冀云 高興華 郭鳳媛

摘 要：給出了某城市地鐵列車走行部在線檢測系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)方案，包括系統(tǒng)架構(gòu)及組成、測點(diǎn)配置方案，介紹了系統(tǒng)與列車的關(guān)鍵數(shù)據(jù)接口，最后給出了地面專家分析系統(tǒng)的具體實(shí)施方案。

關(guān)鍵詞：走行部在線檢測系統(tǒng);集成設(shè)計(jì);測點(diǎn)配置;專家分析

1 引言

走行部在線檢測系統(tǒng)是以城軌運(yùn)營維護(hù)的信息化、智能化為目標(biāo)，為城軌運(yùn)營單位提供在途運(yùn)營列車狀態(tài)信息綜合接入與檢測、安全狀態(tài)檢測預(yù)警、隱患挖掘、網(wǎng)絡(luò)化維保等服務(wù)和支持。本文介紹地鐵車輛走行部在線檢測系統(tǒng)技術(shù)方案，主要描述系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)及主要設(shè)備規(guī)格參數(shù)等，指導(dǎo)地鐵列車走行部在線檢測系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)工作。

2 系統(tǒng)架構(gòu)及組成

走行部在線檢測系統(tǒng)是對列車走行部關(guān)鍵部件進(jìn)行故障診斷、預(yù)測與健康管理的系統(tǒng)。走行部在線檢測系統(tǒng)由車載診斷儀主/從機(jī)、前置處理器、復(fù)合傳感器等部件組成。車載診斷儀主機(jī)通過MVB或以太網(wǎng)總線（以下簡稱網(wǎng)絡(luò)總線）將走行部監(jiān)測信息傳送給列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)（以下簡稱TCMS）[1]，由TCMS進(jìn)行存儲和報(bào)警;同時，通過車地傳輸系統(tǒng)將車輛狀態(tài)特征數(shù)據(jù)和實(shí)時故障診斷信息發(fā)送到地面專家分析系統(tǒng)，準(zhǔn)確的指導(dǎo)車輛運(yùn)用和維修。

2.1 車載診斷儀主、從機(jī)

車載診斷儀主、從機(jī)采集原始數(shù)據(jù)包括：振動原始數(shù)據(jù)、沖擊原始數(shù)據(jù)、溫度原始數(shù)據(jù)、實(shí)時時間、設(shè)備號、通道號等。經(jīng)網(wǎng)絡(luò)總線與列車TCMS系統(tǒng)連接，將報(bào)警信息和設(shè)備自身狀態(tài)信息傳輸給TCMS。

2.2 前置處理器

前置處理器安裝于車下設(shè)備艙里面，每個前置處理器可接多路復(fù)合傳感器，它是實(shí)現(xiàn)所轄測點(diǎn)的傳感器網(wǎng)絡(luò)管理、完成信號的預(yù)處理或數(shù)據(jù)采集，并與車載診斷儀交互通信的部件，主要負(fù)責(zé)將傳感器網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臏囟刃畔⑦M(jìn)行處理、采集、存儲;將傳感器網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)哪M（振動、沖擊）信息進(jìn)行信號切換與路由;將溫度信息和模擬信號通過總線傳輸?shù)杰囕d診斷儀，簡化裝車工程。

2.3 復(fù)合傳感器

復(fù)合傳感器是同時實(shí)現(xiàn)溫度、振動、沖擊等多個物理量的檢測、處理和傳輸?shù)囊惑w式受感部件，可通過單個安裝孔安裝在軸箱體、牽引電機(jī)和齒輪箱上。

3 測試點(diǎn)配置方案

走行部在線檢測系統(tǒng)主要針對軸承的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢測，測試點(diǎn)規(guī)劃為軸箱、齒輪箱、電機(jī)各設(shè)置一個復(fù)合傳感器，實(shí)現(xiàn)對檢測部件軸承、軌道狀態(tài)、踏面狀態(tài)的反饋、預(yù)測、判斷。具體的，安裝于不通過部件的符合傳感器實(shí)現(xiàn)的主要功能如下：

●軸箱復(fù)合傳感器，功能主要包括作為采集診斷的輔助參數(shù)的溫度、通過振動敏感元件獲取振動加速度樣本、通過故障沖擊診斷方式識別軸箱軸承故障、通過故障沖擊診斷方式識別車輪踏面故障等。

●電機(jī)復(fù)合傳感器，功能主要包括作為采集診斷的輔助參數(shù)的溫度、通過振動敏感元件獲取振動加速度樣本和通過故障沖擊診斷方式識別電機(jī)軸承故障等。

●齒輪箱符合傳感器，功能主要包括作為采集診斷的輔助參數(shù)的溫度、通過振動敏感元件獲取振動加速度樣本、通過故障沖擊診斷方式識別傳動齒輪故障和通過故障沖擊診斷方式識別小齒輪軸承故障等。

車載檢測系統(tǒng)測點(diǎn)布置示意圖如圖1所示。

4 數(shù)據(jù)接口

4.1 實(shí)時輸入數(shù)據(jù)

實(shí)時輸入數(shù)據(jù)是車輛的系統(tǒng)狀態(tài)和運(yùn)用信息，包括車速、有效載荷、車輛輪徑、累計(jì)里程、站點(diǎn)信息和時鐘，由TCMS通過網(wǎng)絡(luò)總線實(shí)時發(fā)送給走行部在線檢測系統(tǒng)。

4.2 實(shí)時輸出數(shù)據(jù)

走行部在線檢測系統(tǒng)實(shí)時輸出數(shù)據(jù)用于保障車輛的在線安全運(yùn)用，該數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)總線實(shí)時輸出給TCMS。實(shí)時輸出數(shù)據(jù)主要包括：

●狀態(tài)數(shù)據(jù)：各軸溫度信息的傳輸。

●故障數(shù)據(jù)：車輛運(yùn)行過程主機(jī)、分機(jī)判斷的走行部報(bào)警和故障信息，包括軸承報(bào)警、齒輪報(bào)警、踏面報(bào)警、溫升預(yù)警、傳感器故障、前置處理器故障和診斷儀故障等，實(shí)時傳輸?shù)絋CMS并通過顯示屏進(jìn)行報(bào)警提示。

4.3 離線數(shù)據(jù)

走行部在線檢測系統(tǒng)離線數(shù)據(jù)是走行部、軌道的單日故障趨勢，需要定期轉(zhuǎn)儲到地鐵車輛段的地面專家系統(tǒng)中，用于地面專家系統(tǒng)離線分析。

5 地面專家分析系統(tǒng)

系統(tǒng)通過車載無線傳輸系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵數(shù)據(jù)的實(shí)時落地，對于離線數(shù)據(jù)可通過地面WLAN通道在到站或回庫后進(jìn)行自動下載。

地面專家分析系統(tǒng)設(shè)置服務(wù)器等硬件設(shè)備，地面專家分析系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)對車輛的實(shí)時監(jiān)控以及軸部件的趨勢分析，指導(dǎo)計(jì)劃修到狀態(tài)修的轉(zhuǎn)變。地面專家分析系統(tǒng)軟件主要分為車輪分析模塊、軸箱分析模塊、齒輪箱分析模塊、電機(jī)分析模塊、軸溫分析模塊、脫軌分析模塊等功能模塊，除了基礎(chǔ)功能模塊，每個分析模塊又包括故障診斷、數(shù)據(jù)對比以及智能分析功能。

地面專家分析系統(tǒng)能自動地對“車載實(shí)時數(shù)據(jù)、地面服務(wù)器中存儲的歷史數(shù)據(jù)、地面服務(wù)器中存儲的案例數(shù)據(jù)”三類數(shù)據(jù)進(jìn)行故障推理和機(jī)理診斷，對隱患進(jìn)行危害程度辨識，實(shí)現(xiàn)走行部健康狀態(tài)評估，基于對故障的預(yù)測和維修時機(jī)的預(yù)判，形成主動運(yùn)維決策指令并發(fā)送至車輛維護(hù)支持應(yīng)用服務(wù)器，準(zhǔn)確指導(dǎo)車輛運(yùn)用維修[2]。

車輛維修作業(yè)完成后，作業(yè)人員將維修情況錄入配套客戶端，配套客戶端將維修情況同步至車輛維護(hù)支持應(yīng)用服務(wù)器，由車輛維護(hù)支持應(yīng)用服務(wù)器將維修信息傳輸至主動運(yùn)維決策系統(tǒng)，形成車輛故障維修閉環(huán)。

另外，通過走行部地面專家分析系統(tǒng)對軌道波磨的波長、波深、沖擊加速度等參量的狀態(tài)分析，智能診斷軌道波磨病害狀態(tài)，為軌道的打磨計(jì)劃提供數(shù)據(jù)支撐。

6 總結(jié)

本文給出了某城市地鐵列車走行部在線檢測系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)方案，詳細(xì)介紹了系統(tǒng)架構(gòu)、組成、測點(diǎn)配置方案等，可為研發(fā)設(shè)計(jì)人員提供參考。

參考文獻(xiàn)：

[1] 中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.牽引電氣設(shè)備 列車總線第1部分：列車通信網(wǎng)絡(luò)GB/T 28029.1-2011 [S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2012.

[2] 徐燕芬，趙婧，姜仕軍.下一代地鐵列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的研制[J]，鐵道車輛，2017，55（7）：27-31.

作者簡介：

冀云（1984.07—），男，漢族，河北省邯鄲市，中車唐山機(jī)車車輛有限公司，碩士研究生，列車電氣控制集成技術(shù)。

項(xiàng)目支持：軌道車輛智能化運(yùn)行控制系統(tǒng)研究項(xiàng)目（項(xiàng)目編號：19210803D），河北省省級科技計(jì)劃資助。