張方林

（北京鐵路局北京動車段，北京 100072）

高速動車組故障診斷系統(tǒng)分析及應(yīng)用研究

張方林

（北京鐵路局北京動車段，北京 100072）

結(jié)合動車組故障診斷系統(tǒng)的發(fā)展和意義，分析了其在動車組列車運行和維修過程中的應(yīng)用以及重要作用，對于提高動車運行的安全性和可用性、優(yōu)化運營管理、便于運用維修以及動車組狀態(tài)監(jiān)測和故障預(yù)報方面意義重大。

動車組；故障診斷；監(jiān)測

引言

隨著我國高速鐵路的飛速發(fā)展，如何準確預(yù)報早期故障、提出對策或建議、避免或減少事故發(fā)生在動車組運行安全性、可靠性等方面顯得尤為重要。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，逐漸形成了動車組狀態(tài)監(jiān)控檢修模式，通過分析列車狀態(tài)，確定列車可靠性水平，決定檢修時機，這種故障診斷技術(shù)在動車組日常監(jiān)控和檢修方面發(fā)揮著重要作用。

1　故障診斷系統(tǒng)的意義

工程應(yīng)用中，機械設(shè)備的故障一般是以設(shè)備狀態(tài)來定義的，通常有：正常狀態(tài)、異常狀態(tài)和故障狀態(tài)三種。故障狀態(tài)通常有一個形成過程，往往是由某種缺陷不斷擴大后進一步發(fā)展形成，狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷主要通過運用各種檢測、測量、監(jiān)視、分析和判別方法，考慮環(huán)境因素，依據(jù)所檢測的信息特征對設(shè)備運行狀態(tài)進行評估，判定發(fā)生故障的部位，分析故障形成的原因并預(yù)報其發(fā)展趨勢，是動車組設(shè)備預(yù)知檢修管理的重要依據(jù)［1］。

國外故障診斷系統(tǒng)自20世紀60年代以后開始發(fā)展起來，而我國也于70年代后期開展了對發(fā)達國家設(shè)備診斷技術(shù)的學習和研究，并逐步應(yīng)用至鐵路機車車輛以及高速動車組的日常運行維護和監(jiān)測當中。

2　動車組故障診斷系統(tǒng)分析

目前我國鐵路的發(fā)展方向是速度更高、載重更大，這對車輛的狀態(tài)、安全的實時監(jiān)控和故障及時處理提出了更高要求。高速動車組是復(fù)雜系統(tǒng)集成，其狀態(tài)監(jiān)控和故障診斷也是分散于各子系統(tǒng)當中。動車組診斷系統(tǒng)，一般稱為“動車組中央診斷系統(tǒng)”，集成在人機接口MMI中，通過嵌入在列車控制系統(tǒng)中的具備評估軟件的控制單元，接口設(shè)計簡單通俗，乘務(wù)員可隨時調(diào)用列車相關(guān)聲明和應(yīng)用處理措施，了解各節(jié)車功能限制。

動車組是高度集成的復(fù)雜系統(tǒng)，其故障產(chǎn)生的原因是多種多樣的，這增加了狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷的難度。對于列車設(shè)備故障診斷來說，一般可以分為功能診斷和運行診斷、定期診斷和連續(xù)診斷、直接診斷和間接診斷、簡易診斷和精密診斷、在線診斷和離線診斷等幾種。其中，功能診斷指針對新安裝或維修的部件，檢查其基本功能是否正常，并根據(jù)檢測結(jié)果對其進行調(diào)整，如牽引電機、空調(diào)系統(tǒng)等的檢修及測試；連續(xù)診斷是指采用車載儀器及計算機自動采集列車設(shè)備電壓、電流、溫度、頻率、速度等多種狀態(tài)信息，并進行連續(xù)監(jiān)視，及時發(fā)現(xiàn)異常信息并作出預(yù)警或處理［2］。

動車組列車狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術(shù)主要包括信號監(jiān)測、特征提取、狀態(tài)識別和預(yù)報決策等關(guān)鍵內(nèi)容，通過車載傳感器獲取狀態(tài)信息，通過提高信號采集的靈敏度和信號處理技術(shù)，去除噪聲干擾，突出故障特征，發(fā)現(xiàn)故障后判定故障位置及原因，提出控制措施及維修決策。

動車組故障診斷系統(tǒng)一般設(shè)計為模塊化，如：制動系統(tǒng)及防滑保護監(jiān)測；牽引輔助系統(tǒng)監(jiān)測；門系統(tǒng)狀態(tài)；通風空調(diào)系統(tǒng)；乘客信息管理系統(tǒng)；列車ATC系統(tǒng)，轉(zhuǎn)向架，客室照明等。

列車故障診斷系統(tǒng)由系統(tǒng)級和列車級兩個級別組成，其中系統(tǒng)級負責監(jiān)控各相關(guān)系統(tǒng)部件的狀態(tài)和功能，識別和分析故障原因，并向列車級系統(tǒng)報告；而列車級系統(tǒng)主要負責輸出必要信息，提示相關(guān)人員，儲存子系統(tǒng)報告等。

動車組故障診斷子系統(tǒng)按照有無掉電安全診斷存儲可分為兩種。有斷電安全診斷儲存的子系統(tǒng)，可基于外部基礎(chǔ)條件最大限度避免連續(xù)故障，將故障原因存儲在自帶診斷存儲器中，對應(yīng)功能限制報告發(fā)送給動車組中央診斷系統(tǒng)。通過RS2 32接口，維修人員可對儲存的內(nèi)部信息進行讀取評估。對于接觸器、照明燈無數(shù)據(jù)存儲的元件或系統(tǒng)，一般則通過二進制故障信號，經(jīng)中央控制器報告給動車組中央診斷系統(tǒng)。相應(yīng)的故障信息可傳到人機交互MMI上，維護人員通過遠程數(shù)據(jù)傳輸，對列車狀態(tài)和故障作出準確判斷并給出措施。

3　故障診斷系統(tǒng)在動車組監(jiān)測中的作用

動車組狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷的目的是提高運行的安全性和可用性，優(yōu)化運營管理，便于運用維修，在動車組狀態(tài)監(jiān)測和故障預(yù)報方面主要有以下作用：

現(xiàn)代動車組是一種技術(shù)先進、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的裝備，對設(shè)備的可靠性要求高，這種可靠性一方面通過系統(tǒng)部件的可靠性保證，一方面需要由狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷系統(tǒng)來提供，依靠此系統(tǒng)，可以迅速識別和提示運行中發(fā)生的故障，及時采取措施消除故障，保證列車運行的安全性［3］。

狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)不僅可以在運行中向司乘人員提供列車運行狀態(tài)、故障級別、提出排除故障措施的建議，而且還能在運行中將這些情況及時向地面人員傳送，做好維修計劃和備件準備，縮短列車停時。

若狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)故障，可將故障狀況、等級及應(yīng)采取的措施建議顯示在屏幕上，同時可儲存故障發(fā)生的時間、位置及相關(guān)參數(shù)值變化情況，提供地面系統(tǒng)進一步分析。

動車組狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)積累的大量數(shù)據(jù)，不但是維修的重要依據(jù)，而且通過這些數(shù)據(jù)分析，可對動車組綜合性能和各主要零部件可靠性進行分析評估，為動車組改進和發(fā)展提供重要依據(jù)。

［1］黃學文，劉春明，馮璨，等.CRH3高速動車組故障診斷系統(tǒng)［J］.計算機集成制造系統(tǒng)，2010，16（10）：49-5 1.

［2］董韜.提高CRH2型動車組三級修調(diào)試效率的分析與對策［J］.青年科學（教師版），201 4，35（3）：2 97-2 98.

［3］張惟皎，賈志凱.動車組運用檢修信息化管理探討［J］.鐵路計算機應(yīng)用，201 3，2 4（1）：333-335.

（編輯：王紅霖）

Analysis and Application Research on EMU Fault Diagnosis System

Zhang Fanglin
（Beijing EMU Depot，Beijing 100072）

The condition monitoring and fault diagnosis system is a comprehensive monitoring system of train running status and fault information monitoring. It plays an important role in the EMU application. According to the development and significance of fault diagnosis system， this article analyzed its application in EMU trains running and maintenance process and the important role， to improve the operation safety and availability， optimize management operation，and is meaningful in EMU condition monitoring and fault prediction.

EMU； fault diagnosis； monitor

TP277

A

2095-0748（2016）15-0082-02

10.16525/j.cnki.14-1362/n.2016.15.35

2016-06-20

張方林（1989—），男，云南普洱人，本科，隨車機械師，助理工程師，主要從事鐵路動車組日常運用與檢修技術(shù)管理工作。