賈孝成 中國(guó)神華神朔鐵路分公司河?xùn)|運(yùn)輸段

車站信號(hào)控制設(shè)備故障診斷專家系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)

賈孝成 中國(guó)神華神朔鐵路分公司河?xùn)|運(yùn)輸段

車站信號(hào)控制設(shè)備的故障診斷在傳統(tǒng)模式下都是依靠人工來進(jìn)行檢測(cè)和維修的，這種方式具有著一定的延時(shí)性，只能在故障發(fā)生后進(jìn)行緊急搶修排查才能真正確定故障發(fā)生的位置，這種方式無論是在時(shí)效方面還是在準(zhǔn)確性方面都有著一定的局限性。隨著科技的幾部陳展信號(hào)控制設(shè)備的故障診斷也逐漸與人工智能融合形成了車站信號(hào)控制設(shè)備故障診斷專家系統(tǒng)，通過這一系統(tǒng)可以在故障發(fā)生的第一時(shí)間準(zhǔn)確找到故障的發(fā)生點(diǎn)從而確保故障能夠在第一時(shí)間被解決，但是對(duì)于我國(guó)而言車站信號(hào)控制設(shè)備故障診斷專家系統(tǒng)還并不成熟，想要真正對(duì)其應(yīng)用還需要對(duì)其進(jìn)行深入的研究。

車站 信號(hào)控制 設(shè)備故障 診斷 專家系統(tǒng)

鐵路運(yùn)輸是我國(guó)最為主要的運(yùn)輸方式之一，鐵路運(yùn)輸每年的運(yùn)輸量占我國(guó)總運(yùn)輸量的40%以上，并且無論是在安全性還是在便捷性方面都有著較為明顯的優(yōu)勢(shì)，近幾年來我國(guó)的鐵路進(jìn)行了全面提速，速度的提升一方面提高了鐵路運(yùn)輸?shù)倪\(yùn)輸效率但是另一方面卻也給鐵路的運(yùn)行帶來了一定的壓力，尤其是在車站信號(hào)控制方面其對(duì)于鐵路的安全性影響越來越大。車站信號(hào)控制設(shè)備故障診斷以往都是利用人工進(jìn)行其效率較低并且準(zhǔn)確性也無法得到保障。如今隨著智能化的普及，車站信號(hào)控制設(shè)備的故障診斷也逐漸與智能化融合，因此車站信號(hào)控制設(shè)備故障診斷專家系統(tǒng)也由此應(yīng)運(yùn)而生。車站信號(hào)控制設(shè)備故障診斷專家系統(tǒng)目前來看在我國(guó)的應(yīng)用還處在初級(jí)階段，筆者今天就來和大家談一談關(guān)于車站信號(hào)控制設(shè)備故障診斷專家系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)。

1 鐵路車站信號(hào)設(shè)備故障診斷專家系統(tǒng)的研究

鐵路車站信號(hào)設(shè)備的故障診斷專家系統(tǒng)總體而言分為六大模塊.這六大模塊分別是知識(shí)獲取功能模塊、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)導(dǎo)入功能模塊、知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)模塊、綜合數(shù)據(jù)庫(kù)模塊、推理機(jī)模塊、人機(jī)界面功能模塊。六個(gè)模塊各自都有著不同的功能下面我們就對(duì)著留個(gè)模塊進(jìn)行深入研究。

1.1 知識(shí)獲取功能模塊

知識(shí)獲取功能模塊顧名思義是一個(gè)對(duì)知識(shí)進(jìn)行獲取然后進(jìn)行應(yīng)用的關(guān)鍵模塊，該模塊是專家診斷系統(tǒng)對(duì)鐵路信號(hào)控制設(shè)備故障診斷的依據(jù)基礎(chǔ)，只有對(duì)這個(gè)模塊進(jìn)行大量的相關(guān)專業(yè)領(lǐng)域性知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)性知識(shí)的填充才能夠讓專家系統(tǒng)準(zhǔn)確地對(duì)故障進(jìn)行診斷。要實(shí)現(xiàn)知識(shí)的獲取可以分為兩種途徑，一種途徑是通過人工直接進(jìn)行錄入另一種則是通過一定的知識(shí)獲取方法來見解實(shí)現(xiàn)。目前我國(guó)的大部分專家診斷系統(tǒng)當(dāng)中的知識(shí)獲取都是基于電路模型原理邏輯的故障機(jī)理知識(shí)獲取方法以及維修人員故障處理實(shí)際經(jīng)驗(yàn)的知識(shí)獲取方法和基于設(shè)備首名激勵(lì)的知識(shí)獲取方法和基于實(shí)力統(tǒng)計(jì)信息的自學(xué)習(xí)知識(shí)獲取方法。

1.2 設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)數(shù)據(jù)導(dǎo)入功能模塊

這一模塊的主要是從鐵路車站信號(hào)微機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)當(dāng)中對(duì)各種信號(hào)設(shè)備的工作狀態(tài)信息進(jìn)行獲取，從而給故障診斷專家系統(tǒng)提供必須要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)數(shù)據(jù)導(dǎo)入模塊通過專業(yè)的借口軟件對(duì)獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換和校檢以及向綜合數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)導(dǎo)入。我國(guó)現(xiàn)有的大部分車站使用的危及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)都是TJWX—2000，這種監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分為兩大類一類是開關(guān)量一類是模擬量。

1.3 知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)模塊

這一模塊的最大作用就是對(duì)知識(shí)獲取模塊所獲取的知識(shí)進(jìn)行管理，這些知識(shí)包括了各種信號(hào)設(shè)備的同步故障類型的診斷處理知識(shí)單元，知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)模塊是服務(wù)于推理機(jī)子系統(tǒng)模塊。知識(shí)庫(kù)的管理功能主要是對(duì)知識(shí)單元的存取和檢索、排序、增加和刪除、修改等功能。

1.4 綜合數(shù)據(jù)庫(kù)模塊

綜合數(shù)據(jù)庫(kù)的功能主要是對(duì)設(shè)備的狀態(tài)信息、采集模塊導(dǎo)入的設(shè)備實(shí)際工作狀態(tài)信息和人機(jī)交互模塊的交互輸入輸出信息等眾多信息的管理存儲(chǔ)。除了對(duì)于這些采集到的各類信息存儲(chǔ)和管理之外還會(huì)對(duì)診斷推理結(jié)果和用戶對(duì)系統(tǒng)的提問和各種應(yīng)答信息進(jìn)行存儲(chǔ)。因?yàn)闊o論是診斷推理結(jié)果信息還是采集的各類信息都是處于動(dòng)態(tài)狀態(tài)下的，因此綜合數(shù)據(jù)庫(kù)也被稱為動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)。

1.5 推理機(jī)系統(tǒng)模塊

推理機(jī)系統(tǒng)模塊是一組計(jì)算機(jī)程序，其功能是對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)調(diào)和控制，判斷和決定選用怎樣的相關(guān)知識(shí)單元和數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)來為客戶提供的各類證據(jù)信息進(jìn)行推理分析從而對(duì)故障進(jìn)行最終的診斷。推理機(jī)可以根據(jù)需要來選擇故障現(xiàn)象驅(qū)動(dòng)或者是設(shè)備狀態(tài)驅(qū)動(dòng)兩種不同的方式。目前我國(guó)大部分專家診斷系統(tǒng)使用的都是基于故障想象驅(qū)動(dòng)的推理體系機(jī)制，這種推理機(jī)制是通過對(duì)知識(shí)庫(kù)中各類故障現(xiàn)象的對(duì)應(yīng)故障實(shí)現(xiàn)對(duì)故障原因的定位推理。這種推理機(jī)制有著明確的物理意義，推理的控制較為靈活。

1.6 人機(jī)界面系統(tǒng)功能模塊

人機(jī)界面是現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備維護(hù)人員與專家系統(tǒng)進(jìn)行信息交互的窗口。在選擇故障現(xiàn)象驅(qū)動(dòng)的情況下人機(jī)界面系統(tǒng)功能模塊主要的功能就是對(duì)故障診斷的類別進(jìn)行選擇和故障診斷結(jié)果顯示以及故障處理信息提示等信息從而讓工作人員可以更加直觀地對(duì)各類診斷信息進(jìn)行查閱從而第一時(shí)間獲知信號(hào)設(shè)備的工作狀態(tài)以及故障問題。

2 鐵路車站信號(hào)設(shè)備診斷專家系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法

2.1 基于電路原理邏輯仿真技術(shù)的故障機(jī)理分析方法

我國(guó)許多車站信號(hào)系統(tǒng)采用的是6502電氣集中設(shè)備，這一設(shè)備與TJWX—2000微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)形成了較為良好的配合。6502電氣集中設(shè)備形成了電氣集中控制的各種信息信號(hào)電路是電氣集中設(shè)備的主要組成部分同時(shí)也是信號(hào)系統(tǒng)故障診斷的主要對(duì)象。電氣集中系統(tǒng)的信號(hào)電路通常情況下都是由極為復(fù)雜的邏輯電路構(gòu)成。出現(xiàn)電路故障的主要原因是因?yàn)殡娐分杏幸粋€(gè)或者多個(gè)的工作原件出現(xiàn)了損壞或者是接觸不良、短路等現(xiàn)象導(dǎo)致電路的邏輯被破壞，從而使得電路無法正常進(jìn)行工作，因此對(duì)于這樣的情況其故障機(jī)理的分析應(yīng)當(dāng)是基于控制電路的原理邏輯而形成的。簡(jiǎn)單來說電路原理邏輯仿真技術(shù)就是一種通過對(duì)電路工作原理邏輯的正確性進(jìn)行判斷，從而對(duì)故障原因進(jìn)行診斷的方法。

2.2 基于專家實(shí)際經(jīng)驗(yàn)知識(shí)的電路故障機(jī)理分析方法

專家實(shí)際經(jīng)驗(yàn)知識(shí)的電路故障機(jī)理分析方法是信號(hào)設(shè)備維修人員根據(jù)其多年的維修經(jīng)驗(yàn)對(duì)各類故障的現(xiàn)象以及處理方式進(jìn)行匯總總結(jié)，然后由專業(yè)人員將其錄入到專家診斷系統(tǒng)當(dāng)中，在出現(xiàn)故障后專家診斷系統(tǒng)就會(huì)通過對(duì)這些實(shí)際經(jīng)驗(yàn)知識(shí)的調(diào)取來對(duì)故障進(jìn)行判斷與區(qū)分在對(duì)故障判斷后還會(huì)根據(jù)知識(shí)庫(kù)當(dāng)中的相關(guān)知識(shí)給出一個(gè)較為合理的修復(fù)方案。專家實(shí)際經(jīng)驗(yàn)知識(shí)電路故障機(jī)理分析方法主要有：盤面壓縮法、電壓診斷法、步進(jìn)電壓法、電流診斷法、電阻診斷法、短路診斷法、斷路診斷法和替換診斷法等等。

2.3 基于設(shè)備壽命機(jī)理的故障診斷及趨勢(shì)預(yù)測(cè)分析方法

鐵路車站信號(hào)系統(tǒng)的設(shè)備大多是機(jī)電設(shè)備，其驅(qū)動(dòng)信號(hào)為模擬量。一般無法采用基于原理邏輯推理的故障診斷方法。鑒于目前我國(guó)微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提供的模擬監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)主要是反映設(shè)備壽命工況的電壓或電流曲線，本文提出基于設(shè)備壽命機(jī)理的故障診斷及趨勢(shì)預(yù)測(cè)分析法，即基于監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提供的模擬量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)狀態(tài)數(shù)據(jù)(或工況曲線)與設(shè)備正常工作的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)(或技術(shù)曲線)相比較，通過建立壽命函數(shù)(或曲線擬合)分析模型，間接描述設(shè)備壽命機(jī)理知識(shí)，對(duì)設(shè)備故障進(jìn)行診斷和預(yù)測(cè)。該方法的基本原理是當(dāng)模擬量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)曲線嚴(yán)重偏離設(shè)備正常工作的標(biāo)準(zhǔn)曲線時(shí)，可判定設(shè)備處于故障狀態(tài)，還可根據(jù)模擬量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)歷史數(shù)據(jù)(工況曲線)的異常出現(xiàn)次數(shù)(設(shè)備異常動(dòng)作次數(shù))或平均偏離壽命函數(shù)(曲線)大小，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備故障的預(yù)測(cè)或預(yù)警。

2.4 基于決策樹學(xué)習(xí)算法的復(fù)雜故障診斷方法

車站信號(hào)系統(tǒng)本身的復(fù)雜性就較高，因此并不是所有故障都有著較為明顯的機(jī)理特征，因此單純利用推理機(jī)進(jìn)行某種方法進(jìn)行邏輯推理是很難找到其真實(shí)故障的，這是因?yàn)楹芏喙收系默F(xiàn)象和原因并不存在必然的邏輯關(guān)系，這些故障的故障機(jī)理較為模糊利用傳統(tǒng)的方法無法找出，所以只能用決策樹學(xué)習(xí)算法來進(jìn)行診斷。決策樹法是通過對(duì)各類發(fā)生過的實(shí)際復(fù)雜故障實(shí)例的分類和決策處理來對(duì)當(dāng)前的故障進(jìn)行分析，其中加入了人工智能程序從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)復(fù)雜故障的診斷，但是目前我國(guó)的決策樹學(xué)習(xí)法診斷還處在探索階段，想要真正投入應(yīng)用還需要一段時(shí)間來嘗試。

車站信號(hào)設(shè)備故障診斷專家系統(tǒng)在我國(guó)的應(yīng)用雖然還處在初級(jí)階段但是其潛力之大還是足以讓人側(cè)目的，尤其是在我國(guó)這個(gè)鐵路運(yùn)輸大國(guó)的情況下，故障診斷專家系統(tǒng)的發(fā)展也必然會(huì)越來越快。希望本文能夠給我國(guó)的鐵路信號(hào)故障診斷專家系統(tǒng)的建立與使用帶來一定的幫助和啟迪。

[1]張保銀，梁朝輝，李永燕.鐵路信號(hào)設(shè)備故障診斷專家系統(tǒng)研究[J].鐵道通信信號(hào)，2010（09）

[2]崔麗娜.鐵路信號(hào)設(shè)備故障診斷專家系統(tǒng)知識(shí)獲取與知識(shí)表示的研究[D].北京交通大學(xué)，2007