铁路信号系统中道岔转换设备故障监测与诊断分析

宫云光

摘要：铁路信号系统的高度准确化运行对于铁路运行的安全质量保障起着重要的支撑作用，在系统运行整体故障中，道岔转换设备故障占有较高的比例。依托信息化技术和智能化技术等方面的应用，建立完善的故障监测与诊断系统，提升实时监测水平，促进铁路信号系统的运行质量，能够为铁路系统的安全稳定运行提供有效保障。

关键词：道岔转换设备;铁路信号系统;智能化

中图分类号：TP393 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2019）33-0249-02

智能化系统的应用，能够为多个行业发展提供重要的技术支撑，能够及时准确的监测、分析铁路信号系统运行中出现的故障，能够根据分析结果快速化地对故障进行诊断，改变传统人工作业方式中存在的经验型处理方式，减少诊断和解决问题过程中存在的误差，适应道岔转换设备系统升级的需要。本文从道岔转化设备运行的原理和常见故障类型出发，对监测和诊断系统的建立进行简要说明，从而为提升铁路信号系统运行水平做出贡献。

1道岔转换设备的概念和常见故障

1.1道岔转换设备的概念

道岔转换设备是铁路运行系统中必不可少的线路设备，其作用是在人工干预下引导机车车辆从一股轨道转入或越过另一股轨道。在铁路系统的运行中有单组道岔和多组道岔等多种形式，分别连接两条或多条线路，以适应线路运行和调度的需要。随着我国铁路行业多次大提速和高铁建设的不断发展，我国在道岔转换设备的设计和生产方面都达到了较高的水平，在产品质量方面也取得了较大的进展，部分企业的产品还得以出口，为铁路事业的整体发展做出了贡献。

1.2道岔转换设备的常见故障

随着生产技术和控制标准的不断提升，道岔设备生产工艺也不断复杂化，控制电路的构造设计也更加复杂，在系统元件运行达到一定程度或者外部运行环境的负面作用下，会使得设备运行产生不确定性故障。同时在线路运行过程中，也会由于人为操作失误甚至是故意破坏等原因，造成器材或运行程序等方面的故障。这些故障的具体类型包括外锁闭及安装装置、转辙机、工务设备等硬件设施和计算机运行的软件系统被篡改或出现病毒等情形，在下文中所谈及的故障主要是指硬件设施方面所出现的故障。这些故障的产生，虽然暂时不会对列车的运营产生直接性的影响，但是在监测与诊断工作不到位的情形下，将会造成部分设备损坏，甚至出现列车无法正常运营的事故，给铁路事业的发展带来极大的负面影响。具相关工作人员统计，在铁路信号系统运行中，所产生的故障有50%以上集中于道岔转换设备上，建立具有故障监测和故障诊断性能的专家系统，实现道岔设备故障的实时监测与诊断，对于铁路信号系统的正常运行具有重要意义。

2监测与诊断系统设计原则

鉴于道岔转换设备监测与诊断功能发挥的重要性，在进行相关系统设计时必须遵循必要的原则：（1）智能化原则，在鐵路运行体系不断复杂的情形下，道岔转换设备运行所产生的运行数据具有多样化和复杂化的特征，仅依靠人工作用进行数据收集和分析，已经无法适应行业发展的需要。借助于智能传感设备和计算机技术自动捕捉和传输设备运行中的异常信息，依托大数据平台对信息进行快捷、准确的分析，具有安全、可靠的特征。（2）实时性原则，在进行系统设计时，必须确保传感设备能够实时感应设备运行的状态，在出现异常现象时实时进行信息传输并完成诊断和告警流程，提示工作人员进行对应的操作。（3）独立运行原则，在系统运行中，要与其他系统相互独立，避免产生线路区分错误和区段分路不良等现象造成的道岔转换错误，或者使列车转向错误存车线。（4）指向性原则，在感应设备监测到设备运行故障信息时，必须同步结合历史故障进行故障数据进行综合分析，能够在告警作用发生的同时，对故障类型和故障的严重程度进行判别，对故障人工排除工作的开展提供技术指导。（5）便种陛原则，由于专家系统的运行是建立在智能化和信息化技术应用的基础上，与现场操作要求之间需要保持较高的一致性，考虑到铁路维修人员的实际技能水平，在进行系统设计时，需要建立直观性的操作界面，便于学习和应用的操作树，使实际应用者能够及时便利的掌握相关操作要求。

3道岔转换设备故障监测与诊断系统技术方案

3.1系统结构说明

在对系统进行设计时，应当充分考虑智能信息的应用力度，充分发挥无线通信技术和大数据平台的作用，建立完善的客户端应用层面，构建科学合理运行的故障树分析系统，同时确保系统具有人工学习和知识库自我扩充功能，能够对典型故障进行长期监测并做出运行趋势分析，能够形成适应设备运行需要的故障诊断系统。要确保这些功能的达成和稳定运行，系统整体应当包括全面的感知系统、完善的数据采集传输系统、全面的大数据服务平台和智能化的故障诊断服务。这些系统的运行依托于对应的硬件设备和软件平台建设，涵盖多种学科内容在内，对于设计工作的整体要求较高。

3.2感知层面的建设要求

感知层面布置的硬件设备主要是各种类型的传感器，通过这些传感器在对应位置的布置，能够实时采集杆位位移、转换力、密贴力等变化幅度，实时采集电力设施的运行状况，实时采集油路变化和振动状态等，此外还包括图像采集的摄像头等设备。这些设备全部位于自然环境空间中，距离道岔位置较近，整体环境比较恶劣，会受到严重的电磁干扰，同时还要确保监测对象能够正常工作，不能影响机车的正常运行。因此在对硬件设备进行设计时，要确保在几个方面达到对应的要求，首先是要确保传感器等设备具有电气隔离性能，在传感器自身发生故障时不会影响相关设备的正常工作。其次是保证传感器与金属类测定对象之间保持较好的绝缘性能，避免由于雷电天气和电力线路故障造成损坏。再次是要确保安装性能能够适应各种运行条件的要求，确保行车过程不会造成设备损坏或脱落现象。最后是要传感器自身要具有一定的自检性能，在自身运行出现故障或异常状态的情形下，也能够将数据及时上传至管理系统。

3.3数据采集和传输系统

数据采集和传输系统的完善需要根据道岔转换设备场地覆盖范围进行科学设计，对采集范围和数据容量进行准确测定，并考虑在未来可预见时间段内设备增加的可能性，以此确定采集端口和通讯总线的设置。在这一环节的设计过程中，要确保所有的采集接口都能够达到隔离设计的状态，确保端口满足防雷和电磁兼容防护作用，还要能够为传感器正常工作提供电源支持。对于各类元件的性能要求是要确保能够满足温度等极端环境的工作要求，避免无线通信信号受到外界设备的干扰。数据采集的存储和传输类型要在符合应用需求的基础上尽量减少对宽带的需求，减少传输转换环节，增快数据传输的速度，为快速化处理奠定良好的基础。在选择数据传输方式时，要将有线传输与无线传输等方式充分结合在一起，同时要能够利用手持终端通信设备进行数据处理，方便巡检和维修人员开展日常工作，扩宽系统的应用范围。

3.4大数据平台建设

大数据平台能够利用数据库和实时采集的数据对系统运行状态进行监控和显示，同时对数据进行存储、统计、分析，并在故障发生时做好对应的决策预警。一般情形下而言，大数据平台建设包括三个层面：一是c/S结构层，也就是客户端/服务器模式，这种模式能够尽量降低系统运行中通信技术成本，但是系统升级较为困难。在本系统大数据平台建设中，其内容包括通信状态、用户操作方式指引和界面建设等。二是B/s结构层，也就是浏览器/服务器模式，其内容包括系统的登录页面、数据的查询页面、报警信息查看页面等。三是控制逻辑层面，内容包括用户管理、安全控制、数据管理和用户操作逻辑处理。所有这些层面要能够与数据库完成双向交互作用，能够通过软件设定进行实际运行并满足人为操作的要求。

3.5智能诊断体系建设

智能诊断体系又被称为是专家系统层，是监测与诊断系统运行的核心层面，也是满足系统运行长期应用的基本层面，在这一体系建设中，要通过科学的数学建模群，利用人工智能技术完成知识推理过程，进而模拟专家来解决较为复杂的问题。系统的组成部分除了知识库、综合数据库、推理机和人机交互界面外，还要建立起适合的知识获取机制和解释机制，从而能够更加完善的完成各项处理程序，最终实现数据分析、故障诊断、报警预警和运行趋势分析等各项功能。在设计智能诊断体系时，需要明确任务的种类及其重要性，能够将各个系统的数据和问题处理高度结合在一起，同时还要能够利用便利性的人机交互界面来提升用户参与程度，从而达到更高的运行水平。

4结束语

铁路信号系统是机车运行的先行导向，对线路运行起着重要的导向作用，道岔转换设备的运行状态在极大程度上决定了信号系统的运行质量，对机车的运行安全起着重要影响。在信息化和智能化技术发展应用水平不断提升的情形下，建立高效的故障监测和诊断系统，能够改变传统巡检和维护过程中单纯依赖人力开展工作的状态，能够極大地提升道岔转换设备的运行质量，及时发现设备运行过程中存在的问题，通过提升处理效率增加系统运行的安全性能，延长设备的运营时限，提升铁路系统的整体运营效益。