CN109532949B - 铁路道岔转换过程分析评估系统 - Google Patents
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Abstract
铁路道岔转换过程分析评估系统，所述系统包括有：电流曲线采集模块、电压曲线采集模块、功率曲线采集模块、中央处理模块及状态显示模块；本发明将传统需要由经验的维修人员才能人工识别的过程和结果，降低到只需要用户浏览分析数据的技能要求，一般维修人员简单培训就能学会，降低了道岔数据分析人员培训成本。道岔转换过程中，每一个过程的正常、异常和故障状态。精确到每一组道岔各条曲线解锁、转换、锁闭某一个过程的状态，提高了判断精确度，有利于精准维修。节约了人力，降低了劳动强度。
Description
技术领域
涉及到铁路道岔的安全监测技术领域，尤其是涉及到ZYJ7型道岔转换过程中的健康状态监测方面改进。
背景技术
铁路上的ZYJ7型道岔，也称之为“提速道岔”，是中国铁路广泛运用的道岔类型。铁路电务部、电务处、电务段等电务部门主要负责道岔转换运用，线路上的钢轨部分由铁路工务部分负责。为了减少道岔故障的发生，提前分析道岔状态，近年来，部分电务段、电务车间还设置了“分析室”。组织有经验的维修人员进行人工分析，存在人力成本高。
道岔转换过程当前主要由道岔转换液压系统来执行完成，而道岔转换液压系统工作的液压由三相交流电动机驱动，三相交流电动机的3组电流变化数值，是道岔动作过程中，转换力变化的直接反映；道岔转换由三相交流电动机驱动液压系统过程中，由电压和电流计算到道岔动作过程中的功率曲线是转换力变化的综合性反映，而现有监测系统未对道岔转换的解锁、转换和锁闭三个过程的电流曲线和功率曲线分别区分采集，而只是简单地将三相交流电动机驱动工作过程中的电流曲线和电压曲线原原本本直接显示出来，无法给维修人员提供道岔异常状态提示，不具备智能化管理，转换过程遇到的情况不同，曲线形态、长短各异，种类各异，难以掌握。
虽然有经验的维修人员能通过电流曲线和功率曲线形态准确判断道岔转换的解锁、转换和锁闭三个过程的区分；特别有经验的维修人员可以从曲线形态判别道岔故障、异常和正常三种情况；结合道岔安装地点、维修现状、天气变化等，甚至可以判断道岔出现问题的大致原因，但人力经验因素依赖性强，不利于推广应用。
发明内容
综上所述，本发明的目的在于解决现有的道岔状态监测管理系统，存在人力成本高，智能化程度低，无法实现故障前及时进行故障预警提醒，人力经验因素依赖性强，不利于推广应用等技术问题，而提出一种铁路道岔转换过程分析评估系统。
为解决本发明所提出的技术问题，采用的技术方案为：
铁路道岔转换过程分析评估系统，其特征在于所述系统包括有：电流曲线采集模块、电压曲线采集模块、功率曲线采集模块、中央处理模块及状态显示模块；其中，电流曲线采集模块，采集道岔转换过程中的电流曲线信号，并输出至功率曲线采集模块和中央处理模块；电压曲线采集模块，采集道岔转换过程中的电压曲线信号，并输出至功率曲线采集模块；功率曲线采集模块，接收电流曲线采集模块输出的电流曲线信号和电压曲线采集模块输出的电压曲线信号，并根据所述的电流曲线信号和电压曲线信号计算转换后，输出道岔转换过程中的功率曲线信号至中央处理模块；中央处理模块，接收并存储电流曲线采集模块输出的电流曲线信号和功率曲线采集模块输出的功率曲线信号，将电流曲线信号和功率曲线信号分段出与解锁、转换和锁闭三个过程对应的区段后与中央处理模块内预设的各过程对应的正常状态参数分别分析比对后，对解锁、转换和锁闭三个过程对应区段的电流曲线区段信号和功率曲线区段信号分别写入正常、异常或故障状态标记后输出至状态显示模块；电流曲线信号和功率曲线信号分段出与解锁、转换和锁闭三个过程方法是：
（1）、选定的10条以上包含有启动、解锁、转换、锁闭及复原五个过程的标准电流和功率参考曲线，以时间顺序进行分段，分别提取出这五个过程的曲线数据起伏变化特征，作为正常状态参数预存在中央处理模块中作为比对参照依据；
（2）中央处理模块对新接收的电流曲线信号和功率曲线信号，先判定电流曲线信号和功率曲线信号整体是否具有参考曲线的整体起伏特征；判定方法为，电流曲线信号和功率曲线信号中各个顺序排列的两个数据点之间的数值大小变化，是否符合正常状态参数的数值大小变化特点，相邻两个数据点相减的绝对值Xn=|xn+1-xn|，组成一个序列X1,X2...Xn...Xm(n,m为数据点的序号，这个序列值的大小变化应与正常状态参数的序列有95%以上的相似性；
（3）中央处理模块再对新接收的电流曲线信号和功率曲线信号与正常状态参数曲线的启动、解锁、转换、锁闭及复原五个过程的标准电流和功率参考曲线各自特征对比，求出各段曲线的分界点，从而得出5段分别与启动、解锁、转换、锁闭及复原五个过程对应，且有时间先后顺序的曲线；
（4）按时间顺序对启动、解锁、转换、锁闭及复原五个过程对应的每一段曲线的数据点进行分析，若数据点数值起伏变化与正常状态参数曲线相似度大于等于95%则为正常；若大于50%且低于85%，系统认为转换中的这个过程有异常，处于亚健康状态；若低于50%，则认为出现了故障，对各状态分别写入相应的状态标记后输出至状态显示模块；
状态显示模块，用于对中央处理模块输出的道岔转换的解锁、转换和锁闭三个过程对应的电流曲线区段信号和功率曲线区段信号对应的数据值及状态标记进行显示提醒。
作为对本发明作进一步限定的技术方案还包括有：
所述的电流曲线采集模块包括有通过霍尔传感器分别采集道岔转换液压系统的三相交流电动机的A相、B相和C相在道岔解锁、转换和锁闭三个过程中的电流曲线信号的三组电流采集单元，每组电流采集单元分别输出一条独立的电流曲线信号至功率曲线采集模块和中央处理模块。
所述的电压曲线采集模块包括有分别采集道岔转换液压系统的三相交流电动机的A相、B相和C相在道岔解锁、转换和锁闭三个过程中的电压曲线信号的三组电压采集单元，每组电压采集单元分别输出一条独立的电压曲线信号至功率曲线采集模块。
所述的状态显示模块的显示界面上至少同时显示最近两次道岔转换过程中的解锁、转换和锁闭三个过程中的电流曲线区段信号和功率曲线区段信号的对应的数据值和状态标记。
所述的中央处理模块还连接有报警系统，在中央处理模块对电流曲线区段信号或功率曲线区段信号写入异常或故障状态标记的同时，向报警系统提供报警激活信号。
所述的正常、异常和故障状态标记在状态显示模块分别以绿色背景标识曲线段、黄色背景标识曲线段及红色背景标识曲线段进行显示。
本发明的有益效果为：本发明将传统需要由经验的维修人员才能人工识别的过程和结果，降低到只需要用户浏览分析数据的技能要求，一般维修人员简单培训就能学会，降低了道岔数据分析人员培训成本。道岔转换过程中，每一个过程的正常、异常和故障状态。精确到每一组道岔各条曲线解锁、转换、锁闭某一个过程的状态，提高了判断精确度，有利于精准维修。本发明实现智能化管理，在无人浏览的情况下，系统对异常和故障的转换过程进行提醒。无需人工持续盯控，系统自动提醒转换中的异常和故障，维修人员无需关注大量的正常数据，只需重点关注少量的异常数据和个别的故障数据即可，节约了人工持续盯控的人力和工作量，节约了人力，降低了劳动强度。实现了道岔故障之前的“亚健康”警示，有利于提前采取措施，在道岔发生故障之前进行处置，防止故障发生，避免影响行车。对指导铁路ZYJ7型道岔日常维修，及对其它类型的铁路道岔维修也有参考意义。
附图说明
图1为本发明的系统结构示意图；
图2为道岔一次转换过程中的电流和功率曲线图。
具体实施方式
以下结合附图和本发明优选的具体实施例对本发明的作进一步地说明。
参照图2中所示，铁路上ZYJ7+SH6型交流液压道岔，正常转换分五个阶段，分别是：启动、解锁、转换、锁闭和复原五个过程，道岔1DQJ继电器励磁后电流曲线采集模块开始记录电流曲线，1DQJ继电器落下后监测完成曲线记录。
⑴启动：1DQJ继电器励磁吸起，2DQJ极性保持继电器转极，1DQJF继电器励磁吸起，大概相380V电源送至三相交流电动机，使三相交流电动机转动，此阶段曲线如图2第①部分。
⑵解锁：以定操反为例，三相交流电动机启动成功后，三相交流电动机经联轴器带动油泵顺时针方向旋转，由于活塞杆固定不动,使油缸向右动作，油缸侧面的推板接触反位锁块后，油缸继续向前移动时通过推板和反位锁块带动动作杆向右移动，同时定位锁块开始解锁，当油缸走完解锁动程后，反位锁块和定位锁块处于锁闭铁和推板的间隙内。油缸带动动作杆带动锁钩移动，通过尖轨连接铁使斥离尖轨向密贴方向移动；同时对于密贴尖轨，锁闭杆凸台滑入锁钩缺口，密贴尖轨解锁，两尖轨同时移动。此阶段曲线如图2第②部分。
⑶转换：两尖轨继续同时移动，原斥离尖轨密贴并准备锁闭，原密贴尖轨继续移动；油缸继续通过推板和锁块带动动作杆移动，当动作杆继续移动到锁块与锁闭铁的锁闭面将要作用时，开始进入锁闭过程。此阶段曲线如图2第③部分。
⑷锁闭：动作杆继续向右移动15.2mm，将反位锁块推入锁闭铁的反位锁闭面，反位尖轨密贴于基本轨，此时动作杆的行程为7.6mm，因此，在尖轨密贴时，动作杆上的转换力可增加一倍，当尖轨密贴于基本轨后，油缸继续向右移动，动作杆不动作，油缸侧面的推板进入反位锁块的锁闭面，进入锁闭状态。当油缸向右移动，动作板的斜面推动接点组转换，断开原表示接点。当尖轨密贴于基本轨后，油缸继续向前移动接近锁闭时，接点组的启动片在接点组拉簧的动作下快速掉入动作板上速动片圆弧内，快速切断电源，接通反位表示，同时锁闭柱插入锁闭杆缺口内，锁闭尖轨。此阶段曲线如图2第③部分。
⑸复原：当道岔转换到位锁闭后并且表示缺口正确，自动开闭器第一排动接点组迅速打入第二排静接点内，从而切断了三相交流电动机的动作电路，断相保护器BHJ落下，1DQJ继电器缓放，最后1DQJF继电器落下，启动控制电路复原，然而给出相应的道岔表示。此阶段曲线如图2第③部分。
参照图1中所示，本发明铁路道岔转换过程分析评估系统，包括有：电流曲线采集模块、电压曲线采集模块、功率曲线采集模块、中央处理模块及状态显示模块。
电流曲线采集模块，采集道岔转换在启动、解锁、转换、锁闭和复原五个过程中的电流曲线信号，并输出至功率曲线采集模块和中央处理模块；由于道岔转换液压系统工作的液压一般由三相交流电动机驱动，为了更加精准地将三相交流电机每一相的电流曲线各过程的健康状态独立展示给维修人员，所述的电流曲线采集模块包括有通过霍尔传感器分别采集道岔转换液压系统的三相交流电动机的A相、B相和C相在道岔在启动、解锁、转换、锁闭和复原五个过程中的电流曲线信号的三组电流采集单元，每组电流采集单元分别输出一条独立的电流曲线信号至功率曲线采集模块和中央处理模块。
电压曲线采集模块，采集道岔转换在在启动、解锁、转换、锁闭和复原五个过程中的电压曲线信号，并输出至功率曲线采集模块；同样，为了更加精准地将三相交流电机每一相的功率曲线各过程的健康状态独立展示给维修人员，所述的电压曲线采集模块包括有分别采集道岔转换液压系统的三相交流电动机的A相、B相和C相在道岔在启动、解锁、转换、锁闭和复原五个过程中的电压曲线信号的三组电压采集单元，每组电压采集单元分别输出一条独立的电压曲线信号至功率曲线采集模块。
功率曲线采集模块，接收电流曲线采集模块输出的电流曲线信号和电压曲线采集模块输出的电压曲线信号，并根据所述的电流曲线信号和电压曲线信号计算转换后，输出道岔转换在在启动、解锁、转换、锁闭和复原五个过程中的功率曲线信号至中央处理模块；功率曲线采集模块主要根据三相交流电机三相电压、电流，通过功率公式计算，合成道岔功率曲线。道岔功率曲线是道岔动作过程中，转换力变化的综合性反映，与道岔电流曲线一起，是维修人员分析道岔转换过程是否正常的主要依据。
中央处理模块，接收并存储电流曲线采集模块输出的电流曲线信号和功率曲线采集模块输出的功率曲线信号，将电流曲线信号和功率曲线信号分段出与在启动、解锁、转换、锁闭和复原五个过程对应的区段，而后与中央处理模块内预设的各过程对应的正常状态参数分别分析比对，根据分析比对结果对在启动、解锁、转换、锁闭和复原五个过程对应的区段的电流曲线区段信号和功率曲线区段信号分别写入正常、异常或故障状态标记后输出至状态显示模块。根据需要，也可以只对解锁、转换和锁闭三个过程对应的区段与正常状态参数分别分析比对；电流曲线信号和功率曲线信号分段出与启动、解锁、转换、锁闭和复原五个过程对应的曲线区段的方法：
（1）、选定的10条以上包含有启动、解锁、转换、锁闭及复原五个过程的标准电流和功率参考曲线，以时间顺序进行分段，分别提取出这五个过程的曲线数据起伏变化特征，作为正常状态参数预存在中央处理模块中作为比对参照依据；一组道岔每一次转换包括动作电流曲线和功率曲线共2条，转换过程中两条曲线各个数据点在时间上是一一对应。
（2）中央处理模块对新接收的电流曲线信号和功率曲线信号，先判定电流曲线信号和功率曲线信号整体是否具有参考曲线的整体起伏特征；判定方法为，电流曲线信号和功率曲线信号中各个顺序排列的两个数据点之间的数值大小变化，是否符合正常状态参数的数值大小变化特点，相邻两个数据点相减的绝对值Xn=|xn+1-xn|，组成一个序列X1,X2...Xn...Xm(n,m为数据点的序号，这个序列值的大小变化应与正常状态参数的序列有95%以上的相似性；
（3）中央处理模块再对新接收的电流曲线信号和功率曲线信号与正常状态参数曲线的启动、解锁、转换、锁闭及复原五个过程的标准电流和功率参考曲线各自特征对比，求出各段曲线的分界点，从而得出5段分别与启动、解锁、转换、锁闭及复原五个过程对应，且有时间先后顺序的曲线；
（4）按时间顺序对启动、解锁、转换、锁闭及复原五个过程对应的每一段曲线的数据点进行分析，若数据点数值起伏变化与正常状态参数曲线相似度大于等于95%则为正常；若大于50%且低于85%，系统认为转换中的这个过程有异常，处于亚健康状态；若低于50%，则认为出现了故障，对各状态分别写入相应的状态标记后输出至状态显示模块；
按照（4）逻辑，若前一段曲线相似度低于50%，后续曲线相似度大于50%的可能性极低。这与道岔动作过程中，前一个阶段故障，后一个阶段将不太可能正常继续正常转换相符合。按照（4）逻辑，大于50%且低于85%，系统认为转换中的这个过程有异常，处于亚健康状态，后续曲线相似度大于50%的可能性较大。有两种可能，一种是后续阶段曲线相似度可能提高，虽然转换中有异常，但道岔勉强转换完毕；另一种是后续阶段曲线相似度可能继续降低，道岔无法转换完毕。这与道岔动作过程中，前一个阶段有异常，但未发生故障，处于“亚健康”状态，后一个阶段也可能继续转换完毕相符合。
状态显示模块，用于对中央处理模块输出的道岔转换的解锁、转换和锁闭三个过程对应的电流曲线区段信号和功率曲线区段信号对应的数据值及状态标记进行显示提醒。所述的状态显示模块的显示界面上至少同时显示最近两次道岔转换过程中的解锁、转换和锁闭三个过程中的电流曲线区段信号和功率曲线区段信号的对应的数据值和状态标记。正常、异常和故障状态标记在状态显示模块分别以绿色背景标识曲线段、黄色背景标识曲线段及红色背景标识曲线段进行显示，也即是道岔转换的解锁、转换和锁闭三个过程中任何一个过程有故障，道岔电流和功率用户界面上均用红色背景标识曲线段。道岔转换的解锁、转换和锁闭三个过程中任何一个过程有异常但尚未故障，道岔电流和功率用户界面上均用黄色背景标识曲线段。道岔转换的解锁、转换和锁闭三个过程中任何一个过程无异常，道岔电流和功率用户界面上均用绿色背景标识曲线段。
为了更进一步减轻人工持续盯控，中央处理模块还连接有报警系统，在中央处理模块对电流曲线区段信号或功率曲线区段信号写入异常或故障状态标记的同时，对处于异常或者故障状态的曲线，弹出报警对话框提示维修人员，向报警系统提供报警激活信号。报警系统可以采用本地语音报警提醒，也可采用向预设手机号或智能终端上的App中进行报警提醒。
Claims (5)
1.铁路道岔转换过程分析评估系统，其特征在于所述系统包括有：电流曲线采集模块、电压曲线采集模块、功率曲线采集模块、中央处理模块及状态显示模块；其中，
电流曲线采集模块，采集道岔转换过程中的电流曲线信号，并输出至功率曲线采集模块和中央处理模块；
电压曲线采集模块，采集道岔转换过程中的电压曲线信号，并输出至功率曲线采集模块；
功率曲线采集模块，接收电流曲线采集模块输出的电流曲线信号和电压曲线采集模块输出的电压曲线信号，并根据所述的电流曲线信号和电压曲线信号计算转换后，输出道岔转换过程中的功率曲线信号至中央处理模块；
中央处理模块，接收并存储电流曲线采集模块输出的电流曲线信号和功率曲线采集模块输出的功率曲线信号，将电流曲线信号和功率曲线信号分段出与解锁、转换和锁闭三个过程对应的区段后与中央处理模块内预设的各过程对应的正常状态参数分别分析比对后，对解锁、转换和锁闭三个过程对应区段的电流曲线区段信号和功率曲线区段信号分别写入正常、异常或故障状态标记后输出至状态显示模块；电流曲线信号和功率曲线信号分段出与解锁、转换和锁闭三个过程方法是：
（1）、选定的10条以上包含有启动、解锁、转换、锁闭及复原五个过程的标准电流和功率参考曲线，以时间顺序进行分段，分别提取出这五个过程的曲线数据起伏变化特征，作为正常状态参数预存在中央处理模块中作为比对参照依据；
（2）中央处理模块对新接收的电流曲线信号和功率曲线信号，先判定电流曲线信号和功率曲线信号整体是否具有参考曲线的整体起伏特征；判定方法为，电流曲线信号和功率曲线信号中各个顺序排列的两个数据点之间的数值大小变化，是否符合正常状态参数的数值大小变化特点，相邻两个数据点相减的绝对值Xn=|xn+1-xn|，组成一个序列X1,X2...Xn...Xm，n,m为数据点的序号，这个序列值的大小变化应与正常状态参数的序列有95%以上的相似性；
（3）中央处理模块再对新接收的电流曲线信号和功率曲线信号与正常状态参数曲线的启动、解锁、转换、锁闭及复原五个过程的标准电流和功率参考曲线各自特征对比，求出各段曲线的分界点，从而得出5段分别与启动、解锁、转换、锁闭及复原五个过程对应，且有时间先后顺序的曲线；
（4）按时间顺序对启动、解锁、转换、锁闭及复原五个过程对应的每一段曲线的数据点进行分析，若数据点数值起伏变化与正常状态参数曲线相似度大于等于95%则为正常；若大于50%且低于85%，系统认为转换中的这个过程有异常，处于亚健康状态；若低于50%，则认为出现了故障，对各状态分别写入相应的状态标记后输出至状态显示模块；
状态显示模块，用于对中央处理模块输出的道岔转换的解锁、转换和锁闭三个过程对应的电流曲线区段信号和功率曲线区段信号对应的数据值及状态标记进行显示提醒；中央处理模块根据分析比对结果对在启动、解锁、转换、锁闭和复原五个过程对应的区段的电流曲线区段信号和功率曲线区段信号分别写入正常、异常或故障状态标记后输出至状态显示模块。
2. 根据权利要求1所述的铁路道岔转换过程分析评估系统，其特征在于: 所述的电流曲线采集模块包括有通过霍尔传感器分别采集道岔转换液压系统的三相交流电动机的A相、B相和C相在启动、解锁、转换、锁闭和复原五个过程中的电流曲线信号的三组电流采集单元，每组电流采集单元分别输出一条独立的电流曲线信号至功率曲线采集模块和中央处理模块。
3. 根据权利要求2所述的铁路道岔转换过程分析评估系统，其特征在于: 所述的电压曲线采集模块包括有分别采集道岔转换液压系统的三相交流电动机的A相、B相和C相在道岔启动、解锁、转换、锁闭和复原五个过程中的电压曲线信号的三组电压采集单元，每组电压采集单元分别输出一条独立的电压曲线信号至功率曲线采集模块。
4. 根据权利要求1所述的铁路道岔转换过程分析评估系统，其特征在于: 所述的中央处理模块还连接有报警系统，在中央处理模块对电流曲线区段信号或功率曲线区段信号写入异常或故障状态标记的同时，向报警系统提供报警激活信号。
5. 根据权利要求1所述的铁路道岔转换过程分析评估系统，其特征在于: 所述的正常、异常和故障状态标记在状态显示模块分别以绿色背景标识曲线段、黄色背景标识曲线段及红色背景标识曲线段进行显示。
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2018
- 2018-12-17 CN CN201811538974.XA patent/CN109532949B/zh active Active
Patent Citations (6)
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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