地鐵機電設備故障監測與智能診斷系統分析研究

陳劍斌

中交佛山投資發展有限公司 廣東省佛山市 528000

摘要：隨著中國軌道交通線路的不斷擴展和加密，站內機電設備狀態對地鐵運營影響日益加深。本文以地鐵機電設備故障監測與智能診斷系統為研究對象，簡要地闡述了針對地鐵機電設備建立該系統的作用與意義，分別對系統內部的采集層、分析層和評估層這三個基本工作層的邏輯架構以及維修中心級、機電工區級和設備現場級這三個工作級的結構設計進行了詳細地分析研究。希望能夠在文中為地鐵運營機電公司的維修人員們提供相關方面的理論參考與實踐幫助。

關鍵詞：地鐵機電；機電設備；故障監測；智能診斷

近幾年，中國國內各大城市都迎來了城市軌道交通的建設高峰。以首都北京為例，截止2015年，已經順利完成了國家“一二五”規劃中的發展要求。600km的地鐵線路上添置和安裝了大量的機電設備，光是安全屏蔽門就設有一萬多套。這就給地鐵運營機電公司的維修人員們增加了工作量和工作強度。為了提高運營維護的效率，需要建立起地鐵機電設備的故障監測與智能診斷系統。

一、建立故障監測與智能診斷系統的必要性

（一）創新發展軌道交通科技的要求

國家“一二五”的發展規劃明確提出，軌道交通裝備產業隸屬于裝備制造業中的高端產業，應該大力開發軌道交通裝備中的先進技術、節能經濟、環保科技和安全性能，推動智能化機電設備的協調創新與可持續發展。地鐵機電設備的故障監測與智能診斷系統，完全符合這一現代化建設的要求，對軌道交通科技的創新發展有著極為重要的意義和作用。

（二）高效管理地鐵線網的必然需要

自中共在十八大會議上，提出高效推動城市化建設的要求以后，各個城市都開始加密本地的地鐵線網。同時，大量機電設備投入使用，迫使地鐵運營機電設備公司不得不擴大現有的維修團隊，以滿足地鐵線網正常運營的實際需求。地鐵機電設備故障監測與智能診斷系統的建立，可以在現代化信息手段和技術的輔助之下，對現有的維修管理資源進行優化升級，可以快速診斷故障點，分析故障原因，節省排除故障時間，在提高維修團隊工作效率的同時，也避免了盲目投入人力資源的浪費現象。

（三）機電設備安全運行的基本保障

負責運輸地鐵站內乘客上下出入的電扶梯，是發生安全事故和機械故障最頻繁的機電設備。很多因電扶梯引起的大型事故，都是是由于固定零件和驅動鏈條等設備零件年久失修或故障失察而最終導致的。另外，安全屏蔽門機電設備中的安全回路、系統接口、電氣設備和門體機械等部位都很容易發生機械故障。大型風機在運轉過程中的軸承振動很大，也時刻有著葉片脫落的安全風險。由此可見，地鐵機電設備中的電扶梯、安全屏蔽門和大型風機等機電設備是發生機械故障幾率最高的“重災區”，預防并及時發現故障及危險源，可以避免或減少災害發生。

地鐵機電設備的故障監測與智能診斷系統，不僅可以適時判斷出地鐵運轉系統中各個機電設備的運轉狀態是否正常，有沒有隱藏安全隱患，還能夠對可能存在的機械故障和安全風險進行警告，并針對故障風險做出與之相應的提示，為維修人員提供必要的原始數據和維修建議。這是保證地鐵機電設備安全運行的基本保障，也是建設安全穩定地鐵運行線路所必須的前提條件。

二、故障監測與智能診斷系統的邏輯架構

（一）數據采集層的邏輯架構

地鐵機電設備故障監測與智能診斷系統中數據采集層的主要職能，是監督和采集地鐵機電設備的運行狀態，存儲和整理機械故障的數據信息。對于系統無法提供或是掌控的信息，比如溫度、濕度和振動頻率等，需要在地鐵機電設備的內部安裝功能相符的傳感器。通過傳感器實現數據和模擬信息的相互轉換之后，再應用采集層進行數據采集。

（二）數據分析層的邏輯架構

地鐵機電設備故障監測與智能診斷系統中數據分析層的主要職能，是分析整合由采集層收集到的信息，從中提取出具有風險故障特征的數據信號，進而判斷出地鐵機電設備的故障根源和故障趨勢。如果數據采集層報送上來的是清晰明確的數據信息，則可以直接跳過數據分析層的解析環節，直接經數據傳輸層送到決策評估層。

（三）決策評估層的邏輯架構

地鐵機電設備故障監測與智能診斷系統中決策評估層的主要職能，是利用存儲于專業數據庫的歷史經驗數據和設備維修信息，應用狀態評估算法得出機械故障與安全風險的真實數據，最后統籌評估，為現場的維修人員提供機電設備故障的原始數據、可能原因以及維修的建議與計劃。當然，維修人員也可以根據故障現場的具體情況，對維修方案進行靈活調整。

三、故障監測與智能診斷系統的結構設計

（一）維修中心級的結構設計

故障監測與智能診斷系統中的維修中心級，一般會設立在地鐵軌道線路車輛段的維修中心內部。維修中心級的結構設計，旨在從宏觀的角度上出發，對地鐵全線機電設備的工作狀態進行統籌規劃與管理。中心級可以在發現故障的同時發出警報，并精確地顯示出機電設備故障的蔓延趨勢和緊隨其后的風險損失。這就要求維修人員科學合理地安排維修養護工作，對需要維修的地鐵資源和機電設備進行現代化的信息管理，為故障監測與智能診斷系統提供信息存儲、資料查詢和維修管理等基礎性的服務。維修中心級的結構設計在整個系統的建設過程中具有重量級的關鍵作用。

（二）機電工區級的結構設計

通常情況下，每隔4～6個地鐵站，就應該設置一個集中進駐維修人員的機電工區。故障監測與智能診斷系統中機電工區級的主要作用是監事和管理區域內地鐵站各個機電設備的工作狀態。一旦發現安全隱患或是故障信息，能夠立即調取現場所有的數據信息和列車運行狀況的監控錄像，并通過計算機得出機電設備安全狀態的故障診斷以及隨之而來的風險評估。只有這樣，才能實現維修工人個體管理和系統整體管理之間的和諧統一，盡可能地在最短的時間內找出機電設備故障的根源和維修養護的建議。

（三）設備現場級的結構設計

地鐵機電設備系統中的設備現場級，主要負責采集和分析機電設備的數據信息與故障原因，主要被安置在地鐵軌道線路的車站內部。設備現場級的基本結構會按照地鐵機電設備的不同類型，劃分為具有不同診斷特性的子單元，對機電設備的各類故障進行監督測試和智能診斷。具體的現場級子單元包括屏蔽門故障的子單元、掃描儀故障的子單元、購票機故障的子單元電扶梯故障的子單元等。各個子單元之間的監測、診斷功能都較為獨立，相互之間沒有什么牽連關系或干涉作用。子單元的設計是為了加強智能診斷系統監測數據的準確性，提升故障監測與智能診斷系統在地鐵運行過程中的工作效率。這種精細化的結構設計，使得各個機電設備的監察工作都可以獨立進行。即便是脫離了全線的系統之后也能正常運轉。除此之外，地鐵機電設備的現場級網絡支持便攜式手持終端的插口接入與信息交換，方便現場的工作人員隨時查閱和調用機電設備的原始數據信息，以便更加高效地找出故障原因。

結束語

針對地鐵的機電設備建立故障監測與智能診斷系統，可以在機電設備的關鍵部位或重要裝置發生故障的早期，及時發現故障的源頭并盡快找出原因，有效規避故障的風險與威脅。同時，也能強化提升運營公司對地鐵機電設備的維保效率，引領著機電設備的維修養護作業向著信息化、現代化和智能化的方向發展創新。

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