城市地铁故障诊断研究

李振华

南京地铁运营有限责任公司江苏南京210012

摘要：随着城市人口持续增长和经济的不断繁荣，我国越来越重视和发展城市轨道交通系统。就目前来讲，我国已经基本掌握了地铁列车牵引系统的核心技术，相信在不久的将来，我国的相关技术会更上一层楼。

关键词：地铁车辆、诊断技术

一、国内外轨道交通故障诊断技术研究现状

1、国外轨道交通故障诊断技术研究现状

想要研究地铁车辆的故障诊断技术，首先就要对国内外高速列车、地铁列车的故障诊断技术进行研究。

纵观国外的高速列车，为了实现对整个机车的综合诊断，大多数都配备有相应的机车故障诊断系统。1984年前后，在北美铁路中，电传动内燃机车故障检测系统就已经被GM公司开发了。这几年，基于商业无线通讯网络的机车远程监测诊断系统也被其公司电力驱动分部开发了，这种系统对于机车的状态信息利用车载监测装置测量记录，将数据通过无线网络发送到电力驱动分部的机车管理中心，然后专家对机车状态做出判断利用发送回来的数据进行分析，发现故障并未检修做好准备。这种系统使机车运行状态的数据实时性增强，提高了运输安全性，并能及时发现及排除故障，还可以为检修缩短停时，机车的实际利用率和可用性大大提高。

2、国内轨道交通故障诊断技术研究现状

我国在20世纪80年代，在铁道部运输局装备部宏观指导与积极推动下，联合各高等学校和科研所等在铁路局、机务段和车辆段的配合下，积极开展了诊断技术在机车车辆上的应用工作，对诊断技术进行研究、开发和应用，并取得了很大进展，同时也取得了明显的经济效益。轴温检测、振动检测等诊断技术，目前，在我国已经发展的比较成熟，对列车的提速运用了运行状态监控记录装置，为安全保障起到了很大的作用。在一些主流电力机车中，均已配备有机车状态显示系统和列车运行监控记录装置，比如SS4G型、SS8型、SS9型等，同时，具有简单的在线故障诊断功能，其对机车运行状态和线路的信号可以被显示出来。但是，司机操作监控和机车状态显示仍是主要功能。发生一些简单的故障时只能进行故障提示，不具备故障分析功能，即使其具有简单的在线故障诊断功能，并且其也不能给出合理的故障处理方法。纵观世界铁路机车车辆及地铁车辆的监测诊断技术发展现状，其主要特点如下:

（1）在对地铁车辆的故障诊断时，其诊断装置主要分为便携式诊断设备、地面故障检测诊断设备、道旁监测诊断、车载和设备四大类。经过多年的应用开发，我国的便携式和地面诊断设备积累了一定的经验，并且取得了很大的进步。但是与国外还有一定差距，对于车载的诊断设备，以我国现在的技术，对故障早期诊断、及时处理等方面还有一定的局限性。

（2）对所有重要部件和子系统的监测和诊断，车载诊断系统故障诊断装置还完全达不到，地面诊断系统只能针对单一的子部件或子系统进行故障诊断，

（3）现有地铁车辆缺乏监控中心与集地面、车载为一体的远程诊断和网络化监测的综合系统。

（4）只具有简单的应急操作指导与报警的功能，对可能导致的隐患故障以及发生的故障之间因果关系都没有实现。

（5）地铁车辆的故障诊断核心技术我国还没有掌握，仍被掌握在国外车辆供应商手中。

二、地铁车辆牵引系统故障诊断系统总体设计

随着乘客出行量不断增加和城市轨道交通线路里程，运营安全保障模式、网络运营效率要求也不断提高，这就需要有庞大的运营车辆支撑。如果发生故障，就要把地铁开进车辆段进行修护，这样运营的效率就降低了。地铁车辆由于一般分布在广阔的地域范围内而沿着轨道运动，是一种复杂的典型的系统。其在运行过程中对安全所检测的信息一般比较分散，并且只有司机使用，不能传递给地面中心，缺乏车辆综合安全状态复合检测、故障实时智能诊断等综合系统。随着地铁车辆设备技术含量不断提高，同时，设备的维护的难度也在增大，在技术人员很少的情况下，很多设备就需要制造公司的技术支持，掌握在车辆段维修人员手中的技术都不是核心技术，况且维修成本昂贵。车辆发生故障时，为了能使地铁列车及车辆维修中心获取维护诊断信息的及时性，同时为了达到故障数据及时车地传输、远程故障诊断的目的，故障诊断系统体系结构按监控中心、网络传输层、车载设备层及维修中心层层为一体配置，整个大系统可以分为监控中心级分系统、车辆段分系统以及车载级分系统三个功能分系统.

（1）监控中心级分系统主要完成与现有监控设备的集成，从整体来分析发生故障的影响因素，为进行应急处理提供决策支持，用以进行全局车辆的故障诊断及影响评估。

（2）车辆段分系统主要实现属于本车辆段维修车辆的关键设备的故障隐患推演、实时监控、维修的组织以及故障诊断及影响评估等工作。车载级分系统可以通过接入Internet结合车地无线通讯网络，将传输至车辆段的实时故障信息进行诊断。

（3）车载级分系统主要完成各车厢的制动系统、智能控制、车门系统、牵引系统等关键设备的状态监测、故障报警以及应急处理等任务进行监控。

三、地铁车辆牵引系统故障诊断专家系统设计

牵引系统故障诊断专家系统是在长期积累、实践、摸索出的经验知识、科研成果与计算机技术结合起来建立的集地铁车辆牵引系统在线智能故障预处理、故障隔离、故障处理、故障预报及故障定位于一体的地铁车辆故障诊断体系，为以后的维修做好技术决策支持，系统具体实现的目标功能如下：

(1)开发一套基于混合推理的故障诊断技术，模块化、图形化、组件化的软件系统，并在典型轨道交通关键装备上得到应用。

(2)针对某些特殊故障链存在的多种不确定性，建立故障诊断模型;

(3)通过上述研究并结合计算机技术建立地铁车辆牵引系统故障诊断专家系统;

(4)分析故障诊断相关知识，总结积累专家诊断思维，因果图模型库和故障模式库等专家系统知识库、建立地铁车辆牵引系统故障诊断系统的故障征兆库;

四、地铁车辆牵引系统故障诊断系统的实现

1、用户权限管理与系统管理

根据诊断系统在不同级别的使用对象不同这个特点，用户权限也不同。

2、征兆获取模块

因地铁车辆控制诊断系统中最主要的功能应该是控制，诊断是列车的辅助手段，同时，为了诊断功能的需要而增加大量辅助接点或传感器，征兆获取是对话诊断的前提，地铁列车的故障诊断相结合的方式定位在人机交互对话诊断与自动诊断。

3、知识查询与管理

普通用户与高级用户、管理员三种系统用户。普通用户进行相应的诊断操作，可以浏览知识库，但不能对知识库做任何改动。高级用户可以根据实际经验对新获得的知识进行修改、添加及删除等操作。其中管理员权限范围最大，他不但拥有高级用户的权限，可以查询知识库中的内容，还可以制定其他用户的权限。

4、规则诊断

结合混合推理方法，根据知识库建立的诊断规则，得出有可信度的结论，并按可信度排列从大到小。如果诊断结果满意，则诊断结束;否则，为了进行更详细的诊断，就需要进行人机交互对话诊断。

5、因果图诊断

因果图诊断利用因果图模型进行诊断。主要包括确定基本事件、因果图模型的建立及推理计算、连接事件的概率等模块。

结语

由于地铁车辆结构复杂、组成部件繁多，检测参数多，使得发生的故障类型也繁多复杂，各种突发故障、交叉故障、组合故障以及链式故障占了很大的比例。并且产生同一故障现象的原因也可能多种多样，因此故障诊断及维修较为困难。

参考文献：

[1]刘海涛.地铁车辆用DC1500VIGBT牵引逆变器[J].机车电传动，2008年9月，第5期.

[2]王宏川.因果图推理及其应用研究[D].重庆:重庆大学硕士学位论文.2002,5.