高鐵列車運(yùn)行控制系統(tǒng)故障診斷方法分析

馬少波

摘 要：現(xiàn)代交通運(yùn)輸中鐵路承擔(dān)著主要運(yùn)輸任務(wù)，在區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展中扮演著主要角色，而鐵路列車運(yùn)行最基本與最重要的要求就是安全性。列車安全行駛過程中運(yùn)行控制系統(tǒng)起著主要作用，故障診斷則是保證系統(tǒng)運(yùn)行可靠的主要技術(shù)手段。文章以列車運(yùn)行控制系統(tǒng)為切入點(diǎn)，細(xì)分析系統(tǒng)故障診斷方法，并對(duì)列車運(yùn)行控制系統(tǒng)發(fā)展方法進(jìn)行展望，希望為同行提供經(jīng)驗(yàn)借鑒。

關(guān)鍵詞：列車；運(yùn)行控制系統(tǒng)；故障診斷；措施方法

中圖分類號(hào)：U238 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）29-0097-02

引言

近年來列車不斷提速，高鐵覆蓋范圍逐漸擴(kuò)大，憑借自身方便快捷的特性逐漸成為人們主要出行方式。在這樣的背景下，列車運(yùn)行控制系統(tǒng)日趨復(fù)雜，很多安全測(cè)試無法在列車上進(jìn)行，這就給列車安全運(yùn)行提出極大的挑戰(zhàn)。技術(shù)檢修人員需要全面了解與掌握列車性能指標(biāo)，確保行駛安全。本文中主要闡述診斷列車運(yùn)行控制系統(tǒng)故障的方法，就此展開相關(guān)論述。

1 列控系統(tǒng)故障診斷的重要性

列車運(yùn)行控制系統(tǒng)（下文均簡稱“列控系統(tǒng)”），主要保證列車安全行駛，在列車行駛中發(fā)揮著重要作用。現(xiàn)階段科研水平及制造技術(shù)提高，大幅度提高列控系統(tǒng)元件與裝置的可靠性，通過完善管理降低系統(tǒng)運(yùn)行中發(fā)生故障的幾率。但實(shí)際運(yùn)行過程中受到諸多因素影響，難免出現(xiàn)故障。此時(shí)快速準(zhǔn)確的故障診斷，可以將列車影響降到最低。

列控系統(tǒng)故障診斷，技術(shù)人員借助科學(xué)技術(shù)，全面分析采集獲得與故障設(shè)備相關(guān)的信息，確定故障發(fā)生部位及原因。通過故障診斷技術(shù)確定故障原因，為維修人員奠定基礎(chǔ)，縮短故障維修所需時(shí)間，確保列車正常行駛。接下來依據(jù)故障診斷方法，分析、總結(jié)列控系統(tǒng)故障原因，對(duì)未來發(fā)展方向進(jìn)行展望。

2 列控系統(tǒng)故障診斷的方法

依據(jù)故障診斷方法的差別，可以將列控系統(tǒng)故障診斷分成不同方法，接下來筆者簡單分析診斷方法。

2.1 故障診斷

（1）專家系統(tǒng)。這是一種廣泛使用的方法。主要通過搜集行業(yè)領(lǐng)域中專家工作中形成的經(jīng)驗(yàn)，將其整理形成一個(gè)數(shù)據(jù)庫。故障診斷時(shí)依據(jù)該數(shù)據(jù)庫，判斷故障原因及部位。現(xiàn)階段專家系統(tǒng)診斷得到進(jìn)一步發(fā)展，已經(jīng)開始應(yīng)用利用車站信號(hào)控制電路模型與人工智能方法的專家系統(tǒng)。

（2）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。大部分列控系統(tǒng)故障成因都很復(fù)雜，傳統(tǒng)人工故障診斷方法受到極大制約，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷系統(tǒng)故障，可以大幅度提高效率。但神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用時(shí)存在難以獲得訓(xùn)練樣本、網(wǎng)絡(luò)權(quán)值表達(dá)難度大等問題，對(duì)其應(yīng)用產(chǎn)生一定限制。通過結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與模糊理論形成模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，取得一定成就。

（3）故障樹。故障樹診斷的出發(fā)點(diǎn)是最不希望發(fā)生的事件，通過逆向分析推斷故障發(fā)生原因，借助邏輯分析與關(guān)系得出故障原因，進(jìn)而搭建故障關(guān)系模型。借助故障樹分析計(jì)算機(jī)連鎖系統(tǒng)故障產(chǎn)生原因，或是結(jié)合字典法，做好故障維修。

2.2 預(yù)測(cè)故障

現(xiàn)代鐵路運(yùn)行速度與載重量不斷提升，對(duì)列車行駛提出更高的安全要求，相關(guān)人員希望可以提前發(fā)現(xiàn)故障征兆，可以預(yù)測(cè)故障發(fā)生部位及時(shí)間，提前采取預(yù)防措施，降低列車突發(fā)故障幾率。考慮預(yù)測(cè)未來可能發(fā)生的故障，因此難度更大。

目前列控系統(tǒng)中故障預(yù)測(cè)技術(shù)還處于起步階段，應(yīng)用效果存在不確定性。主要成果就是通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析列車信號(hào)設(shè)備監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)設(shè)備故障；利用智能傳感器監(jiān)測(cè)列車自動(dòng)停車設(shè)備的早期故障等。這些都可以為以后提供方向與預(yù)測(cè)，夯實(shí)基礎(chǔ)。

3 列控系統(tǒng)故障診斷案例分析

列控系統(tǒng)地面設(shè)備作為信號(hào)系統(tǒng)的一部分，為列車安全行駛提供保障。接下來主要分析列控系統(tǒng)地面設(shè)備典型故障。

3.1 報(bào)文出現(xiàn)錯(cuò)誤

（1）故障原因。一列車上行至進(jìn)站處時(shí)，出現(xiàn)緊急制動(dòng)停車，原因在于受到錯(cuò)誤報(bào)文。

事后調(diào)查分析，原來在上行線離去區(qū)段存在一限速區(qū)段，該限速區(qū)段列車速度不得大于60km/h，列車上行進(jìn)站降低顯示黃燈并發(fā)出LU2碼。當(dāng)列車組抵達(dá)此處信號(hào)機(jī)時(shí)，ATP車載設(shè)備顯示的控車曲線產(chǎn)生一個(gè)急降。主要因?yàn)榍胺匠稣究跓o源應(yīng)答器的CTCS-1包描述錯(cuò)誤所示。

（2）處理措施。此站點(diǎn)日常運(yùn)行中并未承擔(dān)動(dòng)車組客運(yùn)服務(wù)。當(dāng)動(dòng)車組行經(jīng)此處時(shí)，如果按照限速通過，則不會(huì)出現(xiàn)故障，因此故障存在隱蔽性，難以發(fā)現(xiàn)。但是當(dāng)存在較低限速時(shí)，根據(jù)高鐵列控設(shè)計(jì)，進(jìn)站信號(hào)機(jī)降級(jí)出現(xiàn)同類情況。故障在于分割信號(hào)機(jī)上，因此要對(duì)含有分割信號(hào)機(jī)的該區(qū)段進(jìn)行核查，明確故障發(fā)生地。

3.2 絕對(duì)停車包

（1）故障原因。原以LKJ模式運(yùn)行的動(dòng)車組在各股道出發(fā)信號(hào)機(jī)處出現(xiàn)輸出緊急制動(dòng)停車。鐵路施工單位為了節(jié)省成本，加快施工進(jìn)度，各股道還未安裝信號(hào)機(jī)時(shí)已經(jīng)完成應(yīng)答器安裝，并未連接有源應(yīng)答器及LEU，通行后默認(rèn)報(bào)文直接通過有源應(yīng)答器發(fā)送。設(shè)計(jì)時(shí)有源應(yīng)答器默認(rèn)報(bào)文中含有CTCS-5包，當(dāng)動(dòng)車組按照LKJ模式運(yùn)行并接收到此類消息后，車載設(shè)備直接搶權(quán)發(fā)出停車信號(hào)，列車緊急制動(dòng)。

（2）處理措施。已經(jīng)運(yùn)營且有動(dòng)車組經(jīng)過的車站，施工單位應(yīng)該嚴(yán)格把關(guān)，全面考慮，杜絕提前安裝應(yīng)答器造成此類情況再次出現(xiàn)。

3.3 分相預(yù)告包問題

（1）故障原因。安裝有西門子車載設(shè)備的動(dòng)車組ATP車載設(shè)備故障，重啟運(yùn)行經(jīng)過第一個(gè)分相區(qū)時(shí)，列控系統(tǒng)沒有實(shí)現(xiàn)自動(dòng)過分相。

1號(hào)應(yīng)答器作為該運(yùn)行方向的唯一一組提供過分相信息包的應(yīng)答器，設(shè)置在距離分相區(qū)外方約1.7km處，在這個(gè)范圍內(nèi)，列車運(yùn)行經(jīng)過1個(gè)帶燈停車標(biāo)，車載設(shè)備具備轉(zhuǎn)入完全監(jiān)控模式的條件，因此處于完全監(jiān)控運(yùn)行模式。造成車載設(shè)備在這個(gè)模式下經(jīng)過分相區(qū)，未能自動(dòng)過分相。

（2）處理措施。設(shè)計(jì)部分依據(jù)“故障-安全”原則，充分考慮經(jīng)過分相預(yù)告包出現(xiàn)故障后信息包丟失的情況，給出解決措施。分相區(qū)處于線路參數(shù)覆蓋范圍內(nèi)，對(duì)應(yīng)應(yīng)答器均發(fā)送過分相信息包，也就是2、3兩組應(yīng)答器均發(fā)出信號(hào)，避免出現(xiàn)同類問題。endprint

4 列控系統(tǒng)故障診斷方法趨勢(shì)

鐵路運(yùn)輸事業(yè)飛速發(fā)展，特別是隨著科學(xué)技術(shù)進(jìn)步，列控系統(tǒng)也不斷優(yōu)化與發(fā)展，性能也隨之得到優(yōu)化，同時(shí)也出現(xiàn)一些新的特征。相應(yīng)的故障診斷方法也在完善與發(fā)展，其趨勢(shì)如下。

4.1 融合多種診斷方法

列控系統(tǒng)愈發(fā)復(fù)雜與精密，單一故障診斷方法已經(jīng)很難高效準(zhǔn)確的判斷故障原因及部位，需要融合多種系統(tǒng)故障診斷方法，揚(yáng)長避短，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確、快速診斷故障的目的。其他行業(yè)中多方法結(jié)合的故障診斷已經(jīng)很常見了，如結(jié)合主元分析法與D-S證據(jù)理論等。這些綜合性方法的出現(xiàn)，給列控系統(tǒng)故障診斷提供了新的方向，但如何有效運(yùn)用這些方法，還需要專業(yè)人士持續(xù)研究。

4.2 機(jī)內(nèi)測(cè)試技術(shù)方法

所謂機(jī)內(nèi)測(cè)試技術(shù)，指的是利用系統(tǒng)或設(shè)備檢測(cè)、隔離及測(cè)試的技術(shù)。通過機(jī)內(nèi)測(cè)試技術(shù)，可以大幅度提高設(shè)備診斷性與測(cè)試性，避免不必要報(bào)警情況的出現(xiàn)，提高系統(tǒng)診斷效率，具有較強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)性與效率性。列控系統(tǒng)中應(yīng)用機(jī)內(nèi)測(cè)試基礎(chǔ)，可以在提高診斷準(zhǔn)確性的基礎(chǔ)上降低維修成本。

4.3 遠(yuǎn)程故障診斷方法

鐵路事業(yè)快速發(fā)展，線路覆蓋范圍持續(xù)擴(kuò)大，目前鐵路網(wǎng)已經(jīng)覆蓋大部分國土。鐵路需要穿越很多荒蕪人煙的地方，如青藏鐵路，這些荒蕪地段想要進(jìn)行常規(guī)維修與監(jiān)控難度較大，借助遠(yuǎn)程技術(shù)可以解決這一問題。目前遠(yuǎn)程故障診斷技術(shù)僅局限在子系統(tǒng)使用中，整體遠(yuǎn)程故障診斷還要繼續(xù)研究。但相信不久的將來，遠(yuǎn)程故障診斷方法必將在列控系統(tǒng)故障診斷中廣泛使用。

5 結(jié)束語

綜上所述，列車安全行駛與否直接受到故障診斷效果的影響，因此診斷運(yùn)行控制系統(tǒng)故障時(shí)不能馬虎或是停留在表面，故障診斷人員保持嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖饔茫妗⒆屑?xì)檢查系統(tǒng)故障，明確故障成因并給出切實(shí)可行的解決措施。通過本文論述，可以發(fā)現(xiàn)隨著高鐵普及科學(xué)水平提升，列車運(yùn)行控制系統(tǒng)故障診斷將成為列車維修的主要內(nèi)容。希望通過本文論述可以為一線工作者提供一定借鑒與指導(dǎo)。

參考文獻(xiàn)：

[1]李啟翮.CTCS-4級(jí)列車控制系統(tǒng)研發(fā)關(guān)鍵點(diǎn)分析[J].鐵路通信信號(hào)工程技術(shù)，2016（01）：112-114.

[2]楊碩.ETCS系統(tǒng)的前進(jìn)之路仍然受到各種挑戰(zhàn)的桎梏[J].鐵路通信信號(hào)工程技術(shù)，2016（03）：78.

[3]車玉龍.基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的列控系統(tǒng)安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2013（24）：92.

[4]曾鋒.列車運(yùn)行控制系統(tǒng)故障診斷方法研究[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2017（10）：64.

[5]馮浩楠. 基于通信的列車控制系統(tǒng)中計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)故障因素分析[J]. 城市軌道交通研究，2016，19（11）：59-63.

[6]于建志，史娟. 列車運(yùn)行控制系統(tǒng)通信控制策略與可靠性研究[J]. 軟件導(dǎo)刊，2016，15（06）：123-126.endprint