1、都市快軌交通第21卷第4期2008年8月4。-機電工程. 廣州地鐵1號線車輛在線安全監(jiān)測系統(tǒng)勞建江(廣州市地下鐵道總公司廣州5114360摘要廣州地鐵1號線車輛在線安全監(jiān)測系統(tǒng)綜合 了國內(nèi)多種車輛在線監(jiān)測技術(shù),進行了很多富有針對 性的開發(fā),并在異響檢測方面進行了大膽嘗試。根據(jù) 地鐵線路短、車輛種類單一、行車密集的特點,將平輪、 溫度、異響等檢測技術(shù)進行集成開發(fā);根據(jù)實際檢修需 要,對轉(zhuǎn)向架、車輪、軸箱、車鈞、受電弓等部件的質(zhì)量 狀況進行監(jiān)控;并根據(jù)地鐵公司檢修運作模式,對檢測 平臺進行專門設(shè)計。關(guān)鍵詞 廣州地鐵在線安全監(jiān)測 檢測技術(shù)平輪 檢測溫度檢測異響檢測車輛機械部件故障出現(xiàn)的前期往往比較隱

2、蔽,很 難在日常檢修中檢查出來,但這些故障一旦發(fā)展到一 定程度,就可能導(dǎo)致車毀人亡,后果難以設(shè)想。為將車 輛機械部件故障消滅在萌芽階段,車輛在線安全監(jiān)測 系統(tǒng)應(yīng)運而生。廣州地鐵在2000年就開始了車輛在線監(jiān)測系統(tǒng) 的研究,并積極借鑒國外同行的經(jīng)驗,結(jié)合實際情況進 行技術(shù)創(chuàng)新,與廣州復(fù)旦奧特科技股份有限公司合作, 于2005年開發(fā)出“廣州地鐵l號線車輛在線安全監(jiān)測 系統(tǒng)”。該系統(tǒng)技術(shù)先進、功能齊全,且在系統(tǒng)集成技 術(shù)和異響檢測等方面進行了一系列大膽的嘗試。1系統(tǒng)主要功能“車輛在線安全監(jiān)測系統(tǒng)”能對運行中的地鐵車輛 走行部等重要部件的主要運動狀態(tài)進行實時跟蹤監(jiān) 測,具備以下功能:(1輪對踏面平輪檢

3、測自動判別通過車輛的 踏面平輪故障;(2軸承溫度檢測自動判別軸承溫度是否異常;作者簡介:勞建江,男。工程師,從事地鐵車輛維修技術(shù)和管理工作。 Iaojianjiang(3車鉤溫度檢測自動判別車鉤溫度是否 異常;(4走行部異響檢測自動判別車輛走行部聲 響是否異常;(5受電弓異響檢測自動判別受電弓接觸網(wǎng) 不良異響;(6車號識別功能對來車車號進行識別,供 系統(tǒng)進行信息管理;(7web瀏覽功能使用人員可以方便地在公 司內(nèi)部網(wǎng)瀏覽各種檢測信息。車輛在線監(jiān)測系統(tǒng)適應(yīng)行車速度:1080kIn/h, 能自動判別列車運行方向、識別列車車號、測速和計輛 計軸,并能在地鐵運行的最惡劣條件下保證正常工作; 系統(tǒng)可實現(xiàn)

4、長期無人值守、自動進行數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù) 管理、遠程監(jiān)控和遠程自動聲音報警等功能;系統(tǒng)利用 現(xiàn)有地鐵內(nèi)部電話線路和網(wǎng)絡(luò)線路,最大限度地實現(xiàn) 數(shù)據(jù)資源共享,公司內(nèi)部所有授權(quán)用戶都能方便地瀏 覽和下載系統(tǒng)數(shù)據(jù)。2系統(tǒng)主要硬件構(gòu)成鐵路線路長,車輛運行工況復(fù)雜多樣,往往一個系 統(tǒng)只負責一項監(jiān)測功能,探測儀器沿著線路多處鋪設(shè), 投入比較大;地鐵線路短,車輛種類單一,行車密集。 我們根據(jù)這些特點,只設(shè)置一個探測點,但多項探測功 能都在一個探測平臺上集成設(shè)計,大大減少了項目投 入,同時又增強了系統(tǒng)功能。本系統(tǒng)主要構(gòu)成為:軌邊 傳感器、前置探測站、數(shù)據(jù)服務(wù)器、wEB服務(wù)器,其網(wǎng) 絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。2.1軌邊傳感器

5、軌邊傳感器設(shè)置在芳村一花地灣下行線處長度約 50m范圍內(nèi),包括:車號識別天線。1個,用于識別 車號;車輪傳感器,由Mo、M1、M2三個磁鋼組成,用 、”k”;_uR隊N RAPlD RL TRANsIT 71都市快軌交通第21卷第4期2008年8月圖1系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖于探測來車信號,觸發(fā)系統(tǒng),并可以用于計軸計速; 振動傳感器,左右兩股軌道各4個,用于測量車輪振 動;溫度傳感器,由T1、T2、T3三個紅外溫度傳感器 組成,測量軸承溫度和車鉤溫度;環(huán)境溫度探測箱, 用于探測環(huán)境溫度;聲音傳感器,安裝于進行了消音 處理的隧道壁上,用于探測走行部和受電弓聲音。 2.2前置探測站前置探測站位于軌邊傳感器區(qū)

6、域附近,主要設(shè)備 為前置機和NI數(shù)據(jù)采集計算機,用于數(shù)據(jù)采集,其數(shù) 據(jù)傳送至數(shù)據(jù)服務(wù)器。2.3數(shù)據(jù)服務(wù)器數(shù)據(jù)服務(wù)器設(shè)置在芳村站站臺,用于數(shù)據(jù)分析和 存儲,其數(shù)據(jù)傳送至web服務(wù)器。2.4檢修調(diào)度(DCC的Web服務(wù)器檢修調(diào)度(DCc的web服務(wù)器設(shè)置在西朗車輛 段檢修調(diào)度處,能將數(shù)據(jù)報表形成網(wǎng)頁,供公司內(nèi)部網(wǎng) 訪問,并對數(shù)據(jù)服務(wù)器和NI數(shù)據(jù)采集計算機遠程監(jiān)控 和數(shù)據(jù)下載。3主要檢測技術(shù)3.1車號識別車號探測設(shè)備由電子標簽、射頻天線、讀出裝置和 車號網(wǎng)關(guān)組成。安裝在車底的電子標簽隨著列車通過 微波天線上方時,獲得特定能量的微波輻射,然后將微 波能量轉(zhuǎn)化存儲為足夠標簽工作所需的電能,將車號 信息發(fā)

7、送給微波天線,供系統(tǒng)進行信息管理。系統(tǒng)工 作頻點要和列車信號系統(tǒng)頻點區(qū)分,本系統(tǒng)所用頻點 為910.10、912.10、914.10MHz。3.2平輪檢測車輪踏面發(fā)生擦傷和剝離后形成平輪,平輪運動 過程中能對鋼軌產(chǎn)生周期性沖擊,其周期正好與車輪 轉(zhuǎn)動周期相當,且平輪越深,撞擊產(chǎn)生的加速度越大, 平輪探測就是靠安裝在軌道上的壓電式加速度傳感72uRBAN RAPID RAlL TRANsIT 器,準確測量輪軌撞擊后鋼軌的振動加速度,結(jié)合車輛 速度、車重等多項特征量,通過專業(yè)分析軟件,可以比 較準確地分析出平輪深度。振動探測區(qū)如圖2所示,探測區(qū)距離為5.6m,8個振動傳感器(L1L4、R1一R4在

8、探測區(qū)左右兩側(cè)對 稱分布,用專用夾具固定在鋼軌側(cè)下方,車輪傳感器 (M1、M2則可以測量車輪通過探測區(qū)的速度,平輪撞 擊信號在探測區(qū)內(nèi)起碼出現(xiàn)2次以上。系統(tǒng)最小測量 平輪深度為0.2mm,測量誤差小于O.2mm。圖2振動探測區(qū)3.3溫度檢測物體在絕對零度以上都有相應(yīng)于溫度的能量輻 射,絕對黑體表面輻射的全部能量與其表面絕對溫度r 的4次方成正比,通過檢測黑體輻射能量即可求出溫 度。當溫度在常溫乃至幾千K時,輻射光譜主要在紅 外波段,因此,檢測特定紅外波段的輻射能量即可得到 物體的溫度,利用這一原理制成的設(shè)備即是輻射紅外 測溫設(shè)備。該系統(tǒng)采用鐵路部門應(yīng)用成熟的第二代紅 外溫度傳感器,系統(tǒng)能根據(jù)不

9、同的標準,判別溫度是否 超出允許范圍,是否發(fā)生突變,并按照微熱、強熱、激熱 三個等級預(yù)報。溫度檢測精度小于等于±3。3.4異晌檢測噪聲的頻域分布、強度等特征與車輛結(jié)構(gòu)特征有 密切關(guān)系,車輛部件出現(xiàn)故障時均會引起噪聲強度或 噪聲頻譜結(jié)構(gòu)的變化。該系統(tǒng)在精確測量聲音各種特 征量后,能將其參數(shù)定量化、數(shù)據(jù)化,并以此綜合評價 車輛的結(jié)構(gòu)特性,及時發(fā)現(xiàn)聲音狀態(tài)的突變。專家數(shù) 據(jù)庫建立后,還能通過頻域分析和聲學模型對比,判斷 故障原因及故障位置。聲音測量精度為±1dB。系統(tǒng) 提供了以下幾種聲音信號分析技術(shù)。3.4.1時域分析對聲音信號的原始記錄波形(時域信號髫(f進 行分析,常用的特征

10、參量有:有效值、峰值、波峰因子等 統(tǒng)計參數(shù)。通過這些參數(shù)的分析,可得出聲音信號的 廣州地鐵號線車輛在線安全監(jiān)測系統(tǒng)總體幅值水平、平穩(wěn)性等評價指標。由于列車不同部 位是按時間順序通過測量點的,所以也可以得出列車 不同部位的聲強圖。 3.4.2頻域分析聲音頻譜與聲源的結(jié)構(gòu)特性緊密關(guān)聯(lián),因此可以 通過噪聲頻譜結(jié)構(gòu)分布迸一步確定噪聲源。噪聲頻域信號髫與時域信號并(f互為傅里葉變換關(guān)系,即菇:f”髫(ej2動.dt 菇=I 髫(ej2動dJ一對于數(shù)字信號處理,可利用快速傅里葉變換(FFr 實現(xiàn)信號變換。噪聲頻譜分析技術(shù)又分為幅值譜分析、 功率譜分析、倒頻譜分析等不同技術(shù)手段。在FFr分析 基礎(chǔ)上,可以實

11、現(xiàn)倍頻程分析。在正常情況下,列車同 一部位噪聲的主要頻譜信息是比較穩(wěn)定的,異響具有 特殊的頻譜特征,通過與異響專家數(shù)據(jù)庫中的聲學模 型對比,可以判斷是否存在安全隱患或異常響聲。 3.4.3趨勢分析噪聲趨勢分析技術(shù)是一種非常有效的分析診斷手 段,趨勢分析的特征變量可以是時域參量(峰值,有效 值,也可以是其他特征參數(shù)(如某一頻段的有效聲 能。系統(tǒng)能保存3個月的歷史數(shù)據(jù),通過對比不同時 間段的某個特征量,發(fā)現(xiàn)異常聲音變化。此外,還有聲強一速度相關(guān)分析、聲強雨流分析等 分析技術(shù)。由于目前國內(nèi)聲音故障分析技術(shù)仍不成 熟,本系統(tǒng)建成后,雖然具備了較強的數(shù)據(jù)采集功能和 分析功能,但異響的準確識別仍需要更完善

12、的聲學模 型和異響專家數(shù)據(jù)庫進行支持。 3.4數(shù)據(jù)處理技術(shù)系統(tǒng)統(tǒng)一采用國際上最成熟的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 美國國家儀器有限公司的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)采 集,用其專用的hbVIEw軟件作為采集系統(tǒng)開發(fā)平 臺,具有強大的穩(wěn)定性和兼容性。系統(tǒng)采用SQLSenrer2000作為數(shù)據(jù)庫及數(shù)據(jù)管理軟件平臺,用Mic咖舳VC6.0作為數(shù)據(jù)分析工具的開發(fā)語言,對各種功能進 行模塊化設(shè)計,嵌入數(shù)據(jù)分析及系統(tǒng)管理軟件中,各種 經(jīng)過分析和處理的信息最后匯總到客戶端,用符合地 鐵公司管理需要的web界面向用戶展示。雖然系統(tǒng)各功能模塊的數(shù)據(jù)分析方法各不相同, 但由于采用了統(tǒng)一的采集硬件、統(tǒng)一的開發(fā)平臺、統(tǒng) 一的軟件構(gòu)架和流程、

13、統(tǒng)一的信息管理方式,從而實 現(xiàn)了系統(tǒng)功能強、使用簡便等特點,同時具有可擴展 性,今后若需要增加系統(tǒng)功能,只需添加相應(yīng)模塊即可。4結(jié)語廣州地鐵1號線“車輛在線安全監(jiān)測系統(tǒng)”是我 國鐵路車輛在線安全檢測技術(shù)在地鐵中的運用,該系 統(tǒng)針對地鐵特點進行了專門的開發(fā)設(shè)計,采用了系統(tǒng) 集成技術(shù)。系統(tǒng)功能齊全,基本涵蓋了目前國內(nèi)已廣 泛使用的各種車輛在線檢測技術(shù)。此外,在聲音檢測 方面還進行了一些大膽的嘗試。系統(tǒng)運行穩(wěn)定、檢測 精確、報警及時,目前已成為廣州地鐵l號線安全運營 的強大保障。參考文獻1王元慶.新型傳感器原理及應(yīng)用M.北京:機械工業(yè)出版社.2003.2嚴雋耄.車輛工程M.北京:中國鐵道出版社,19

14、99. 3廣州市地下鐵道總公司,廣州復(fù)旦奧特科技股份有限公司.廣州地鐵一號線“車輛在線安全監(jiān)測系統(tǒng)”研制報告 R.廣州,2005.4蔣本珊.計算機組成原理與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)M.北京:北京航空航天大學出版社.2000.5陳世和.車輛修造工藝與設(shè)備M.北京:中國鐵道出版社.1999.on-line Vellicle SecurityMoIlitor System of Guangzhou MetroLine 1I盤o Jianji舢喀(Gu鋤gzh伽MetmCo唧ration,Gu鋤鏟hou511436AbsI曬ct:The一l址vehicles枷y劬mitof syst鋤of Gu鋤乎hou n俄ro

15、L硫l缸唧tes se、,erallo血or t耐molo西鶴“China.This syst鋤rri銘outammib貿(mào)of spccial exploitation鋤d actualj曉es omterprising e印eriIIl鋤t ailniIlg at曲nomlalnoise moIlitor.B鸛。d鯽the chamct耐stics of short lin髓,siIl出type of vehiclcs趾d dense t瑚【velillg of trajns of the metro,thissyst鋤inte孽at器thet劬nologiesof fl越wheeI mon

16、itor,t即叩eraturc Initor鋤d咖lomal noise monitor.This systeIIl monito璐 thc st砒e ofb0咖,whI,a出box,uph瓤dp觚to腳hb硒edonthe therequ眈砥mtsof nlainten觚ce.Accordingtotheop啪tiDnmode of Gum乎hou mctro,special desi伊has bem done f.0ramonit硎ng platforIn.1【eywords:G啪孕hou met:ro;On-ljnesecIlmy moIlitor;monitor technology;flat wheel m砌tor;t鋤叩eratu托monitor;abnOmlalnoisen踟itar腫”坩“wm”m自州uRBAN RAPID RAIL 1RANsIT73-一J_"、- 廣州地鐵1號線車輛在線安全監(jiān)測系統(tǒng)作者:勞建江 , Lao Jianjiang作者單位:廣州市地下鐵道總公司,廣州,5114360刊名:都市快軌交通英文刊名:URBAN RAPID RAIL T