[發明專利]一種列車動力系統在線監控故障診斷的系統及其方法

有效

• 申請號: 201410150808.8
• 申請日: 2014-04-15
• 公開（公告）號: CN103901882A
• 公開（公告）日: 2014-07-02
• 發明（設計）人: 王磊;孟苓輝;徐春梅;張鋼;田蓓;周朝陽
• 申請（專利權）人: 北京交通大學
• 主分類號: G05B23/02
• 分類號: G05B23/02
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 朱琨

技術領域

本發明屬于列車故障診斷領域，尤其是涉及一種列車動力系統在線監控故障診斷的系統及其方法。

背景技術

隨著城市軌道交通的快速發展，如何保證列車安全、穩定的運行已是一個重要的課題，而動力系統是列車的一個關鍵子系統，對列車動力系統各狀態量的實時監測及對系統的故障診斷是保證列車可靠運行的關鍵。而傳統的故障診斷方法大多是由人工診斷，費時、費力、準確度及可靠性都很低，從而影響系統的檢修、調試及更換等，而且列車系統錯綜復雜，各子系統及設備之間都存在著干擾使得檢測信號受噪聲干擾而失真，不能真實體現出系統的狀態，并且故障特征不能有效、準確的提取，因此導致傳統的列車故障診斷系統的診斷準確率不是很高，而現有的車載故障診斷系統雖能實時的對列車狀態進行監測，但是故障診斷的正確率也不高。

發明內容

本發明的目的在于，針對目前列車故障診斷準確率低和效率低的問題，提出一種用于列車動力系統在線監控故障診斷的系統及方法。

本發明提出一種列車動力系統在線監控故障診斷的系統，主要包括：列車動力設備、信號檢測單元、信號處理單元、故障診斷單元；其中，列車動力設備包括：牽引電機、牽引變流器、制動電阻；信號檢測單元包括：牽引變流器輸入直流電流傳感器、牽引電機輸入交流電流傳感器、制動電阻輸入直流電流傳感器、制動電阻溫度傳感器；信號處理單位為動力系統信號調理板；故障診斷單元為中心節點；

其中，牽引電機和牽引變流器相連，并且兩者和牽引變流器輸入直流電流傳感器及牽引電機輸入交流電流傳感器相連；制動電阻和牽引變流器相連，并且制動電阻和制動電阻輸入直流電流傳感器及制動電阻溫度傳感器相連；信號檢測單元中的傳感器和信號處理單元中的動力系統信號調理板相連，動力系統信號調理板通過接入節點背板和故障診斷單元中的中心節點相連。

所述系統的動力系統信號調理板包括控制核心、電源、傳感器接口、直流A/D、交流A/D、測溫模塊、以太網、CAN、Modbus、看門狗、實時時鐘、非易失性存儲器、LED顯示、外部板卡接口；

其中，傳感器接口分別通過直流A/D、交流A/D、測溫模塊和控制核心并聯，看門狗、實時時鐘、非易失性存儲器、LED顯示分別和控制核心相連，外部板卡分別通過以太網、CAN、Modbus和控制核心并聯；

其中，控制核心負責整個板卡工作的控制協調以及與接入節點背板的通信管理等工作；電源部分負責將外部輸入的DC24V轉換成DC+15V、DC-15V以及DC5V、DC3.3V和DC1.8V以供給板卡上的負載使用；傳感器接口支持三路交流電流輸入、兩路直流電流輸入以及一路溫度傳感器輸入；外部板卡接口負責經由控制核心的SCI、eCAN、并口的控制，實現信號調理板與Modbus、CAN及以太網的硬件物理層及數據鏈路層接口；看門狗防擾單元負責監控控制核心軟硬件的工作情況，當軟件異?；蛴布收蠒r，強行復位控制核心，使其工作過程導向可知的安全狀況；實時時鐘負責提供信號調理板上的時間信息；非易失性存儲器中儲存板卡工作的時間范圍、工作狀況、故障特征及其時間點基本的配置和特征信息。

所述系統通過傳感器獲得動力系統各設備相關的狀態量，然后經過動力系統信號調理板對信號進行數字濾波、小波降噪，完成對噪聲信號的消除，提取出有用的信號，然后采用小波算法完成小波能量譜的特征提取，把每個子系統的特征量輸入相應的子網絡進行故障診斷，然后將各子網絡的診斷結果在中心節點進行融合，初步完成故障診斷，最后將各子網絡的診斷結果進行模糊融合，完成對故障的最終定位與診斷。

所述系統的信號檢測單元，只需要檢測牽引變流器和電機的電壓、電流、溫度狀態量，優化了傳感器配置及故障特征量的維數。

所述系統的信號處理單元，完成了對檢測信號的數字濾波及降噪，提高信號的魯棒性和信噪比，實現了高可信復合濾波及故障特征的準確、有效提取功能。

所述系統的信號處理單元主要是通過信號調理板來完成的，其主要負責信號的魯棒性調理和初步特征提取過程，以及故障初步特征和特征量檢測數據的上傳工作。

本發明提出一種列車動力系統在線監控故障診斷的方法，主要包括：

步驟1，首先是信號檢測及預處理，將電壓、電流及溫度傳感器獲得的信號進行A/D采樣，將模擬信號轉化為數字信號，然后對信號進行數字濾波及小波降噪；