李欣，梅棋，霍苗苗，王紅艷，靳夢宇（.北京市軌道交通設(shè)計(jì)研究院有限公司/北京市軌道交通工程技術(shù)研究中心，北京00068；.北京市地鐵運(yùn)營有限公司地鐵運(yùn)營技術(shù)研發(fā)中心，北京008；.北京博華信智科技股份有限公司，北京0009）

城市軌道交通自動(dòng)扶梯在線監(jiān)測與智能診斷系統(tǒng)應(yīng)用功能設(shè)計(jì)與研究

李欣1，梅棋1，霍苗苗2，王紅艷2，靳夢宇3
（1.北京市軌道交通設(shè)計(jì)研究院有限公司/北京市軌道交通工程技術(shù)研究中心，北京100068；2.北京市地鐵運(yùn)營有限公司地鐵運(yùn)營技術(shù)研發(fā)中心，北京102208；3.北京博華信智科技股份有限公司，北京100029）

為加強(qiáng)城市軌道交通關(guān)鍵設(shè)備系統(tǒng)安全運(yùn)行保障，對(duì)自動(dòng)扶梯在線監(jiān)測與智能診斷系統(tǒng)進(jìn)行研究，采用信息化手段對(duì)自動(dòng)扶梯進(jìn)行安全風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)故障趨勢預(yù)判與預(yù)警，對(duì)設(shè)備維修養(yǎng)護(hù)提供指導(dǎo)，從而加強(qiáng)自動(dòng)扶梯設(shè)備安全運(yùn)行能力。系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)中心、數(shù)據(jù)應(yīng)用、數(shù)據(jù)傳輸4部分邏輯組成，以狀態(tài)監(jiān)測為基礎(chǔ)，提供設(shè)備狀態(tài)統(tǒng)計(jì)、測點(diǎn)狀態(tài)統(tǒng)計(jì)、智能診斷、可視化狀態(tài)管理、故障檢維修及維修保養(yǎng)記錄等功能，為地鐵運(yùn)營實(shí)現(xiàn)設(shè)備安全監(jiān)控和狀態(tài)維修提供了有利工具。

地鐵自動(dòng)扶梯;在線監(jiān)測;智能診斷;故障預(yù)警

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.12.185

1 引言

近年來，隨著軌道交通的飛速發(fā)展，地鐵車站設(shè)備故障導(dǎo)致的安全事故頻發(fā)，國家及各級(jí)政府陸續(xù)出臺(tái)了多個(gè)相關(guān)政策，包括《北京市人民政府辦公廳關(guān)于印發(fā)進(jìn)一步加強(qiáng)軌道交通運(yùn)營安全工作方案的通知》（京政辦發(fā)【2013】59號(hào)）《進(jìn)一步加強(qiáng)軌道交通運(yùn)營安全的工作方案》等[1]。2014年由北京市交通委發(fā)起的“城市軌道交通關(guān)鍵設(shè)備在線監(jiān)測與智能診斷系統(tǒng)研究與應(yīng)用”建設(shè)項(xiàng)目重點(diǎn)對(duì)關(guān)鍵設(shè)備系統(tǒng)安全運(yùn)行保障技術(shù)進(jìn)行研究。自動(dòng)扶梯為機(jī)電專業(yè)關(guān)鍵設(shè)備之一，要求通過信息化手段進(jìn)行在線監(jiān)測與智能診斷，實(shí)現(xiàn)故障趨勢預(yù)判與預(yù)警，對(duì)設(shè)備維修養(yǎng)護(hù)提供指導(dǎo)，從而加強(qiáng)自動(dòng)扶梯設(shè)備安全運(yùn)行能力。

2 必要性分析

2.1 狀態(tài)在線監(jiān)測是設(shè)備安全預(yù)警的需要

近年來，由于車站自動(dòng)扶梯故障導(dǎo)致的安全事故越來越多。2011年7月5日上午9時(shí)36分，地鐵4號(hào)線動(dòng)物園站A口上行扶梯發(fā)生設(shè)備溜梯故障，造成一名12歲少年身亡、3人重傷、27人輕傷，調(diào)查顯示事故的直接原因是固定零件損壞，扶梯驅(qū)動(dòng)主機(jī)發(fā)生位移，造成驅(qū)動(dòng)鏈條脫落，扶梯下滑[2]。2010年12月14日上午8時(shí)49分，深圳地鐵1號(hào)線國貿(mào)站1部站臺(tái)通往站廳的上行扶梯突然逆行，造成23名乘客受傷，調(diào)查顯示故障原因?yàn)樽詣?dòng)扶梯驅(qū)動(dòng)主機(jī)的固定支座螺栓松脫，使主機(jī)支座移位，造成驅(qū)動(dòng)鏈條脫離鏈輪，扶梯逆轉(zhuǎn)導(dǎo)致多名乘客摔傷[3]。

以上兩起國內(nèi)地鐵電扶梯嚴(yán)重事故都是由于固定零件故障，輔助保護(hù)制動(dòng)器未正常啟動(dòng)，造成扶梯突然逆行，致使人員傷亡。在自動(dòng)扶梯設(shè)備上安裝狀態(tài)采集設(shè)備，將數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳給上層監(jiān)控平臺(tái)，對(duì)自動(dòng)扶梯的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行識(shí)別，是有效發(fā)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行安全風(fēng)險(xiǎn)的方法之一，也是有效避免重大事故的保障措施。

2.2 實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)維修和養(yǎng)護(hù)的有效技術(shù)手段

目前，城市軌道交通建設(shè)項(xiàng)目中均設(shè)有環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)（月AS）和綜合監(jiān)控系統(tǒng)（ISCS），實(shí)現(xiàn)對(duì)自動(dòng)扶梯以及其他所有機(jī)電設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控。但是，目前月AS和ISCS功能偏重于設(shè)備運(yùn)行管理，不具備對(duì)設(shè)備狀態(tài)趨勢的計(jì)算分析能力，不能對(duì)設(shè)備的維修養(yǎng)護(hù)提供必要的數(shù)據(jù)支持。維修技術(shù)人員對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢查，仍主要依靠手摸、耳聽等主觀標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行判別，設(shè)備檢查情況記錄也多采用手工填寫的方式[4]。

綜上，針對(duì)地鐵車站自動(dòng)扶梯運(yùn)行安全風(fēng)險(xiǎn)和養(yǎng)護(hù)維修存在的問題，建立一套在線監(jiān)測和智能診斷系統(tǒng)，利用數(shù)據(jù)監(jiān)測，狀態(tài)量化，智能診斷，應(yīng)用信息化等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備運(yùn)行和養(yǎng)護(hù)的有效管理，符合地鐵運(yùn)營需求。

3 系統(tǒng)架構(gòu)

自動(dòng)扶梯在線監(jiān)測與智能診斷系統(tǒng)主要架構(gòu)由4部分邏輯關(guān)系組成：數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)中心、數(shù)據(jù)應(yīng)用、數(shù)據(jù)傳輸。系統(tǒng)平臺(tái)架構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 平臺(tái)架構(gòu)圖

3.1 數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)采集是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測的重要基礎(chǔ)，是所有故障診斷與應(yīng)用分析功能的數(shù)據(jù)來源。數(shù)據(jù)采集可以分為系統(tǒng)自動(dòng)數(shù)據(jù)采集和人工數(shù)據(jù)采集。系統(tǒng)自動(dòng)采集數(shù)據(jù)一部分是利用自動(dòng)扶梯現(xiàn)有控制器監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，另一部分是對(duì)自動(dòng)扶梯加裝在線監(jiān)測和智能診斷儀表的狀態(tài)數(shù)據(jù)；人工數(shù)據(jù)采集一部分為設(shè)備養(yǎng)護(hù)信息的人工錄入數(shù)據(jù)，另一部分為人工手持儀表采集設(shè)備狀態(tài)的數(shù)據(jù)[5]。

3.2 數(shù)據(jù)中心

數(shù)據(jù)中心是設(shè)備數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、運(yùn)算診斷、統(tǒng)計(jì)分析等功能的重要核心部件，也是整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)功能應(yīng)用的重要支撐。數(shù)據(jù)中心要建立設(shè)備的電子檔案，包含設(shè)備臺(tái)賬、零部件信息、維修記錄、養(yǎng)護(hù)記錄、零部件更換記錄、責(zé)任人員、故障原因分析等伴隨設(shè)備全生命周期的信息。數(shù)據(jù)中心利用數(shù)據(jù)庫和智能算法，對(duì)車站關(guān)鍵設(shè)備信息進(jìn)行分析，判斷設(shè)備狀態(tài)趨勢，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備故障的預(yù)警和早期發(fā)現(xiàn)，對(duì)設(shè)備所需要的人力、物力資源進(jìn)行調(diào)配，為整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)服務(wù)。

3.3 數(shù)據(jù)應(yīng)用

數(shù)據(jù)應(yīng)用主要是系統(tǒng)對(duì)運(yùn)營使用人員提供應(yīng)用服務(wù)功能，物聯(lián)網(wǎng)利用設(shè)備數(shù)據(jù)最終要給使用人員提供各種信息化應(yīng)用，以提高人員對(duì)設(shè)備的信息管理、狀態(tài)監(jiān)測和養(yǎng)護(hù)支持。數(shù)據(jù)應(yīng)用以工作站形式提供友好的人機(jī)界面，同時(shí)方便現(xiàn)場人員使用，也可以配屬移動(dòng)客戶終端[6]。

3.4 數(shù)據(jù)傳輸

數(shù)據(jù)傳輸主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)的傳送，是貫穿數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)中心和數(shù)據(jù)應(yīng)用的重要途徑。數(shù)據(jù)傳輸一方面采用固定的有線或無線網(wǎng)絡(luò)，另一方面根據(jù)系統(tǒng)實(shí)施環(huán)境，部分?jǐn)?shù)據(jù)采用人工傳遞的方式，補(bǔ)充信息數(shù)據(jù)的傳送。

4 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

自動(dòng)扶梯在線監(jiān)測與智能診斷系功能設(shè)計(jì)如圖2所示，以狀態(tài)監(jiān)測為基礎(chǔ)，可提供設(shè)備狀態(tài)統(tǒng)計(jì)、測點(diǎn)狀態(tài)統(tǒng)計(jì)、智能診斷、可視化狀態(tài)管理、故障檢維修及維修保養(yǎng)記錄等功能。

圖2 設(shè)備故障檢測與智能診斷系統(tǒng)圖

4.1 狀態(tài)監(jiān)測

系統(tǒng)具有各種分析圖譜，為維護(hù)人員提供豐富、專業(yè)的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息和圖譜分析功能，相關(guān)人員通過該模塊可以方便掌握設(shè)備運(yùn)行的狀態(tài)，狀態(tài)監(jiān)測主要包括以下內(nèi)容。

1）參數(shù)跟蹤：跟蹤一個(gè)或多個(gè)監(jiān)測參量的變化動(dòng)態(tài)。

2）趨勢分析：對(duì)參量的長期和短期變化趨勢進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)變化規(guī)律，便于分析和預(yù)測設(shè)備健康狀況。

3）類比分析：對(duì)相同或相似設(shè)備的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行橫向?qū)Ρ?，以便分析故障和異常原因?/p>

4）多參量相關(guān)性分析：采用趨勢圖分析同一臺(tái)設(shè)備多個(gè)相關(guān)參量的分布情況，并根據(jù)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?、?shù)學(xué)相關(guān)性模型，以輔助判斷設(shè)備整體健康狀況。

5）報(bào)警：在報(bào)警查詢模塊中可按照車站名稱、（報(bào)警）設(shè)備名稱、報(bào)警狀態(tài)（危險(xiǎn)、報(bào)警）、報(bào)警時(shí)間等動(dòng)態(tài)顯示設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)及報(bào)警處理狀態(tài)。對(duì)處于報(bào)警狀態(tài)的設(shè)備可通過郵件或短信的形式發(fā)送給相關(guān)人員。

6）分析報(bào)表：對(duì)分析結(jié)果進(jìn)行匯總和分類，并提供查詢和下載的功能。

4.2 智能診斷

具有基于規(guī)則的設(shè)備故障診斷專家系統(tǒng)，對(duì)自動(dòng)扶梯的常見故障進(jìn)行智能診斷，預(yù)警并給出故障原因。該功能可以分析診斷設(shè)備的典型故障類型如下：

1）轉(zhuǎn)子故障（不平衡、不對(duì)中）；

2）地腳螺栓松動(dòng)故障；

3）齒輪故障（斷齒、咬合、點(diǎn)蝕）；

4）軸承故障（內(nèi)圈磨損、外圈磨損、滾珠磨損、保持架磨損、軸承跑套、潤滑不良）等。

系統(tǒng)具有故障庫，可將已有的故障案例進(jìn)行審核、整理并錄入到專家系統(tǒng)中的案例庫管理模塊，便于以后將發(fā)生的設(shè)備故障和案例庫中的設(shè)備故障進(jìn)行對(duì)比、參考[7]。

4.3 可視化信息管理

系統(tǒng)可以全局查看公司、地鐵線路、地鐵站的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)及報(bào)警情況。具備對(duì)全線各站電梯的運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控功能。

界面功能主要包括地鐵運(yùn)行線路圖（GIS圖）、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、查詢定位條件（可按地鐵線路、地鐵站點(diǎn)、設(shè)備類型、設(shè)備搜索查詢）、設(shè)備動(dòng)態(tài)等。

4.4 設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)

設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)模塊包括實(shí)時(shí)報(bào)警統(tǒng)計(jì)，歷史報(bào)警統(tǒng)計(jì)，停機(jī)狀態(tài)統(tǒng)計(jì)功能模塊，這幾個(gè)模塊均可以統(tǒng)計(jì)圖表來展示，并且可以在各種統(tǒng)計(jì)圖之間切換，如圖3所示。

圖3 設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)模塊圖

4.5 設(shè)備測點(diǎn)狀態(tài)

統(tǒng)計(jì)顯示線路、車站等級(jí)別下設(shè)備所有測點(diǎn)的實(shí)時(shí)狀態(tài)。不同狀態(tài)的設(shè)備，用列表底色來區(qū)分狀態(tài)變化：紅色代表危險(xiǎn)，黃色代表報(bào)警、綠色代表正常、灰色代表停車、褐色代表斷網(wǎng)。

4.6 檢維修管理及決策

系統(tǒng)可自動(dòng)形成設(shè)備的檢修決策分析報(bào)表，涉及監(jiān)測參數(shù)、機(jī)組運(yùn)行、診斷分析3個(gè)指標(biāo)。記錄檢修維修相關(guān)信息，具體內(nèi)容有：基本信息；故障基本概況；故障特征描述；故障檢查及處理過程；故障的原因分析；故障的預(yù)控措施；故障處理消耗備件單；處理建議；故障處理人員[8]。

5 結(jié)語

目前自動(dòng)扶梯在線監(jiān)測與智能診斷系統(tǒng)被列為是北京市交通委“城市軌道交通關(guān)鍵設(shè)備在線監(jiān)測與智能診斷系統(tǒng)研究與應(yīng)用建設(shè)項(xiàng)目”的子系統(tǒng)，其實(shí)踐研究為城市軌道交通自動(dòng)扶梯安全運(yùn)行保障提供了有效技術(shù)手段；采用在線監(jiān)測、智能診斷、信息化技術(shù)，對(duì)設(shè)備監(jiān)控和智能養(yǎng)護(hù)提供支持；同時(shí)也為地鐵運(yùn)營實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)維修提供了有利工具。學(xué)學(xué)報(bào)，2008,18(7):55-62.

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Escalators of Urban Rail Transit On-Line Monitoring and Intelligent Diagnosis System Application Functional Design and Research

LI Xin1,MEI Qi1,HUO Miao-miao2,WANG Hong-yan2,JIN Meng-Yu3
(1.Beijing Urban Rail Transit Design&Research Institute Co.Ltd.,/Beijing Urban Rail Transit Engineering Technology Research Center, Beijing100068，China；2.Beijing Subway Corporation Subway Operation Technology Research and Development Center,Beijing102208,China；3.Beijing Bohua Xinzhi Polytron Technologies Co.Ltd.,Beijing100029，China)

In order to enhance the safety of the key equipments of urban rail transit, this paper does the research on the system for online runningstatus monitoring and fault intelligent diagnosis of the subway escalator. In this paper,we carry out the safety risk monitoring and realize the faulttrend prediction and fault alarm based on the information means so as to provide support to the equipment maintenance and eventually to improvethe safety operation ability of escalator equipment. The online monitoring and fault intelligent diagnosis system is logically composed of datacollection, data processing, data application and data transmission and is based on the running status monitoring to provide the functions, such asequipment status statistics,point state statistics, intelligent diagnosis, visual status management, records of failure inspection and maintenance.

subway escalator;online monitor;intelligent diagnosis;fault alarm

U12;TU857;TP277

B

1007-9467（2016）12-0203-04

2016-10-28

>城市軌道交通關(guān)鍵設(shè)備在線監(jiān)測與智能診斷系統(tǒng)研究與應(yīng)用建設(shè)項(xiàng)目；地鐵機(jī)電設(shè)備故障監(jiān)測與智能診斷系統(tǒng)研制及示范應(yīng)用（Z131100004113004）

李欣（1983～），男，北京人，高級(jí)工程師，從事北京軌道交通智能化控制系統(tǒng)研究。