网络化列车故障诊断系统论文研究

关于TC系统的智能诊断维护方案探讨论文

引言

随着国内经济的快速发展，建设高效、安全的城市轨道交通系统势在必行。由于ATC(列车自动控制)系统的采用，中国城市轨道交通的整体技术水平上了一个台阶，列车运行呈现出全新面貌，实现了2 min 的运行间隔，大大提高了城市轨道交通列车的运行效率和运输能力。

1 ATC 系统的构成和现有诊断方式

ATC 系统是城市轨道交通中的核心和关键系统，其主要由列车自动防护系统(ATP)、列车自动驾驶系统(ATO)、列车自动监控系统(ATS)以及数据通信系统DCS 等构成。作为ATC 核心的ATP 和ATO 系统又包括很多子系统和设备，主要有车载CC、车载人机界面DMI、区域控制器ZC、线路控制器LC、数据存储单元DSU、信标Beacon、欧式有源编码器LEU 等。ATC 依靠DCS 子系统实现各个子系统的有效互联，形成一个有机的整体。ATC 系统的主要功能是确保行车安全、保护及辅助乘客、辅助驾驶、提供技术支持、信号设备监控、列车追踪、管理与控制、计划管理等功能。在整个轨道交通运营中担负着神经中枢的作用，所以对ATC 系统设备运行状态的实时监测、实现故障智能诊断、及时发现设备隐患显得十分重要。通过对已开通线路的调研发现，ATC 系统基本具备自诊断和监测报警功能。对于ATC 诊断和报警，目前主要有2 种处理方式：第1 种为ATO 和ATP 子系统将自诊断信息发送给ATS 子系统，ATS子系统汇集ATC 系统的设备故障和报警信息，在ATS 调度工作站上统一显示;第2 种为ATC 系统将诊断和报警信息发送给网络管理系统NMS，并在NMS 终端上显示。但目前这2 种方式存在以下问题：

(1)ATC 各个子系统模块报警信息相互孤立，没有进行有效的关联分析，不利于故障诊断。

(2)现有的ATC 故障诊断系统缺少故障预警功能。故障预警功能可以把信号设备的故障消灭在萌芽之中，防患于未然，减少信号设备故障对行车安全产生的影响。

(3)对信息的分析和处理不够，对信息的分析处理较为简单，多是反映报警信息，缺少维修建议，报警信息产生的原因从维护界面上看不到，需要到相应的报警子系统中查找和核对。

(4)不同线路的ATC故障诊断存在较大差异，没有统一标准和清晰的操作界面，可用性较差。所以为城市轨道交通通号维护部门提供一个覆盖ATC 各子系统的、具备跨系统故障诊断和智能预警功能的以及具备图形化直观显示功能的维护系统迫在眉睫。

2 ATC 系统智能诊断维护的.实现方案

智能诊断维护系统的结构

针对目前ATC 系统诊断维护存在的问题和维护部门的迫切需求，本文探讨设计了一种具备智能诊断分析和预警功能的ATC 故障诊断维护方案。该系统结构从设备上主要由维修中心双机热备的采集服务器、应用服务器以及维护工区的维护工作站和打印机构成。

位于维修中心的采集服务器接入信号红蓝网，与ATC 各子系统接口，通过统一标准的SNMP 协议采集实时监测各子系统设备、板卡状态以及设备运用计数超限等，建立ATC 智能诊断维护系统的基础数据中心;采集服务器的诊断模块同时对基础数据中心的故障信息数据进行持续遍历，结合专家库系统中建立的关联规则库信息，实现设备故障定位及跨系统诊断，综合形成具备智能决策算法依据的诊断输出。位于维修中心的2 台应用服务器，实时接收采集服务器发送的ATC 各子系统设备、板卡状态以及诊断报警信息，并将收到的信息实时转发给维护工作站，同时将收到的诊断信息保存到历史数据库中。应用服务器还可以响应维护工作站的查询历史数据的调阅命令，将历史数据发送给维护工作站。位于维修工具和网管室的维护工作站可以实时接收应用服务器转发的设备、板卡状态以及诊断报警信息，并同步在图形化显示界面显示。维护工作站具备回放功能，便于对历史信息进行回溯，辅助用户分析。

智能维护诊断系统的模块和数据流

ATC 智能诊断维护系统的核心为采集服务器，采集服务器主要由设备故障信息采集模块和故障诊断以及智能分析模块2 大模块组成。设备故障信息采集模块负责ATC 各子系统故障信息采集，建立基础数据中心，为故障诊断以及智能分析模块提供输入。而故障诊断以及智能分析模块则依据基础数据中心，根据专家库建立的关联规则实现跨系统的设备故障定位和智能分析，并将诊断和分析信息发送给应用服务器。应用服务器在将诊断信息保存到历史数据库的同时，将诊断结果转发到维护工作站，并最终输出给维护人员。维护工作站可以根据维护人员的操作要求，将历史数据请求命令发送给应用服务器，应用服务器从历史数据库中获取后再发送给维护工作站用于历史回溯。

3 ATC 智能诊断维护系统的功能和创新点

该智能诊断维护系统与ATC 各子系统制定了统一的接口输入标准及规范，构建了标准的数据表示格式及数据存储规范，建立了基础数据中心，为进行跨系统间的故障诊断和关联分析提供了可靠的输入。该智能诊断维护系统结合专家库中建立的关联规则库信息，实现了跨系统间的故障诊断和智能分析功能，极大地提高了故障定位精度和准确性。如在系统监测到与车载CC 双网同时失去通信，且监测到DCS子系统中对应列车的无线Modem为故障态时，可以诊断出此时列车已经入库。该故障诊断系统可以根据预设的预警阀值，针对车载的运行参数如车轮打滑、丢失信标、紧急制动、车辆停准误差以及双机热备中的单机故障、连接双网设备的单网故障等进行预警，便于维护人员及时发现故障隐患，防患于未然，减少信号设备故障对行车安全产生的影响。该故障诊断系统基于准确和快速的故障定位和预警功能，基于建立的专家库，可以方便、准确的针对设备故障和预警，给用户提供维修建议。为了更好的进行车载设备故障诊断，该故障诊断系统还开发了车载离线回放和分析工具，用于车载CC 离线日志文件的分析和回放，辅助进行车载故障诊断。该故障诊断系统具备以图形化方式实时显示设备和板卡运行状态的功能，便于用户快速发现设备异常。

总之，该智能诊断维护系统提供了全面的设备监测、智能故障诊断定位以及预警功能，可以为ATC 系统设备维护人员的日常维护提供有效的技术支持，可以大幅度减轻系统维护人员的劳动强度，降低对大量高素质ATC 系统维护人员的依赖，降低ATC 系统的维护成本，提高ATC 系统的维护管理质量和效率，从而有效提高轨道交通运营效率和安全性。本文设计实现的ATC 智能诊断维护系统方案已经在上海轨道交通13 号线试点应用，取得了良好的应用效果。

4 结语

随着信息技术的不断发展，“状态修”必将在信号系统的维护工作中得以应用和推广，“状态修”是基于对设备的信息化管理，对设备的状态进行全面评估，在设备失效前进行更换，从而减少维修、最大限度地提高效率和安全，智能诊断与维护系统正是实现这一目标的核心。采用人工智能技术，在智能诊断与维护系统中建立具有自学功能的专家故障诊断系统，可以使故障诊断更实时、准确、覆盖面更广，全面提高信号系统的故障诊断与维修水平。