浅析高速动车组故障诊断系统

浅析高速动车组故障诊断系统

发表时间：2018-08-10T15:34:48.817Z 来源：《科技中国》2018年4期作者：单旭东王永超苗志强

[导读] 摘要：随着我国高速铁路的飞速发展，如何准确预报早期故障、提出对策或建议、避免或减少事故发生在动车组运行安全性、可靠性等方面显得尤为重要。随着信息技术的发展，逐渐形成了动车组状态监控检修模式，通过分析列车状态，确定列车可靠性水平，决定检修时机，这种故障诊断技术在动车组日常监控和检修方面发挥着重要作用。基于此，本文对高速动车组故障诊断系统进行分析。

摘要：随着我国高速铁路的飞速发展，如何准确预报早期故障、提出对策或建议、避免或减少事故发生在动车组运行安全性、可靠性等方面显得尤为重要。随着信息技术的发展，逐渐形成了动车组状态监控检修模式，通过分析列车状态，确定列车可靠性水平，决定检修时机，这种故障诊断技术在动车组日常监控和检修方面发挥着重要作用。基于此，本文对高速动车组故障诊断系统进行分析。

关键词：高速动车组；故障；诊断系统

如何提早排除高速动车的故障，及早发现问题，解决问题从而有效地保障高速动车的安全运行，避免高速动车组在运行过程中出现故障已经成为高速动车快速发展过程中面临的重要问题。高速动车故障的产生经常是因为一个不起眼的小问题由于没有及时发现从而随着高速动车的高强度使用从小问题变成大故障，因此对于高速动车的故障诊断是十分必要的。

1诊断意义

高速动车组的技术复杂且对动车组维护人员的专业要求比较高，在工程学中，我们根据工程设备的不同工作状态将设备分为三种状态:正常的工作状态、出现问题的异常状态和由于故障而不能正常工作的故障状态。高速动车故障的产生往往是由于某一小问题没有得到注意和及时的维护从而发展成为影响正常运行的故障。

因此对于高速动车的故障诊断是非常必要，对于问题的提前发现及解决，既可以有效的预防高速动车运行过程中发生故障，避免更大的经济损失，保证乘客的生命财产安全，又能在动车组制造过程中通过技术改进和零部件的工艺完善，来避免故障发生。如此便可提高动车组的运行效率，更好的为人们服务，使中国高速动车组技术进一步发展和提高。

2故障诊断作用浅论

2.1提升动车安全性

高速动车的故障诊断的目的是提高高速动车在运行过程中的安全性和可靠性，能够帮助维修人员及早发现问题，解决问题，提高维修人员的工作效率[2]。故障诊断系统的有效利用具有以下作用:

2.1.1提供相关的维修依据

故障诊断系统可以对动车组的进行运行状态的进行监控，对动车组运行参数进行采集，并将采集到的数据进行对比分析，若发现异常，系统将会第一时间进行反馈，这样，动车组维护人员就会及时掌握动车组的运行状态，并对动车组异常情况采取应对措施。

2.1.2提供改进依据

高速动车的故障诊断系统会将平时记录的数据进行综合处理和分析，在提供相关维修依据的时候还可以通过对数据的逐一分析，对高速动车的相关工作原理和零件配置的实用性进行分析，给高速动车的优化改进和快速发展提供重要的理论依据。

2.2强化动车维修办法

高速动车的制造技术十分严格，对于零部件的工艺要求高，对动车组的日常运用维护要求高，并且，动车组在运行过程中受外界环境或者线路轨道的影响，某些零部件容易磨耗、损伤。通过故障诊断系统的应用，可以通过数据变化实现对部件的监控，不用对高速车进行全方位的检修才能发现问题，降低高速动车维修的难度，避免了大量重复、繁杂且没有技术含量的工作，从而提高工作人员的工作效率。

2.3完善动车数据分析

高速动车诊断系统的使用能够对高速动车的各个参数在静止状态和工作状态下进行实时的数据监控和记录，并将这些物理量传输给工作人员，以便他们能够对于高速动车的参数变化及时掌握第一手资料。

3故障诊断系统探析

3.1诊断模式

随着我国交通轨道事业的发展以及人口的逐渐增多，要求动车组的速度需要进一步提升，载客量进一步加大，这样对于提升动车组的安全性能和对故障的实时监控提出更严格的要求。动车组系统是一个特别复杂的由多个单一子系统通过复合集成形成的复杂系统，为了方便对系统的进一步监控，所以把监控系统和故障诊断系统安装在动车组的统一系统中，这样故障诊断系统将通过监控系统对列车运行状态进行评估，这样方便工作人员随时查看关于列车的一些相关数据并及时进行分析比对，及早发现动车组出现的问题并提出解决措施。

3.2诊断类型

故障诊断一般可以分为基本的设备功能诊断、列车运行过程中的动态诊断、固定周期的诊断、连续不间断的诊断、简单基础的诊断、高精度高准确度的诊断。在具体实施过程中要根据不同的要求和具体的实际情况进行相应诊断类型的选择，根据基本功能对高速动车的各部分进行检修，例如CHR2型动车组的空调系统，需要进行设备基本功能的诊断，判断空调机组的基本功能是否可以实现，从而根据诊断结果进行相应的维修。动车组在运行过程中就需要连续不间断的诊断，连续不间断的诊断类型是指要对动车组的电压、电流、列车温度和运行速度等进行监控，争取尽早发现问题并处理。

3.3高速动车组故障诊断系统架构

为实现故障快速处理与事故主动预防，保证高速列车安全可靠地运营，高速动车组普遍采用了故障诊断技术。其总体架构如下图所示，其中故障诊断对象主要分为3大类。

(1)设备类:主要诊断对象包括各子系统部件、空气开关、按钮、继电器、传感器和执行机构。设备类故障需诊断到最小可更换单元，以提高检修维护效率。

(2)功能类:功能类诊断的目的是确保控制功能的完整性和实效性。按照系统实现功能，此类诊断可分为高压系统、中压系统和低压系统。高压系统故障诊断主要任务包括绝缘检测、过压过流检测与诊断，高压系统部件保护与诊断等；中压系统故障诊断主要任务包括接地检测、功率过载检测与诊断，负载启动管理与诊断等；低压系统故障诊断主要实现继电器、空气开关和按钮的状态检测与诊断。

(3)安全类:此类诊断涉及列车运行、检修维护相关的安全点，以提高车辆系统的安全性；主要包括安全环路状态检测、轴承类温度检测、转向架失稳检测、司机警惕装置检测等。

高速动车组通过列车控制管理系统(TCMS)对车辆各子系统设备进行状态监视和故障诊断(TCMS的设计和开发符合IEC61375标准中列车通信网络(TCN)总线标准)。TCMS将整车所有微机控制系统，如门、空调、牵引、制动等进行总线连接，实现信息的交互与共享。不具备总线能力的设备或部件可通过IO采集模块、A/D采集模块和PT100温度采集模块进行设备状态监测。

通过TCN总线将监测到的状态数据实时输入给中央控制单元(CCU)；CCU作为故障诊断的核心部件，将接受到的状态数据经过数据处理和逻辑计算，获取当前列车故障状态信息；并通过列车显示屏(HMI)进行故障显示，提示司机和维护人员采取针对性的故障应对措施。

结语：

高速动车组制造技术复杂、制造成本高、对部件制造工艺要求高，动车运行过程中提速快，运行速度快，并且随着客流量的逐渐增大，对高速运行状态下车组的稳定性、安全性的要求也越来越高，故障诊断系统的有效利用可以很大程度降低动车组的故障率，对动车组运行状态做到更有效的掌控，确保高速动车组安全平稳的运行。

参考文献：

[1]刘楠，李明，左妍妍.横风下高速动车组通过挡风墙养护通道气动性能研究[A].中国科学技术协会、广东省人民政府.第十七届中国科协年会——分7 综合轨道交通体系学术沙龙论文集[C].中国科学技术协会、广东省人民政府:，2015:5.

[2]陈大龙，张枫，沈晓波.高端装备制造产业:打造高精尖人才[J].招生考试通讯(高考版)，2014(12):33-38.

[3]张泰基，牛鹏.高速动车组运用故障检测与分析[J].现代企业教育，2014(10):587-588.

[4]宋晓文.CRH高速动车组远程诊断与虚拟维护系统研究[D].北京交通大学，2014.