北京地铁-地铁机电设备故障预警与智能诊断技术.ppt

地铁机电设备故障预警与智能诊断技术研究与实践汇报人 王亮 1 随着北京轨道交通线路加密 车站数量不断增加 就目前统计 北京地铁所辖线网内电梯总数2700台 扶梯2189 步道11 直梯500 屏蔽门总数超过2万套 车站大型风机总数超过1000台 一 研究必要性 1 设备数量多 分布广 加重了地铁运营机电公司维修工作强度 2 机电设备有 带病 运行风险 对安全运营造成隐患 提出运用智能化 自动化手段对设备故障进行监测 诊断 预警 3 机电设备故障频发 对乘客人身安全造成威胁 4 目前设备故障报警数据信息不能对重大故障进行预测 1 地铁运营迫切解决机电设备安全和故障问题的需要 自动扶梯一直被称为设备故障 重灾区 屏蔽门故障对运营造成影响 引发更严重故障造成大故障停运降低服务水平威胁乘客人身安全造成社会安全影响 目前选取直接面向乘客服务和保证车站安全运营的电扶梯 屏蔽门 大型风机设备 2 地铁既有机电监控系统在维修支持方面存在不足 1 只能监视设备运行工况 缺少机械部件工作状态信息 环境与设备监控系统 BAS 综合监控系统 ISCS 2 系统仅实现故障后报警 没有智能预警 故障诊断功能 3 系统功能偏向于行车运营 故障智能分析功能不足 3 地铁线网管理 高效 节约 的需要 北京线网加密后 大量的机电设备需要进行维护 保养 维修工作 不扩大现有的运营维修管理团队 很难能满足北京线网运营需要 通过科学的现代化信息技术手段进行辅助 推进状态维修理念 优化现有维修管理资源 提高工作效率 节约人力资源 是北京线网未来建立 高效 节约 型综合维修管理体系所需要的 4 技术研究符合 十二五 国家战略性新兴产业发展规划 需要 智能制造装备工程 列为 十二五 重大工程 内容要求 突破新型传感 高精度运动控制 故障智能诊断等关键技术 大力推进泛在感知自动控制系统 工业机器人 关键零部件等装置的开发和产业化 轨道交通装备产业在 十二五 中列为高端装备制造产业 也是 十二五 重点发展方向和主要任务之一 二 课题立项情况 课题名称 地铁机电设备故障监测与智能诊断系统研制及示范应用课题编号 Z131100004113004承担单位 北京市地铁运营有限公司北京市轨道交通建设管理有限公司北京市轨道交通设计研究院有限公司 1 课题概况 二 课题立项情况 2 主要研究任务 1 首次在地铁6号线工程建立 地铁机电设备故障监测与智能诊断系统 2 研究自动扶梯 屏蔽门 风机等设备的故障监测预警和智能诊断技术 3 进行电扶梯故障传感器 屏蔽门故障传感器 内置传感单元 故障诊断器等关键产品的研发 4 进行系统专家数据库 智能决策单元 应用平台等软件产品的研发 5 完成系统集成并进行试验机运行测试 完成工程示范应用及相关测试 6 完成实际工程系统建设应用示范 二 课题立项情况 2 提高运营公司机电设备维护维保效率 降低人工劳动强度 3 利用智能化 信息化手段 强化运营维修管理体系 1 实现地铁机电设备易损部件故障早期发现 规避安全风险 3 课题实现目标 三 机电设备故障监测需求分析及解决方案 采用智能仪表 减轻对人工经验的依赖 电扶梯 屏蔽门 风机 经常损坏极易磨损的关键部位机械装置 提取故障特征信息 设备故障 维修人工巡检 听 看 摸 智能仪表传感器 故障趋势预警 三 机电设备故障监测需求分析及解决方案 自动扶梯故障调研和功能需求 第一类难以发现的机械故障 第二类人工检测误差造成安全隐患 第三类缺少数据统计进行故障预警 第四类需要关键设备质量监管及风险预测 机械传动磨损 电机 轴承易损难以早期察觉 轴承监测 三 机电设备故障监测需求分析及解决方案 自动扶梯故障和安全风险分析及监测手段 减速器 主驱动轮 梯级链涨紧轮 驱动底座螺栓 扶手带 螺栓振动监测 温度监测 第一类难以发现的机械故障 对设备零部件进行状态监测 需要在自动扶梯上增加测点 三 机电设备故障监测需求分析及解决方案 振动测点 旋转机械智能诊断原理 加速度传感器 模拟振动信号 数据采集转换 数字振动信号 信号解析处理智能分析诊断 振动值 信号波形 时域图 通过FFT 快速傅里叶变换实现 结果输出 变换到频域的目的 机械零部件的具体故障部位和性质 与频率有确切对应关系 这是故障机理决定的 轴承型号 6224转速 2980rpm滚珠数 9个节径 167 5mm滚子直径 30 15 三 机电设备故障监测需求分析及解决方案 机械故障在线智能分析诊断技术 通过对振动波形频谱智能分析 精确诊断部件故障原因1 轴承内 外圈故障2 轴承滚动体故障3 轴承保持架故障4 轴承跑套故障5 轴承润滑不良故障6 减速箱断齿故障7 减速箱磨损故障8 固定架松动故障9 链条磨损 三 机电设备故障监测需求分析及解决方案 扶梯自检故障信号约50个 传动部分故障采用旋转机械在线智能分析诊断技术 16个加速速度振动传感器 3个红外线非接触式温度传感器 扶梯逆转 制动零部件监测 停车制动失效 三 机电设备故障监测需求分析及解决方案 乘客人身安全 人工测试制动性能目测 忽略 第二类人工检测误差造成安全隐患 扶梯制动 对扶梯运转进行性能测试监测 原因不确定 对每天停车制度参数进行计算存储 制动性能进行评估 三 机电设备故障监测需求分析及解决方案 扶梯制动性能监测原理 扶梯电流监测 对扶梯停车制动距离进行测算 传动距离测量 扶梯轴承监测 数据记录趋势分析 单个数字量存在误差趋势和变化才是关键 系统每天都在替人进行性能测试 用电负荷数据 三 机电设备故障监测需求分析及解决方案 自动扶梯故障风险分析及监测手段 扶梯机械构造复杂 长期监测数据分析 统计 第三类缺少数据统计进行风险预测 数据综合统计分析 运转状态数据 故障报警数据 发现不良状态预测风险故障趋势 产品批次 三 机电设备故障监测需求分析及解决方案 自动扶梯设备质量监管及风险预测 多类别 多型号的零部件难以进行有效管理 数据统计分析 第四类需要关键设备质量监管及风险预测 故障设备类型长期追踪 故障性质 历史数据 部件管理追踪故障风险预测质量监管 三 机电设备故障监测需求分析及解决方案 屏蔽门主要多发故障是门体开合故障 有单门故障和整侧门故障 其中整侧门故障是最严重的 对正常的行车运营影响最大 PEDC控制器故障 DCU控制器故障 与信号接口故障 电源故障 滑动门故障 安全回路故障 屏蔽门重要故障 三 机电设备故障监测需求分析及解决方案 屏蔽门故障特点及监测手段 电器类故障多于机械故障 故障后影响行车运行 故障点多且分散 故障信息全面 完整 故障快速定位 故障隐患监测 故障不易提前预测 完善屏蔽门故障报警内容实现完整信息远传 采用最直观的图形化界面快速展现故障位置 增加安全回路虚断故障监测增加信号接口性能监测开关门电流曲线监测 三 机电设备故障监测需求分析及解决方案 屏蔽门故障特点及监测手段 安全回路虚断和信号接口故障监测 采用检测回路电流的方式 判断安全回路是否有虚接故障 检测信号接口的有效性 三 机电设备故障监测需求分析及解决方案 屏蔽门故障特点及监测手段 屏蔽门故障快速定位 屏蔽门系统故障报警 本系统故障检测 三 机电设备故障监测需求分析及解决方案 大型风机监测方案 系统监测平台 机械故障预警 电气故障报警 四 系统设计方案 系统结构设计 四 系统设计方案 功能理念 四 系统设计方案 框架构想 屏蔽门系统 风机系统 电扶梯系统 待办事项提醒 振动 位移 温度 开 关 可视化报警信息 剩余寿命 状态监测诊断分析 停机记录 故障维修 维保 管理报表 停机统计 可靠性 可用率 年度消耗 故障维修信息 运行信息 维修任务 远程协助 故障知识库 设备信息 备件耗材库 状态监测系统 四 系统设计方案 逻辑架构 其他自检信号 内部传感器 数据采集层 数据分析层 决策评估层 应用层 数据传输层 四 系统设计方案 系统构成 两级管理三级监测 设备现场级 位于线路车站内 主要负责对机电设备进行数据采集和故障解析 主要监视管区内车站机电设备的安全状态和故障信息 能调取现场采集的所有状态数据 显示设备运行风评估结论和故障诊断分析结果 显示设备故障趋势和安全风险 安排维修保养计划 对维修工单进行派发操作 对维修资源和备品备件进行信息化管理 对整个系统的维护管理服务 四 系统设计方案 系统功能 设备现场级功能 监控界面 就地设备 手持设备 侧重提供便捷的现场巡检操作 四 系统方案 软件平台 工区级监控软件 侧重提供专业性的维修支持服务 四 系统方案 软件平台 维修项目部 中心级 监控软件 侧重提供风险预测和维修管理服务 五 系统未来发展构想 行车运营组织生产系统 运营维修维护生产系统 运营能耗管理系统 地铁网络化运营 信息共享 以开展行车组织生产为核心服务重点 要求高实时性 高可靠性和高准确性 面向运营调度人员 以支撑运营维修生产为核心服务重点 要求大数据量统计 智能分析评估 资源分配管理 面向维