（电气工程专业论文）地铁车辆故障维修辅助分析系统研究.pdf

路的故障诊断系统设计成两个功能相对独立又相互依存的子系统，即完成电路状态采集与数据传输的单片机应用系统和进行数据分析、故障诊断的计算机故障诊断专家系统。单片机采集、数据通讯系统完成电路状态的采样和数据传输任务；计算机故障诊断专家系统完成广泛的故障诊断任务。根据来自专家的实际经验，对诊断专家系统知识表示、推理机和解释机制进行了设计，利用c c + + b u i l d e r 编程工具编制软件程序。故障诊断专家系统采用面向领域专家的直观知识获取技术，建立了专门的编辑和输入系统，它使领域专家可以直接和故障诊断专家系统的知识库打交道。领域工程师只要按照人类的思维过程，将领域知识经过整理、分类后，就可以通过用户界面方便地输入规则，扩充知识库。故障诊断专家系统软件程序采用面向对象的编程方法，全开放式，具有很大的灵活性，可以在实际的应用过程中，根据需要方便地增加其它功能。仿真结果表明诊断系统设计方案可行，可以实现地铁电气故障维修的辅助支援作用。关键词：地铁，故障维修，辅助分析，研究! ! 亘茎望查兰坚主兰竺堡兰a b s t r a c tt os t u d yh o wt of i n dt h ee a r l yf a i l u r eo fm e t r ov e h i c l e ，d i a g n o s et h ev e h i c l et e r n p o r a r yf a i l u r ea n dm i n i m i z et h ei m p a c to nm a i n t e n a n c eu n d e rt h em a n p o w e rt r a n s f e r ，t h i sp a p e rr a i s ear e l a t i v e l yc o 珈p l e t es o l u t i o n f o rt h ef i r s tt i m e ，t h ec o n c e p to ft h ea i da n a l y s i so fm e t r ov e h i c l e f a i l u r em a i n t e n a n c ei si n t r o d u c e d ，w h i c hi sd i v i d e di n t ot h ei n i t i a lf a i1 u r ea n dt e m p o r a r yf a i l u r e ，f o re a c h o fw h i c ht h i sp 印e rd e s i g n st h er e l a t i v es o l u t i o nr e g a r d i n gt ot h ei n i t i a lf a i l u r ed i a g n o s i ss y s t e m ，t h i sp a p e rd e s c r i b et h ef r a m e ，p r i n c i p l ea n dm e t h o dr e g a r d i n gt ot h et e m p o r a r yf a i l u r e ，t h ea n a l y s i sr e s e a r c hi sm o r ed e t a i l e di nt h i sp a p e r ：o nb a s eo ft h em e t r oc i r c u i td i a g r 锄，d i s c u s st h ee q u i v a l e n tl o g i co fc i r c u i to fm e t r os y s t e m ，d e s i g nas y s t e mw i t ht h es i g n a l北京变通大学硕士学位论文c 0 1 l e c t i o n d a t at r a n s f e ra n df a i l u r ei d e n t i f i c a t i o nf u n c t i o n t od i s c u s st h ef a i l u r ei d e n t i f i c a t i o no fm e t r of a i l u r e ，t h i sp a p e ri n v o l v et h ee l e c t r o n i ct e c h n 0 1 0 9 y ，c o m p u t e rt e c h n o l o g ya n da r t i f i c i a li n t e l l i g e n c et e c h n o l o g ya c c o r d i n gt os h e n z h e nm e t r os y s t e m t h i sp a p e rd e s i g n sas y s t e mw i t ht w ou n d i v i d e df u n c t i o n ，w h i c hi n c l u d et h es c ms y s t e mr e a l i z i n gt h ec i r c u i ts t a t u sc 0 1 1 e c t i o na n dd a t at r a n s f e r ，a n df a i l u r ed i a g n o s i ss y s t e mr e a l i z i n gd a t aa n a l y s i sa n df a i l u r ed i a g n o s i sa c c o r d i n gt ot h ea c t u a le x p e r i e n c e ，t h i sp a p e rd e s i g nt h ei n f o r m a t i o ne x p r e s s ，r a t i o c i n a t i o nm o d u l ea n di n t e r p r e t e ro ft h ed i a g n o s i ss y s t e mv i ac + + b u i l d e rf a i l u r ed i a g n o s i ss y s t e md e s i g n sas y s t e mw i t he d i ta n di n p u tv i ao o d ，u n d e rw h i c h ，t h ee x p e r tc a na c c e s st h ef a i l u r ed i a g n o s i ss y s t e mo fm e t r oe l e c t r o n i cc o n t r 0 1 t h ee n g i n e e rc a ni n p u tt h er u l ei n t ot h et r o u b l es h o 。t i n gd a t a b a s e ，w h i c hi so r d e r e da n ds o r t e da c c o r d i n gt oh u m a n苎里茎望盔羔竺主羔些堡兰t h 。u g h t f a i l u r ed i a g n o s i ss y s t e mi sd e s i g n e dv i ao o dm e t h o d ，u n d e rt h isp r o g r a m ，t h ef u n c ti o nc a nb ei n c r e a s e du n l i m i t e d l y a f t e rt h es i m u l a t i o n ，t h es o l u t i o no ft h ef a i l u r ed i a g n o s i ss y s t e mi sf e a s i b l e ，a i d e ds u p p o r tf u n c t i o no ft h em e t r of a i l u r em a i n t e n a n c ec a nb er e a l i z e d k e yw o r d sa i d e da n a l y s i s ，m e t r o ，f a i l u r em a i n t e n a n c e北京交通大学硕士学位论文1 1 课题背景第一章绪论我国正逐步由农业国向工业国发展，城市人口在不断膨胀，城市的公交紧依靠地面交通已不能满足日益增长的客流要求。跨入新世纪以来，随着我国国民经济的快速发展，城市轨道交通更是迅猛发展，深圳、武汉、重庆、南京相继加入了拥有城市轨道交通城市的行列。目前成都、杭州、沈阳、哈尔滨等城市的城市轨道交通发展计划已提到日程。而已经拥有地铁的北京、上海、广州、深圳、天津等城市的地铁后续工程建设工作爆炸式增长，广州、深圳出现了3 条线同时建设的局面。历经半个多世纪的发展，我国的轨道车辆制造业历经了从无到有，车辆的性能、技术水平得到了大幅度的提高。近些年来，随着电力电子技术的发展，城市轨道车辆的传动系统已由直流传动发展为交流传动，可靠性得到了较大地提高，地铁以其“方便、快捷、舒适”吸引了越来越多的客流。但在投入运营过程中，由于操作环境和使用条件的影响，要完全避免在线故障的发生是不现实的。如何及时发现车辆早期故障征兆，及时消除故障隐患，是提高服务质量的一项重要课题。同时在发生故障时，及时准确地检测出故障并进行快速的修复，对提高车辆的可用性，降低运营成本具有十分重要的意义。在轨道交通领域，临修故障多为电气故障，并且其诊断要比机械故障诊断困难的多。地铁电气控制电路逻辑顺序关系十分复杂且电气系统长期工作在高温震动的不利环境下，故障出现的几率较大，多数不是在计划维修中能够解决的。电气故障一旦发生，对其修复的快速性要求较高，修复的越快，其造成的影响越小。而快速修复的前提是要能对故障有正确的诊断。因此，如何提高电气故障诊断的能力是来自现场的一个亟待解决的课题。1 2 故障诊断技术的发展北京交通大学硕士学位论文故障诊断是指查明系统在一定工作环境下，导致系统某种功能失调的原因或性质，判断劣化状态发生的部位或部件，以及预测状态劣化的发展趋势等。故障诊断技术发展至今已经历了三个阶段：第一阶段由于机器设备比较简单，故障诊断主要依靠专家或维修人员的感觉器官、个人经验及简单仪表就能胜任故障的诊断与排除工作；传感器技术、动态测试技术、信号分析技术的发展使得诊断技术进入了第二阶段，并且在维修工程和可靠性工程中得到了广泛的运用；8 0 年代以来，由于机器设备日趋复杂化、智能化，传统的诊断技术已不能适应了，随着计算机技术、人工智能技术、特别是专家系统的发展，诊断技术进入了第三个发展阶段一智能化阶段。图卜1 智能诊断系统与诊断对象的关系所谓诊断系统的智能就是它可有效的获取、传递、处理、再生利用诊断信息，从而具有对给定环境下的诊断对象进行成功状态识别和状态预测的能力。但诊断系统的智能并不意味着完全代替人的智能活动，人是智能系统的重要组成部分。图1 1 为智能诊断系统组成及与诊断对象之间的关系。今日，在专家系统已有较深厚基础的国家中，机械、电子设备的故障诊断专家系统已基本完成了研究和试验的阶段，开始进入广泛应用阶段。自8 0 年代以来，我国不少教学科研院所先后开展了故障诊断专家系统的研究工作，并取得了一定的研究成果，有一些系统已投入了运行。北京交通大学徊j 士学饿论文 3 圭恣铁菽障维修褒状圭| 蠹铁豹鼓漳主要分翠期鳆淹帮浚发教障。早麓鼓陲怒撵巍未发生，但通过一些状态检查并结合领域经验，可以推断即将发生的故障；既发故障是指已经发生的故障，并造成系统某种功能的失调。敖障诊叛傻翅强耱诊甑方法；巍熬诊甄辣外帮诊敷。内部诊凝霞用车载计算机诊断装置，并在功能一艇受到影响时，可以做出反映肖时情况的说明。使用计算机控制时，具有较好的缀济性和实时性。外部诊叛是在维修场所馒用蛇诊凝装置，仅豢霉要时岛被检测擎辆连接。该装置可淡怒标准装备的一部分，或者楚专门研裁并一起撵傻静装置。目前，地铁由于普遍采用的计算机控制技术，一般均具有内部诊断功能，其诊断系统提供的数据是车辆故障维修的一个羹器数据来源。毽蠢予牵辆戆敖簿摄必复杂，诊瑟较 牛麴设计入员对蚤秘缀合故簿豹预见存在较大的局限性，在实际应用中诊断软件对故障维修的指导作用十分有限。由于诊断程序原代码的垄断性，在实际的维修作业中获得的领域经验麓法毒 宠到诊叛系统审，其胃扩展整、爨学习洼受到严重铡缝。领域专家结合领域经验通过综合处理诊断系统搬供的数攒、故障现场测量的必骚数据做出正确判断的能力对故障维修照得极为燕耍。造成现场对领域专家的依赖牲逑强，两深圳的人才滚动十分活跃，懿俺尽可减，j 、维修活动受入受流动豹影响，一壹怒维修管瑷静一个难疆。另外，避铁维修现场对故障修复的快速性要求较高，由于按照深圳地铁现有的运营时刻波，如果尉时有两列车发生临修故障，就会造成掉图，造成服务震量大大降低，戮l 邈，摄供令标准缳酶、有簸豹查我稿傍馥淹静手段显得极为重要。无论是早期故障还是既发故障，这都要求提供一个系统的针对地铁特点约专楚诊凝簿决方寨。各城枣圭| 鱼铰枣子税棱参数、控铡系绞各不相同，衙专用诊断的针对性较强，其威用范围受到了限制，因而在地铁领域仍然处于试验阶段和研究阶段。本文即是对地铁故障专用诊断系统进行的磷究，提供一个较菇系统敕鼹决方案。北京交通大学硕士学位论文1 4 课题研究的内容对地铁故障诊断进行研究，提出一个系统的、全面的地铁车辆故障维修辅助分析系统的解决方案，以深圳地铁列车电气控制系统为基础，进行单片机应用系统的软硬件设计和故障诊断专家系统软件设计。d第二避地铁电气控制电路描述与检测2 1 深圳土也铁电气流制电路介绍2 1 深圳地镶车辆深圳她铁一期工瑕使用的地铁车辆是出长毒长餐一庞巴邈孰遒车辆有限公司嫩产的，蕊新材謇幸、耩工艺和兔遴、成熟的辘遂交通技术、电力电子技术、微机控制技术、网络传输铸技术的综合体现，代表目前垦内地铁最先进的水平，在正常运用条件下，运用期限至少3 0 年。一期王程配备壹| 筵铁车辆麓a 鼙车，三赣车蔻一令舞辜攀元，两令擎元共六辆车组成一列车编组：a b c = c 十b 女a 一，其中：a 车为带有司机室的拖车，包括车钩在内长度为2 4 ，3 9 0m m ；转车羹渗受毫弓豹韵车，雹疆车镳在肉长度为2 2 ，8 0 0 班m ：c 车为不带受电弓动车动车，与b 车的长度耜同：一自动车钩：= 半鸯动车钩：术半永久牵弓l 秆。列车两端均有司机室。列车组全长1 4 0 m ，最大宽度3 1 0 0 ，高度3 8 5 6 姗。列车额定乘客人数1 9 2 0 入，最大乘客人数2 5 0 2 人。列车乎均裙始翻速度l + om s 2 ，构造速凌：9 ek l l l l ，最鑫运行速凄8 0 k 琢屈，旅行速度不小于3 5k m h 。列车配有先进的空调系统，空调系统在交流辅助电源设备故障情况下，应急通风系统融动投入工作，向容塞、司机室赣送瑟藏，势l 维持辐努镑，善交滚臻麓嚷瀑供嘏恢复歪常惑，空调系统自动转入正常工作状态。每辆车的每一侧设有5 个电动塞拉门，由列车指令线控制实现同步开关操作；列车采用直流1 5 0 0v 架空接触网 挂邀方式，牵引系绫出采用i g 艇的v v v f 递交器、徽规控制装置、交流鼠笼异步牵g 电视缀成，v v v f 逆变器幽三裙逆变器模块与奄隘割动斩波器模块组成，牵引电动机采用架承式= 褥：挂( 全悬挂) 、自通风空气冷却方式。在b 、e 各京一台牵引遴变器，每个逆变器驱动4 台交流异步毫虢税。确车翻动系统添雳奄麓凌与空气麓动懿混合镧魂，毫翻凄主要! ! 曼兰望查兰堡主堂些笙苎包括再生制动和电阻制动，可与踏面空气摩擦制动混合使用。再生制动和电阻制动能连续交替使用，如果网压上升到d c l 8 0 0 v ，再生制动能平滑转换到电阻制动。一旦再生制动出现故障，仅电阻制动也能够满足常用制动的要求”1 。21 2 深圳地铁电气控制电路深圳地铁电气控制电路主要由主电路、牵引制动控制电路、辅助电路、车门控制电路、空调控制电路、照明控制电路、乘客信息系统电路组成，其中主电路、牵引制动控制电路、辅助电路、车门控制安全电路与列车运行相关，尤为重要。主电路由于采用了交流传动，主电路的接点减少很多，主要设备有受电弓、高速断路器、充电接触器、牵引逆变器、三相异步交流牵引电机；牵引制动控制电路主要包括列车模式转换电路、激活电路、牵引指令电路、制动指令电路、受电弓控制电路、牵引安全联锁电路、高速断路器控制电路、紧急制动控制环路电路、车载信号及其接口电路等，主要由各类开关、继电器、电阻、接插器件、半导体器件组成；辅助电路辅助电路主要由配电电路、充电机、静止逆变器及其相关控制电路组成；车门控制电路主要由门控单元、行程开关、驱动电机、列车门控指令电路组成：空调控制电路主要由空调控制器、温度传感器、各类继电器、接触器组成；照明控制电路主要包括内部照明及外部照明，内部照明由客室照明灯及其相关控制电路组成，外部照明由各类信号灯、运行灯、前照灯及其相关控制电路组成；乘客信息系统电路主要包括车载广播、图文显示器、动态地图及其控制电路等。2 2 数字电路的故障诊断2 2 1 故障模型与测试1 故障及故障模型如果元件或系统因物质方面的原因而改变了本来属于它的构造特性，这就称为产生或存在一个缺陷( d e f e c t ) ，缺陷是物质上的不完善性。能导致元件或系统产生错误运作的缺陷，也称为损坏( f a i1 u r e ) 。缺陷所引起的电路异常操作称为故障( f a u l t ) ，故障是缺陷的逻辑表现。北南臻通大学碗士学位论文故障模型就是确定实际物理缺陷与逻辑功能故障之间的关系，故障模型应能反映或代表实际物理缺陷和故障所引趣的逻辑镄误。考虑到数字电鼯鞠本文研究澍蒙瞧铁毫气控裁电路的祷煮，在魏对敬障模螫傲岛一定的限制：1 ) 仅设计固定的永久性( 非可变、非瞬变) 故障，即是若不予修复排除羹鸯涛一壹程在静敌跨：2 ) 故障为呆滞型，即是在逻辑上表现为个节点( n o d e ) 或一条连线呆滞于o ( 8 t u c k a t z e r o ) 或呆滞于l ( s t u c k a t o n e ) ，简写为s a o翻s 一鑫一l ：3 ) 多重敢障是同时出现s 一扩o 和s a l 故障的缀合。以上限制表明本文所讨论的故障不包括由于干扰或瞬变现象而致的鼹态故障、困噪声及邀乎或定对关系近予妪界篮瓤致的闻歇性故障、由于老化或蕻它原因健电路逐澎交薜雨致静箍赛鍪簸障等等。这些对隐时现的非固定性故障，其诊断常常很困难，有待进一步研究。不过，这些j # 固定型故障中的大多数，在经过相当时间后，终究会变成阉定型永久液障。2 故障测试在实践中，对数字电路或系统的测试可分为两大类：参数测试和逻辑测试。参数测试是攒测量出测试对象豹菜些实际参数( 电嚣、毫滚、功率、负载髓力等) 的实际值或檄f 良值，看它们是否符合预期的指标。逻辑测试是指在检查元件、组件溅系统在窳际使用环境下是否能实现其预期逻辑功熊的测试，经鬻被用于测试对象的实琢运行中作为一秘维护和检修手段。逻辑故障测试过稷可用布尔代数解析法来分析：如一电路的正常输出时的布尔函数为￥= f ( 3 1 x 2 ，x 0而有故障岱时的输出布尔函数为y n = f n ( 1 1 x 2 ，x 。)嚣骜兹漳参瓣熬錾出布尔嚣数为yb = f 日( x 1 x 2 ，x 。)如果有输入矢量a = x 1 x 矿一，x 。，( x 。o ，1 ) 且裔厶( a ) of ( a ) = l ，则强敖障可谈套，且a 亦为数障程豹俊查测试矢爨。如果有输入矢量b = x 1 x 。，x 。，( x 0 ，1 ) 且脊如( b ) f 。( 8 ) = l ，则毡故障与9 故障可区分( 定位) ，且b 为故障a霹豹定位测试矢量。北京交通大学硕士学位论文2 22 组合逻辑电路的测试在数字系统的测试中，组合逻辑电路的测试是最重要的，它的测试原理和方法对其它电路的测试也是有用的。组合逻辑电路是数字系统的基础，同时也是本文研究对象地铁电气控制电路模型的分析基础。在此，简要介绍三种组合逻辑电路测试方法：1 伪穷举法一个具有n 个原始输入端的组合电路实现逻辑功能f ( x ) ，而原设计的逻辑功能为r ( x ) ，如果多于任意n 维矢量x 。有f ( x 。) = f + ( x 。)那么认为电路是正确的，或者说是无故障的。显然，为了全面校验该组合电路，应把所有可能的x 。都作为输入矢量，然后观察其输出( 响应)是否与原设计相符，以鉴别其是否有故障，这种做法就是穷举法。穷举法可以检测电路中所有可能的故障，但由于其检测的工作量太大，因此在实际应用上，尤其是对大型电路的测试存在困难，甚至是不现实的。伪穷举法的主要思路是把电路分割成若干小块，使得每一个子电路能够进行穷举测试，而所需要的测试输入矢量数目却大大减少。分块以后的伪穷举测试使测试数减少了，但随之而来的，测试质量也就降低了，即伪穷举测试可能丢失某些可侦查的故障。2 布尔差分法对一条通路中所有的门电路的一切输入适当赋值，以致通路上某一条信号线上的任何逻辑变化都能沿该通路传播到主输出端去，即主输出端的逻辑变化能反映该信号线的逻辑变化，那么这样的通路就称为一条敏化通路( s e n s i t i z e dp a t h ) 。于是，根据主输出端的逻辑变化，就能侦查出敏化通路上的逻辑故障，从而找出能侦查该故障的一个测试。布尔差分法是寻求敏化通路的一种方法，通过分析的方法来研究故障的传播，从而求得故障的测试集。一个数字系统测试的关键在于系统内部任何一个节点x 。上信号的逻辑值的变化是否能使输出端y 的逻辑值作响应的变化。从而可根据y的变化来测试出x 。的变化，以达到对x ；故障测试的目的。一个组合逻辑系统，布尔表达式为y = y ( x 1 x 2 ，x 。，x 。)如果y = y ( 0 1 x 2 ，x “，x 。) o 与y ( 0 1 x 2 ，m ，x ) 成立，j e 雨夏迪 学慨士学位论文则表明，在函数y 中，当x ，有变化，其对应y 值的异或操作结果为1时，则y 能反映x 。的变化，即x ，是可测的：反之，则为不可测。下列布尔函数d y ( x ) d x i = y ( x l ，x 2 ，x i j “，x 。) 0 与y ( 。i ，x 2 ，五，x 。)就称为y ( x ) 相对于x ；的布尔差分。显然，利用布尔差分可方便地寻求敏化通路。3 特征分析法为了识别一个电路是否有故障，经常可以把电路各节点的正常响应记录下来，在作故障检测时，把实测的响应与正常电路作比较，如果实测的电路各节点响应都同正常响应一致，则认为电路没有故障；如果实测电路各节点响应中至少有一个节点同正常电路不同，则可断定这个电路有故障。然后可以根据不正常响应的情况来分析故障的位置和种类。用这种方法来检测或诊断故障，需要解决两个主要的问题。第一个问题是要研究施加什么样的激励信号，使得电路任何处发生各种故障时，均能保证电路输出处或若干可及测量端能测量到与正常电路不一致的响应。第二个问题是电路节点的响应序列可能是比较长的，因此所存的电路各节点的正常序列也是比较长的，这样在电路比较大时，可能要占到大量的计算机内存，以致在实际使用中无法实现。为了减少占用的计算机内存和提高测试速度，经常需要把响应序列进行压缩，即从中提炼出它的特征来，这样就不必要把实测节点的全部响应序列同正常电路的序列作比较，而只需要比较两者的特征就可以了。一个响应序列的特征可以是各种各样的，但一般说来，应该满足如下几个条件：1 ) 这个特征应尽可能多地保留原序列中的有用( 即对故障检测和诊断是有用的) 信息，同时，各序列的特征应有较明显的特征，尽量做到，各种不同的序列应有不同的特征。2 ) 从序列中提取特征的方法应尽可能简单，特征的长度应尽可能短。3 ) 为了应用特征来检测和诊断故障，对激励信号的要求应尽可能短。4 ) 响应序列之间的与、或和非序列的特征应与原序列的特征之间最好要有比较简单的逻辑关系。由于特征是从序列中提炼出来的，因此特征中所含有的对检测或诊断有用的信息不会多于原序列中所含有的信息，因此它的故障检测和诊断的有效性总要差一些，它的主要优点是测试速度高，占用的计算机内存少，因此测试设备也比较简单。2 3 地铁电气控制电路的遥辑等效与故障检测有些电气网络和设备的作用是实现某种逻辑关系，完成预定的控制功能。例如飞机发动机状态控制系统、各种电气控制系统等就是这样。这旋电气网终帮设备中，控裁元转逶豢楚继邀器、接然器、半尝钵开关器件、开关及按钮。虽然这类器件的控制爨与输出爨都是模拟信号，僵由于它们的继电特性，使其工作情况与典型的模拟电路有很大的区别，却髑数字电路颇为相似，如果主骚考察其稳态控制功能是否正常，则可嗣数字亳鼯簸障诊断黥方法对冀避幸亍诊龌。深期i 地铁电气控制电路即属于这类逻辑控制电路0 3 ，电路备线路中的绝大部分元件在稳定状态下都只工作于两个状悫：接通( 溅通电动 睾) 、薮开( 藏薮毫复嵌) ，姣露绞控毒l 痿鼍戆不嚣较逶或瑟秀鞠痤兹电路。若将这两种状态分别用“0 ”和“1 ”来表示，则可用逻辑代数的方法来定位控制线路中的故障。必讨论方便，搴文援定接触爨、继耄耧等元件以线圈失电为“o ”状态，线圈樽电为“1 ”状态；接触器、继电器的触头无论是劲合触头或是动断触泌，均以触头闭合状态为“1 ”状态；对于按钮、闸刀开关、万旋转换开关等手动开关元转，以其触头闭合状态为“l ”状态，其触头断开状态为“0 ”状态；对于墩貉中各点帮在毫路巾设置的器检溺点，高电位时的状态为状态“1 ”，低电位时的状态为状态“o ”。2 。3 控澍元髂毒羹毫露缝桷鳇蓬辑等效1 控制元件的逻辑等效漾绸遣铁逛气控铡瞧路采用瓣控利元 孛逻辑等效。1 ) 手动开关手动开必主要是按钮、闸刀开关、万能转换开关等，对于制机控制嚣主手柄秘羧向手梗，其牵引、制动、惰抒、2 浃速制动、向蔚、向嚣指令的发出谯鬻作手动开关。￥ 北京交通大学硕士学位论支图2 1 手动开关图2 1 中，k 为一手动开关，x 为电路中手动开关之前的点，y 为手动开关之后的点。由动作关系可知，只有在x 点和手动开关状态都为“1 ”时，y 点的状态才为“1 ”。根据前述状态规定，可得手动开关真值表。表2 1 手动开关真值表x 点状态k 状态y 点状态0ool0001o111从表2 1 中可以看出，y 点与x 点和手动开关的状态关系为逻辑“与”。2 ) 继电元件的逻辑等效深圳地铁电气控制电路的继电元件为接触器、继电器等元件，这些元件一般都带有多组动合触头和动断触头，下面以带动合触头的继电元件为例分析继电元件的逻辑等效。a岂!l ( i l1 卜图2 2 带动合触点的继电元件图2 2 中，删为继电元件的线圈，a 为k m 线圈控制的动合触头，x为电路中动合触羞垒兰旃的点，y 为动合触头a 之后的点。由动作关系可看出，只有在x 点、i ( m 控制线圈和触头a 的状态都为“1 ”时，y 点状态才为“l ”。根据前述状态规定，可得带动合触头的继电元件真值表。表2 2 带动合触头的继电元件真值表x 点状态i ( m 控制线圈状态动合触头a 状态y 点状态oo0o1oooo11011l1北京黛通= ：j ；= 学碗士学位论文从表2 2 可看出，y 点和x 点、i ( m 控制线圈、触头a 的状怨关系为逻辑“与”。带凌鞭魅头熬继电冠传鹃逻龚等效分耩方法与魏类似，奁藏不再赘述。2 电路结构的逻辑簿效深圳地铁电气控制电路比较复杂，假经过仔细分析电路结构，总结出电路的基本结构为串联、并联及混联的接法。下面以k m 表示接触器盼控制线圈，a 、b 、c 表示手动开关或勘合触头，分别分析这三种接法豹逻辑等效。1 ) 事联毫路窝2 _ 3 串联电路图2 3 中，触头a 、b 相串联，然后与接触器的控制线圈麟相连，根据动作关系可知，只有在a 、b 都为“1 ”状态时，k m 才为“1 ”状态。由此可得该电路真值袭。衰2 - 3 串联纛蹲冀壤表魅头矗获态簸头b 狻态整毒l 线錾x 装状淼oo0o1o1oo1l1从表2 3 串联电路真值表可看出，控制线圈碰与触头a 、b 的关系为逻骥“与”。2 ) _ 并联电路v c c二丹二二厂 n堍避蚕2 q 并联淑路1 2北京变通大学硕士学位论文图2 4 为并联电路示意图，触头a 和b 相并联，然后与接触器的控制线圈 ( m 相连，根据动作关系可知，无论a 或8 ，只要有一个触头阙台，控謦线圈聪裁处予遴魄状态，也郄只要a 、转鸯一令楚予“l ”状态，l ( 蘸虢处子“l ”凌态，凌藏霹褥狡态奏蘧表。袭2 4 串联电路真俊袭触头a 状态触头b 状态控制线圈k m 状态ooooill0llll从寝2 4 中可以看出，控制线圈k m 与触头a 、b 的关系属于逻辑“或”的关系。2 ) 混联电路v e e二n 地图2 - 5 混联电路酝蠢串联遣舂并联懿纛潞髂必渥惑毫鼹，辩图2 一s 爨示，魅头矗与憨头e 警鞍，再和8 并联，然后与控裁线圈k 麓相连。萁逻辑冀镳袋为表2 5 。袭2 5 串联电路真值袭触头a 状态触头b 状态触头c 状态控制线圈酬状态ooo0o0lool0l01ll1o001o1l巴北京变通走学硕士学位论文11o111ll2 。3 2 意鼹豹故障捡溅如果完全按照前述缀合逻辑电路故障诊断的方法来处理地铁电气控制电路，则应专门设计激励信号输出电路，在计算机控制下向列牮电控制电路施加测试矢量序列，并测量电路的响斑来进行故障诊断。邋常只有在离线测量且设各离德时才能用这种方法，但原位测试时则雅以实现。考虑到快速诊断及有裁敬障只有在线时才发生，有些努须进彳亍躲位测试。突瓣上，在歹车上蠲狡为实瑗各耱工爨，搽缀按疆、开关、万憨转换开荧等手动元件而输入地铁电气奄路的控制信号就是有效静测试矢量。由此，本文所采用的梭测方法就是选择必冀的可达点作为检测点，利用地铁上现有的输入信号作为测试矢量。这热测试矢量往往不是究备测试矢摄集，但可通过对电路适当增加检测点来进行弥补。地铁电气控制电路呈典型的网络关系，逻辑顺序错综复杂，不嗣的工臻下司缀攥终冬转手凌开关豹逶藜凝态不嚣，溺藏电路孛各毯鼹麓王终状态不懑，瑟继毫器、接皴器等控镧元箨瓣线圈、继头静狡态不瓣，对应的联锁电路也不同。通j 遘分析可以根据不闲工况下各接触器的邋辑关系确定列车状态。因此，襁电路中选择确定些检测点，找出不同工况下遮腆检测点的正常状态和组合状态，通过与实际测试的状态进行逻辑比较，为故障查询判断娥立模式。下嚣对2 ，3 。l 中讨论的控铡元件和电路绻搦进章亍检测点的设鬣鞠逻辑剿凝。本繁各霾、表囊2 。3 1 孛各嚣、袭嶷蘧嚣寒，与爨融磁强表中字母相同的部分酝表示懑义不交。各图巾8 、b 点为在毫路中逡择设嚣的梭测点，各表中a 、b 点状态为实际测擞的电位高低状态。由于篇幅所限和分析方法相同，下面仅就手动开关、继电元件和电路结构中的串联电路结构进行逻辑分析。1 手动开关xtax! ：y，l 主一嬲2 6 设置检测点的警动开关1 4! ! 至奎望查兰堡圭堂垡丝兰地铁电气控制电路中各种手动开关的逻辑关系比较简单。图2 6 为图2 一l 中在手动开关k 后接线柱上加一检测点a 变化而来。根据实际应有情况，x 点在电路中常为高电位，即状态“1 ”，手动开关经常发生的故障是s 一矿o ，即开关闭合时触头无法导通电路。当列车处于某一工况时，手动开关的状态是已知的，由此可推知y 点正常状态。设当x 点状态为“1 ”，在手动开关状态应为“l ”的工况下，可推知y 点状态也应为“1 ”。表2 6 中所示即在此工况下，通过检测点a 的实际测量状态，推理出手动开关k 的真实状态，并与k 的正确状态进行比较，以进行故障判断。表2 6 中故障为手动开关在地铁电气控制电路中经常发生的一种逻辑故障。表2 6 手动开关逻辑判断表a 点状态k 状态故障判断ll逻辑正常o0llo开关s a o2 继电元件ab；!ak m1 卜圈2 7 设置检测点的动合触头继电元件采用设置两个检测点的方法来对一个动合触头的继电元件进行逻辑判断。如图2 7 由图2 2 变化而来，一个检测点a 设置在k m 控制线圈前，另一检测点b 设置在动合触头后。设x 点状态为“l ”，在k m 控制线圈状态应为“l ”的工况下，动合触头a 的状态也应为“1 ”，y 点状态应为“l ”。表2 7 所示即在这工况下，通过对检测点a ，b 的实测，推理出k m 控制线圈和触头a 的真实状态，并与正确状态比较，来进行故障判断。表中的k m 线圈状态、触头a 状态均为推理状态。髓京交遘太学褫士学镪论空袭扩7 动念触获继鑫愆嚣避辕剿籀袭8 点状态b 点状态k 辩线圈浚态徽头a 状态敬障髑繇oooo粼线圈裁支路存在s 一8 0ololk 鹾蘸存凌s 氇一g 菇熊头a 存在s a ll0i 0o皴头a 移在s 8 o 竣聪线攀戮鼹llll逻辑正鬻3 宰联奄赣魏掰飘分毒蓐圣| 魏铁彀气撩翻激路虽然簸杂，聪麓本缩构为串联电鼹、并联电路鞠混联激鼹。由于分辑方法褥闲慧绻浆鞠谶，程戴仅辩串联魄麓熬捻溺点没嚣秘逻爨羧簿逡行努椽。掰2 8 设豢棱测嶷鹣枣联毂黪躐2 8 为甏2 3 中触头a 髑触头转之蕊分粥设簸竣溅底a 、b 程璇。设在莱一王溅下，触头a 、转的状态都为状淼“l ”，粼夔鬻情凝下联接翻线圈麴浚悫凌为“l ”。装2 8 露凳崧该王璇下，邋邋狻溺杰瓠b 瓣实涨溅豢卺跫态德，攘叛滋触头杰、b 秘黼羧裁线圈瓣状恣，溪过与歪确状态眈较来谶行故障分瓣。淡中，擞头a 、b 釉k m 的状态德筠为推瑷傻。袭2 8 褰驳藏路滗骥刿黪豪8 蠡状态b 煮捩态皴头a 凝悫簸头b 状淼l ( 1 l 线潮状态教辫判麟。oooo触头a 存在s 一010lo0皴头8 存巍s a 一01llli 0不能判定燧燕鬻北京交通大学硕士学位论文在表2 7 和表2 8 中，存在继电元件控制线圈状态无法确定的情形。这是由于继电元件的输入和输出，从逻辑关系来说可以等效成组合逻辑电路，但并不完全等同。对于上面分析是采用的只有一对触头的继电元件来说，用组合逻辑电路故障分析的方法，触头状态的好坏与继电元件控制线圈是否正常是不可区分的，这就构成了等效故障。如果继电元件有多对触头，且电路满足单故障假设，则继电元件控制线圈的故障与触头的故障是可以设法加以区分的。由于本文对列车电气控制电路故障诊断无需定位至元件级，因此在确定某一继电元件存在逻辑故障时，不必再进一步确定是控制线圈故障还是触头故障。本文通过对地铁电气电路的研究，在列车控制开关、司机控制器等手动开关前( 后) 选取了2 4 个检测点x = ( x l ，x 2 ，x ”) 作为输入矢量：在电路关键部位继电元件前( 后) 选取了7 5 个检测点y = ( y 1 y z ，y ，s ) 作为输出矢量。输入矢量x 和输出矢量y 有如下关系：y = ( y 1 y 2 ，y 7 5 ) = f ( x ) = f ( 1 l 。x 2 ，x 2 5 )由于列车在不同工况下输入矢量x 和输出矢量y 的状态不同，通过对列车操纵作业步骤的研究，确定了列车操纵2 5 种工况下的输入矢量x 作为测试矢量集。北京变通大学硕士学位论文第三章故障维修辅助分析系统的总体方案设计随着计算机技术、网络技术、传感技术、人工智能技术、特别是专家系统的发展，各种信息数据的检测、传送、分析处理都具有了实现的条件和手段，促进了故障诊断技术的智能化发展，使故障诊断的系统化、综合化成为可能。3 1 地铁故障维修辅助分析系统的总体方案地铁故障维修辅助分析系统早期故障诊断系统ll 既发故障诊断专家系统实时监测系统周期监测系统至号自动识别m轮探测轴承车钩温度检测声音检测轮对外形尺寸检测轮对自动探伤检测来自车辆内部诊断系统的输入。各种测试激励的人工施加及对激励所产生的各种响应的人工输入各种测试激励的自动施加及对激励所产生的各种响应的自动获取图3 1 地铁故障维修辅助分析系统的总体方案地铁故障维修辅助分析系统的总体方案如图3 1 所示，地铁车辆故障维修辅助分析系统主要由早期故障诊断系统和既发故障诊断专家系统组成。北京变通大学硕士学位论文3 2 地铁车辆早期故障诊断地铁车辆早期故障诊断主要对车轮的异常磨耗、平轮故障、异常轴温、异常噪音等进行检测和诊断。在正线安装平轮检测系统、温度检测系统、在线声音检测系统、轮缘形状检测、车号识别系统，监控中心设在车辆段。32 1 平轮检测系统车辆踏面故障是车辆运行过程中的常见故障，其伤损形态主要表现为踏面擦伤，由于车辆防滑系统故障或因制动系统缓解不良，使车轮在轨面上产生滑行而造成。形成平轮后就会引起踏面局部范围曲率半径的变化，列车运行时车轮与钢轨出现周期性冲击，较大的冲击载荷作用于车辆和轨道零部件上，会加速轴承等零部件的疲劳损伤，直接威胁行车安全。因此及时发现、处理轮对踏面故障，是行车安全的一项重要任务，轮对踏面故障在线自动检测系统，是地铁运营管理现代化的发展需要。根据振动学原理，采用加速度传感器等来检测平轮对钢轨的冲击所产生振动信息，进而由软件处理所检测到信息，运用平轮冲击钢轨间的数学模型进行识别、预报。利用振动冲击信号分析技术提取平轮特征信息，运用特征自相关分析技术进行故障识别及平轮定位，运用自适应动态数据修正技术进行数据处理。在低速运行时，车轮滚至平轮起点a 时，将绕a 点旋转直至整个平轮表面撞击轨面，之后又迅速绕b 点旋转，进一步对钢轨施加动力作用，直到恢复正常滚动状态。而在高速行车状态下，车轮滚至a 点后，将脱离钢轨表面，在空中边旋转，一边做惯性运动，同时向下跌落，最终在b 点接触轨面，从而给钢轨以冲击。图3 2 地铁列车平轮低速运动示意图北京交通太学硕士学位论文盈3 3 毒窿铁弼车平轮高速运动示意强地铁列车低速和高速运动示意图如上图3 2 和3 3 所示。由此可见，随着速度由低到离的变化，平轮冲击特征必须狂某临界速度v 下发生突交。由实际窝诗冀结票表骥，车轮由务秘毫瘦黢落豹钢辕振动鸯彗邃发与跌落时的冲击速魔有一定的比率关系，因此利用振动传感器可以实现平轮的检测。3 ，2 2 温艘检测系统温度检测系统温度检测系统主要包括车轴滠度和车钩滠度检测，辘承是车辆缀重要豹运行部静，在列车慈行过程中由予密损、痿量蛟鹣等原因会产生轴承遮行状况的恶化，导数轴承温升，进一步恶化轴承的运行条件。如果列牮持续运行而不能及辩发现、处理，这种危险的温升会产生熬辘、翡毒疰| 警惩往事数；鑫予毙铁车辍豹滚气铯程度缀褰，在翻车接头的电力电缆撩头由于邋用环境恶劣( 运行时的振动、接触表面的氧化) 很豁易产生危害电气绝缘的温升，直接影响行车安垒。因此要对车辘、车镌溢度进行在线捡溅。红步 线毒夔湛、车镑遮夏探测设备，秀翔上车号识剐装置，可以便温度舔踪与车次、车号相对应，不论捌车的窜次、编组等情况发生饺何变化，都能准确地实现对某一辆车的信息跟踪，可大大提离异常滠殿预报的准确性，为列车的重要部传温度全程跟踪奠定基穑。红外轴温探测装置由轨边传感嚣、探测站及复示中心构成。轨边传感器有：车轮传感器、红外轴温探测器、环温传感器等，红外轴温探钡嚣受爨搴蠡籍熬疆瓣著转换裁奄蓿号，巍秀车逶过嚣，经强辍漫探灏耩对轴箱、车钩进行掴描，获取轴温、车钩温度信号。根据不同的标准判别是否发生的异常。并按照微热、强热、激热三个蹲级发出早期预警信号。篓室茎整奎兰臻主笺笙堡塞3 2 3 在线声音检测系统车辆逶萼亍都伴随着运动噪声的产生，题噪声的强度靼特征与擎辆结构，特别是走行部件的结构有密切关系。因此车辆运行过程中，噪声枪 ；i | | 帮译份楚车辆敬簿蓝测躲重要技术手段，轮蹲踏嚣教障、转囱絮或辕对裂纹、减振器松动、轮对失卿以及轴承故障、受电弓牧障镰车辆部件故障均会弓i 起嗓声强度或噪声频谱结构的交仡。如图3 4 声音检测翻振动检测系统示意图所乐，系统频率响设为2 0 h z 2 0 k h z ，渤态范围成超过检测最大值的1 0 d b 。任意频点的测量值与实黼箧戆误萎僮不大予l 鹋，系统戆形成声强瓣雨滚嚣，逶j 遣对冀进行分析，能将每测量点近两次的数据与前1 0 次的数据进行比较，及时发现声音状态的突交。系统髓傲醅各额点的黻车辆轮对位遴秀横坐标的声强图，并能通过频域分折定出故障原因及披障位嚣。报警应分为三种：状态突变、接j 厦声强限度及接近超过声强限度。3 ，2 4 轮缘形状检测车辆运行中豹安全捡测阅题尤为突出，轮缘几何尺寸( 轮缘斑度、轮缘宽度) 在线自动检测是走行部自动安全检测项目的一个重要组成部分，峦予轮缘彩状瓣车辆走行安全性、稳定性与乘坐餐逶震影翡稷大，一旦超限，将会直接影响结构强度和定位能力，威胁行车安象，旗至造成脱轨、颠覆等恶性事故。因此，翰缘几何尺寸在线自动检测的研帚l 将：葑刮予提蔚擎嬲检修效率、延长运行周期、实现列车安全检测自动化。同时随时掌握同轮对轮径差，间转向架轮径差，同一车辆轮径差婷轮对尺寸参数，荛车辆缀穆管理提供量亿锿撂。车轮踏面尺寸有多处标定，但较为关键的是轮缘几何尺寸，由于动态测羹难度很大，困诧，选定轮缘高度与宽度两个尺寸作为检测蜡标，其体定义为：以踏西基准线和轮径测量綦线为基准，踏鞭基准线歪轮缘顶点的距离称为轮缘高度，轮径测艇基线向轮缘顶点方向平移1 2 m m 与轮缘静交线长称为轮缘宽度。钎对动态梭测懿特殊牲，选定一穗菲接魅式的测量方式“光截法”。即通过对车辆行进进行脏控，当车辆经过检铡装嚣时，激光发射器发射一束激光到选接收器，接收嚣输入端获锝裹电乎，直到车轮经过壤叛激光束，接收器获褥低电平，轮缘切入的燃界点印为下降沿脉冲产生触发信号。激光接收器作为外触发开关控制e c 蚤摄象稔探掐轮缘，图象逶过矗内采集卡采入计算辊形成数字强象，褥对其进行图象处理与识别标定，从而提取出目标尺寸。最终测精精度2 i垫童塞望查兰堡主兰堡堕塞的骚求是o 3 m m 。3 + 2 5 车号谖捌系统在车辆实际运行条件下，实时准确地识别出地铁车辆标准车号信息及蒸它辏韵耱惫，戈车辆管理弦慧系统提貘缀踩售怠，车号售戆是管理系统最基本的信息源。车号自动识别装鼹由标签、天线、r f 射频装置、读卡器及数据管理系统构成，标签采趱无源方式，当车辆邋过露，痿动r f 射频装爱工作，通过天线向指定区城发射微波及载波信号，标签接受至i 微波能量后，将向天线回传本标签的信息，读卡器具有r s 2 3 2 或r s 4 2 2 通讯接口，将数撼传送数掇管理系统。该装置舆有很高的抗于扰性能及识别糙度，可敬程恶劣静环境下稳定工俸，著在穰多领域广泛应稻。3 2 6 振动分斩系统地铁车辆上的滚动轴承，其废圈表面常常发生滕坑、电蚀坑、内环破裂、轴承滚边和滚动体剥离等破损，完好的和破损的轴承在旋转时均会摄动窝产黛振动声老，通过对滚动辜垂承旋转对夔产生载摄魂靼声专豹检测，判断滚动轴承状态。在简弱架修时通过振动分析系统对旋转类机械的分析确定