鐵路機車設備故障診斷系統的應用研究

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的不斷發展，現在的鐵路機車均朝著高速化、重載化的方向發展，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下極易出現設備故障，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的方式，但人工檢修周期長、效率低，無法發現突發的故障。車載故障巡檢系統則無法實施在線監測和數據包升級，只能到地面檢修中心后通過數據接口和分析系統相連接，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備故障診斷系統，以嵌入式的車載數據診斷系統為基礎，利用高速無線數據網絡實現和大數據中心的互聯互通。在工作時系統能夠實時對列車設備和系統的運轉狀態進行檢測，對異常數據進行抓取、報警和故障分析，并將分析結果實時傳送到地面數據中心，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據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定性。

1 設備故障診斷系統整體結構

結合鐵路機車設備故障診斷系統的實際需求，本文所提出的故障診斷系統主要包括了地面控制中心、數據傳輸系統和嵌入式的車載故障診斷系統，其整體結構如圖1 所示[1]。

圖1 機車設備故障診斷系統整體結構

在該系統中，地面控制中心主要包含了一個故障數據庫和監測終端，用于顯示列車的運行狀態情況，同時能夠通過監測終端向列車發出控制指令，進行遠程的操作和故障排除。數據傳輸系統主要采用了無線數據傳輸，在鐵路沿線設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據傳輸的可靠性。嵌入式的車載故障診斷系統主要用于對列車設備運行狀態和控制系統的控制情況進行實時監測，對監測數據進行分析，快速識別出異常信號并將數據信息傳輸到地面控制中心。

2 地面控制中心

地面控制中心是整個故障診斷系統的核心，以故障診斷專家系統為基礎，實現了數據信息存儲、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整體結構如下頁圖2 所示[2]。由該專家系統的整體構成結構可知，數據分析處理模塊首先從數據網絡上獲取列車的監測異常數據，然后對數據進行分析，由故障診斷模塊從故障歷史庫內進行故障類型匹配，快速地確定故障類別和處理措施，然后將分析結果顯示在數據終端上。若無法匹配到數據庫內的故障類型，則系統啟動專家經驗判斷系統，進行故障診斷，然后將其加入到故障庫，實現對故障庫的不斷補充，提升故障判別的速度和準確性。數據存儲庫則主要對所有的數據信息進行分類存儲，便于后續的排查和完善，同時還可以利用該異常數據庫制定列車維護保養計劃，提高維護保養效率和有效性。

圖2 采煤機遠程自動控制原理圖

3 數據傳輸及嵌入式故障診斷系統

數據傳輸系統的穩定性直接關系到該故障診斷系統能否正常運行，由于列車經常會在山區、隧道內運行，因此數據傳輸系統的重點在于保障數據傳輸的連續性、穩定性和抗干擾性。結合該列車故障診斷系統的實際情況，該數據傳輸系統整體結構如圖3所示[3]。

圖3 數據傳輸系統結構示意圖

在數據傳輸的過程中涉及到GSM 無線傳輸網絡、鐵路廣域網絡、鐵路系統內網數據服務器等，中間涉及到多種類別的數據傳輸和信號轉換，因此所有數據通信接口均需要采用標準的協議，保證數據傳輸的穩定性和可靠性。為了減少數據傳輸過程中的轉換，可以利用全國高速鐵路通信網將各區段數據中心、全國數據中心和各路段數據中心進行互聯互通，實現數據內部信息的共享，從而保證了數據傳輸的快速性和便捷性，也減少了在通信網絡改造過程中的費用，提升了數據傳輸經濟性和可靠性。

嵌入式的車載故障診斷系統實際上是一個縮小的故障數據庫，主要存儲該列車的所有運行信息，主要包括數據監測裝置、無線傳輸系統等，整體結構如圖 4 所示[4]。

圖4 嵌入式車載故障診斷系統

在運行過程中首先由車載綜合信息監測裝置、列車運行監控裝置、機車安全信息綜合監測裝訂共同對機車的運行狀態信息進行監測，然后將監測的數據信息傳輸到信息采集模塊內，完成數據信息的的分析，最后將分析結果通過WLAN/GPIS 二合一天線發送到地面控制中心，同時系統能夠自動接收從地面控制中心傳輸過來的控制指令，通過數據解析后將其傳輸給對應的設備，完成調整，滿足遠程監測和控制的要求。

通過對該系統運行情況的實際監測，自投入運行后，能夠實現對列車運行狀態的實時監測，出現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 結論

1）機車設備故障診斷系統主要包括了地面控制中心、數據傳輸系統和嵌入式的車載故障診斷系統三個部分。

2）該故障診斷系統，能夠從故障歷史庫內進行故障類型匹配，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據庫制定列車維護保養計劃，提高維護保養效率和有效性。

3）數據傳輸系統的重點在于保障數據傳輸的連續性、穩定性和抗干擾性。

4）該系統能夠實現對列車運行狀態的實時監測，出現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。