楊利國

（西山煤電集團公司鐵路公司， 山西 太原 030053）

引言

隨著我國高速鐵路技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)在的鐵路機車均朝著高速化、重載化的方向發(fā)展，對機車的運行安全也提出了更高的要求。鐵路機車在長期高負荷運轉(zhuǎn)下極易出現(xiàn)設(shè)備故障，目前對機車故障的診斷主要采用人工定期檢修及車載故障巡檢系統(tǒng)的方式，但人工檢修周期長、效率低，無法發(fā)現(xiàn)突發(fā)的故障。車載故障巡檢系統(tǒng)則無法實施在線監(jiān)測和數(shù)據(jù)包升級，只能到地面檢修中心后通過數(shù)據(jù)接口和分析系統(tǒng)相連接，無法滿足故障排查的及時性。因此，提出了一種新的鐵路機車設(shè)備故障診斷系統(tǒng)，以嵌入式的車載數(shù)據(jù)診斷系統(tǒng)為基礎(chǔ)，利用高速無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)和大數(shù)據(jù)中心的互聯(lián)互通。在工作時系統(tǒng)能夠?qū)崟r對列車設(shè)備和系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)狀態(tài)進行檢測，對異常數(shù)據(jù)進行抓取、報警和故障分析，并將分析結(jié)果實時傳送到地面數(shù)據(jù)中心，從而快速確定故障類型、解決方案，同時還能夠有效地獲取地面數(shù)據(jù)中心的遠程在線診斷和故障修復，從而極大地提升了鐵路機車運行的安全性和穩(wěn)定性。

1 設(shè)備故障診斷系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

結(jié)合鐵路機車設(shè)備故障診斷系統(tǒng)的實際需求，本文所提出的故障診斷系統(tǒng)主要包括了地面控制中心、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)和嵌入式的車載故障診斷系統(tǒng)，其整體結(jié)構(gòu)如圖1 所示[1]。

圖1 機車設(shè)備故障診斷系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

在該系統(tǒng)中，地面控制中心主要包含了一個故障數(shù)據(jù)庫和監(jiān)測終端，用于顯示列車的運行狀態(tài)情況，同時能夠通過監(jiān)測終端向列車發(fā)出控制指令，進行遠程的操作和故障排除。數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)主要采用了無線數(shù)據(jù)傳輸，在鐵路沿線設(shè)置有多個無線信號增強站，從而保證列車在運行全過程中數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。嵌入式的車載故障診斷系統(tǒng)主要用于對列車設(shè)備運行狀態(tài)和控制系統(tǒng)的控制情況進行實時監(jiān)測，對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析，快速識別出異常信號并將數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)降孛婵刂浦行摹?/p>

2 地面控制中心

地面控制中心是整個故障診斷系統(tǒng)的核心，以故障診斷專家系統(tǒng)為基礎(chǔ)，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)信息存儲、故障信號識別、報警、遠程故障排除等，地面控制中心的故障診斷專家系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如下頁圖2 所示[2]。由該專家系統(tǒng)的整體構(gòu)成結(jié)構(gòu)可知，數(shù)據(jù)分析處理模塊首先從數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)上獲取列車的監(jiān)測異常數(shù)據(jù)，然后對數(shù)據(jù)進行分析，由故障診斷模塊從故障歷史庫內(nèi)進行故障類型匹配，快速地確定故障類別和處理措施，然后將分析結(jié)果顯示在數(shù)據(jù)終端上。若無法匹配到數(shù)據(jù)庫內(nèi)的故障類型，則系統(tǒng)啟動專家經(jīng)驗判斷系統(tǒng)，進行故障診斷，然后將其加入到故障庫，實現(xiàn)對故障庫的不斷補充，提升故障判別的速度和準確性。數(shù)據(jù)存儲庫則主要對所有的數(shù)據(jù)信息進行分類存儲，便于后續(xù)的排查和完善，同時還可以利用該異常數(shù)據(jù)庫制定列車維護保養(yǎng)計劃，提高維護保養(yǎng)效率和有效性。

圖2 采煤機遠程自動控制原理圖

3 數(shù)據(jù)傳輸及嵌入式故障診斷系統(tǒng)

數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的穩(wěn)定性直接關(guān)系到該故障診斷系統(tǒng)能否正常運行，由于列車經(jīng)常會在山區(qū)、隧道內(nèi)運行，因此數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的重點在于保障數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪B續(xù)性、穩(wěn)定性和抗干擾性。結(jié)合該列車故障診斷系統(tǒng)的實際情況，該數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖3所示[3]。

圖3 數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

在數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中涉及到GSM 無線傳輸網(wǎng)絡(luò)、鐵路廣域網(wǎng)絡(luò)、鐵路系統(tǒng)內(nèi)網(wǎng)數(shù)據(jù)服務(wù)器等，中間涉及到多種類別的數(shù)據(jù)傳輸和信號轉(zhuǎn)換，因此所有數(shù)據(jù)通信接口均需要采用標準的協(xié)議，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性。為了減少數(shù)據(jù)傳輸過程中的轉(zhuǎn)換，可以利用全國高速鐵路通信網(wǎng)將各區(qū)段數(shù)據(jù)中心、全國數(shù)據(jù)中心和各路段數(shù)據(jù)中心進行互聯(lián)互通，實現(xiàn)數(shù)據(jù)內(nèi)部信息的共享，從而保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目焖傩院捅憬菪?，也減少了在通信網(wǎng)絡(luò)改造過程中的費用，提升了數(shù)據(jù)傳輸經(jīng)濟性和可靠性。

嵌入式的車載故障診斷系統(tǒng)實際上是一個縮小的故障數(shù)據(jù)庫，主要存儲該列車的所有運行信息，主要包括數(shù)據(jù)監(jiān)測裝置、無線傳輸系統(tǒng)等，整體結(jié)構(gòu)如圖 4 所示[4]。

圖4 嵌入式車載故障診斷系統(tǒng)

在運行過程中首先由車載綜合信息監(jiān)測裝置、列車運行監(jiān)控裝置、機車安全信息綜合監(jiān)測裝訂共同對機車的運行狀態(tài)信息進行監(jiān)測，然后將監(jiān)測的數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)叫畔⒉杉K內(nèi)，完成數(shù)據(jù)信息的的分析，最后將分析結(jié)果通過WLAN/GPIS 二合一天線發(fā)送到地面控制中心，同時系統(tǒng)能夠自動接收從地面控制中心傳輸過來的控制指令，通過數(shù)據(jù)解析后將其傳輸給對應(yīng)的設(shè)備，完成調(diào)整，滿足遠程監(jiān)測和控制的要求。

通過對該系統(tǒng)運行情況的實際監(jiān)測，自投入運行后，能夠?qū)崿F(xiàn)對列車運行狀態(tài)的實時監(jiān)測，出現(xiàn)故障后能夠進行自動判別和處理，可以將故障率降低99.6%以上，顯著提升列車運行的安全性。

4 結(jié)論

1）機車設(shè)備故障診斷系統(tǒng)主要包括了地面控制中心、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)和嵌入式的車載故障診斷系統(tǒng)三個部分。

2）該故障診斷系統(tǒng)，能夠從故障歷史庫內(nèi)進行故障類型匹配，快速地確定故障類別和處理措施，同時還可以利用該異常數(shù)據(jù)庫制定列車維護保養(yǎng)計劃，提高維護保養(yǎng)效率和有效性。

3）數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的重點在于保障數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪B續(xù)性、穩(wěn)定性和抗干擾性。

4）該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對列車運行狀態(tài)的實時監(jiān)測，出現(xiàn)故障后能夠進行自動判別和處理，可以將故障率降低99.6%以上，顯著提升列車運行的安全性。