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地铁机电设备故障监测与智能诊断系统研究与建立
文 / 李欣、彭继红2016-06-23 02:29

摘要:

阐述北京地铁线网建设加速后地铁机电设备安全运营和设备维护面临的相关问题。为提升机电设备养护水平,提高运营维修维护效率,规避设备运行安全风险,提出利用智能诊断技术和智能信息化技术建立地铁机电设备故障监测与智能诊断系统的思路,并针对目前需求和运营管理模式,对系统的逻辑架构和系统构成方案进行论述。


一、系统建立需求

  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,北京线网内电扶梯总数超过2000台,屏蔽门总数超过1万套,车站大型风机总数超过1000台。设备数量多,分布广,加重了地铁运营公司维修工作强度。目前设备故障报警远传信息简单,致使维护维修效率不高,机电设备有“带病”运行风险,对安全运营造成隐患。

  (一)地铁安全运营的需求 目前选取直接面向乘客服务和保证车站安全运营的重要大型机电设备为研究对象,如电扶梯、屏蔽门、大型风机。以电扶梯为例,电扶梯每天运转时间基本上接近20小时,北京地铁客流负荷大,电扶梯机械磨损较严重。由于扶梯扶手带温度上升,轴承磨损严重等问题,从而引发严重的故障,造成大故障停运,降低服务水平,更为严重的是威胁乘客人身安全,造成严重社会影响。

  (二)地铁线网管理“高效、节约”的需求 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,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。

  (三)地铁既有机电监控系统的不足

  1、只能监视设备运行工况,缺少机械部件工作状态信息。 2、系统仅实现故障后报警,没有智能预警、故障诊断功能。 3、系统偏向于行车运营,故障智能分析功能不足。

  (四)符合《“十二五”国家战略性新兴产业发展规划》的要求 “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。 针对系统需求,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。

  (五)系统建立功能目标 本系统旨在实现地铁机电设备易损部件故障早期发现,规避安全风险;提高运营公司机电设备维护维保效率,降低人工劳动强度;利用智能化、信息化手段,强化运营维修管理体系。
 

二、现代化维修管理方法

  通过设备的在线监测和其他信号监测、状态监测诊断、定向风险评价、数据采集分析、维修任务优化,预防维修、预知维修、故障根除,从而达到本质安全,节约成本的目的。

  本系统多采用智能仪表,减轻对人工经验的依赖。

  目前阶段,对于电扶梯、屏蔽门、风机,维修工人经常通过日常巡检,判断设备经常损坏和极易磨损的关键部分和机械装置。本系统能够通过智能仪表传感器,提取故障特征信息,做到故障趋势预警。

  运用本系统对设备进行长期运行状态监测,以北京地铁4号线和深圳地铁1号线电扶梯事故为例,根据故障原因,要求对轴承运动状态和保护器状态进行监测,避免固定装置疲劳松脱,规避设备运行安全风险,从而对事故进行预警,以避免恶性事故的发生。

  通过对屏蔽门系统、风机系统、电扶梯系统监测数据,进行状态监测和诊断分析,得出故障维修和维修保养的建议,从而得到设备工作状态统计、故障停机统计、可靠性与可用率指标报表、耗材统计表等。

  建立机电故障监测与智能诊断系统,对机电设备关键易损机械部件及设备状态进行系统性的在线检测,实时智能诊断,进行故障预警,为地铁安全运行保驾护航。

  对设备的温度数据、保护状态、振动数据、状态参数、负荷数据、故障数据等进行监测,提供故障智能诊断信息供判断决策,以提示设备运行风险,对设备故障趋势进行分析,之后对机电设备的维护和维修提出建议。

三、科研课题及示范应用方案

  根据系统建立需求,提出了《地铁机电设备故障监测与智能诊断系统研制及示范应用》的课题。承担单位为北京市轨道交通设计研究院有限公司、北京市轨道交通建设管理有限公司、北京市地铁运营公司。

  (一)课题研究及目标

  1、地铁机电设备故障机理与检测方法的研究

  2、故障智能识别技术与装置的研究

  3、故障监测及智能诊断系统的开发

  (二)地铁机电设备故障监测与智能诊断系

  本系统分为两级管理、三级监测:

  1、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。

  2、机电工区级: 主要监视管区内车站机电设备的安全状态和故障信息,能调取现场采用的所有状态数据,显示设备运行风评估结论和故障诊断分析结果。

  3、维修中心级: 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。

  (三)示范与应用

  以电扶梯故障诊断子单元为例,经过分析,主要设置8个振动测点,16个振动传感器,3个温度测点,3个温度传感器,扶梯自检故障信号约50个,采用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,自动诊断出以下机械故障:

  1、轴承内/外圈、滚动体及保持架故障

  2、轴承跑套故障

  3、轴承润滑不良故障 

  4、减速箱断齿故障

  5、减速箱磨损故障

  6、地脚螺栓松动故障

  7、链条磨损 对地铁复兴门站自动扶梯进行现场数据采集

  (四)系统关键设备研制情况

  1、软件平台 2、关键硬件设备 四、系统未来发展规划 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,面向维修生产人员。 以机电设备故障监测与智能诊断系统为基础,通过状态基础数据、故障智能诊断、状态评估分析,组建智能维修决策管理平台。对资产管理、维修数据统计、物质资源分配和人力资源分配,形成运营智能维修系统。

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