论文部分内容阅读
摘 要：地铁信号联锁系统是城市轨道交通最为关键的安全相关子系统之一，现阶段，为了进一步保证联锁设备安全可靠运行，关于对地铁信号联锁设备故障诊断技术正在不断的发展。本文阐述了地铁信号联锁系统的相关概念和对信号联锁设备故障诊断的技术以及应用，最后根据目前联锁设备的发展提出发展中存在的问题和未来的发展趋势，对城市轨道交通信号联锁设备的发展起到一定借鉴作用。
关键词：地铁信号系统；联锁设备；故障
中图分类号：U231文献标识码： A
城市轨道交通信号联锁设备的故障诊断分析是保障铁路运输安全的一项重大课题在列车的实际运行环境中，造成信号联锁设备故障的原因是多种多样的，比如恶劣环境下设备的失修、设备本身的质量问题引起的故障以及设备维修过程中人为因素造成的设备损坏等，及时准确、快速地排出相关故障，最大限度降低对地铁运营的影响一直以来都是地铁维修工作者面前的重中之重。
1、地铁信号设备故障的诊断
传统的故障诊断方法是依靠技术人员对设备故障机理的把握程度和经验，进行分析、判断和故障处理。主要方法有逻辑推理法、优选法、比较法、断线法、校核法、试验分析法、检查法、调研法、逐项排除法、仪表测试法等。解析模型法，它建立诊断对象精确数学模型的基础上，运用数理统计、解析函数等数学方法，对被测信息进行处理诊断。但在实际诊断中，经常难以构成被诊断对象的精确数学模型，加上大型复杂设备的非线性特征，限制了解析模型诊断法的使用效果和范围。人工智能故障诊断法，是利用、模糊逻辑、专家系统等进行诊断以及与其他传统技术相融合的诊断技术，构成以诊断对象进行状态识别、故障辨识和状态预测的故障智能诊断系统。这种诊断方法有：模糊逻辑故障诊断法和监测系统故障诊断法等。随着电子技术计算机技术及信息技术的发展，智能故障诊断技术广泛应用在地铁信号设备，为故障分析和诊断提供了现代化辅助决策工具。为提高故障預防和状态维修的水平发挥了重要作用。
2、故障诊断技术的应用
2.1地铁联锁系统的优点及特点
地铁联锁系统通过微处理器或计算机这些主要技术配合相关设备实现联锁功能。以天津地铁2、3号线的EBILOCK系统为例，联锁系统遵循故障——安全原则，确保次级列车检测设备、转辙机、信号机以及进路之间的相互制约关系，保证列车运行的安全。联锁硬件以联锁服务器为整个系统核心，为保证系统的高可靠和高安全性，采用2乘2取2的冗余结构，同时在联锁和其他系统之间配置冗余的通信通道，实现主备之间的无缝切换。同时，其诊断设施系统中的所有模块都带有诊断功能，该功能可自动执行或通过维护人员调用。
2.2故障诊断系统
故障诊断系统主要是由知识库、数据库、推理机、解释机构、知识获取机构和用户界面组成。推理机根据知识库中的知识，动态数据库中的实时数据进行推理，得出系统中是否发生故障，发生什么故障，然后对故障诊断结果进行评价和决策，故障排除后，再重复上述过程。专家系统有成熟体系结构，是目前应用最多的设备故障诊断系统。故障诊断技术的目的是为了提高系统的可靠性和安全性。典型应用就是容错计算机联锁控制系统，容错计算机联锁系统就是采用容错计算机软、硬件冗余技术，来提高联锁系统的可靠性。比如说国内开发的由TRICON容错控制器构成的容错联锁主机，就是其代表系统之一。此外，实际应用中还存在其他几种故障诊断系统，比如计算机联锁系统故障报警、ATS系统故障报警、信号维护终端等等，既可对设备故障进行诊断与报警，又可扩大地面行车人员对列车的监督与控制范围。
3、故障诊断技术
3.1故障树分析法
对造成地铁信号联锁设备系统故障的诸多原因进行分析，并对系统特定事件与其各个子系统或各个部件故障事件之间的逻辑关系，用树枝状逐级细化即故障树的方法进行表示，称为FTA（故障树分析）法。通过对地铁信号联锁设备系统故障原因发生的概率和各种可能的组合方式进行确定，从而为故障分析和诊断提供辅助决策工具。故障诊断系统主要是由以下几个方面组成的：数据库、解释机构、知识库、用户界面和知识获取机构。用来存放有关领域问题的数据和推理过程中得到的各种中间状态及目标功能的是数据库；通过回答用户提出的问题，使系统用户对推理过程更透明，是解释机构的主要作用；知识库是用来存放求解问题的专家系统的知识存储器；用户界面的主要作用是交换系统和外界之间的信息与通信；知识获取机构通过把知识输入到知识库中， 建立性能良好的知识库来达到功能的实现。为了查出系统是否发生故障以及故障发生部位，需要利用知识库所存储的知识，并用推理机对实时数据推理分析，然后评价和决策故障诊断结果，排除故障后，继续重复以上过程。由于具有成熟的系统结构，该系统是目前应用最多的设备故障诊断系统。
3.2地铁信号联锁设备诊断技术
信号联锁系统与设备在不断发展中，虽然众多联锁系统具有各种技术优势，但在系统运行过程中，故障仍时有发生，且由于故障诊断技术不完善，经常导致故障发生的不可预知或故障发生后的原因难以查明。因此，对联锁系统故障诊断技术的研究仍需不断的深入和改进。人为操作故障、产品质量故障以及设备失修故障等问题都有可能导致地铁信号设备出现故障，从地铁信号设备故障处理技术发展的角度出发，主要阐述下列4类地铁信号联锁设备故障的诊断方法：依据设备故障机理，信号设备维修人员根据经验分析、判断现场，并对故障进行处理的传统故障诊断技术；通过利用信号模型对可测信号进行分析，从而检测出故障的信号处理法，这种方法虽然简单但是容易出现错判和漏判故障
3.3远程故障诊断技术
由于地铁运输密度的不断提高、运行间隔日益缩短，对地铁信号设备的安全性和可靠性也随之提出了更高的要求。对于单个区域联锁站来说，强化自监测，自诊断，储存记录，图像功能，实现远程诊断。对于区域计算机联锁系统（或以ATC为主的行车指挥系统）来说，远程故障诊断意义更大。可根据整个区域联锁系统（是采用调度集中监督加集中联锁方式实现的区域性计算机联锁系统还是集中加分站联锁方式实现区域性计算机联锁控制）的特点，采用适当远程诊断技术，实现远程故障诊断，及时处理故障，保证行车安全，提高运输效率。
3.4容错控制技术
随着我国城市轨道交通建设的跨跃式发展，对信号设备自动化、安全性、可靠性要求越来越高。一旦信号设备出现故障，运行组织部门要求信号专业按照技术规定在最短的时间内及时维修并投入使用。而随着可靠性技术的不断发展，车站信号联锁系统、列车运行自动控制系统的故障自诊断能力也将不断提高；故障诊断与容错控制技术也将更好地用于地铁信号设备（系统）中。简而言之，信号联锁系统故障诊断（包括硬件和软件故障诊断）和容错控制是密不可分的，二者相互促进，相互支持。故障诊断技术的发展，不断促进容错控制技术的发展，同时，容错控制又为故障诊断技术的发展开辟新的研究领域。
4、结束语
城市轨道交通在经济发展和人民的生活中起着越来越重要的作用，起行车指挥的信号系统也呈现出升级更新越来越快的特点，因此城市轨道交通信号联锁设备故障诊断分析也需要不断的进步和及时的创新，这样不仅能使城市轨道交通行驶更加快捷高效，而且使运营安全更有保障。
参考文献：
[1]张大威.铁路信号故障诊断专家系统[J].铁道通信信号，2012
[2]舒刚.智能方法在车站信号故障诊断中的应用[D].北京交通大学，2013
关键词：地铁信号系统；联锁设备；故障
中图分类号：U231文献标识码： A
城市轨道交通信号联锁设备的故障诊断分析是保障铁路运输安全的一项重大课题在列车的实际运行环境中，造成信号联锁设备故障的原因是多种多样的，比如恶劣环境下设备的失修、设备本身的质量问题引起的故障以及设备维修过程中人为因素造成的设备损坏等，及时准确、快速地排出相关故障，最大限度降低对地铁运营的影响一直以来都是地铁维修工作者面前的重中之重。
1、地铁信号设备故障的诊断
传统的故障诊断方法是依靠技术人员对设备故障机理的把握程度和经验，进行分析、判断和故障处理。主要方法有逻辑推理法、优选法、比较法、断线法、校核法、试验分析法、检查法、调研法、逐项排除法、仪表测试法等。解析模型法，它建立诊断对象精确数学模型的基础上，运用数理统计、解析函数等数学方法，对被测信息进行处理诊断。但在实际诊断中，经常难以构成被诊断对象的精确数学模型，加上大型复杂设备的非线性特征，限制了解析模型诊断法的使用效果和范围。人工智能故障诊断法，是利用、模糊逻辑、专家系统等进行诊断以及与其他传统技术相融合的诊断技术，构成以诊断对象进行状态识别、故障辨识和状态预测的故障智能诊断系统。这种诊断方法有：模糊逻辑故障诊断法和监测系统故障诊断法等。随着电子技术计算机技术及信息技术的发展，智能故障诊断技术广泛应用在地铁信号设备，为故障分析和诊断提供了现代化辅助决策工具。为提高故障預防和状态维修的水平发挥了重要作用。
2、故障诊断技术的应用
2.1地铁联锁系统的优点及特点
地铁联锁系统通过微处理器或计算机这些主要技术配合相关设备实现联锁功能。以天津地铁2、3号线的EBILOCK系统为例，联锁系统遵循故障——安全原则，确保次级列车检测设备、转辙机、信号机以及进路之间的相互制约关系，保证列车运行的安全。联锁硬件以联锁服务器为整个系统核心，为保证系统的高可靠和高安全性，采用2乘2取2的冗余结构，同时在联锁和其他系统之间配置冗余的通信通道，实现主备之间的无缝切换。同时，其诊断设施系统中的所有模块都带有诊断功能，该功能可自动执行或通过维护人员调用。
2.2故障诊断系统
故障诊断系统主要是由知识库、数据库、推理机、解释机构、知识获取机构和用户界面组成。推理机根据知识库中的知识，动态数据库中的实时数据进行推理，得出系统中是否发生故障，发生什么故障，然后对故障诊断结果进行评价和决策，故障排除后，再重复上述过程。专家系统有成熟体系结构，是目前应用最多的设备故障诊断系统。故障诊断技术的目的是为了提高系统的可靠性和安全性。典型应用就是容错计算机联锁控制系统，容错计算机联锁系统就是采用容错计算机软、硬件冗余技术，来提高联锁系统的可靠性。比如说国内开发的由TRICON容错控制器构成的容错联锁主机，就是其代表系统之一。此外，实际应用中还存在其他几种故障诊断系统，比如计算机联锁系统故障报警、ATS系统故障报警、信号维护终端等等，既可对设备故障进行诊断与报警，又可扩大地面行车人员对列车的监督与控制范围。
3、故障诊断技术
3.1故障树分析法
对造成地铁信号联锁设备系统故障的诸多原因进行分析，并对系统特定事件与其各个子系统或各个部件故障事件之间的逻辑关系，用树枝状逐级细化即故障树的方法进行表示，称为FTA（故障树分析）法。通过对地铁信号联锁设备系统故障原因发生的概率和各种可能的组合方式进行确定，从而为故障分析和诊断提供辅助决策工具。故障诊断系统主要是由以下几个方面组成的：数据库、解释机构、知识库、用户界面和知识获取机构。用来存放有关领域问题的数据和推理过程中得到的各种中间状态及目标功能的是数据库；通过回答用户提出的问题，使系统用户对推理过程更透明，是解释机构的主要作用；知识库是用来存放求解问题的专家系统的知识存储器；用户界面的主要作用是交换系统和外界之间的信息与通信；知识获取机构通过把知识输入到知识库中， 建立性能良好的知识库来达到功能的实现。为了查出系统是否发生故障以及故障发生部位，需要利用知识库所存储的知识，并用推理机对实时数据推理分析，然后评价和决策故障诊断结果，排除故障后，继续重复以上过程。由于具有成熟的系统结构，该系统是目前应用最多的设备故障诊断系统。
3.2地铁信号联锁设备诊断技术
信号联锁系统与设备在不断发展中，虽然众多联锁系统具有各种技术优势，但在系统运行过程中，故障仍时有发生，且由于故障诊断技术不完善，经常导致故障发生的不可预知或故障发生后的原因难以查明。因此，对联锁系统故障诊断技术的研究仍需不断的深入和改进。人为操作故障、产品质量故障以及设备失修故障等问题都有可能导致地铁信号设备出现故障，从地铁信号设备故障处理技术发展的角度出发，主要阐述下列4类地铁信号联锁设备故障的诊断方法：依据设备故障机理，信号设备维修人员根据经验分析、判断现场，并对故障进行处理的传统故障诊断技术；通过利用信号模型对可测信号进行分析，从而检测出故障的信号处理法，这种方法虽然简单但是容易出现错判和漏判故障
3.3远程故障诊断技术
由于地铁运输密度的不断提高、运行间隔日益缩短，对地铁信号设备的安全性和可靠性也随之提出了更高的要求。对于单个区域联锁站来说，强化自监测，自诊断，储存记录，图像功能，实现远程诊断。对于区域计算机联锁系统（或以ATC为主的行车指挥系统）来说，远程故障诊断意义更大。可根据整个区域联锁系统（是采用调度集中监督加集中联锁方式实现的区域性计算机联锁系统还是集中加分站联锁方式实现区域性计算机联锁控制）的特点，采用适当远程诊断技术，实现远程故障诊断，及时处理故障，保证行车安全，提高运输效率。
3.4容错控制技术
随着我国城市轨道交通建设的跨跃式发展，对信号设备自动化、安全性、可靠性要求越来越高。一旦信号设备出现故障，运行组织部门要求信号专业按照技术规定在最短的时间内及时维修并投入使用。而随着可靠性技术的不断发展，车站信号联锁系统、列车运行自动控制系统的故障自诊断能力也将不断提高；故障诊断与容错控制技术也将更好地用于地铁信号设备（系统）中。简而言之，信号联锁系统故障诊断（包括硬件和软件故障诊断）和容错控制是密不可分的，二者相互促进，相互支持。故障诊断技术的发展，不断促进容错控制技术的发展，同时，容错控制又为故障诊断技术的发展开辟新的研究领域。
4、结束语
城市轨道交通在经济发展和人民的生活中起着越来越重要的作用，起行车指挥的信号系统也呈现出升级更新越来越快的特点，因此城市轨道交通信号联锁设备故障诊断分析也需要不断的进步和及时的创新，这样不仅能使城市轨道交通行驶更加快捷高效，而且使运营安全更有保障。
参考文献：
[1]张大威.铁路信号故障诊断专家系统[J].铁道通信信号，2012
[2]舒刚.智能方法在车站信号故障诊断中的应用[D].北京交通大学，2013