广州地铁1号线车辆在线安全监测系统_图文

1、都市快轨交通第21卷第4期2008年8月4。-机电工程. 广州地铁1号线车辆在线安全监测系统劳建江(广州市地下铁道总公司广州5114360摘要广州地铁1号线车辆在线安全监测系统综合 了国内多种车辆在线监测技术,进行了很多富有针对 性的开发,并在异响检测方面进行了大胆尝试。根据 地铁线路短、车辆种类单一、行车密集的特点,将平轮、 温度、异响等检测技术进行集成开发;根据实际检修需 要,对转向架、车轮、轴箱、车钧、受电弓等部件的质量 状况进行监控;并根据地铁公司检修运作模式,对检测 平台进行专门设计。关键词 广州地铁在线安全监测 检测技术平轮 检测温度检测异响检测车辆机械部件故障出现的前期往往比较隐

2、蔽,很 难在日常检修中检查出来,但这些故障一旦发展到一 定程度,就可能导致车毁人亡,后果难以设想。为将车 辆机械部件故障消灭在萌芽阶段,车辆在线安全监测 系统应运而生。广州地铁在2000年就开始了车辆在线监测系统 的研究,并积极借鉴国外同行的经验,结合实际情况进 行技术创新,与广州复旦奥特科技股份有限公司合作, 于2005年开发出“广州地铁l号线车辆在线安全监测 系统”。该系统技术先进、功能齐全,且在系统集成技 术和异响检测等方面进行了一系列大胆的尝试。1系统主要功能“车辆在线安全监测系统”能对运行中的地铁车辆 走行部等重要部件的主要运动状态进行实时跟踪监 测,具备以下功能:(1轮对踏面平轮检

3、测自动判别通过车辆的 踏面平轮故障;(2轴承温度检测自动判别轴承温度是否异常;作者简介:劳建江,男。工程师,从事地铁车辆维修技术和管理工作。 Iaojianjiang(3车钩温度检测自动判别车钩温度是否 异常;(4走行部异响检测自动判别车辆走行部声 响是否异常;(5受电弓异响检测自动判别受电弓接触网 不良异响;(6车号识别功能对来车车号进行识别,供 系统进行信息管理;(7web浏览功能使用人员可以方便地在公 司内部网浏览各种检测信息。车辆在线监测系统适应行车速度:1080kIn/h, 能自动判别列车运行方向、识别列车车号、测速和计辆 计轴,并能在地铁运行的最恶劣条件下保证正常工作; 系统可实现

4、长期无人值守、自动进行数据传输和数据 管理、远程监控和远程自动声音报警等功能;系统利用 现有地铁内部电话线路和网络线路,最大限度地实现 数据资源共享,公司内部所有授权用户都能方便地浏 览和下载系统数据。2系统主要硬件构成铁路线路长,车辆运行工况复杂多样,往往一个系 统只负责一项监测功能,探测仪器沿着线路多处铺设, 投入比较大;地铁线路短,车辆种类单一,行车密集。 我们根据这些特点,只设置一个探测点,但多项探测功 能都在一个探测平台上集成设计,大大减少了项目投 入,同时又增强了系统功能。本系统主要构成为:轨边 传感器、前置探测站、数据服务器、wEB服务器,其网 络结构如图1所示。2.1轨边传感器

5、轨边传感器设置在芳村一花地湾下行线处长度约 50m范围内,包括:车号识别天线。1个,用于识别 车号;车轮传感器,由Mo、M1、M2三个磁钢组成,用 、”k”;_uR队N RAPlD RL TRANsIT 71都市快轨交通第21卷第4期2008年8月图1系统网络结构图于探测来车信号,触发系统,并可以用于计轴计速; 振动传感器,左右两股轨道各4个,用于测量车轮振 动;温度传感器,由T1、T2、T3三个红外温度传感器 组成,测量轴承温度和车钩温度;环境温度探测箱, 用于探测环境温度;声音传感器,安装于进行了消音 处理的隧道壁上,用于探测走行部和受电弓声音。 2.2前置探测站前置探测站位于轨边传感器区

6、域附近,主要设备 为前置机和NI数据采集计算机,用于数据采集,其数 据传送至数据服务器。2.3数据服务器数据服务器设置在芳村站站台,用于数据分析和 存储,其数据传送至web服务器。2.4检修调度(DCC的Web服务器检修调度(DCc的web服务器设置在西朗车辆 段检修调度处,能将数据报表形成网页,供公司内部网 访问,并对数据服务器和NI数据采集计算机远程监控 和数据下载。3主要检测技术3.1车号识别车号探测设备由电子标签、射频天线、读出装置和 车号网关组成。安装在车底的电子标签随着列车通过 微波天线上方时,获得特定能量的微波辐射,然后将微 波能量转化存储为足够标签工作所需的电能,将车号 信息发

7、送给微波天线,供系统进行信息管理。系统工 作频点要和列车信号系统频点区分,本系统所用频点 为910.10、912.10、914.10MHz。3.2平轮检测车轮踏面发生擦伤和剥离后形成平轮,平轮运动 过程中能对钢轨产生周期性冲击,其周期正好与车轮 转动周期相当,且平轮越深,撞击产生的加速度越大, 平轮探测就是靠安装在轨道上的压电式加速度传感72uRBAN RAPID RAlL TRANsIT 器,准确测量轮轨撞击后钢轨的振动加速度,结合车辆 速度、车重等多项特征量,通过专业分析软件,可以比 较准确地分析出平轮深度。振动探测区如图2所示,探测区距离为5.6m,8个振动传感器(L1L4、R1一R4在

8、探测区左右两侧对 称分布,用专用夹具固定在钢轨侧下方,车轮传感器 (M1、M2则可以测量车轮通过探测区的速度,平轮撞 击信号在探测区内起码出现2次以上。系统最小测量 平轮深度为0.2mm,测量误差小于O.2mm。图2振动探测区3.3温度检测物体在绝对零度以上都有相应于温度的能量辐 射,绝对黑体表面辐射的全部能量与其表面绝对温度r 的4次方成正比,通过检测黑体辐射能量即可求出温 度。当温度在常温乃至几千K时,辐射光谱主要在红 外波段,因此,检测特定红外波段的辐射能量即可得到 物体的温度,利用这一原理制成的设备即是辐射红外 测温设备。该系统采用铁路部门应用成熟的第二代红 外温度传感器,系统能根据不

9、同的标准,判别温度是否 超出允许范围,是否发生突变,并按照微热、强热、激热 三个等级预报。温度检测精度小于等于±3。3.4异晌检测噪声的频域分布、强度等特征与车辆结构特征有 密切关系,车辆部件出现故障时均会引起噪声强度或 噪声频谱结构的变化。该系统在精确测量声音各种特 征量后,能将其参数定量化、数据化,并以此综合评价 车辆的结构特性,及时发现声音状态的突变。专家数 据库建立后,还能通过频域分析和声学模型对比,判断 故障原因及故障位置。声音测量精度为±1dB。系统 提供了以下几种声音信号分析技术。3.4.1时域分析对声音信号的原始记录波形(时域信号髫(f进 行分析,常用的特征

10、参量有:有效值、峰值、波峰因子等 统计参数。通过这些参数的分析,可得出声音信号的 广州地铁号线车辆在线安全监测系统总体幅值水平、平稳性等评价指标。由于列车不同部 位是按时间顺序通过测量点的,所以也可以得出列车 不同部位的声强图。 3.4.2频域分析声音频谱与声源的结构特性紧密关联,因此可以 通过噪声频谱结构分布迸一步确定噪声源。噪声频域信号髫与时域信号并(f互为傅里叶变换关系,即菇:f”髫(ej2动.dt 菇=I 髫(ej2动dJ一对于数字信号处理,可利用快速傅里叶变换(FFr 实现信号变换。噪声频谱分析技术又分为幅值谱分析、 功率谱分析、倒频谱分析等不同技术手段。在FFr分析 基础上,可以实

11、现倍频程分析。在正常情况下,列车同 一部位噪声的主要频谱信息是比较稳定的,异响具有 特殊的频谱特征,通过与异响专家数据库中的声学模 型对比,可以判断是否存在安全隐患或异常响声。 3.4.3趋势分析噪声趋势分析技术是一种非常有效的分析诊断手 段,趋势分析的特征变量可以是时域参量(峰值,有效 值,也可以是其他特征参数(如某一频段的有效声 能。系统能保存3个月的历史数据,通过对比不同时 间段的某个特征量,发现异常声音变化。此外,还有声强一速度相关分析、声强雨流分析等 分析技术。由于目前国内声音故障分析技术仍不成 熟,本系统建成后,虽然具备了较强的数据采集功能和 分析功能,但异响的准确识别仍需要更完善

12、的声学模 型和异响专家数据库进行支持。 3.4数据处理技术系统统一采用国际上最成熟的数据采集系统 美国国家仪器有限公司的数据采集系统进行数据采 集,用其专用的hbVIEw软件作为采集系统开发平 台,具有强大的稳定性和兼容性。系统采用SQLSenrer2000作为数据库及数据管理软件平台,用Mic咖舳VC6.0作为数据分析工具的开发语言,对各种功能进 行模块化设计,嵌入数据分析及系统管理软件中,各种 经过分析和处理的信息最后汇总到客户端,用符合地 铁公司管理需要的web界面向用户展示。虽然系统各功能模块的数据分析方法各不相同, 但由于采用了统一的采集硬件、统一的开发平台、统 一的软件构架和流程、

13、统一的信息管理方式,从而实 现了系统功能强、使用简便等特点,同时具有可扩展 性,今后若需要增加系统功能,只需添加相应模块即可。4结语广州地铁1号线“车辆在线安全监测系统”是我 国铁路车辆在线安全检测技术在地铁中的运用,该系 统针对地铁特点进行了专门的开发设计,采用了系统 集成技术。系统功能齐全,基本涵盖了目前国内已广 泛使用的各种车辆在线检测技术。此外,在声音检测 方面还进行了一些大胆的尝试。系统运行稳定、检测 精确、报警及时,目前已成为广州地铁l号线安全运营 的强大保障。参考文献1王元庆.新型传感器原理及应用M.北京:机械工业出版社.2003.2严隽耄.车辆工程M.北京:中国铁道出版社,19

14、99. 3广州市地下铁道总公司,广州复旦奥特科技股份有限公司.广州地铁一号线“车辆在线安全监测系统”研制报告 R.广州,2005.4蒋本珊.计算机组成原理与系统结构M.北京:北京航空航天大学出版社.2000.5陈世和.车辆修造工艺与设备M.北京:中国铁道出版社.1999.on-line Vellicle SecurityMoIlitor System of Guangzhou MetroLine 1I盘o Jianji舢喀(Gu锄gzh伽MetmCo唧ration,Gu锄铲hou511436AbsI晒ct:The一l址vehicles枷y劬mitof syst锄of Gu锄乎hou n俄ro

15、L硫l缸唧tes se、,erallo血or t耐molo西鹤“China.This syst锄rri铭outammib贸of spccial exploitation锄d actualj晓es omterprising e印eriIIl锄t ailniIlg at曲nomlalnoise moIlitor.B鹳。d鲫the chamct耐stics of short lin髓,siIl出type of vehiclcs趾d dense t瑚【velillg of trajns of the metro,thissyst锄inte孽at器thet劬nologiesof fl越wheeI mon

16、itor,t即叩eraturc Initor锄d咖lomal noise monitor.This systeIIl monito璐 thc st砒e ofb0咖,whI,a出box,uph瓤dp觚to脚hb硒edonthe therequ眈砥mtsof nlainten觚ce.Accordingtotheop啪tiDnmode of Gum乎hou mctro,special desi伊has bem done f.0ramonit硎ng platforIn.1【eywords:G啪孕hou met:ro;On-ljnesecIlmy moIlitor;monitor technology;flat wheel m砌tor;t锄叩eratu托monitor;abnOmlalnoisen踟itar肿”坩“wm”m自州uRBAN RAPID RAIL 1RANsIT73-一J_"、- 广州地铁1号线车辆在线安全监测系统作者:劳建江 , Lao Jianjiang作者单位:广州市地下铁道总公司,广州,5114360刊名:都市快轨交通英文刊名:URBAN RAPID RAIL T