地铁机电设备故障监测与智能诊断系统分析研究

陈剑斌

中交佛山投资发展有限公司 廣东省佛山市 528000

摘要：随着中国轨道交通线路的不断扩展和加密，站内机电设备状态对地铁运营影响日益加深。本文以地铁机电设备故障监测与智能诊断系统为研究对象，简要地阐述了针对地铁机电设备建立该系统的作用与意义，分别对系统内部的采集层、分析层和评估层这三个基本工作层的逻辑架构以及维修中心级、机电工区级和设备现场级这三个工作级的结构设计进行了详细地分析研究。希望能够在文中为地铁运营机电公司的维修人员们提供相关方面的理论参考与实践帮助。

关键词：地铁机电；机电设备；故障监测；智能诊断

近几年，中国国内各大城市都迎来了城市轨道交通的建设高峰。以首都北京为例，截止2015年，已经顺利完成了国家“一二五”规划中的发展要求。600km的地铁线路上添置和安装了大量的机电设备，光是安全屏蔽门就设有一万多套。这就给地铁运营机电公司的维修人员们增加了工作量和工作强度。为了提高运营维护的效率，需要建立起地铁机电设备的故障监测与智能诊断系统。

一、建立故障监测与智能诊断系统的必要性

（一）创新发展轨道交通科技的要求

国家“一二五”的发展规划明确提出，轨道交通装备产业隶属于装备制造业中的高端产业，应该大力开发轨道交通装备中的先进技术、节能经济、环保科技和安全性能，推动智能化机电设备的协调创新与可持续发展。地铁机电设备的故障监测与智能诊断系统，完全符合这一现代化建设的要求，对轨道交通科技的创新发展有着极为重要的意义和作用。

（二）高效管理地铁线网的必然需要

自中共在十八大会议上，提出高效推动城市化建设的要求以后，各个城市都开始加密本地的地铁线网。同时，大量机电设备投入使用，迫使地铁运营机电设备公司不得不扩大现有的维修团队，以满足地铁线网正常运营的实际需求。地铁机电设备故障监测与智能诊断系统的建立，可以在现代化信息手段和技术的辅助之下，对现有的维修管理资源进行优化升级，可以快速诊断故障点，分析故障原因，节省排除故障时间，在提高维修团队工作效率的同时，也避免了盲目投入人力资源的浪费现象。

（三）机电设备安全运行的基本保障

负责运输地铁站内乘客上下出入的电扶梯，是发生安全事故和机械故障最频繁的机电设备。很多因电扶梯引起的大型事故，都是是由于固定零件和驱动链条等设备零件年久失修或故障失察而最终导致的。另外，安全屏蔽门机电设备中的安全回路、系统接口、电气设备和门体机械等部位都很容易发生机械故障。大型风机在运转过程中的轴承振动很大，也时刻有着叶片脱落的安全风险。由此可见，地铁机电设备中的电扶梯、安全屏蔽门和大型风机等机电设备是发生机械故障几率最高的“重灾区”，预防并及时发现故障及危险源，可以避免或减少灾害发生。

地铁机电设备的故障监测与智能诊断系统，不仅可以适时判断出地铁运转系统中各个机电设备的运转状态是否正常，有没有隐藏安全隐患，还能够对可能存在的机械故障和安全风险进行警告，并针对故障风险做出与之相应的提示，为维修人员提供必要的原始数据和维修建议。这是保证地铁机电设备安全运行的基本保障，也是建设安全稳定地铁运行线路所必须的前提条件。

二、故障监测与智能诊断系统的逻辑架构

（一）数据采集层的逻辑架构

地铁机电设备故障监测与智能诊断系统中数据采集层的主要职能，是监督和采集地铁机电设备的运行状态，存储和整理机械故障的数据信息。对于系统无法提供或是掌控的信息，比如温度、湿度和振动频率等，需要在地铁机电设备的内部安装功能相符的传感器。通过传感器实现数据和模拟信息的相互转换之后，再应用采集层进行数据采集。

（二）数据分析层的逻辑架构

地铁机电设备故障监测与智能诊断系统中数据分析层的主要职能，是分析整合由采集层收集到的信息，从中提取出具有风险故障特征的数据信号，进而判断出地铁机电设备的故障根源和故障趋势。如果数据采集层报送上来的是清晰明确的数据信息，则可以直接跳过数据分析层的解析环节，直接经数据传输层送到决策评估层。

（三）决策评估层的逻辑架构

地铁机电设备故障监测与智能诊断系统中决策评估层的主要职能，是利用存储于专业数据库的历史经验数据和设备维修信息，应用状态评估算法得出机械故障与安全风险的真实数据，最后统筹评估，为现场的维修人员提供机电设备故障的原始数据、可能原因以及维修的建议与计划。当然，维修人员也可以根据故障现场的具体情况，对维修方案进行灵活调整。

三、故障监测与智能诊断系统的结构设计

（一）维修中心级的结构设计

故障监测与智能诊断系统中的维修中心级，一般会设立在地铁轨道线路车辆段的维修中心内部。维修中心级的结构设计，旨在从宏观的角度上出发，对地铁全线机电设备的工作状态进行统筹规划与管理。中心级可以在发现故障的同时发出警报，并精确地显示出机电设备故障的蔓延趋势和紧随其后的风险损失。这就要求维修人员科学合理地安排维修养护工作，对需要维修的地铁资源和机电设备进行现代化的信息管理，为故障监测与智能诊断系统提供信息存储、资料查询和维修管理等基础性的服务。维修中心级的结构设计在整个系统的建设过程中具有重量级的关键作用。

（二）机电工区级的结构设计

通常情况下，每隔4～6个地铁站，就应该设置一个集中进驻维修人员的机电工区。故障监测与智能诊断系统中机电工区级的主要作用是监事和管理区域内地铁站各个机电设备的工作状态。一旦发现安全隐患或是故障信息，能够立即调取现场所有的数据信息和列车运行状况的监控录像，并通过计算机得出机电设备安全状态的故障诊断以及随之而来的风险评估。只有这样，才能实现维修工人个体管理和系统整体管理之间的和谐统一，尽可能地在最短的时间内找出机电设备故障的根源和维修养护的建议。

（三）设备现场级的结构设计

地铁机电设备系统中的设备现场级，主要负责采集和分析机电设备的数据信息与故障原因，主要被安置在地铁轨道线路的车站内部。设备现场级的基本结构会按照地铁机电设备的不同类型，划分为具有不同诊断特性的子单元，对机电设备的各类故障进行监督测试和智能诊断。具体的现场级子单元包括屏蔽门故障的子单元、扫描仪故障的子单元、购票机故障的子单元电扶梯故障的子单元等。各个子单元之间的监测、诊断功能都较为独立，相互之间没有什么牵连关系或干涉作用。子单元的设计是为了加强智能诊断系统监测数据的准确性，提升故障监测与智能诊断系统在地铁运行过程中的工作效率。这种精细化的结构设计，使得各个机电设备的监察工作都可以独立进行。即便是脱离了全线的系统之后也能正常运转。除此之外，地铁机电设备的现场级网络支持便携式手持终端的插口接入与信息交换，方便现场的工作人员随时查阅和调用机电设备的原始数据信息，以便更加高效地找出故障原因。

结束语

针对地铁的机电设备建立故障监测与智能诊断系统，可以在机电设备的关键部位或重要装置发生故障的早期，及时发现故障的源头并尽快找出原因，有效规避故障的风险与威胁。同时，也能强化提升运营公司对地铁机电设备的维保效率，引领着机电设备的维修养护作业向着信息化、现代化和智能化的方向发展创新。

参考文献：

[1]秦冲，王素粉.机电设备故障诊断技术发展探析[J].机械制造与自动化，2011，06：90-92+104.

[2]周祖德，谭跃刚等.机械系统光纤光栅分布动态监测与诊断的现状与发展[J].机械工程学报，2013，19：55-69.

[3]何伟荣.非接触在线监测在地铁机电设备中的应用[J].城市轨道交通研究，2012，06：56-59+62.