梁興元，木合塔爾·莎根迪，加玉濤

（1.株洲中車(chē)時(shí)代電氣股份有限公司，湖南 株洲412001；2.中車(chē)株洲電力機(jī)車(chē)有限公司，湖南 株洲 412001）

0 引言

在海外批量電力機(jī)車(chē)電氣系統(tǒng)項(xiàng)目技術(shù)支持過(guò)程中，遇到了溝通不暢、人力不足、變更頻繁、海外客戶(hù)項(xiàng)目管理制度缺乏且與國(guó)內(nèi)管理制度差異大等重重困難[1]?；诤Ｍ怆娏C(jī)車(chē)電氣系統(tǒng)項(xiàng)目特點(diǎn)，需要一個(gè)科學(xué)、高效的數(shù)據(jù)庫(kù)決策支持系統(tǒng)輔助開(kāi)展電氣系統(tǒng)產(chǎn)品優(yōu)化、功能優(yōu)化、運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視等工作。以此系統(tǒng)為基礎(chǔ)科學(xué)高效地實(shí)現(xiàn)海外電力機(jī)車(chē)電氣系統(tǒng)相關(guān)故障技術(shù)分析、優(yōu)化改進(jìn)及現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)等工作。

1 機(jī)車(chē)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)組成及功能簡(jiǎn)介

機(jī)車(chē)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由車(chē)載設(shè)備（WTD、網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)、傳動(dòng)控制單元、電度表等）數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)集市、地面數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、前端工具等部分組成，如圖1所示。

圖1 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

鑒于軌道交通電氣系統(tǒng)產(chǎn)品特點(diǎn)，對(duì)車(chē)載數(shù)據(jù)源及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)要描述。

數(shù)據(jù)源：是數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，是整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)源泉[2]。機(jī)車(chē)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)源是由車(chē)載WTD裝置、網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)、傳動(dòng)控制單元等設(shè)備提供的條件量數(shù)據(jù)（Monitoring data）、嚴(yán)重故障數(shù)據(jù)（Event history）、事件記錄數(shù)據(jù)（Blackbox data）、能量文件數(shù)據(jù)（Energy data）、緊急短消息（Emergency message）數(shù)據(jù)等組成。并通過(guò)機(jī)務(wù)段內(nèi)WIFI點(diǎn)或GPRS通信模式將條件量、能量文件、嚴(yán)重故障記錄數(shù)據(jù)、事件記錄數(shù)據(jù)等遠(yuǎn)程下載至數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器中，供系統(tǒng)后臺(tái)軟件完成解析、統(tǒng)計(jì)等業(yè)務(wù)功能。

2 技術(shù)決策支持功能

機(jī)車(chē)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)在機(jī)車(chē)上線運(yùn)營(yíng)之初就已建立，作為一個(gè)決策支持環(huán)境，為管理部門(mén)提供了一個(gè)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)視圖，使得各部門(mén)能夠更方便地完成對(duì)公用數(shù)據(jù)的查詢(xún)和分析[2]。

通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)使決策者可以相當(dāng)容易地根據(jù)已獲得的數(shù)據(jù)，運(yùn)用定量分析與定性分析相結(jié)合的技術(shù)，從多個(gè)側(cè)面對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部運(yùn)行過(guò)程進(jìn)行分析、評(píng)價(jià)和判斷。使得決策人在做出諸如硬件批量改造、軟件優(yōu)化效果確認(rèn)等重大的決策之前，能夠?qū)v史數(shù)據(jù)和其他相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)和有效的分析，避免因決策失誤造成不必要的損失。

3 緊急短消息、數(shù)據(jù)點(diǎn)播下載功能

機(jī)車(chē)在運(yùn)行過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)火災(zāi)、鎖軸故障、運(yùn)行超速、緊急制動(dòng)施加等嚴(yán)重緊急事件，此類(lèi)事件一旦發(fā)生會(huì)產(chǎn)生非常惡劣影響或造成重大財(cái)產(chǎn)損失、人員傷亡，此類(lèi)事件一旦發(fā)生需第一時(shí)間傳遞信息給相關(guān)人員。

緊急短消息激活條件定義如下：

1）緊急按鈕動(dòng)作；

2）緊急制動(dòng)施加且機(jī)車(chē)速度大于5 km/h；

3）火宅報(bào)警；

4）軸溫報(bào)警；

5）自動(dòng)降弓激活；

6）鎖軸故障激活；

7）無(wú)人警惕懲罰制動(dòng)激活；

8）機(jī)車(chē)超速；

緊急短消息數(shù)據(jù)示例如表1。

表1 緊急短消息數(shù)據(jù)示例

同時(shí)系統(tǒng)具備數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程點(diǎn)播下載功能，當(dāng)發(fā)生嚴(yán)重事件時(shí)，可通過(guò)遠(yuǎn)程點(diǎn)播功能，及時(shí)下載故障時(shí)刻的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)最快速度獲取故障時(shí)刻數(shù)據(jù)，故障分析人員可以快速定位故障發(fā)生原因，為故障處理提供最為及時(shí)的處理建議，盡最大程度降低故障帶來(lái)的影響。

4 基于數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)電氣系統(tǒng)優(yōu)化實(shí)例

4.1 緊急短消息、數(shù)據(jù)點(diǎn)播下載功能在鎖軸故障誤報(bào)優(yōu)化中的應(yīng)用

機(jī)車(chē)運(yùn)行過(guò)程中存在軸抱死故障的可能，從鎖軸控制原理分析，一般分為“真鎖軸”和“假鎖軸”兩種情況。所謂“真鎖軸”就是真正的動(dòng)輪抱死，此種情況一般是由于動(dòng)輪軸承和牽引電機(jī)軸承故障，牽引齒輪卡滯等情況引起。該種情況輪對(duì)從滾動(dòng)摩擦變?yōu)榛瑒?dòng)摩擦，輕則造成輪對(duì)擦傷，重則引起機(jī)車(chē)脫線、顛覆等惡性事故。所謂“假鎖軸”就是動(dòng)軸沒(méi)有真正固死的情況下，而被判定為軸固死，進(jìn)行軸固死對(duì)應(yīng)保護(hù)，導(dǎo)致機(jī)車(chē)可用性變差，造成不必要的機(jī)破及惡劣影響。

考慮到鎖軸故障的嚴(yán)重性和危害性，根據(jù)機(jī)車(chē)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)設(shè)定的規(guī)則，一旦發(fā)生鎖軸故障，需第一時(shí)間通過(guò)WTD裝置向地面服務(wù)器傳輸發(fā)送故障時(shí)刻的緊急短消息，如故障時(shí)刻、運(yùn)行速度、GPS經(jīng)緯度坐標(biāo)、牽引或制動(dòng)狀態(tài)、網(wǎng)壓、網(wǎng)流等，用于跟蹤跟進(jìn)鎖軸故障狀態(tài)。在鎖軸故障判斷優(yōu)化過(guò)程中，結(jié)合了數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的緊急短消息及數(shù)據(jù)點(diǎn)播下載功能。當(dāng)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)接收到鎖軸故障緊急短消息后，地面服務(wù)器可及時(shí)傳遞數(shù)據(jù)下載命令到故障機(jī)車(chē)，獲得對(duì)應(yīng)故障時(shí)刻的嚴(yán)重故障數(shù)據(jù)、事件記錄數(shù)據(jù)。

S024號(hào)機(jī)車(chē)在運(yùn)用過(guò)程中報(bào)出“鎖軸”故障，經(jīng)過(guò)對(duì)故障時(shí)刻嚴(yán)重故障數(shù)據(jù)、事件記錄數(shù)據(jù)解析，獲得故障時(shí)刻機(jī)車(chē)速度及對(duì)應(yīng)的GPS坐標(biāo)。

通過(guò)分析，確認(rèn)S024號(hào)機(jī)車(chē)在故障時(shí)刻處于制動(dòng)工況，其中有三個(gè)軸速度明顯低于整車(chē)綜合速度，在牽引時(shí)有三個(gè)軸的速度明顯高于機(jī)車(chē)綜合速度。

根據(jù)對(duì)誤報(bào)鎖軸故障的S024號(hào)機(jī)車(chē)數(shù)據(jù)分析，報(bào)出鎖軸故障時(shí)刻整列車(chē)運(yùn)行于彎道，見(jiàn)圖2 GPS坐標(biāo)標(biāo)記定位標(biāo)志，出現(xiàn)了空轉(zhuǎn)。空轉(zhuǎn)表現(xiàn)為速度緩慢上升，并最終在控制程序的影響下建立了動(dòng)態(tài)平衡。使得發(fā)生空轉(zhuǎn)的輪對(duì)在短時(shí)間內(nèi)維持在一個(gè)固定差值（6 km/h）上，粘著程序的保護(hù)門(mén)檻值，發(fā)生故障時(shí)特殊工況建立了平衡。

圖2 根據(jù)S024號(hào)機(jī)車(chē)GPS坐標(biāo)確定報(bào)鎖軸故障時(shí)刻機(jī)車(chē)所處位置為彎道

而鎖軸故障判斷的條件為單軸速度與機(jī)車(chē)綜合速度差值大于5 km/h并持續(xù)超過(guò)10 s，則被認(rèn)為鎖軸故障發(fā)生。在機(jī)車(chē)運(yùn)行于彎道時(shí)出現(xiàn)的6 km/h差值能夠滿足鎖軸故障判定條件，所以報(bào)出鎖軸故障。

通過(guò)程序分析確認(rèn)，鎖軸故障判斷門(mén)檻與粘著控制門(mén)檻沖突，導(dǎo)致鎖軸故障誤報(bào)發(fā)生，因此，定性為假鎖軸，為故障誤報(bào)。經(jīng)過(guò)軟件優(yōu)化改進(jìn)，大幅度降低鎖軸故障誤報(bào)概率。

4.2 GPS、GSM上線率質(zhì)量提升應(yīng)用實(shí)例

GPS和GSM信號(hào)均為無(wú)線信號(hào)，看不見(jiàn)摸不著，且硬件設(shè)備離散分布于200臺(tái)電力機(jī)車(chē)上，運(yùn)用于海外鐵路線上。GPS、GSM信號(hào)是否穩(wěn)定、可靠直接影響到機(jī)車(chē)位置定位和車(chē)載數(shù)據(jù)向地面?zhèn)鬏數(shù)姆€(wěn)定、可靠，決定了數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的質(zhì)量，影響到機(jī)車(chē)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控。

S型電力機(jī)車(chē)上線運(yùn)營(yíng)初期，GPS、GSM上線率偏低，為了改善GPS、GSM上線率，鑒于GSM信號(hào)強(qiáng)弱與實(shí)際地理位置強(qiáng)相關(guān)的特點(diǎn)及結(jié)合機(jī)車(chē)離散分布的實(shí)際情況，確定通過(guò)機(jī)車(chē)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)的方法查找GPS、GSM上線率低的原因。主要通過(guò)以下方法實(shí)現(xiàn)：

數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)服務(wù)器使用ping（Packet Internet Groper，因特網(wǎng)包探索器）命令周期性（1 min）與車(chē)載WTD裝置進(jìn)行通信，通過(guò)ping通次數(shù)占總的ping命令發(fā)出次數(shù)的百分比評(píng)估車(chē)載WTD裝置GSM信號(hào)上線率。能量數(shù)據(jù)（Energy data）包含了GPS坐標(biāo)等信息，能量數(shù)據(jù)每隔5 min通過(guò)GSM傳遞至數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，通過(guò)批量解析一天時(shí)間內(nèi)GPS坐標(biāo)信息評(píng)判GPS上線率。每臺(tái)車(chē)每天的GSM、GPS上線率被劃分為90% ～100%，70% ～90%，0～70%，未知狀態(tài)四個(gè)等級(jí)，實(shí)現(xiàn)GSM、GPS上線率指標(biāo)評(píng)判量化，以GPS上線率提升為例，見(jiàn)表2。

4.2.1 GPS上線率日?qǐng)?bào)示例（表2）

表2 機(jī)車(chē)GPS上線率日?qǐng)?bào)統(tǒng)計(jì)示例

4.2.2 GPS上線率穩(wěn)定性提升

根據(jù)機(jī)車(chē)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的GPS上線率日?qǐng)?bào)統(tǒng)計(jì)，S型機(jī)車(chē)GPS上線率處于“90%～100%”的僅占機(jī)車(chē)總數(shù)的58%。經(jīng)過(guò)故障分析及排查，確定WTD裝置無(wú)線主控板軟件是原因之一，對(duì)此軟件進(jìn)行了優(yōu)化，并在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了批量?jī)?yōu)化升級(jí)。隨著優(yōu)化軟件更新車(chē)輛的不斷增多，S型機(jī)車(chē)GPS上線率不斷提升，GPS上線率由批量升級(jí)之初的58%上升至75%，上線率顯著提升，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表4及圖3。

表4 機(jī)車(chē)GPS上線率統(tǒng)計(jì)

圖3 90%～100%的GPS上線率統(tǒng)計(jì)跟蹤

4.3 能量管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)質(zhì)量提升實(shí)例

能量管理系統(tǒng)涉及地面服務(wù)器和車(chē)載設(shè)備。其中車(chē)載設(shè)備包括車(chē)載電度表、WTD裝置、傳動(dòng)控制單元、網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，各設(shè)備間相互配合，完成能量、公里數(shù)等數(shù)據(jù)的記錄、融合、管理和傳輸。多設(shè)備、多環(huán)節(jié)、多接口，某個(gè)設(shè)備、環(huán)節(jié)、接口出問(wèn)題，則造成能量、公里數(shù)等數(shù)據(jù)異常。能量、公里數(shù)等數(shù)據(jù)是能量管理系統(tǒng)的根源，一旦某臺(tái)車(chē)或幾臺(tái)車(chē)出現(xiàn)異常時(shí)，將會(huì)對(duì)整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)造成污染，導(dǎo)致統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)失真，因此能量管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)質(zhì)量提升是必行之路。

對(duì)能量管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)質(zhì)量提升，主要是通過(guò)機(jī)車(chē)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)對(duì)已記錄數(shù)據(jù)設(shè)定規(guī)則，通過(guò)設(shè)定的規(guī)則檢驗(yàn)記錄的數(shù)據(jù)是否存在錯(cuò)誤，以此評(píng)判機(jī)車(chē)能量管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)的質(zhì)量，并基于機(jī)車(chē)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)所記錄到的錯(cuò)誤信息進(jìn)行數(shù)據(jù)質(zhì)量提升，從而實(shí)現(xiàn)能量管理系統(tǒng)的優(yōu)化。能量管理系統(tǒng)設(shè)定錯(cuò)誤判斷規(guī)則如表5所列。

表5 能量管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤判斷規(guī)則表

根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)識(shí)別到的能量數(shù)據(jù)原始錯(cuò)誤，對(duì)有數(shù)據(jù)異常的機(jī)車(chē)有針對(duì)性的進(jìn)行異常排查。

經(jīng)過(guò)近2年時(shí)間的能量管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)質(zhì)量提升專(zhuān)項(xiàng)工作，數(shù)據(jù)質(zhì)量大幅提升，能量管理系統(tǒng)的錯(cuò)誤數(shù)據(jù)大幅下降。2016年4月18日至2018年3月11日能量管理數(shù)據(jù)錯(cuò)誤統(tǒng)計(jì)如圖4所示。

圖4 能量管理系統(tǒng)錯(cuò)誤數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)（2016年4月18日至2018年3月11日）

5 展望

海外項(xiàng)目的技術(shù)支持和維保維護(hù)是一個(gè)系統(tǒng)工程，通過(guò)對(duì)機(jī)車(chē)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)積累的數(shù)據(jù)建模，提煉維保維護(hù)的有效信息，獲得維保的基礎(chǔ)信息，以此為基礎(chǔ)，對(duì)海外電力機(jī)車(chē)電氣系統(tǒng)維保維護(hù)全面管理[3]。

隨著時(shí)間的推移，機(jī)車(chē)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)積累的數(shù)據(jù)會(huì)越來(lái)越充分，能夠?yàn)闆Q策提供的信息會(huì)越來(lái)越有效，也為電氣系統(tǒng)研究提供數(shù)據(jù)支撐。

隨著海外批量電力機(jī)車(chē)、動(dòng)車(chē)、城軌項(xiàng)目的不斷增多，海外電氣系統(tǒng)技術(shù)支持將會(huì)越來(lái)越多，難度也越來(lái)越大，成本越來(lái)越高。

在技術(shù)支持、維保維護(hù)方面機(jī)車(chē)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的應(yīng)用，將會(huì)大幅提升服務(wù)效率和帶來(lái)顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

6 結(jié)語(yǔ)

本文探討了批量海外電力機(jī)車(chē)項(xiàng)目技術(shù)支持和維保維護(hù)存在的困難，簡(jiǎn)要闡述了機(jī)車(chē)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)在出口海外電力機(jī)車(chē)電氣系統(tǒng)優(yōu)化改進(jìn)及現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)應(yīng)用過(guò)程中的重要性，介紹了電力機(jī)車(chē)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)組成及車(chē)載數(shù)據(jù)，在海外電力機(jī)車(chē)電氣系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)踐過(guò)程中基于機(jī)車(chē)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)進(jìn)行了WTD裝置GPS、GSM上線率提升、能量管理系統(tǒng)優(yōu)化等實(shí)踐應(yīng)用，總結(jié)如下：

（1）數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的使用消除了時(shí)間和距離的限制。大大提高了與地域線路相關(guān)故障的分析、處理效率，大幅降低海外項(xiàng)目的優(yōu)化改進(jìn)、維護(hù)成本，與傳統(tǒng)服務(wù)對(duì)比，服務(wù)成本可降低至1/3，并且數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)更為全面；

（2）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化、有序、穩(wěn)定存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)隨時(shí)間的累積，所展現(xiàn)出的效果明顯；

（3）數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享性高，海外業(yè)主與供應(yīng)商共同使用，作為海外業(yè)主與供應(yīng)商之間溝通的橋梁，實(shí)現(xiàn)了高效溝通，技術(shù)支持等工作得以高效開(kāi)展。

在海外批量電力機(jī)車(chē)電氣系統(tǒng)質(zhì)量提升過(guò)程中數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)值得借鑒。