CBTC车载子系统故障诊断研究状况分析

蒋敏建 张娟娟

摘要：自从CBTC系统诞生，关于此系统的维护和故障诊断相关的研究和探索从未间断。CBTC系统车载子系统作为保证列车安全运行的安全系统，对其维护方法和故障诊断方法的研究，在地铁电气设备中占据着首当其冲的地位。针对CBTC系统车载子系统的维护系统的研究也显得尤为重要。本文主要分析车了载子系统故障诊断系统研究现状，研究的意义以及发展的方向。

关键词：CBTC系统；车载故障诊断；研究现状；发展方向

一、地铁信号系统的维护存在的问题

目前，针对地铁信号系统的维护主要存在几方面的问题。首先，留给设备维护的时间有限。地铁车辆一般运行至夜晚十点中后开始回库作业，凌晨四点左右组织出库作业。除去维护人员请销点（天窗作业点）所花费的时间，留给维护人员进行设备维护的时间不超过5小时。一条中型地铁线路的车辆数约为20辆。因此，由于捉襟见肘的维护时间限制，维护人员对设备的维护基本处于外观检查和连接件的阶段，很难针对设备的运行状态对设备进行维护。这就不可避免的遗漏了对某些潜在设备故障的排查和检修。其次，维护手段落后。对于设备电气故障的维护，以事后修为主。设备性能方面的电气故障发生后，由于没有可靠的故障定位手段，一般会采取逐个部件排查的方式，对相关部件进行分散式的故障定位。对于设备的电气性能下降导致的运营中断或列车延误等故障，通常会在正线发生多次后，才能定位故障部件并进行更换或维修。最后，维修人员素质良莠不齐。如前所述，我国地铁的总里程数和建设速度都居世界前列，对于相关技术人员的需求也是逐年增加。中国地铁发展的历史不算太长，面对巨大的技术人员需求，我国针对地铁设备维护的技术人员准备还不够。这就不可避免的存在由于人技术本身素质导致的设备故障定位不准，设备维护不全面等问题。综上所述：当前地铁设备维护存在维修理念陈旧、故障定位机械，投入人力物力多、故障定位不准确、设备维护周期长以及设备维护效率低等缺点。

二、研究的意义

目前，主流信号厂商都已经实现了列车运行日志的在线存储和报警信息记录。车载系统日志分析是信号系统故障定位和维护分析的重要手段，其日志分为ATP、ATO、ITF等类别，实时存储在车载记录单元中。列车回库后，维护人员需对列车运行日志进行下载和解析，结合报警信息对特定日志进行分析，可以基本实现故障的分析与定位。但是，日志的信息太过庞大，每列车每天的数据量多达数百兆。以目前地铁维修人员的人力资源和人员素质而言，仅能实现对出现故障的列车进行日志下载与分析，且人工分析严重依赖个人的经验和细致程度。

列车运行数据文件中，隐含了列车运行相关设备的各种功能相关的信息。如果能对列车日常运行的大量数据进行智能处理与分析，提取出其中的规律，可以有效的识别故障部件。对车载设备运行日志的分析，也可以预测设备性能的下降，对系统的潜在故障进行预测。

三、研究现状

自从CBTC系统诞生，关于此系统的维护和故障诊断相关的研究和探索从未间断。CBTC系统作为保证列车安全运行的一套安全系统，对其维护方法和故障诊断方法的研究，在地铁电气设备中占据着首当其冲的地位。目前，针对信号系统的维护和故障诊断系统的研究主要集中在国铁信号系统方面。针对车载子系统的维护和故障诊断系统研究主要针对车载ATP系统。

ATP的维护是确保列车运行的基础。为了列车正常的运行，必须通过对列车运行数据，主要是故障数据和文件的分析，找出列控设备故障，完善设备。提出使用PCSAM软件下载ATP的运行数据，通过PCSAM软件对运行数据进行解析后进行故障分析。PCSAM具有日志比较快捷，操作相对简单的优点。使用PCSAM工具进行日志分析和故障定位相对比较直观，能够在一定范围和时间内找到故障所在。在一定程度给ATP设备维护人员在设备维护时带来了便捷。但是此工具也存在着一定的局限性，比如分析耗时较多，分析过程不直观。

目前故障诊断还采用了高速列车故障诊断系统的概念，构建了高速列车故障诊断系统的结构，对高速列车故障诊断的方法进行了探索。其实现故障诊断的方法是通过加入独立于车载系统之外的传感器和处理单元实现的，ATO、ATP仅作为故障诊断的参考系统，没有被纳入故障诊断的范围。此方法的缺陷在于：增加大量的传感器进行状态采集，使得投资成本变高，车载系统机柜中可利用的空间有限，传感器的安装难度较大；ATP、ATO作为列车运行控制的核心子系统没有被纳入故障诊断范围，一方面忽略了核心系统故障诊断的重要性，另一方面错失了通过ATO、ATP系统所记录的列车运行日志分析和诊断故障的可能性。

绝大多数故障诊断系统以铁路综合电务监督系统为基础进行信号系统的运行状态监督。综合信号系统的业务数据和设备运行信息进行车地信息的闭环检查。该系统特点为：主要面向地面设备，通过对采集到的数据进行合理性检查，找到逻辑处理方面的错误。对设备运行信息的获取没有进行明确的说明。未从系统设备运行逻辑层面对车载设备进行监督，对地面设备的故障预警也未过多涉及。

四、发展方向

地铁信号设备自身配备的维护支持系统目前仅能实现状态的记录与下载，并无日志智能分析和预警功能。国铁信号系统由于其统一的功能与接口定义，在数据的分析与维护方面相对地铁较为先进，但也未实现故障的预警与主动维护。目前CBTC车载子系统故障诊断研究系统的发展方向：

（1）设备状态的监督与预警可以实现从“故障修”到“状态修”的转变。

（2）从根本上改变了信号系统维护工作的模式，把维护工作从被动的定期检修和故障后检修扩展到对潜在故障的提前识别，提前预警，主动干预。试点成功后，可制定标准的数据维护接口，作为新建线路维护系统的标准设备应用，具有较高的社会效益和经济效益。

（3）当前设备主要功能为故障的分析与定位，并未关注维修能够促使设备维修理念从原先机械的“故障修”到“状态修”、“事前修”的转变；能够实时地记录和分析设备状态，快速精确地定位设备故障；能够缩短设备维护周期和提高设备维护效率；能够达到“减员”、“增效”的新时期下的地铁运营理念。

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