王偉 胡同前

摘要：我國地鐵發(fā)展越來越迅速。為獲取地鐵列車節(jié)點電路的電壓，記錄故障發(fā)生前、中、后的電壓變化，捕捉故障信號，精準定位故障原因和事故責任劃分，設計了地鐵列車節(jié)點信號電壓采集記錄系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有自動采集節(jié)點電壓信號、實時顯示電壓曲線圖，以及計算該時段的電壓最大值和后臺存儲電壓數(shù)據(jù)的功能。介紹了該系統(tǒng)的硬件電路和軟件程序設計。其硬件電路由電源電路、主控單元、電壓信號采集單元、接口電路、時鐘模塊、SD（加密設備）存儲單元和復位電路組成。在軟件方面，單片機將采集的電壓信號轉換傳輸給PC（個人電腦）機，最終在PC機上實現(xiàn)加載電壓曲線圖和計算最大電壓值的功能。

關鍵詞：地鐵列車節(jié)點 電壓信號 采集記錄系統(tǒng)設計

節(jié)點電路在列車運營過程中用于車輛命令的傳輸及反饋，其性能的好壞直接影響地鐵運行的穩(wěn)定性。為了提高地鐵的運營質量，對地鐵車輛節(jié)點電路進行監(jiān)測是必不可少的環(huán)節(jié)。在對地鐵檢修維護過程中，傳統(tǒng)上僅是對節(jié)點電路連接線纜緊固性、外觀等情況進行檢查，且節(jié)點電路根據(jù)不同的用途，采用壓接工藝及端子也有所不同，車輛在抖動狀態(tài)下連接可靠性不能持續(xù)跟蹤判定。列車運行中，若出現(xiàn)節(jié)點信號丟失的偶發(fā)故障，會對列車運行可靠性帶來很大的影響。對于不同節(jié)點電路的性能檢測和數(shù)據(jù)記錄，目前并沒有任何的檢修手段。地鐵列車上所運用的節(jié)點電路會因為所處的位置不同而存在連接差異，給地鐵運營造成一定的安全隱患，所以，設計一個能夠實時跟蹤檢測不同狀態(tài)下的節(jié)點電路信號監(jiān)測系統(tǒng)是十分必要的。本文所介紹的多通道信號檢測系統(tǒng)主要運用于對地鐵列車節(jié)點電路性能狀態(tài)的實時檢測及數(shù)據(jù)記錄，以用于后期數(shù)據(jù)解析來判定故障情況。

1整體設計思路

1.1系統(tǒng)組成

地鐵列車節(jié)點電壓信號采集記錄系統(tǒng)由節(jié)點電壓采集記錄裝置和數(shù)據(jù)分析軟件兩部分組成。節(jié)點電壓采集記錄裝置體積小，可自由固定安裝在列車上，其輸入為列車控制系統(tǒng)節(jié)點電壓信號，數(shù)據(jù)分析軟件安裝在PC（個人電腦）機上，用于查看和分析數(shù)據(jù)。

1.2系統(tǒng)功能

①電壓記錄功能。列車絕大部分系統(tǒng)的診斷周期大于100ms。為方便截取列車檢測節(jié)點的電壓值，保證讀取數(shù)據(jù)的可靠性，在此設定節(jié)點電壓采集裝置的采集周期為66ms，對節(jié)點電壓信號進行采集和存儲。②在線監(jiān)測功能。節(jié)點電壓采集裝置通過RS232串口通信接口將信號傳輸?shù)絇C機，可在PC機上實時查看、分析節(jié)點電壓波形。③實時存儲功能。節(jié)點電壓信號自動存儲到SD（加密設備）卡相應文件內，以文件開始記錄時間命名，持續(xù)記錄時長為3年。4）數(shù)據(jù)分析功能。數(shù)據(jù)分析軟件能顯示不同時刻所對應的電壓曲線圖，自動分析計算出該時段的電壓最大值。

2地鐵信號系統(tǒng)

城市地鐵是一個封閉、完整的交通系統(tǒng)，地鐵網調度指揮系統(tǒng)需要根據(jù)地鐵列車發(fā)出的信號計算列車運行速度、運行間隔時間，并通過各種信號對地鐵運行進行指揮、調度、控制。地鐵列車長則要通過接收到的信號，控制列車平穩(wěn)、高速運行。目前，地鐵信號系統(tǒng)大多采用ATC系統(tǒng)（列車自動控制系統(tǒng)）。ATC系統(tǒng)又由列車自動防護系統(tǒng)（ATP系統(tǒng)）、列車自動駕駛系統(tǒng)（ATO系統(tǒng)）組成。ATP系統(tǒng)可實時檢測地鐵列車的位置，實現(xiàn)列車間隔控制保證列車之間的安全;ATO系統(tǒng)可啟動列車并實現(xiàn)站際間自動運行，控制地鐵列車到站后定點停車;ATS系統(tǒng)可自動識別列車，對列車運行進行自動跟蹤和顯示，自動調整列車運行。

3地鐵列車節(jié)點電壓信號采集記錄系統(tǒng)設計優(yōu)化措施

3.1智能分析預警內容

地鐵列車車載信號數(shù)據(jù)采集及智能預警系統(tǒng)對采集到的歷史故障信息數(shù)據(jù)進行聚類，建立數(shù)據(jù)及故障預警模型，根據(jù)建立的預警模型，一方面對采集到的關鍵數(shù)據(jù)狀態(tài)量變化和數(shù)字量突變進行智能報警，另一方面實現(xiàn)故障的預警。

3.2信號機安裝施工

信號機一般安裝在隧道內、地鐵站臺上、站內左右兩側壁上。若信號機位于隧道內碎石道床，可采用混凝土基礎;若信號機靠近隧道壁，可采用角鋼型三角支架底座。安裝信號機時，必須保證機柱的垂直度。在安裝信號機前，信號專業(yè)應與其它各專業(yè)充分溝通，運用BIM技術，對各種設備及信號機的安裝位置進行綜合、精細的布置，保證信號機安裝的角度便于司機目視。

3.3鋪設線纜

在鋪設線纜前，技術人員必須深入施工現(xiàn)場，仔細考察光電纜徑路，確保光電纜設計徑路、設計長度符合實際情況（若光電纜設計徑路與實際徑路不符，或光電纜圖紙長度過長，必須要求設計人員進行修正）。光電纜進場前，必須按照相關規(guī)范進行嚴格測試，確保光電纜電氣性能達標。當前，地鐵隧道內的弱電支架通常分為5層，第1～2層供通信使用，第3～4層供信號使用，第5層供火災報警、綜合監(jiān)控等使用。區(qū)間弱電支架一般為矩形或弧形。地鐵接觸網須安裝墜鉈，技術人員在為弱電支架定測時需聯(lián)系接觸網專業(yè)，確定墜鉈的具體位置并制作特殊支架。制作弧形弱電支架前，須對施工現(xiàn)場的實際弧度進行精準測量。光電纜數(shù)量較多，排布在兩層上會顯得擁擠，因此，在信號設備比較集中的站臺區(qū)，可適當增加弱電支架的層數(shù)。

3.4故障預警模型建立方法

故障預警評估模型是采用三層BP神經網絡，提取與故障密切相關的特征參數(shù)，通過譜聚類算法得到不同故障的聚類結果，為原始樣本數(shù)據(jù)加入類別標簽即原始特征數(shù)據(jù)新加入一列，以新構造的特征向量作為BP神經網絡的輸入層訓練向量。根據(jù)BP神經網絡建立分類器構建故障預警評估模型，隱含層采用最常用的Sigmoidal函數(shù)作為激勵函數(shù)，該函數(shù)的非線性特性使得網絡具有任意精度的泛函逼近能力，通過MATLAB工具箱訓練BP神經網絡，把剩余的數(shù)據(jù)樣本作為測試集，對訓練完畢的BP神經網絡進行測試以驗證模型的準確性。當構建好故障預警評估模型之后，對于新的數(shù)據(jù)樣本，根據(jù)本模型評估當前是否需要進行故障預警。

4結語

本文所述的地鐵列車節(jié)點信號電壓采集記錄系統(tǒng)可實時采集任意節(jié)點的電壓情況，并記錄和分析電壓數(shù)據(jù)，從而達到評估地鐵節(jié)點電壓信號狀態(tài)的目的。根據(jù)測試情況，可對節(jié)點電壓信號不穩(wěn)定的原因進行排查，及時消除故障隱患，獲取故障時刻節(jié)點電壓信號情況，及時分析故障原因，研究解決措施，從而提高了地鐵列車設備的可靠性和穩(wěn)定性，保障了地鐵的運營安全。該套地鐵列車節(jié)點信號電壓采集記錄系統(tǒng)已在廣州地鐵投入使用，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，數(shù)據(jù)記錄精準，安全可靠，操作方便，制作成本低。采用該系統(tǒng)后，檢修人員加深了對節(jié)點電路和設備工作狀態(tài)的了解，并能針對發(fā)現(xiàn)的異常問題提出解決措施，提升了設備質量。

參考文獻：

[1]王英.地鐵信號安裝工程質量缺陷分析及防治措施研究[J].現(xiàn)代城市軌道交通，2019（02）：10-13.

（作者單位：成都地鐵運營有限公司）