列车运行控制系统故障诊断方法探究.pdf

《列车运行控制系统故障诊断方法探究.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《列车运行控制系统故障诊断方法探究.pdf（3页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、2 0 1 0 年 5月 第4 6卷第5期 铁 道 通 信 信 号 RAI L W AY SI GNALLI NG C0MMUNI CATI ON Ma v 2 01 0 Vo 1 4 6 No 5 列车运行控制系统故障诊断方法研究 陆 陆 徐正国 王文海 孙优贤 摘 要 安全性是列车运行最重要 最基本的要求 列车运行控制 系统作为对列车运行情况进行 监督 控制和调整的技术装备 其可靠性直接关系到列车运行的安全性 而列车运行控制系统故 障诊断是保障列车运行控制系统可靠性的重要技术手段 通过对列车运行控制 系统故障诊 断方法 的研究 对列车运行控制 系统故障诊断方法进行 了分类综述 然后对列车运

2、行控制 系统故障预测 的研究成果做 了简要介绍 最后指出了未来列车运行控制 系统故障诊断研 究的几个可能方向 关键词 列车运行控制 系统 故障诊 断 故障预测 Abs t r a c t Th e s a f e t y i s o ne o f t h e mo s t i mp o r t a n t a n d f u n d a me n t a l r e q u i r e me n t s f o r t r a i n o p e r a t i o n As t h e k e y t e c h n i c a l e q ui pme n t f o r t r a i

3、n mo n i t o r i ng c o n t r o l a n d s c h e d u l i n g t he r e l i a b i l i t y o f t r a i n c o n t r o l s y s t e m s T C S s i s d i r e c t l y r e l a t e d t o t h e s a f e t y o f t r a i n o p e r a t i o n F a u l t d i a g n o s i s f o r T C S s i s a n i mp o r t a n t wa y t o

4、 g u a r a nt e e t h e r e l i a b i l i t y o f TCS s Th i s p a p e r ma d e a r e v i e w o v e r TCS s f a u h d i a g n o s i s t e c h n i q u e s Fi r s t f a u h d i a g n o s i s me t ho d s for TCS s a r e c l a s s i f i e d a n d s u mma r i z e d Th e n s o me r e s e a r c h a c h i e

5、 v e me n t s o f TCSs f a u l t p r e di c t i o n we r e s umma r i z e d Fi n a l l y s o me p o t e n t i a l di r e c t i o n s f o r f u t u r e TCSs f a u l t d i a g n o s i s r e s e a r c h a r e p o i n t e d o u t Ke y wo r ds Tr a i n c o n t r o l s y s t e m Br e a k d o wn d i a g no

6、 s i s Br e a k d o wn pr e d i c t i o n 列车运行控制 系统 列控系统 是保证列车安 浙江大学控制科学与工程学系 工业控制技术国家重点实验室 3 1 0 0 2 7 杭州 硕士研究生 助理研究员 料 研究员 料 教授 基金项目 中央高校基本科研业务费专项资金资助 浙江大学优 秀青年教师资助计划 紫金计划 资助 收稿日期 2 0 1 0 4 1 1 1 全运行的关键装备 虽然随着研发水平的提高和制 造技术的发展 使得列控 系统元件 和装置的可靠性 有 了显著提高 同时科学完善的管理也降低 了列控 系统在使用过程中发生故障的概率 但是在运行过 程 中 由于

7、列控系统 自身 的老化和外部环境等 因素 的影响 发生故障还是不可避免 因此实现对列控 系统故障快速而准确地诊断 减少故 障对列车安全 眩一 FFZAJ GFJ 0 2 6 l J 0 5 F 2 J F Z A J l 4 1 一 注 打叉为拆除部分 粗线为新增部分 图 2 实现辅助改方的安全条件 辅助控 制改进 电路 图 J F Z A J 使本方 J Q J 时实现 F F Z A J 励磁电路 的 K F电源与 J F Z A J 共用 以解决在继 电器轮换作 一 44 一 业 中不慎 使 F J 2 t接 车状 态 更换 为 F J 2 J r 发车状态时的辅助办理问题 3 G F

8、J励磁 电路增加 F F Z A J落 下接点条件 以保证在辅助办理时 区 间有车或区间设备故障时 改方 电源 送 不 到 对 方 站 因 F F Z A J F Z A J F K x J J 使站联 通道切 断 实 现 检 查 区 间 空 闲 以 确 保 改 方 安全 此改进 电路能解决 9 5型二线制 改变运行方 向电路 的运用缺 陷问题 通过在广州电务段江村教育基地练功 场试验证明效果 良好 责任编辑 张利 RAI LWAY SI GNALU NG C0MMUNI CAT1 0N Vo 1 4 6 No 5 2 01 0 运行的影响 是铁路工作者亟待解决的问题 故障诊断技术就是通过某些

9、技术手段 对采集 获得的 与被诊断设备运行状态相关 的信息进行分 析后 判断被诊断设备运行状态是否正常 并确定 故障发生的原因和部位 利用故障诊断技术对列控 系统进行诊断 及 时发现故障并确定故障原因 并 给维修工作人员适 当的提示 使故障能够得到及时 的处理 保证列车的正常运行 下面就根据故 障诊断的方法 对列控系统 的故 障诊断研究进行分类 总结 并介绍列控系统故障 预测的一些研究成果 指出未来列控系统故障诊断 研 究 的发展方 向 1 列控 系统故 障诊 断方法 根据实际使用 的故障诊断方法不同 列控系统 故障诊断方法大致可分为基于专家系统的方法 基 于神经网络的方法 基于模糊理论 的方

10、法 基于故 障树的方法和其他方法等几大类 1 1 基于专家系统的方法 该方法是在列控系统故障诊断中应用较为广泛 的一种 专家系统的原理是利用领域专家在工作 中 积累的知识形成知识库 并以此作为故障诊断的依 据 再利用推理机根据知识判断故障的发生和故障 原因 专家系统的主要构成包括知识库 推理机 综合数据库 人机接 口及解释模块等 在利用专家系统对列控系统进行故障诊断的研 究领域 中 科研人员 已经开发 了针对计算机联锁系 统故障的专家系统和针对铁路信号设备故障的专家 系统 此外 利用车站信号控制 电路模型和人工智 能方法的专家系统也得到了一定 的应用 充分显示 了专家系统故障诊断方法的有效性

11、1 2 基于神经网络的方法 列控系统故障的复杂性使得传统的人工故障诊 断方法在列控系统故障诊断 中受到很大制约 而利 用神经网络对列控系统故 障进行诊断 则能取得更 加理想的诊断效果 神经 网络是一种模仿人脑运作 的系统 它对历史诊断数据进行分析 并通过反 向 传播网络 B a c k P r o p a g a t i o n B P 等算法建立故障 模型 神经网络对 非线性 映射具 有 良好 的拟合 能 力 强大的 自组织和 自学习能力 这些特点使神经 网络成为实现列控系统故障诊断的一种有效方法和 手段 虽然神经网络方法在故障诊断中有其 固有 的优 势 但是也存在训练样本获取困难 网络权值

12、表达 方式难以理解 忽略领域专家的经验知识等问题 限制了神经 网络 的应用 因此神经网络经常与模糊 理论结合 形成模糊神经 网络 并被用 于建立车一 地无线通信单元的故障模型和对轨旁设备的故障诊 断 以克服神经网络无法处理模糊信息的缺陷 此 外 神经 网络与专家系统相结合也可用于对计算机 联锁系统等设备的故障诊断中 克服其忽略领域专 家经验知识的问题 1 3 基 于模糊 理 论 的方法 模糊理论是一种用来处理现实中无法精确描述 的 带有一定不确定性 的事件和 问题的理论工具 基于模糊理论 的故障诊断方法主要是将模糊集合和 模糊运算规则应 用于故 障诊断 以处理 不确定信 息 并建立模糊逻辑系统

13、 最终达到诊 断的 目的 列控系统运行环境恶劣 结构复杂 采用人工诊断 的方法对列控系统故 障进行处理存在一定 的困难 而基于模糊理论 的方法则较为适合处理这类故障 模糊理论应用于列控系统的故障诊断也产生了 一 些研究成果 例如 基于模 糊规则 的推理方法 以及基于多级模糊综合评判故障诊断方法等都被用 于车站信号系统 中 以达到故障诊断的 目的 同样 模糊理论也存在一些问题 如缺乏 自学 习能力 推理过程中模糊性会增加等 这在某种程 度上限制了模糊理论及方法在列控系统故障诊断中 的应用 为此 可将 模糊理论 与其他方法进行 结 合 以达到理想的诊断效果 例如将模糊理论与决 策树方法相结合 并以

14、此构造铁路车站信号故障诊 断专家系统中的推理机部分 1 4基于故障树方法 故障树诊断是从研究系统最不希望发生的事件 出发 通过逆 向分析推断导致故障发生的原因 并 用相应的逻辑关系将故 障原 因与故障现象相连接 建立起一种类似树形结构的故障关系模型 在列控系统故障诊断中 故障树一般用 于分析 计算机联锁系统 的故障原 因与影响 或与字典法相 结合 建立计算机联锁系统的故障诊断模型 实现 故障诊断 此外 故障树还可用于对信号微机联锁 系统进行故障分析 建立系统的故障模型 1 5其他方法 目前 铁路工作者已将基于多 A g e n t 的智能故 障诊断方法 基 于 事 件一条件一动作 规则 的 故

15、障诊断方法 利用主动数据库 的故障诊断方法 以及基于小波分析的故障诊断方法等应用于列控系 统的故障诊断 取得了 良好的诊断效果 铁道通信信号2 0 1 0年第 4 6卷第 5期 2 列控系统故障预 测技术 现代铁路运输必将 向着高速化 重载化的方向 发展 这就进一步提高 了对 列控系统可靠性 的要 求 因此人们希望能够在故障发展的早期就发现征 兆 并且能在一定程度上预测故障发生 的时间和部 位 这样就可以对故障采取预防措施或进行事先维 修 保证列车运行的安全 相对于故障诊 断来说 故障预测需要处理的是还未发生的故障 是未来的 不确定事件 所以其困难与挑战性更大 故障预测技术在列控系统 中的应用

16、还处于起步 阶段 研究成果也 比较有限 目前 主要 的故障预 测研究成果主要有利用神经网络对列车信号设备监 测数据进行分析 并对设备的故障进行预测 利用 基于神经 网络的智能传感器对列车 自动停车设备的 早期故障进行监测 以及通过建立寿命函数分析模 型对列控设备故障进行预测等 这些成果都为今后 的研究提供了思路 并且打下了一定 的基础 3 未来的研究方 向 目前我国铁路运输行业正在步入快速发展的时 期 列控系统也随之不断发展 大量新设备和新技术 的应用 使得列控系统出现 了很多新 的特征 针对 这些新特征 列控 系统故障诊 断技术将 可能会 向多 个方 向发展 3 1 多种方法的结合 随着列控系统越来越复杂 利用单一的诊断方 法 已经很难对故障做出精确的判断 所 以需要将多 种诊断方法相结合 取长补短 以实现准确 快速 的诊断 目前在其他工业领域中使用多种方法结合 进行故障诊断的案例屡见不鲜 例如主元分析法与 D S证据理论相结合 粗糙集与神经 网络相结合 以及粗糙集与 P e t fi网相结合构造故 障模型 的方法 等 这些方法 的出现为列控系统进行故障的诊断发 展提出了启示 但是如