鐵路機車故障診斷及預警系統的研究

楊利國

（西山煤電集團公司鐵路公司，山西 太原 030053）

引言

隨著以高速鐵路機車為代表的鐵路運輸工具的不斷發展，其運行時的安全性越來越受關注。目前的鐵路機車普遍配置有簡單的故障自檢系統，但該系統存在著數據庫資源不足、系統開放性差、無法將故障及時反饋到區域和全國監控中心的缺陷，故障監測效率和實時性差，難以滿足高速鐵路機車故障診斷實時性和高效性的需求。而一種新的鐵路機車故障診斷和預警系統，就是從鐵路機車的關鍵部件入手，在不同位置設置高精度的監測傳感器，對列車的運行狀態進行實時監測和信息反饋，通過建立車載5G高速通信體系實現和區域/全國監測中心的互聯互通，滿足了機車故障自動診斷、故障異常及時告警、故障數據實時傳輸的控制需求，通過建立專家判別庫可實現故障的自動分析和定位，對于提升鐵路機車運行安全性具有十分重要的意義。

1 故障診斷及預警系統結構

根據高速列車的運動控制狀態，本文所分析的故障診斷與預警系統包括被動故障診斷系統和主動故障診斷系統兩大塊。被動故障診斷是從機車自身的控制系統內獲取故障信號和故障代碼，然后利用獲取的故障信息作為故障檢測時的判斷依據，實現對故障的判斷和定位，該類型的故障判斷主要是對電子控制系統的故障診斷。主動故障診斷是在列車重點監測部位設置高精度傳感器設備，主動對列車的控制信號、運行振動信號、溫度傳感器信號等進行分析，確定列車運行狀態，自動對異常信號進行標定[1]。

如圖1所示，當列車運行時通過主動和被動故障診斷系統實現對列車運行狀態的信息采集，并對監測信息進行提取分析，利用信號、數據處理+數據融合+人工智能的方式對列車運行狀態信息進行判斷，獲取列車各狀態監測參數，對異常信息進行實時故障報警，然后通過車載5G高速通信體系將故障信息傳輸到區域/全國監測中心，用于實現對各個列車運行狀態的實時監控。

圖1 故障診斷及預警系統結構

系統可對監測發現的列車故障信號進行自動識別和轉換，將其存儲到故障數據庫內，用于進行故障模擬和分析。地面控制中心收到故障信號后自動對故障庫內的數據進行快速比對，對故障類別、故障處理方案進行確認，然后將數據快速傳輸到故障列車進行故障自動修復并將處理情況上報列車長，便于列車工作人員實時掌握故障處理情況，形成閉環控制，確保列車的運行安全性。

該機車故障診斷及預警系統的優點在于將主動診斷和被動診斷進行有機結合，同時通過5G高速數據系統將列車和地面控制中心集成一體，可實現對故障的準確判斷和自動定位。

2 故障診斷及預警系統的故障診斷專家庫系統結構

鐵路機車整體結構龐大、監測數據量非常大，因此對數據分析處理的速度和對異常信號識別的準確性就直接決定了系統的運行可靠性[2]。該機車故障診斷及預警系統的故障診斷專家庫系統（見下頁圖2），通過專家庫實現對數據的快速異常識別，可提高對數據分析的效率和準確性。

圖2 機車故障庫系統

由圖2可知，該機車故障庫系統主要包括知識庫、執行機構庫、解釋機構庫等。知識庫是該專家故障庫的核心，用于存儲故障信息以及不斷提高故障庫數據信息存儲的豐富度[3]。執行機構庫的主要作用是按一定的搜索邏輯對數據信息進行快速搜索和比對，對故障現象進行快速分析并確定故障原因。接收機構庫的主要作用則是，在當前故障無法在數據庫內匹配到對應信息時，按一定邏輯給出故障預判，然后將信息發送給值班專家確認，待專家確認后進行故障定義并存儲到數據庫內，從而不斷豐富數據庫內容，提高數據分析準確性和匹配度[4]。

3 故障診斷及預警系統的應用效果

通過實踐應用（見圖3）表明，系統監測界面能夠對運行中列車的故障狀態進行實時監控，技術人員可以對任何一輛列車的運行狀態進行實時監測，同時能夠對列車的運行位置進行定位，便于根據故障情況決定列車是進行就近維護還是返回維修基地進行專業維護，有效提升了列車運行的安全性和經濟性。根據實際監測表明，該故障診斷及預警系統能夠將機車運行故障率降低93.1%，對提升機車運行安全和穩定具有十分重要的意義。

圖3 故障診斷及預警系統應用界面

4 結論

1）該機車故障診斷及預警系統的優點在于將主動診斷和被動診斷進行有機結合，同時通過5G高速數據系統將列車和地面控制中心集成一體，實現了對故障的準確判斷和自動定位。

2）該機車故障診斷及預警系統的故障診斷專家庫系統，能夠實現對數據的快速異常識別，提高對數據分析的效率和準確性，提升故障診斷體系的應用效果。

3）該機車故障診斷及預警系統的應用，能夠將機車運行故障率降低93.1%。