鐵路機車故障診斷及預(yù)警系統(tǒng)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(fā)展，其運行時的安全性越來越受關(guān)注。目前的鐵路機車普遍配置有簡單的故障自檢系統(tǒng)，但該系統(tǒng)存在著數(shù)據(jù)庫資源不足、系統(tǒng)開放性差、無法將故障及時反饋到區(qū)域和全國監(jiān)控中心的缺陷，故障監(jiān)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(yù)警系統(tǒng)，就是從鐵路機車的關(guān)鍵部件入手，在不同位置設(shè)置高精度的監(jiān)測傳感器，對列車的運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測和信息反饋，通過建立車載5G高速通信體系實現(xiàn)和區(qū)域/全國監(jiān)測中心的互聯(lián)互通，滿足了機車故障自動診斷、故障異常及時告警、故障數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)目刂菩枨螅ㄟ^建立專家判別庫可實現(xiàn)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(yù)警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

根據(jù)高速列車的運動控制狀態(tài)，本文所分析的故障診斷與預(yù)警系統(tǒng)包括被動故障診斷系統(tǒng)和主動故障診斷系統(tǒng)兩大塊。被動故障診斷是從機車自身的控制系統(tǒng)內(nèi)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(jù)，實現(xiàn)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(tǒng)的故障診斷。主動故障診斷是在列車重點監(jiān)測部位設(shè)置高精度傳感器設(shè)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(tài)，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(tǒng)實現(xiàn)對列車運行狀態(tài)的信息采集，并對監(jiān)測信息進行提取分析，利用信號、數(shù)據(jù)處理+數(shù)據(jù)融合+人工智能的方式對列車運行狀態(tài)信息進行判斷，獲取列車各狀態(tài)監(jiān)測參數(shù)，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?shù)絽^(qū)域/全國監(jiān)測中心，用于實現(xiàn)對各個列車運行狀態(tài)的實時監(jiān)控。

圖1 故障診斷及預(yù)警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)可對監(jiān)測發(fā)現(xiàn)的列車故障信號進行自動識別和轉(zhuǎn)換，將其存儲到故障數(shù)據(jù)庫內(nèi)，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(nèi)的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)快速傳輸?shù)焦收狭熊囘M行故障自動修復(fù)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(huán)控制，確保列車的運行安全性。

該機車故障診斷及預(yù)警系統(tǒng)的優(yōu)點在于將主動診斷和被動診斷進行有機結(jié)合，同時通過5G高速數(shù)據(jù)系統(tǒng)將列車和地面控制中心集成一體，可實現(xiàn)對故障的準確判斷和自動定位。

2 故障診斷及預(yù)警系統(tǒng)的故障診斷專家?guī)煜到y(tǒng)結(jié)構(gòu)

鐵路機車整體結(jié)構(gòu)龐大、監(jiān)測數(shù)據(jù)量非常大，因此對數(shù)據(jù)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(tǒng)的運行可靠性[2]。該機車故障診斷及預(yù)警系統(tǒng)的故障診斷專家?guī)煜到y(tǒng)（見下頁圖2），通過專家?guī)鞂崿F(xiàn)對數(shù)據(jù)的快速異常識別，可提高對數(shù)據(jù)分析的效率和準確性。

圖2 機車故障庫系統(tǒng)

由圖2可知，該機車故障庫系統(tǒng)主要包括知識庫、執(zhí)行機構(gòu)庫、解釋機構(gòu)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(shù)據(jù)信息存儲的豐富度[3]。執(zhí)行機構(gòu)庫的主要作用是按一定的搜索邏輯對數(shù)據(jù)信息進行快速搜索和比對，對故障現(xiàn)象進行快速分析并確定故障原因。接收機構(gòu)庫的主要作用則是，在當前故障無法在數(shù)據(jù)庫內(nèi)匹配到對應(yīng)信息時，按一定邏輯給出故障預(yù)判，然后將信息發(fā)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(shù)據(jù)庫內(nèi)，從而不斷豐富數(shù)據(jù)庫內(nèi)容，提高數(shù)據(jù)分析準確性和匹配度[4]。

3 故障診斷及預(yù)警系統(tǒng)的應(yīng)用效果

通過實踐應(yīng)用（見圖3）表明，系統(tǒng)監(jiān)測界面能夠?qū)\行中列車的故障狀態(tài)進行實時監(jiān)控，技術(shù)人員可以對任何一輛列車的運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測，同時能夠?qū)α熊嚨倪\行位置進行定位，便于根據(jù)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(yè)維護，有效提升了列車運行的安全性和經(jīng)濟性。根據(jù)實際監(jiān)測表明，該故障診斷及預(yù)警系統(tǒng)能夠?qū)C車運行故障率降低93.1%，對提升機車運行安全和穩(wěn)定具有十分重要的意義。

圖3 故障診斷及預(yù)警系統(tǒng)應(yīng)用界面

4 結(jié)論

1）該機車故障診斷及預(yù)警系統(tǒng)的優(yōu)點在于將主動診斷和被動診斷進行有機結(jié)合，同時通過5G高速數(shù)據(jù)系統(tǒng)將列車和地面控制中心集成一體，實現(xiàn)了對故障的準確判斷和自動定位。

2）該機車故障診斷及預(yù)警系統(tǒng)的故障診斷專家?guī)煜到y(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對數(shù)據(jù)的快速異常識別，提高對數(shù)據(jù)分析的效率和準確性，提升故障診斷體系的應(yīng)用效果。

3）該機車故障診斷及預(yù)警系統(tǒng)的應(yīng)用，能夠?qū)C車運行故障率降低93.1%。