檢測人員也是設備日常維護維修中的關鍵一環，他們必須要有專業的知識與技能，在機器故障時刻能夠化險為夷，通常包儀器狀態實時監測，故障的判斷與分析，需要掌握一些關于紅外熱分析的技能。檢測人員對儀器的評估檢查與分析大幅度提高機器的使用年限。

四、車載控制器故障處理辦法

當發現車載設備出現故障時，需要登上列車采集車載控制器的告警通知，對比列車自動監控子系統的報警內容，迅速判斷出問題點出在何處，當發現這類問題，需要采取必要的辦法。首先是關閉再啟用列車控制器設備，仔細查看車載控制器設備的板卡上LED燈的顯示狀態和繼電器的運行狀態，在此期間若設備無法再次啟動，注意隨時記載司機顯示屏上顯示的故障信息提示，使列車緩慢回至維修區域進行檢修;若設備能夠重新啟用，并且還能夠通過2個在鐵軌上的應答器，那么就需要反復測試列車在試車線或者正線上再次進入系統中，確定地點，與地面的區域控制器建立通信。假若列車能夠與區域控制器保持通信，則立即嘗試倆種模式，一種是ATPM模式，還有一種是ATO模式，若不能成功，則讓列車駛回維修區進行維護。若設備本身不能夠正常運行，則應該駛回維修區進行維修維護，一定要保證設備故障得到維修的同時還順利通過所有測試的情況下才能夠重新投入運營。

五、結束語

監測人員對設備、儀器的日常維護監控都對設備起到了巨大的作用，其效果也是顯著的，能夠做到設備故障維修的及時性，精確性，高效率性。為了提高振動監控的準確性，還有幾個關鍵性因素：確定監測對象、方向、位置、周期與效率。當這種振動監測診斷技術真正應用到車載控制器設備時，可解決其相應故障類型中的大部分問題，有效可靠的診斷分析監測工作延長了設備的使用年限，效率是顯而易見的，推廣是大勢所趨。

圖1中不難看出，A點意味著設備的功能已經處在非常嚴重的狀態，逐步發展到識別潛在故障的程度。例如，設備上有的小裂縫，設備的連接很可能是開放運動的，連接處有明顯的磨損腐蝕等。B點則是表示設備內部的潛在失效很可能發展成為功能上的失效，即設備已失效。從A點到B點的時間間隙是從潛在故障顯露出來到真正達到功能故障問題的轉移時間。設備之間的遷移時間間隔從幾秒到幾年都有，相差還是比較大的。比如，突然的故障可能導致遷移時間很短。故障過渡的時間越長，人們就有越多的時間來控制且預防設備功能故障的發生。因此，必須不斷尋找潛在失效的準確物理參數，花更長的時間采用新的預防技術，從而來避免設備功能失效。

2.2機械性故障的特點分析

當我們考慮到機械故障同腐蝕、磨損等外部因素密不可分時，按照設備機械故障出現的規律來分析，主要有以下4種情況和特點。

（1）故障的可能性

設備在使用期間會出現各種損傷，損失，磨損，消耗。磨損預制構件的結構參數也會相應地發生著巨大的變化。然而，當損壞程度達到不可控程度時，即數值超過了零散預制構件結構參數的允許值和警戒值時，設備將會有失去掌控和失去效果的可能。好在市面上一般的列控設備需要花很長一段時間才能從初始狀態下的潛在故障發展為真正的功能故障。技術工作人員可以采用合適而恰當的方式與措施在一定程度內大大的減輕或者是消除潛在的故障問題，從而起到大大推遲功能故障到達時間的作用，來延長設備的使用壽命年限。

（2）故障屬性的不可逆性

機械式的腐蝕和磨損、疲勞和老化的過程往往是伴隨著質量的增減而增減，隨著能量的變化而變化，常常呈正比關系。這些熟悉而熟知的過程都有共同的特點，即不可逆性。設備在出了故障之后無論如何維修如何維護都無法使產品達到出廠前狀態的水平，這是必然的事實且無法改變。

（3）故障原因的徘徊不定性

設備在使用中會受到外部復雜多樣的環境條件的影響，設備的狀態往往是不定且隨機呈現。此外，由于各種設備的制備，即使用的材料，制造的過程不盡相同，設備的各種極值同樣存在不同的分布情況，比如，相同的設備，它們的使用狀態不會因為制造過程的相同而會有所不同，而是被其存在的周圍環境條件所影響，在復雜多變的環境中往往呈現多樣的狀況。因此，在相同的故障判斷標準之下，會存在因為參數因為環境的變化而變化的狀況使設備存在特定程度上的不確定性。

（4）故障的進行性

儀器設備的磨損不可避免逐漸發生，其中的結構參數在進行小幅度的變化，設備的性能也逐漸惡化。設備使用時間越長，發生故障的概率就會越高，即發生故障的概率會與設備的使用時間在數據關系上成正比。設備機械故障這一時間特性是預防性維護的理論基礎之一。

3、設備振動監測工作的幾點休會

3.1選擇適合的振動監測設備

根據設備的重要程度劃分等級，不同設備的檢測設備不盡相同。我們需要選擇適合的振動監測設備，可以到達使用最少的費用來達到良好的監測效果，效率得到大幅度的提升。

按照設備的復雜程度可以大致分為以下三種類別。

（1）簡易的測振設備

使用方法是在特定的有效范圍內對儀器進行振動測量，而后進行評級分類。把測量數據與使用標準值對比研究的一種類別。

（2）周期性的振動狀態監測設備

指對機器定期進行振動監測。

（3）永久性的設備振動監測系統

用在十分重要的儀器設備，通過實時收集不同方向上的信號的方式，效率為每毫秒采集此次數據結果，把收集來的數據與原先規定且限制好的振動幅度參數進行一一研究對比，一旦超出了警戒值，輸出開關的信號會自動觸發報警器，監測員第一時間收到設備故障信息，迅速聯系維修人員，維修人員也可瞬間得知設備問題故障所在，縮短了尋問題的時間，掌握了故障信息，便能夠及時采取應對的方法，從而將損失降至最低。達到低費用高效率的方式。

評估設備是否需要用到永久性的儀器振動監測會要考慮如下幾種條件，當滿足任一條件就可以選擇使用該系統了：（1）是否為關鍵且足夠重要的設備;（2）儀器的暫停運行會對經濟造成巨大不可逆損失的;（3）設備在損壞后的維修維護費用很大;（4）監測系統費用支出綽綽有余。

3.2重要的儀器采用頻譜圖報警的方法能夠確保儀器的正常使用

頻譜圖報警器往往分為兩種，分別是寬頻譜報警器和窄頻譜報警器。寬頻譜報警是選擇設備正常狀態的頻譜圖作為參考頻譜，將實時的動態頻譜與參考頻譜及時比較，預防故障的發生。同時，我們會在整個監測頻段上設置數條報警線，預防一些譜線出故障超過報警線，一旦超過報警線，報警機器自動報警，及時止損。接下來時窄頻譜報警器的工作原理介紹，窄頻譜報警的報警線只針對特定的譜線，往往是設備的變頻或倍頻或者預制構件的故障效率或倍頻。同樣，和寬頻譜報警器相同的是，一些譜線超過了預設的報警線，設備就會立即自動報警，向外界發送信號。頻譜圖報警的方法能夠在一定程度上確保儀器安全的運行而不是屢次出故障，預防因為設備故障沒有能夠及時被發現而導致的惡化情況。

3.3關于振動監測最關鍵的基礎步驟是建立檔案

平時中建立相關儀器振動監測的檔案是一種比較重要的日常性工作項目，檔案內容主要包括以下幾項最主要的內容：

（1）提供監測設備相關清單;

（2）為確定振動監測點而監測設備的主要結構圖;

（3）監測數據內容和分析與處理記錄;

（4）設備故障相關記錄;

（5）設備檢查相關記錄。

3.4設備檢測狀態、工作時需要注意的事項

為確保實驗數據的比較性，務必遵守以下幾條注意事項：

（1）設備不變化;

（2）儀器各項參數保持不變;

（3）保證測量的方向，地點不變化;

（4）儀器的狀態異同時不變化。

3.5儀器狀態監管人員所必需的專業素養

儀器狀態檢測人員也是設備日常維護維修中的關鍵一環，他們必須要有專業的知識與技能，在機器故障時刻能夠化險為夷，通常包儀器狀態實時監測，故障的判斷與分析，需要掌握一些關于紅外熱分析的技能。檢測人員對儀器的評估檢查與分析大幅度提高機器的使用年限。

4、車載控制器故障處理辦法

當發現車載設備出現故障時，需要登上列車采集車載控制器的告警通知，對比列車自動監控子系統的報警內容，迅速判斷出問題點出在何處，當發現這類問題，需要采取必要的辦法。

首先是關閉再啟用列車控制器設備，仔細查看車載控制器設備的板卡上LED燈的顯示狀態和繼電器的運行狀態，在此期間若設備無法再次啟動，注意隨時記載司機顯示屏上顯示的故障信息提示，使列車緩慢回至維修區域進行檢修;若設備能夠重新啟用，并且還能夠通過2個在鐵軌上的應答器，那么就需要反復測試列車在試車線或者正線上再次進入系統中，確定地點，與地面的區域控制器建立通信。假若列車能夠與區域控制器保持通信，則立即嘗試倆種模式，一種是ATPM模式，還有一種是ATO模式，若不能成功，則讓列車駛回維修區進行維護。若設備本身不能夠正常運行，則應該駛回維修區進行維修維護，一定要保證設備故障得到維修的同時還順利通過所有測試的情況下才能夠重新投入運營。

5、結束語

監測人員對設備、儀器的日常維護監控都對設備起到了巨大的作用，其效果也是顯著的，能夠做到設備故障維修的及時性，精確性，高效率性。為了提高振動監控的準確性，還有幾個關鍵性因素：確定監測對象、方向、位置、周期與效率。當這種振動監測診斷技術真正應用到車載控制器設備時，可解決其相應故障類型中的大部分問題，有效可靠的診斷分析監測工作延長了設備的使用年限，效率是顯而易見的，推廣是大勢所趨。

參? 考? 文? 獻

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