CBTC車載子系統(tǒng)故障診斷研究狀況分析

蔣敏建 張娟娟

摘要：自從CBTC系統(tǒng)誕生，關(guān)于此系統(tǒng)的維護(hù)和故障診斷相關(guān)的研究和探索從未間斷。CBTC系統(tǒng)車載子系統(tǒng)作為保證列車安全運(yùn)行的安全系統(tǒng)，對其維護(hù)方法和故障診斷方法的研究，在地鐵電氣設(shè)備中占據(jù)著首當(dāng)其沖的地位。針對CBTC系統(tǒng)車載子系統(tǒng)的維護(hù)系統(tǒng)的研究也顯得尤為重要。本文主要分析車了載子系統(tǒng)故障診斷系統(tǒng)研究現(xiàn)狀，研究的意義以及發(fā)展的方向。

關(guān)鍵詞：CBTC系統(tǒng)；車載故障診斷；研究現(xiàn)狀；發(fā)展方向

一、地鐵信號系統(tǒng)的維護(hù)存在的問題

目前，針對地鐵信號系統(tǒng)的維護(hù)主要存在幾方面的問題。首先，留給設(shè)備維護(hù)的時(shí)間有限。地鐵車輛一般運(yùn)行至夜晚十點(diǎn)中后開始回庫作業(yè)，凌晨四點(diǎn)左右組織出庫作業(yè)。除去維護(hù)人員請銷點(diǎn)（天窗作業(yè)點(diǎn)）所花費(fèi)的時(shí)間，留給維護(hù)人員進(jìn)行設(shè)備維護(hù)的時(shí)間不超過5小時(shí)。一條中型地鐵線路的車輛數(shù)約為20輛。因此，由于捉襟見肘的維護(hù)時(shí)間限制，維護(hù)人員對設(shè)備的維護(hù)基本處于外觀檢查和連接件的階段，很難針對設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)對設(shè)備進(jìn)行維護(hù)。這就不可避免的遺漏了對某些潛在設(shè)備故障的排查和檢修。其次，維護(hù)手段落后。對于設(shè)備電氣故障的維護(hù)，以事后修為主。設(shè)備性能方面的電氣故障發(fā)生后，由于沒有可靠的故障定位手段，一般會采取逐個(gè)部件排查的方式，對相關(guān)部件進(jìn)行分散式的故障定位。對于設(shè)備的電氣性能下降導(dǎo)致的運(yùn)營中斷或列車延誤等故障，通常會在正線發(fā)生多次后，才能定位故障部件并進(jìn)行更換或維修。最后，維修人員素質(zhì)良莠不齊。如前所述，我國地鐵的總里程數(shù)和建設(shè)速度都居世界前列，對于相關(guān)技術(shù)人員的需求也是逐年增加。中國地鐵發(fā)展的歷史不算太長，面對巨大的技術(shù)人員需求，我國針對地鐵設(shè)備維護(hù)的技術(shù)人員準(zhǔn)備還不夠。這就不可避免的存在由于人技術(shù)本身素質(zhì)導(dǎo)致的設(shè)備故障定位不準(zhǔn)，設(shè)備維護(hù)不全面等問題。綜上所述：當(dāng)前地鐵設(shè)備維護(hù)存在維修理念陳舊、故障定位機(jī)械，投入人力物力多、故障定位不準(zhǔn)確、設(shè)備維護(hù)周期長以及設(shè)備維護(hù)效率低等缺點(diǎn)。

二、研究的意義

目前，主流信號廠商都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了列車運(yùn)行日志的在線存儲和報(bào)警信息記錄。車載系統(tǒng)日志分析是信號系統(tǒng)故障定位和維護(hù)分析的重要手段，其日志分為ATP、ATO、ITF等類別，實(shí)時(shí)存儲在車載記錄單元中。列車回庫后，維護(hù)人員需對列車運(yùn)行日志進(jìn)行下載和解析，結(jié)合報(bào)警信息對特定日志進(jìn)行分析，可以基本實(shí)現(xiàn)故障的分析與定位。但是，日志的信息太過龐大，每列車每天的數(shù)據(jù)量多達(dá)數(shù)百兆。以目前地鐵維修人員的人力資源和人員素質(zhì)而言，僅能實(shí)現(xiàn)對出現(xiàn)故障的列車進(jìn)行日志下載與分析，且人工分析嚴(yán)重依賴個(gè)人的經(jīng)驗(yàn)和細(xì)致程度。

列車運(yùn)行數(shù)據(jù)文件中，隱含了列車運(yùn)行相關(guān)設(shè)備的各種功能相關(guān)的信息。如果能對列車日常運(yùn)行的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行智能處理與分析，提取出其中的規(guī)律，可以有效的識別故障部件。對車載設(shè)備運(yùn)行日志的分析，也可以預(yù)測設(shè)備性能的下降，對系統(tǒng)的潛在故障進(jìn)行預(yù)測。

三、研究現(xiàn)狀

自從CBTC系統(tǒng)誕生，關(guān)于此系統(tǒng)的維護(hù)和故障診斷相關(guān)的研究和探索從未間斷。CBTC系統(tǒng)作為保證列車安全運(yùn)行的一套安全系統(tǒng)，對其維護(hù)方法和故障診斷方法的研究，在地鐵電氣設(shè)備中占據(jù)著首當(dāng)其沖的地位。目前，針對信號系統(tǒng)的維護(hù)和故障診斷系統(tǒng)的研究主要集中在國鐵信號系統(tǒng)方面。針對車載子系統(tǒng)的維護(hù)和故障診斷系統(tǒng)研究主要針對車載ATP系統(tǒng)。

ATP的維護(hù)是確保列車運(yùn)行的基礎(chǔ)。為了列車正常的運(yùn)行，必須通過對列車運(yùn)行數(shù)據(jù)，主要是故障數(shù)據(jù)和文件的分析，找出列控設(shè)備故障，完善設(shè)備。提出使用PCSAM軟件下載ATP的運(yùn)行數(shù)據(jù)，通過PCSAM軟件對運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行解析后進(jìn)行故障分析。PCSAM具有日志比較快捷，操作相對簡單的優(yōu)點(diǎn)。使用PCSAM工具進(jìn)行日志分析和故障定位相對比較直觀，能夠在一定范圍和時(shí)間內(nèi)找到故障所在。在一定程度給ATP設(shè)備維護(hù)人員在設(shè)備維護(hù)時(shí)帶來了便捷。但是此工具也存在著一定的局限性，比如分析耗時(shí)較多，分析過程不直觀。

目前故障診斷還采用了高速列車故障診斷系統(tǒng)的概念，構(gòu)建了高速列車故障診斷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，對高速列車故障診斷的方法進(jìn)行了探索。其實(shí)現(xiàn)故障診斷的方法是通過加入獨(dú)立于車載系統(tǒng)之外的傳感器和處理單元實(shí)現(xiàn)的，ATO、ATP僅作為故障診斷的參考系統(tǒng)，沒有被納入故障診斷的范圍。此方法的缺陷在于：增加大量的傳感器進(jìn)行狀態(tài)采集，使得投資成本變高，車載系統(tǒng)機(jī)柜中可利用的空間有限，傳感器的安裝難度較大；ATP、ATO作為列車運(yùn)行控制的核心子系統(tǒng)沒有被納入故障診斷范圍，一方面忽略了核心系統(tǒng)故障診斷的重要性，另一方面錯失了通過ATO、ATP系統(tǒng)所記錄的列車運(yùn)行日志分析和診斷故障的可能性。

絕大多數(shù)故障診斷系統(tǒng)以鐵路綜合電務(wù)監(jiān)督系統(tǒng)為基礎(chǔ)進(jìn)行信號系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)督。綜合信號系統(tǒng)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和設(shè)備運(yùn)行信息進(jìn)行車地信息的閉環(huán)檢查。該系統(tǒng)特點(diǎn)為：主要面向地面設(shè)備，通過對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行合理性檢查，找到邏輯處理方面的錯誤。對設(shè)備運(yùn)行信息的獲取沒有進(jìn)行明確的說明。未從系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行邏輯層面對車載設(shè)備進(jìn)行監(jiān)督，對地面設(shè)備的故障預(yù)警也未過多涉及。

四、發(fā)展方向

地鐵信號設(shè)備自身配備的維護(hù)支持系統(tǒng)目前僅能實(shí)現(xiàn)狀態(tài)的記錄與下載，并無日志智能分析和預(yù)警功能。國鐵信號系統(tǒng)由于其統(tǒng)一的功能與接口定義，在數(shù)據(jù)的分析與維護(hù)方面相對地鐵較為先進(jìn)，但也未實(shí)現(xiàn)故障的預(yù)警與主動維護(hù)。目前CBTC車載子系統(tǒng)故障診斷研究系統(tǒng)的發(fā)展方向：

（1）設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)督與預(yù)警可以實(shí)現(xiàn)從“故障修”到“狀態(tài)修”的轉(zhuǎn)變。

（2）從根本上改變了信號系統(tǒng)維護(hù)工作的模式，把維護(hù)工作從被動的定期檢修和故障后檢修擴(kuò)展到對潛在故障的提前識別，提前預(yù)警，主動干預(yù)。試點(diǎn)成功后，可制定標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)維護(hù)接口，作為新建線路維護(hù)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備應(yīng)用，具有較高的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

（3）當(dāng)前設(shè)備主要功能為故障的分析與定位，并未關(guān)注維修能夠促使設(shè)備維修理念從原先機(jī)械的“故障修”到“狀態(tài)修”、“事前修”的轉(zhuǎn)變；能夠?qū)崟r(shí)地記錄和分析設(shè)備狀態(tài)，快速精確地定位設(shè)備故障；能夠縮短設(shè)備維護(hù)周期和提高設(shè)備維護(hù)效率；能夠達(dá)到“減員”、“增效”的新時(shí)期下的地鐵運(yùn)營理念。

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