鐵路信號系統中道岔轉換設備故障監測與診斷分析

宮云光

摘要：鐵路信號系統的高度準確化運行對于鐵路運行的安全質量保障起著重要的支撐作用，在系統運行整體故障中，道岔轉換設備故障占有較高的比例。依托信息化技術和智能化技術等方面的應用，建立完善的故障監測與診斷系統，提升實時監測水平，促進鐵路信號系統的運行質量，能夠為鐵路系統的安全穩定運行提供有效保障。

關鍵詞：道岔轉換設備;鐵路信號系統;智能化

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）33-0249-02

智能化系統的應用，能夠為多個行業發展提供重要的技術支撐，能夠及時準確的監測、分析鐵路信號系統運行中出現的故障，能夠根據分析結果快速化地對故障進行診斷，改變傳統人工作業方式中存在的經驗型處理方式，減少診斷和解決問題過程中存在的誤差，適應道岔轉換設備系統升級的需要。本文從道岔轉化設備運行的原理和常見故障類型出發，對監測和診斷系統的建立進行簡要說明，從而為提升鐵路信號系統運行水平做出貢獻。

1道岔轉換設備的概念和常見故障

1.1道岔轉換設備的概念

道岔轉換設備是鐵路運行系統中必不可少的線路設備，其作用是在人工干預下引導機車車輛從一股軌道轉入或越過另一股軌道。在鐵路系統的運行中有單組道岔和多組道岔等多種形式，分別連接兩條或多條線路，以適應線路運行和調度的需要。隨著我國鐵路行業多次大提速和高鐵建設的不斷發展，我國在道岔轉換設備的設計和生產方面都達到了較高的水平，在產品質量方面也取得了較大的進展，部分企業的產品還得以出口，為鐵路事業的整體發展做出了貢獻。

1.2道岔轉換設備的常見故障

隨著生產技術和控制標準的不斷提升，道岔設備生產工藝也不斷復雜化，控制電路的構造設計也更加復雜，在系統元件運行達到一定程度或者外部運行環境的負面作用下，會使得設備運行產生不確定性故障。同時在線路運行過程中，也會由于人為操作失誤甚至是故意破壞等原因，造成器材或運行程序等方面的故障。這些故障的具體類型包括外鎖閉及安裝裝置、轉轍機、工務設備等硬件設施和計算機運行的軟件系統被篡改或出現病毒等情形，在下文中所談及的故障主要是指硬件設施方面所出現的故障。這些故障的產生，雖然暫時不會對列車的運營產生直接性的影響，但是在監測與診斷工作不到位的情形下，將會造成部分設備損壞，甚至出現列車無法正常運營的事故，給鐵路事業的發展帶來極大的負面影響。具相關工作人員統計，在鐵路信號系統運行中，所產生的故障有50%以上集中于道岔轉換設備上，建立具有故障監測和故障診斷性能的專家系統，實現道岔設備故障的實時監測與診斷，對于鐵路信號系統的正常運行具有重要意義。

2監測與診斷系統設計原則

鑒于道岔轉換設備監測與診斷功能發揮的重要性，在進行相關系統設計時必須遵循必要的原則：（1）智能化原則，在鐵路運行體系不斷復雜的情形下，道岔轉換設備運行所產生的運行數據具有多樣化和復雜化的特征，僅依靠人工作用進行數據收集和分析，已經無法適應行業發展的需要。借助于智能傳感設備和計算機技術自動捕捉和傳輸設備運行中的異常信息，依托大數據平臺對信息進行快捷、準確的分析，具有安全、可靠的特征。（2）實時性原則，在進行系統設計時，必須確保傳感設備能夠實時感應設備運行的狀態，在出現異常現象時實時進行信息傳輸并完成診斷和告警流程，提示工作人員進行對應的操作。（3）獨立運行原則，在系統運行中，要與其他系統相互獨立，避免產生線路區分錯誤和區段分路不良等現象造成的道岔轉換錯誤，或者使列車轉向錯誤存車線。（4）指向性原則，在感應設備監測到設備運行故障信息時，必須同步結合歷史故障進行故障數據進行綜合分析，能夠在告警作用發生的同時，對故障類型和故障的嚴重程度進行判別，對故障人工排除工作的開展提供技術指導。（5）便種陛原則，由于專家系統的運行是建立在智能化和信息化技術應用的基礎上，與現場操作要求之間需要保持較高的一致性，考慮到鐵路維修人員的實際技能水平，在進行系統設計時，需要建立直觀性的操作界面，便于學習和應用的操作樹，使實際應用者能夠及時便利的掌握相關操作要求。

3道岔轉換設備故障監測與診斷系統技術方案

3.1系統結構說明

在對系統進行設計時，應當充分考慮智能信息的應用力度，充分發揮無線通信技術和大數據平臺的作用，建立完善的客戶端應用層面，構建科學合理運行的故障樹分析系統，同時確保系統具有人工學習和知識庫自我擴充功能，能夠對典型故障進行長期監測并做出運行趨勢分析，能夠形成適應設備運行需要的故障診斷系統。要確保這些功能的達成和穩定運行，系統整體應當包括全面的感知系統、完善的數據采集傳輸系統、全面的大數據服務平臺和智能化的故障診斷服務。這些系統的運行依托于對應的硬件設備和軟件平臺建設，涵蓋多種學科內容在內，對于設計工作的整體要求較高。

3.2感知層面的建設要求

感知層面布置的硬件設備主要是各種類型的傳感器，通過這些傳感器在對應位置的布置，能夠實時采集桿位位移、轉換力、密貼力等變化幅度，實時采集電力設施的運行狀況，實時采集油路變化和振動狀態等，此外還包括圖像采集的攝像頭等設備。這些設備全部位于自然環境空間中，距離道岔位置較近，整體環境比較惡劣，會受到嚴重的電磁干擾，同時還要確保監測對象能夠正常工作，不能影響機車的正常運行。因此在對硬件設備進行設計時，要確保在幾個方面達到對應的要求，首先是要確保傳感器等設備具有電氣隔離性能，在傳感器自身發生故障時不會影響相關設備的正常工作。其次是保證傳感器與金屬類測定對象之間保持較好的絕緣性能，避免由于雷電天氣和電力線路故障造成損壞。再次是要確保安裝性能能夠適應各種運行條件的要求，確保行車過程不會造成設備損壞或脫落現象。最后是要傳感器自身要具有一定的自檢性能，在自身運行出現故障或異常狀態的情形下，也能夠將數據及時上傳至管理系統。

3.3數據采集和傳輸系統

數據采集和傳輸系統的完善需要根據道岔轉換設備場地覆蓋范圍進行科學設計，對采集范圍和數據容量進行準確測定，并考慮在未來可預見時間段內設備增加的可能性，以此確定采集端口和通訊總線的設置。在這一環節的設計過程中，要確保所有的采集接口都能夠達到隔離設計的狀態，確保端口滿足防雷和電磁兼容防護作用，還要能夠為傳感器正常工作提供電源支持。對于各類元件的性能要求是要確保能夠滿足溫度等極端環境的工作要求，避免無線通信信號受到外界設備的干擾。數據采集的存儲和傳輸類型要在符合應用需求的基礎上盡量減少對寬帶的需求，減少傳輸轉換環節，增快數據傳輸的速度，為快速化處理奠定良好的基礎。在選擇數據傳輸方式時，要將有線傳輸與無線傳輸等方式充分結合在一起，同時要能夠利用手持終端通信設備進行數據處理，方便巡檢和維修人員開展日常工作，擴寬系統的應用范圍。

3.4大數據平臺建設

大數據平臺能夠利用數據庫和實時采集的數據對系統運行狀態進行監控和顯示，同時對數據進行存儲、統計、分析，并在故障發生時做好對應的決策預警。一般情形下而言，大數據平臺建設包括三個層面：一是c/S結構層，也就是客戶端/服務器模式，這種模式能夠盡量降低系統運行中通信技術成本，但是系統升級較為困難。在本系統大數據平臺建設中，其內容包括通信狀態、用戶操作方式指引和界面建設等。二是B/s結構層，也就是瀏覽器/服務器模式，其內容包括系統的登錄頁面、數據的查詢頁面、報警信息查看頁面等。三是控制邏輯層面，內容包括用戶管理、安全控制、數據管理和用戶操作邏輯處理。所有這些層面要能夠與數據庫完成雙向交互作用，能夠通過軟件設定進行實際運行并滿足人為操作的要求。

3.5智能診斷體系建設

智能診斷體系又被稱為是專家系統層，是監測與診斷系統運行的核心層面，也是滿足系統運行長期應用的基本層面，在這一體系建設中，要通過科學的數學建模群，利用人工智能技術完成知識推理過程，進而模擬專家來解決較為復雜的問題。系統的組成部分除了知識庫、綜合數據庫、推理機和人機交互界面外，還要建立起適合的知識獲取機制和解釋機制，從而能夠更加完善的完成各項處理程序，最終實現數據分析、故障診斷、報警預警和運行趨勢分析等各項功能。在設計智能診斷體系時，需要明確任務的種類及其重要性，能夠將各個系統的數據和問題處理高度結合在一起，同時還要能夠利用便利性的人機交互界面來提升用戶參與程度，從而達到更高的運行水平。

4結束語

鐵路信號系統是機車運行的先行導向，對線路運行起著重要的導向作用，道岔轉換設備的運行狀態在極大程度上決定了信號系統的運行質量，對機車的運行安全起著重要影響。在信息化和智能化技術發展應用水平不斷提升的情形下，建立高效的故障監測和診斷系統，能夠改變傳統巡檢和維護過程中單純依賴人力開展工作的狀態，能夠極大地提升道岔轉換設備的運行質量，及時發現設備運行過程中存在的問題，通過提升處理效率增加系統運行的安全性能，延長設備的運營時限，提升鐵路系統的整體運營效益。