城市轨道交通自动扶梯在线监测与智能诊断系统应用功能设计与研究

李欣，梅棋，霍苗苗，王红艳，靳梦宇（.北京市轨道交通设计研究院有限公司/北京市轨道交通工程技术研究中心，北京00068；.北京市地铁运营有限公司地铁运营技术研发中心，北京008；.北京博华信智科技股份有限公司，北京0009）

城市轨道交通自动扶梯在线监测与智能诊断系统应用功能设计与研究

李欣1，梅棋1，霍苗苗2，王红艳2，靳梦宇3
（1.北京市轨道交通设计研究院有限公司/北京市轨道交通工程技术研究中心，北京100068；2.北京市地铁运营有限公司地铁运营技术研发中心，北京102208；3.北京博华信智科技股份有限公司，北京100029）

为加强城市轨道交通关键设备系统安全运行保障，对自动扶梯在线监测与智能诊断系统进行研究，采用信息化手段对自动扶梯进行安全风险监控，实现故障趋势预判与预警，对设备维修养护提供指导，从而加强自动扶梯设备安全运行能力。系统由数据采集、数据中心、数据应用、数据传输4部分逻辑组成，以状态监测为基础，提供设备状态统计、测点状态统计、智能诊断、可视化状态管理、故障检维修及维修保养记录等功能，为地铁运营实现设备安全监控和状态维修提供了有利工具。

地铁自动扶梯;在线监测;智能诊断;故障预警

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.12.185

1 引言

近年来，随着轨道交通的飞速发展，地铁车站设备故障导致的安全事故频发，国家及各级政府陆续出台了多个相关政策，包括《北京市人民政府办公厅关于印发进一步加强轨道交通运营安全工作方案的通知》（京政办发【2013】59号）《进一步加强轨道交通运营安全的工作方案》等[1]。2014年由北京市交通委发起的“城市轨道交通关键设备在线监测与智能诊断系统研究与应用”建设项目重点对关键设备系统安全运行保障技术进行研究。自动扶梯为机电专业关键设备之一，要求通过信息化手段进行在线监测与智能诊断，实现故障趋势预判与预警，对设备维修养护提供指导，从而加强自动扶梯设备安全运行能力。

2 必要性分析

2.1 状态在线监测是设备安全预警的需要

近年来，由于车站自动扶梯故障导致的安全事故越来越多。2011年7月5日上午9时36分，地铁4号线动物园站A口上行扶梯发生设备溜梯故障，造成一名12岁少年身亡、3人重伤、27人轻伤，调查显示事故的直接原因是固定零件损坏，扶梯驱动主机发生位移，造成驱动链条脱落，扶梯下滑[2]。2010年12月14日上午8时49分，深圳地铁1号线国贸站1部站台通往站厅的上行扶梯突然逆行，造成23名乘客受伤，调查显示故障原因为自动扶梯驱动主机的固定支座螺栓松脱，使主机支座移位，造成驱动链条脱离链轮，扶梯逆转导致多名乘客摔伤[3]。

以上两起国内地铁电扶梯严重事故都是由于固定零件故障，辅助保护制动器未正常启动，造成扶梯突然逆行，致使人员伤亡。在自动扶梯设备上安装状态采集设备，将数据远传给上层监控平台，对自动扶梯的运行状态进行识别，是有效发现设备运行安全风险的方法之一，也是有效避免重大事故的保障措施。

2.2 实现设备状态维修和养护的有效技术手段

目前，城市轨道交通建设项目中均设有环境与设备监控系统（月AS）和综合监控系统（ISCS），实现对自动扶梯以及其他所有机电设备远程监控。但是，目前月AS和ISCS功能偏重于设备运行管理，不具备对设备状态趋势的计算分析能力，不能对设备的维修养护提供必要的数据支持。维修技术人员对设备进行检查，仍主要依靠手摸、耳听等主观标准进行判别，设备检查情况记录也多采用手工填写的方式[4]。

综上，针对地铁车站自动扶梯运行安全风险和养护维修存在的问题，建立一套在线监测和智能诊断系统，利用数据监测，状态量化，智能诊断，应用信息化等技术，实现对设备运行和养护的有效管理，符合地铁运营需求。

3 系统架构

自动扶梯在线监测与智能诊断系统主要架构由4部分逻辑关系组成：数据采集、数据中心、数据应用、数据传输。系统平台架构图如图1所示。

图1 平台架构图

3.1 数据采集

数据采集是系统实现在线监测的重要基础，是所有故障诊断与应用分析功能的数据来源。数据采集可以分为系统自动数据采集和人工数据采集。系统自动采集数据一部分是利用自动扶梯现有控制器监控数据，另一部分是对自动扶梯加装在线监测和智能诊断仪表的状态数据；人工数据采集一部分为设备养护信息的人工录入数据，另一部分为人工手持仪表采集设备状态的数据[5]。

3.2 数据中心

数据中心是设备数据存储、运算诊断、统计分析等功能的重要核心部件，也是整个物联网系统数据功能应用的重要支撑。数据中心要建立设备的电子档案，包含设备台账、零部件信息、维修记录、养护记录、零部件更换记录、责任人员、故障原因分析等伴随设备全生命周期的信息。数据中心利用数据库和智能算法，对车站关键设备信息进行分析，判断设备状态趋势，实现对设备故障的预警和早期发现，对设备所需要的人力、物力资源进行调配，为整个物联网系统进行数据服务。

3.3 数据应用

数据应用主要是系统对运营使用人员提供应用服务功能，物联网利用设备数据最终要给使用人员提供各种信息化应用，以提高人员对设备的信息管理、状态监测和养护支持。数据应用以工作站形式提供友好的人机界面，同时方便现场人员使用，也可以配属移动客户终端[6]。

3.4 数据传输

数据传输主要负责系统内数据的传送，是贯穿数据采集、数据中心和数据应用的重要途径。数据传输一方面采用固定的有线或无线网络，另一方面根据系统实施环境，部分数据采用人工传递的方式，补充信息数据的传送。

4 系统功能设计

自动扶梯在线监测与智能诊断系功能设计如图2所示，以状态监测为基础，可提供设备状态统计、测点状态统计、智能诊断、可视化状态管理、故障检维修及维修保养记录等功能。

图2 设备故障检测与智能诊断系统图

4.1 状态监测

系统具有各种分析图谱，为维护人员提供丰富、专业的设备运行状态信息和图谱分析功能，相关人员通过该模块可以方便掌握设备运行的状态，状态监测主要包括以下内容。

1）参数跟踪：跟踪一个或多个监测参量的变化动态。

2）趋势分析：对参量的长期和短期变化趋势进行分析，发现变化规律，便于分析和预测设备健康状况。

3）类比分析：对相同或相似设备的相关参数进行横向对比，以便分析故障和异常原因。

4）多参量相关性分析：采用趋势图分析同一台设备多个相关参量的分布情况，并根据经验模型、数学相关性模型，以辅助判断设备整体健康状况。

5）报警：在报警查询模块中可按照车站名称、（报警）设备名称、报警状态（危险、报警）、报警时间等动态显示设备运行状态及报警处理状态。对处于报警状态的设备可通过邮件或短信的形式发送给相关人员。

6）分析报表：对分析结果进行汇总和分类，并提供查询和下载的功能。

4.2 智能诊断

具有基于规则的设备故障诊断专家系统，对自动扶梯的常见故障进行智能诊断，预警并给出故障原因。该功能可以分析诊断设备的典型故障类型如下：

1）转子故障（不平衡、不对中）；

2）地脚螺栓松动故障；

3）齿轮故障（断齿、咬合、点蚀）；

4）轴承故障（内圈磨损、外圈磨损、滚珠磨损、保持架磨损、轴承跑套、润滑不良）等。

系统具有故障库，可将已有的故障案例进行审核、整理并录入到专家系统中的案例库管理模块，便于以后将发生的设备故障和案例库中的设备故障进行对比、参考[7]。

4.3 可视化信息管理

系统可以全局查看公司、地铁线路、地铁站的设备运行状态及报警情况。具备对全线各站电梯的运行状态实时监控功能。

界面功能主要包括地铁运行线路图（GIS图）、设备运行状态、查询定位条件（可按地铁线路、地铁站点、设备类型、设备搜索查询）、设备动态等。

4.4 设备运行状态

设备运行状态模块包括实时报警统计，历史报警统计，停机状态统计功能模块，这几个模块均可以统计图表来展示，并且可以在各种统计图之间切换，如图3所示。

图3 设备运行状态模块图

4.5 设备测点状态

统计显示线路、车站等级别下设备所有测点的实时状态。不同状态的设备，用列表底色来区分状态变化：红色代表危险，黄色代表报警、绿色代表正常、灰色代表停车、褐色代表断网。

4.6 检维修管理及决策

系统可自动形成设备的检修决策分析报表，涉及监测参数、机组运行、诊断分析3个指标。记录检修维修相关信息，具体内容有：基本信息；故障基本概况；故障特征描述；故障检查及处理过程；故障的原因分析；故障的预控措施；故障处理消耗备件单；处理建议；故障处理人员[8]。

5 结语

目前自动扶梯在线监测与智能诊断系统被列为是北京市交通委“城市轨道交通关键设备在线监测与智能诊断系统研究与应用建设项目”的子系统，其实践研究为城市轨道交通自动扶梯安全运行保障提供了有效技术手段；采用在线监测、智能诊断、信息化技术，对设备监控和智能养护提供支持；同时也为地铁运营实现设备状态维修提供了有利工具。学学报，2008,18(7):55-62.

【3】罗春贺，宋永发.基于物联网技术的地铁安全监控研究[J],工程管理学报，2014,27(2):35-39.

【4】张勋，陈晓东.月AS系统在地铁环境控制中的应用与实现[J].地铁与轻轨，2003(5):30-37.

【5】徐岩，李胜琴.物联网技术研究综述.网络通讯及安全[J].2011,7(9): 2039-2040.

【6】刘志杰.物联网技术的研究综述[J].软件，2013,34(5):164-168.

【7】吴明强，史慧，朱晓华，等.故障诊断专家系统研究的现状与展望[J].计算机测量与控制，2015,13(12):1301-1304.

【8】张磊，李明军.基于故障树的地铁屏蔽门故障诊断专家系统的设计[J].计算机测量与控制，2015，23(3):770-776.

【1】李欣，魏继红.地铁机电设备故障监测与智能诊断系统[J].都市快轨交通，2015,28(1):117-120.

【2】黄宏伟，叶永峰等.地铁运营安全风险管理现状分析[J].中国安全科

Escalators of Urban Rail Transit On-Line Monitoring and Intelligent Diagnosis System Application Functional Design and Research

LI Xin1,MEI Qi1,HUO Miao-miao2,WANG Hong-yan2,JIN Meng-Yu3
(1.Beijing Urban Rail Transit Design&Research Institute Co.Ltd.,/Beijing Urban Rail Transit Engineering Technology Research Center, Beijing100068，China；2.Beijing Subway Corporation Subway Operation Technology Research and Development Center,Beijing102208,China；3.Beijing Bohua Xinzhi Polytron Technologies Co.Ltd.,Beijing100029，China)

In order to enhance the safety of the key equipments of urban rail transit, this paper does the research on the system for online runningstatus monitoring and fault intelligent diagnosis of the subway escalator. In this paper,we carry out the safety risk monitoring and realize the faulttrend prediction and fault alarm based on the information means so as to provide support to the equipment maintenance and eventually to improvethe safety operation ability of escalator equipment. The online monitoring and fault intelligent diagnosis system is logically composed of datacollection, data processing, data application and data transmission and is based on the running status monitoring to provide the functions, such asequipment status statistics,point state statistics, intelligent diagnosis, visual status management, records of failure inspection and maintenance.

subway escalator;online monitor;intelligent diagnosis;fault alarm

U12;TU857;TP277

B

1007-9467（2016）12-0203-04

2016-10-28

>城市轨道交通关键设备在线监测与智能诊断系统研究与应用建设项目；地铁机电设备故障监测与智能诊断系统研制及示范应用（Z131100004113004）

李欣（1983～），男，北京人，高级工程师，从事北京轨道交通智能化控制系统研究。