某城市地鐵列車走行部在線檢測系統集成設計

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集成設計方案，包括系統架構及組成、測點配置方案，介紹了系統與列車的關鍵數據接口，最后給出了地面專家分析系統的具體實施方案。

關鍵詞：走行部在線檢測系統;集成設計;測點配置;專家分析

1 引言

走行部在線檢測系統是以城軌運營維護的信息化、智能化為目標，為城軌運營單位提供在途運營列車狀態信息綜合接入與檢測、安全狀態檢測預警、隱患挖掘、網絡化維保等服務和支持。本文介紹地鐵車輛走行部在線檢測系統技術方案，主要描述系統方案設計及主要設備規格參數等，指導地鐵列車走行部在線檢測系統集成設計工作。

2 系統架構及組成

走行部在線檢測系統是對列車走行部關鍵部件進行故障診斷、預測與健康管理的系統。走行部在線檢測系統由車載診斷儀主/從機、前置處理器、復合傳感器等部件組成。車載診斷儀主機通過MVB或以太網總線（以下簡稱網絡總線）將走行部監測信息傳送給列車網絡控制系統（以下簡稱TCMS）[1]，由TCMS進行存儲和報警;同時，通過車地傳輸系統將車輛狀態特征數據和實時故障診斷信息發送到地面專家分析系統，準確的指導車輛運用和維修。

2.1 車載診斷儀主、從機

車載診斷儀主、從機采集原始數據包括：振動原始數據、沖擊原始數據、溫度原始數據、實時時間、設備號、通道號等。經網絡總線與列車TCMS系統連接，將報警信息和設備自身狀態信息傳輸給TCMS。

2.2 前置處理器

前置處理器安裝于車下設備艙里面，每個前置處理器可接多路復合傳感器，它是實現所轄測點的傳感器網絡管理、完成信號的預處理或數據采集，并與車載診斷儀交互通信的部件，主要負責將傳感器網絡傳輸的溫度信息進行處理、采集、存儲;將傳感器網絡傳輸的模擬（振動、沖擊）信息進行信號切換與路由;將溫度信息和模擬信號通過總線傳輸到車載診斷儀，簡化裝車工程。

2.3 復合傳感器

復合傳感器是同時實現溫度、振動、沖擊等多個物理量的檢測、處理和傳輸的一體式受感部件，可通過單個安裝孔安裝在軸箱體、牽引電機和齒輪箱上。

3 測試點配置方案

走行部在線檢測系統主要針對軸承的運行狀態進行檢測，測試點規劃為軸箱、齒輪箱、電機各設置一個復合傳感器，實現對檢測部件軸承、軌道狀態、踏面狀態的反饋、預測、判斷。具體的，安裝于不通過部件的符合傳感器實現的主要功能如下：

●軸箱復合傳感器，功能主要包括作為采集診斷的輔助參數的溫度、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。

●電機復合傳感器，功能主要包括作為采集診斷的輔助參數的溫度、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。

車載檢測系統測點布置示意圖如圖1所示。

4 數據接口

4.1 實時輸入數據

實時輸入數據是車輛的系統狀態和運用信息，包括車速、有效載荷、車輛輪徑、累計里程、站點信息和時鐘，由TCMS通過網絡總線實時發送給走行部在線檢測系統。

4.2 實時輸出數據

走行部在線檢測系統實時輸出數據用于保障車輛的在線安全運用，該數據通過網絡總線實時輸出給TCMS。實時輸出數據主要包括：

●狀態數據：各軸溫度信息的傳輸。

●故障數據：車輛運行過程主機、分機判斷的走行部報警和故障信息，包括軸承報警、齒輪報警、踏面報警、溫升預警、傳感器故障、前置處理器故障和診斷儀故障等，實時傳輸到TCMS并通過顯示屏進行報警提示。

4.3 離線數據

走行部在線檢測系統離線數據是走行部、軌道的單日故障趨勢，需要定期轉儲到地鐵車輛段的地面專家系統中，用于地面專家系統離線分析。

5 地面專家分析系統

系統通過車載無線傳輸系統實現關鍵數據的實時落地，對于離線數據可通過地面WLAN通道在到站或回庫后進行自動下載。

地面專家分析系統設置服務器等硬件設備，地面專家分析系統軟件實現對車輛的實時監控以及軸部件的趨勢分析，指導計劃修到狀態修的轉變。地面專家分析系統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，除了基礎功能模塊，每個分析模塊又包括故障診斷、數據對比以及智能分析功能。

地面專家分析系統能自動地對“車載實時數據、地面服務器中存儲的歷史數據、地面服務器中存儲的案例數據”三類數據進行故障推理和機理診斷，對隱患進行危害程度辨識，實現走行部健康狀態評估，基于對故障的預測和維修時機的預判，形成主動運維決策指令并發送至車輛維護支持應用服務器，準確指導車輛運用維修[2]。

車輛維修作業完成后，作業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支持應用服務器，由車輛維護支持應用服務器將維修信息傳輸至主動運維決策系統，形成車輛故障維修閉環。

另外，通過走行部地面專家分析系統對軌道波磨的波長、波深、沖擊加速度等參量的狀態分析，智能診斷軌道波磨病害狀態，為軌道的打磨計劃提供數據支撐。

6 總結

本文給出了某城市地鐵列車走行部在線檢測系統集成設計方案，詳細介紹了系統架構、組成、測點配置方案等，可為研發設計人員提供參考。

參考文獻：

[1] 中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會.牽引電氣設備 列車總線第1部分：列車通信網絡GB/T 28029.1-2011 [S].北京：中國標準出版社，2012.

[2] 徐燕芬，趙婧，姜仕軍.下一代地鐵列車網絡控制系統的研制[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，中車唐山機車車輛有限公司，碩士研究生，列車電氣控制集成技術。

項目支持：軌道車輛智能化運行控制系統研究項目（項目編號：19210803D），河北省省級科技計劃資助。