萬(wàn)家華 馮慶鵬 韓 龍

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一、動(dòng)車組車輛故障診斷系統(tǒng)

(一)動(dòng)車組車輛故障診斷系統(tǒng)概述。動(dòng)車組車輛故障診斷系統(tǒng)是一種以傳感技術(shù)為基礎(chǔ)的設(shè)備診斷系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠在不停機(jī)、帶負(fù)載的條件下實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)車組車輛電子元件運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。該系統(tǒng)能夠利用信息處理技術(shù)對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行智能化、自動(dòng)化的匯總分析，進(jìn)一步為判斷車輛運(yùn)行過(guò)程中是否出現(xiàn)故障、故障部位、故障原因、劣化趨勢(shì)等問(wèn)題的解決提供有效的數(shù)據(jù)支持[1]。故障診斷系統(tǒng)的應(yīng)用使得車輛檢修的模式由傳統(tǒng)的定期檢修轉(zhuǎn)變?yōu)闋顟B(tài)監(jiān)測(cè)維修，不僅可以節(jié)約大量的維修成本、壓縮維修時(shí)間，還在一定程度上增加了動(dòng)車組車輛正常運(yùn)行的時(shí)間，大幅度提高車輛的運(yùn)行效率。

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與科學(xué)的進(jìn)步，我國(guó)鐵路逐漸向高速、重載的方向全面發(fā)展。動(dòng)車組車輛運(yùn)行控制、狀態(tài)監(jiān)測(cè)、行車安全、異常診斷、故障檢修等工作變得更加重要。動(dòng)車組車輛故障診斷系統(tǒng)是監(jiān)測(cè)、識(shí)別列車運(yùn)行狀態(tài)的信息技術(shù)手段，在車輛運(yùn)行控制過(guò)程中具有重要的應(yīng)用價(jià)值。通常情況下，動(dòng)車組診斷系統(tǒng)由多個(gè)分散控制單元共同組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，能夠?qū)?dòng)車組車輛所有操作模式中可能發(fā)生的常見(jiàn)錯(cuò)誤進(jìn)行判斷、評(píng)估、報(bào)警和記錄。系統(tǒng)將各單元報(bào)告匯總后集成顯示于MMI接口中，方便動(dòng)車組工作人員了解車輛運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)而保障車輛安全行駛。

(二)動(dòng)車組車輛故障診斷系統(tǒng)工作原理。在車輛實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，動(dòng)車組車輛故障診斷系統(tǒng)對(duì)從傳感器接收到的信號(hào)進(jìn)行分析、處理，判斷車輛運(yùn)行是否發(fā)生異常并生成報(bào)告。這種以診斷規(guī)則為基礎(chǔ)的檢查方法能夠有效獲取車輛行駛的狀態(tài)變量，并基于變量數(shù)據(jù)對(duì)車輛的運(yùn)行趨勢(shì)加以分析。動(dòng)車組車輛故障診斷系統(tǒng)的工作主要分為三個(gè)部分：開(kāi)車前任務(wù)、行駛中任務(wù)以及系統(tǒng)診斷維修任務(wù)。

首先，在動(dòng)車組運(yùn)行之前診斷系統(tǒng)子系統(tǒng)會(huì)對(duì)車輛的必要功能進(jìn)行狀態(tài)檢查(如檢查乘客緊急制動(dòng)、車輛緊急制動(dòng)環(huán)、指示器等)。以上檢查可以手動(dòng)開(kāi)啟，也可以自動(dòng)開(kāi)啟。檢查完成后，子系統(tǒng)會(huì)將數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行匯總并生成報(bào)告反饋傳送至動(dòng)車組診斷系統(tǒng)主系統(tǒng)進(jìn)行分析、存儲(chǔ)[2]；其次，動(dòng)車組車輛運(yùn)行過(guò)程中，子系統(tǒng)會(huì)通過(guò)傳感器對(duì)車輛各電子元件運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，對(duì)可能發(fā)生的偏差及錯(cuò)誤進(jìn)行報(bào)告，當(dāng)車輛運(yùn)行數(shù)據(jù)達(dá)到臨界值時(shí)，動(dòng)車組中央診斷系統(tǒng)會(huì)對(duì)元件的運(yùn)行趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)分析，并為相關(guān)工作人員提供具體的補(bǔ)救措施；最后，在對(duì)動(dòng)車組故障車輛進(jìn)行維修時(shí)，故障診斷系統(tǒng)可以為維修人員提供精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)參考及有效的糾錯(cuò)支持，提升車輛檢修的工作效率。

二、動(dòng)車組車輛故障診斷系統(tǒng)診斷結(jié)構(gòu)

(一)子系統(tǒng)和中央診斷結(jié)構(gòu)。動(dòng)車組車輛故障診斷系統(tǒng)通常采用模塊化設(shè)計(jì)，分為子系統(tǒng)和中央診斷系統(tǒng)兩個(gè)部分。系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，各個(gè)子系統(tǒng)會(huì)對(duì)屬于本單元的電子元件進(jìn)行狀態(tài)檢測(cè)，在元件發(fā)生運(yùn)行故障時(shí)將其狀態(tài)反饋至中央診斷系統(tǒng)。中央診斷系統(tǒng)根據(jù)子系統(tǒng)反饋的元件運(yùn)行參數(shù)對(duì)動(dòng)車組故障車輛的故障原因、故障類型作出分析判斷，確保工作人員進(jìn)行快速、有效的故障排查工作，以期維護(hù)車輛安全運(yùn)行。

動(dòng)車組車輛故障診斷系統(tǒng)中的子系統(tǒng)可按照是否具有診斷存儲(chǔ)功能分為兩種：有掉電安全數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能的子系統(tǒng)和沒(méi)有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能的子系統(tǒng)。能夠進(jìn)行智能控制并進(jìn)行掉電安全存儲(chǔ)的子系統(tǒng)可以將車輛故障原因保存在診斷存儲(chǔ)器中，并將車輛故障造成的功能限制生成報(bào)告發(fā)送至動(dòng)車組中央診斷系統(tǒng)，避免發(fā)生連續(xù)故障。除此之外，這些子系統(tǒng)設(shè)有數(shù)據(jù)通訊接口，工作人員進(jìn)行車輛維修時(shí)可通過(guò)連接接口讀取故障信息，操作便捷[3]。未設(shè)有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能的子系統(tǒng)和保險(xiǎn)、接觸器、照明等元件發(fā)生故障時(shí)，子系統(tǒng)會(huì)直接生成二進(jìn)制故障信號(hào)，經(jīng)中央控制器直接向動(dòng)車組中央診斷系統(tǒng)報(bào)告。中央診斷系統(tǒng)可對(duì)子系統(tǒng)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息進(jìn)行匯總、分析、存儲(chǔ)操作，并向相關(guān)工作人員如維修人員、乘務(wù)人員等顯示故障數(shù)據(jù)，將補(bǔ)救措施傳送至司機(jī)人機(jī)交互MMI，使得動(dòng)車組車輛故障得到及時(shí)處理。

(二)診斷系統(tǒng)監(jiān)視的電氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。動(dòng)車組車輛故障診斷系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)的電氣系統(tǒng)有：制動(dòng)系統(tǒng)、牽引系統(tǒng)、門系統(tǒng)、HVAC系統(tǒng)、列車自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)、旅客信息系統(tǒng)、ACU輔助變流系統(tǒng)、MMI人機(jī)互通接口、車載電源系統(tǒng)、高壓系統(tǒng)、斷路器監(jiān)視系統(tǒng)、空壓機(jī)系統(tǒng)、衛(wèi)生系統(tǒng)、安全環(huán)系統(tǒng)。其中制動(dòng)系統(tǒng)包括自動(dòng)控制系統(tǒng)、制動(dòng)監(jiān)視系統(tǒng)以及防滑保護(hù)系統(tǒng)[4]；牽引系統(tǒng)中包括牽引控制系統(tǒng)、牽引監(jiān)控系統(tǒng)；門系統(tǒng)中包括門控制系統(tǒng)、門監(jiān)控系統(tǒng)；HVAC系統(tǒng)包括HVAC控制系統(tǒng)、加熱通風(fēng)監(jiān)視系統(tǒng)、空調(diào)設(shè)備監(jiān)視系統(tǒng)；高壓系統(tǒng)中包括主變壓器、主斷路器監(jiān)視系統(tǒng)；空壓機(jī)系統(tǒng)包括空氣壓力檢測(cè)系統(tǒng)、壓縮機(jī)警示系統(tǒng)；安全環(huán)系統(tǒng)包括門安全環(huán)、緊急制動(dòng)環(huán)、乘客緊急制動(dòng)環(huán)。

由此可見(jiàn)，模塊化的動(dòng)車組車輛故障診斷系統(tǒng)子系統(tǒng)的監(jiān)控范圍幾乎覆蓋了車輛的全部功能元件，能夠幫助司機(jī)、乘務(wù)人員、檢修人員及時(shí)把控車輛運(yùn)行信息，進(jìn)一步提高動(dòng)車組車輛安全行駛的能力。

三、動(dòng)車組車輛故障診斷系統(tǒng)應(yīng)用特點(diǎn)及作用

(一)故障診斷系統(tǒng)應(yīng)用特點(diǎn)。動(dòng)車組車輛故障診斷系統(tǒng)在應(yīng)用過(guò)程中最為矚目的特點(diǎn)即為監(jiān)控的全面性和反饋的實(shí)時(shí)性。利用模塊化的子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)動(dòng)車組車輛所有元件的運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析[5]。實(shí)現(xiàn)了車輛故障診斷工作由定期維修到狀態(tài)維修的轉(zhuǎn)變，進(jìn)一步促進(jìn)動(dòng)車組車輛安全、高效的運(yùn)行。

首先，動(dòng)車組車輛故障診斷系統(tǒng)監(jiān)測(cè)功能幾乎覆蓋車輛所有電氣設(shè)備，對(duì)車上的高壓系統(tǒng)元器件、車內(nèi)電氣設(shè)備、車下轉(zhuǎn)向架大部件結(jié)構(gòu)等部分均能夠進(jìn)行全面有效的實(shí)時(shí)監(jiān)控；其次，動(dòng)車組車輛故障診斷系統(tǒng)具有人機(jī)友好交互界面，該界面能夠?yàn)椴煌挠脩籼峁┎煌娘@示信息，在極大程度上方便了動(dòng)車組工作人員、乘務(wù)員、司機(jī)、維修人員執(zhí)行崗位工作，有效地提高了動(dòng)車組車輛運(yùn)營(yíng)及維護(hù)的工作效率；最后，動(dòng)車組車輛故障診斷系統(tǒng)具有良好的冗余特性，即使是在互為備份的兩個(gè)控制單元上也可進(jìn)行有效操作，實(shí)現(xiàn)信息共享的同時(shí)也確保了當(dāng)一個(gè)單元發(fā)生運(yùn)行故障時(shí)，另一單元可以及時(shí)替代工作，有效提高了動(dòng)車組車輛運(yùn)行的穩(wěn)定性[6]。

(二)故障診斷系統(tǒng)應(yīng)用作用。動(dòng)車組車輛故障診斷系統(tǒng)的應(yīng)用有效地提升了車輛運(yùn)行的可靠性。隨著動(dòng)車組車輛故障診斷系統(tǒng)的不斷優(yōu)化完善，目前我國(guó)動(dòng)車組運(yùn)行過(guò)程中可以實(shí)現(xiàn)在行車之前對(duì)車輛的所有功能單元進(jìn)行全面的安全隱患排查工作，有效降低了行車過(guò)程中發(fā)生安全隱患的概率。除此之外，在動(dòng)車組車輛行進(jìn)過(guò)程中，故障診斷系統(tǒng)可以對(duì)車輛運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并針對(duì)車輛運(yùn)行故障做出判斷分析及趨勢(shì)預(yù)測(cè)，向駕駛?cè)藛T提供有效的補(bǔ)救方案，極大程度的提高了動(dòng)車組車輛運(yùn)行的可靠性，進(jìn)一步保障了工作人員及乘客乘車安全。

動(dòng)車組車輛故障診斷系統(tǒng)的應(yīng)用為動(dòng)車組車輛的維修工作提供了有效的信息依據(jù)與技術(shù)支持。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，動(dòng)車組車輛故障診斷系統(tǒng)會(huì)在日常運(yùn)行過(guò)程中對(duì)車輛功能元件進(jìn)行多次重復(fù)檢測(cè)，并利用具有斷電存儲(chǔ)功能的子系統(tǒng)對(duì)車輛歷史狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)[7]。因此，相關(guān)工作人員在進(jìn)行動(dòng)車組車輛故障維修時(shí)，可以直接讀取子系統(tǒng)中的歷史數(shù)據(jù)，更加直觀、準(zhǔn)確地對(duì)元件故障類型、故障原因做出判斷。除此之外，在維修過(guò)程中故障診斷系統(tǒng)可以針對(duì)元件狀態(tài)給出實(shí)時(shí)反饋，進(jìn)一步強(qiáng)化了動(dòng)車組車輛維修的依據(jù)性，有效地降低了維修工作的難度、提高了維修效率。

結(jié)束語(yǔ)

目前為止，雖然動(dòng)車組車輛故障診斷系統(tǒng)的功能不斷優(yōu)化完善、智能化程度逐漸增強(qiáng)，但在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中仍存在著一定問(wèn)題。如無(wú)法準(zhǔn)確定位故障點(diǎn)、發(fā)出錯(cuò)誤報(bào)警等。在后續(xù)的發(fā)展過(guò)程中，相關(guān)工作人員應(yīng)著力于提升故障系統(tǒng)分析的能力與綜合判斷能力，進(jìn)一步為我國(guó)動(dòng)車組行駛安全提供基礎(chǔ)技術(shù)保障，促進(jìn)我國(guó)鐵路行業(yè)長(zhǎng)期繁榮發(fā)展。