西安地铁二号线电客车制动系统智能运维方案

常立然

摘要：二号线二期电客车制动系统状态监视功能，其安装在制动控制装置中的故障数据记录器通过RS232C接口从制动控制器（以下简称BECU）收集行驶中的制动设备及空压机的动作信息。故障数据记录器内部有单独的处理器，将收集到的数据进行计算处理，并且通过各车的以太网网络将计算出的维护信息和故障预测信息输出至TCMS系统，最终由TCMS终端设备下传至地面运维系统。

关键词：地铁车辆;智能运维;制动系统;数据分析

引言：制动系统智能运维设备主要是从制动控制器（BECU）收集并储存列车在运行过程中的数据，并进行处理判断。基于存储的数据，预测设备的寿命，发送维护信息。主要是从机器的积年动作状态，当零部件接近其推荐的更换周期时，发送零部件的更换推荐信息。同时，智能运维设备将制动设备运行前后的数据进行监测与分析，对于监测值，虽然不能检测出故障，但是出现了比通常的基准值偏差较大的值时，为了预防会发送维护预警信息。

1.实现功能

利用制动系统本身构造特性、部件性能参数，以及运行环境、线路条件和负载状况等相关信息，搭建预诊断系统，以实现：

1.1对制动设备健康状态进行模型建立和诊断评估，预测设备可能发生的故障及潜在影响，对车辆运营方给出及时的报警与处置;

1.2根据健康状况诊断由定时修改变成状态修，节省不必要的维护维修，减少运营维护时间，降低运营维护成本;

1.3根据设备性能变化趋势曲线，可以推断设备剩余有效使用寿命，指导架修和大修的成本分析和维修成本;

1.4建立全生命周期的数据库和实时诊断，制定制动系统部件的维护维修章程和部件标准，降低全生命周期成本。

2.数据接入方式

车辆专家系统车载端在列车头尾车各配置一台车载无线主机（WTS）， 挂接到由TCMS 网络控制系统构建的以太网信息维护网络中，构成基于以太网的综合信息承载传输网络。

各车制动控制单元均有MVB和以太网接口，每台控制器均被分配单独的IP地址。车辆控制数据通过MVB与TCMS通讯，智能运维数据通过以太网传输到车上WTS，最后传输到整车运维服务器。

3.车载网络系统

依托于车载TCMS的MVB和以太网维护网提供数据。

4.车上信号采集设备

（1）BC压力传感器，在制动控制箱内，负责采集制动缸压力。

（2）AC压力传感器，在制动控制箱内，负责采集常用电磁阀控制压力。

（3）AS1压力传感器，在制动控制箱内，负责采集本车空簧1压力。

（4）AS2压力传感器，在制动控制箱内，负责采集本车空簧2压力。

（5）总风压力传感器，在制动控制箱内，负责采集本车总风压力。

（6）HS1速度传感器，在制动控制箱内，负责采集脉冲信号。

5.车载控制设备

制动系统智能运维设备主要是从制动控制器（BECU）收集并储存列车在运行过程中的数据，并进行处理判断。基于存储的数据，预测设备的寿命，发送维护信息。主要是从机器的积年动作状态，当零部件接近其推荐的更换周期时，发送零部件的更换推荐信息。

同时，智能运维设备将制动设备运行前后的数据进行监测与分析，对于监测值，虽然不能检测出故障，但是出现了比通常的基准值偏差较大的值时，为了预防会发送维护预警信息。

6.数据采集

西安地铁2号线制动运维系统维护数据主要来源于各传感器数据以及各部件状态等参数，数据类型主要由数字量数据及模拟量数据组成，信号如下：

（1）常用电磁阀，负责监控数字量I信号、模拟量信号。

（2）紧急电磁阀，负责监控数字量I信号、模拟量信号。

（3）防滑阀，负责监控数字量I信号、模拟量信号。

（4）制动控制器，负责监控数字量I信号、模拟量信号。

（5）压力传感器，负责监控模拟量信号。

（6）电动机，负责监控通讯信号。

（7）油水分离器滤芯，负责监控通讯信号。

（8）干燥器，负责监控通讯信号。

（9）中继阀，负责监控模拟量信号。

7.制动系统故障分析

制动系统智能运维系统主要监测：常用电磁阀，BECU，防滑阀，速度传感器，空压机，中继阀。

当以上部件出现例如7.2中维护提示中判定条件时，制动系统将会提示故障点，以便更快的进行设备维护。具体分为故障预警和维护提示：

7.1故障预警

预警对象及预警条件如下：

（1）常用电磁阀，预警条件为制动控制器中累计的运营时间或是运营里程达到架修规程注1或是电磁阀动作次数累计超过3000万次。

（2）紧急电磁阀，预警条件为制动控制器中累计的运营时间或是运营里程达到架修规程注1或是电磁阀动作次数累计超过100万次。

（3）防滑电磁阀，预警条件为制动控制器中累计的运营时间或是运营里程达到架修规程注1或是电磁阀动作次数累计超过100万次。

（4）电子制动控制器，预警条件为制动控制器中累计的运营时间或是运营里程达到大修规程注1。

（5）压力传感器，预警条件为制动控制器中累计的运营时间或是运营里程达到大修规程注1。

（6）电动空气压缩机（电动机），预警条件为制动控制器中累计的工作时间达到2万小时。

（7）干燥装置（油水分离器滤芯），预警条件为制动控制器中累計的运营时间达到2年。

（8）干燥装置（干燥器），，预警条件为制动控制器中累计的运营时间或是运营里程达到架修规程注1。

注1.架修（60万公里或5年）-大修（120万公里或10年）

7.2维护提示

（1）常用电磁阀，提示条件为指令AC压力响应时间大于最大常用制动响应时间;维护内容为检查电磁阀是否有漏气和损坏。

（2）中继阀，提示条件为目标压力值与实测制动压力值的差达到或超过公差（±20kPa）上限;维护内容为分解中继阀，确认磨耗部件。

（3）防滑电磁阀，提示条件为防滑阀排气动作时中继阀侧实测制动压力值波动大于20kPa;维护内容为检查电磁阀是否有漏气和损坏。

（4）压力传感器，提示条件为实测电压值的换算压力低于0kPa;维护内容为通过电子制动器执行特性校正。

（5）电子制动控制器，提示条件为电制动请求和电制动等效信号实测电压值的换算制动力低于0kN;维护内容为通过电子制动器执行特性校正。

（6）电动空气压缩机，提示条件为750～900kPa范围内的空压机实际打风时间超出正常时长5分钟;维护内容为检查空压机，除湿装置是否有漏风，滤芯破损，压力开关等异常。

（7）各动车BC压力差值超限，提示条件为各动车电制动信号有效时，本车BC压力大于任一动车BC压力100kPa且持续5s以上;维护内容为检查电制动相关功能（BECU 到VVVF请求信号的接线、反馈信号线是否异常）。

8.结束语：

地铁智能运维系统总体建设思路是通过整合车辆实时运行状态数据、故障数据、关键子系统监测数据，实现以车辆为中心的大数据挖掘和建模，构建车辆全方位的健康管理，提供列车车载数据的实时/离线数据传输、解析和处理;提供列车运行状态监控和事件监控;通过构建关键部件的数据模型，实现车辆健康管理、故障诊断预测以及辅助维修决策的能力，最终助力地铁车辆实现检修运维的全寿命周期管理。

轨道交通的发展中，将会面临越来越大的运行压力，所以必须要不断将新技术、新设备投入使用，尤其要通过自动化技术，来及时解决车辆的故障。为了实现故障的自动检测，通过加强传感器的使用，保证不同系统的结合，确保良好的运行效。