CN110985424A - 一种动车组风机故障智能诊断系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种动车组风机故障智能诊断系统，包括轨边信号采集单元、现场控制中心和远程控制中心，轨边信号采集单元包括两个声学采集模块、两个影像采集模块和计轴测速定位模块，两个声学采集模块用于采集动车组两侧的各风机的声学信号，两个影像采集模块用于采集动车组两侧的各风机的图像信号，现场控制中心根据车轴和风机在动车组上的空间关系定位风机位置，控制声学采集模块在时刻A和影像采集模块在时刻B分别对风机进行声学采集和影像采集。本系统实现了对动车组风机异常声音的检测，能有效监控风机的质量状况，解决了传统检测完全依靠检修工人的经验以及漏检、检测结果不能数字化记录的问题，提高了检测的效率，切实保障动车组运行安全。

Description

一种动车组风机故障智能诊断系统及方法

技术领域

本发明属于动车组检修技术领域，更具体地，涉及一种动车组风机故障智能诊断系统及方法。

背景技术

随着中国高速铁路的发展，越来越多的动车组投入应用，伴随着动车组的长时间运用，风机故障逐渐成为动车组日常检修中的主要故障点之一，因此，需要对空调机组、牵引变压器及冷却单元、牵引变流器及冷却单元、牵引辅助变流器等的风机异常声音进行监控，而各动车组段制定的一级修作业指导书中，也明确要求对动车组风机进行异常声音监控。

目前，对于动车组风机的检测大多数还是采用接车员人工听异常声音的方式进行，但是在实际检测中，仍会存在以下问题：

1)部分动车组不入库，直接进入存车场，存在漏检风险

2)检测受人为因素干扰大，难以得到客观的检测结果

3)检测结果不能进行数字化记录，不便于进行数据追溯

动车组高速运行状态下，微小的故障也可能导致巨大的事故。为此，根据动车组风机实际检测需求，需要开发一款适用于各型动车组风机检测的动车组风机故障轨边声学诊断系统，提高对动车组风机结构故障的全面监测，保证高速动车组运行安全。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种动车组风机故障智能诊断系统及方法，其目的在于对风机的检测快速全面，可实现高铁动车组安全可靠运行。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种动车组风机故障智能诊断系统，其特征在于，包括轨边信号采集单元、现场控制中心和远程控制中心，所述远程控制中心通过网络与现场控制中心连接，其中，

所述轨边信号采集单元包括两个声学采集模块、两个影像采集模块和计轴测速定位模块，一级修轨道位于两个所述声学采集模块之间并且两个所述声学采集模块关于该一级修轨道左右对称设置，两个所述声学采集模块用于在动车组通行时依次采集动车组两侧的各风机的声学信号，一级修轨道也位于两个所述影像采集模块之间并且这两个所述影像采集模块关于该一级修轨道左右对称设置，两个影像采集模块用于在动车组通行时依次采集动车组两侧的各风机的图像信号，所述计轴测速定位模块卡装在一级修轨道的外侧，以用于对通过的动车组进行计轴和测速，其中，该计轴测速定位模块包括计轴器和测速器，该计轴器用于获取动车组各车轴经过该计轴器的时刻并对检测到的各车轴在动车组上的位置进行定位后传给现场控制中心，该测速器用于测量动车组速度并传给现场控制中心，现场控制中心根据车轴和风机在动车组上的空间关系定位风机位置，并基于动车组速度确定各风机经过两个声学采集模块的时刻A和经过两个影像采集模块的时刻B，从而控制两个声学采集模块在时刻A和两个影像采集模块在时刻B对风机进行声学采集和影像采集，两个声学采集模块和两个影像采集模块分别将采集的数据传送给现场控制中心。

优选地，所述现场控制中心位于现场设备间，以实现轨边信号采集单元的供电、计轴测速、声学采集和影像采集，并对获得的数据进行分析处理和存储。

优选地，所述现场控制中心对轨边信号采集单元采集到的风机的声学和影像采集数据进行降噪后，通过与数据库中数据进行比对，判断风机是否损伤。

优选地，所述远程控制中心位于远程控制室，在远程控制中心，可设置轨边信号采集单元的参数，监控轨边信号采集单元的运行状态和检测过程。

优选地，现场控制中心自动对声学采集模块采集到的数据进行分析和处理，判断异常声学信号并与影像采集模块采集的影像结合来定位故障风机，给出故障风机位置并报警。

优选地，对风机异常声学信号判别过程如下：利用声学采集模块对动车组通过时的声音信号进行采集并分离出风机声音信号，再通过特征匹配算法对风机的声音信号进行识别，然后与数据库存储的正常声音信号及其阈值进行比对，最后判断风机是否存在异常。

优选地，还包括安装在一级修轨道上的接近传感器，以在动车组到来被触发并将检测到的来车信息反馈给现场控制中心，现场控制中心控制声学采集模块、影像采集模块和计轴测速定位模块开机。

按照本发明的另一个方面，还提供了采用所述的动车组风机故障智能诊断系统进行动车组风机智能诊断的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)一级修轨道上的接近传感器检测到动车组驶入，接近传感器发送信号给现场控制中心，轨边信号采集单元接收现场控制中心的开机信号；

2)轨边信号采集单元开始对动车组两侧的风机进行图像采集和声学采集，并对动车组的轮对进行计轴测速，然后将采集的图像、声学及计轴测速的数据传送给现场控制中心；

3)现场控制中心判断是否接收到动车组离去信号，如果否，则返回步骤2)，如果是，则进入步骤4)；

4)声学、图像和计轴测速数据封装；

5)现场控制中心对获得的数据进行分析处理并判断风机是否损伤，并将获得的数据及判断结果上传至远程服务中心。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

1)本系统通过两个声学采集模块可以在动车组通过时检测到动车组两侧所有风机的声学信号、两个影像采集模块可以在动车组通过时检测到动车组两侧所有风机的影像信号，而计轴测速定位模块也可以检测到车轴及对动车组进行测速，通过三个模块的配合，可以实现了对动车组上的风机异常声音的检测，能够有效监控风机的质量状况，解决了传统检测完全依靠检修工人的经验以及漏检、检测结果不能数字化记录的问题，提高了检测的效率，切实保障动车组运行安全。

2)动车组风机故障轨边声学诊断系统适用于各型动车组风机检测，能够对动车组风机结构故障进行全面监测，提高了动车组风机故障发现能力和故障产生初期的预警能力，增强了动车组运行的安全防范水平，为杜绝动车组带病运行提供了有效手段。

附图说明

图1是本发明进行风机诊断的示意图；

图2是本发明中轨边信号采集单元在一级修轨道旁的布置图；

图3是本发明中诊断方法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1～图3所示，一种动车组风机故障智能诊断系统，该诊断系统设置在动车组入库线上，对所有入库动车组的风机进行诊断，保障动车组的安全可靠运行，本检测方法同样可适用于机车、车辆及地铁领域。本发明的动车组风机故障智能诊断系统采用声学与图像结合的故障诊断技术，在线动态自动检测动车组车侧的牵引电机冷却风机、牵引变流器冷却风机、换气装置风机和空调风机等风机的异常声音类故障及其他异常。

本发明由轨边信号采集单元、现场控制中心和远程控制中心三部分组成。

(1)轨边信号采集单元

所述轨边信号采集单元包括两个声学采集模块1、两个影像采集模块2和计轴测速定位模块3，一级修轨道4位于两个所述声学采集模块1之间并且两个所述声学采集模块1关于该一级修轨道左右对称设置，两个所述声学采集模块1用于在动车组5通行时依次采集动车组5两侧的各风机51的声学信号，一级修轨道4也位于两个所述影像采集模块2之间并且这两个所述影像采集模块2关于该一级修轨道左右对称设置，动车组到来触发一级修轨道上的接近传感器，接近传感器将检测到的来车信息反馈给现场控制中心，现场控制中心向轨边信号采集单元下发开机信号，两个声学采集模块、两个影像采集模块和计轴测速定位模块开机并做好数据采集的准备。

两个影像采集模块2用于在动车组5通行时依次采集动车组5两侧的各风机51的图像信号，动车组5通过的时候，每一侧的声学采集模块1和影像采集模块2分别采集对应的各侧风机51的信号，就可以同时采集两侧所有风机51的声学和图像信号。

所述计轴测速定位模块3卡装在一级修轨道4的外侧，以用于对通过的动车组5进行计轴和测速，其中，该计轴测速定位模块3包括计轴器和测速器，该计轴器用于获取动车组5各车轴经过该计轴器的时刻并对检测到的各车轴在动车组5上的位置进行定位后传给现场控制中心，该测速器用于测量动车组5速度并传给现场控制中心，现场控制中心根据车轴和风机51在动车组5上的空间关系定位风机51位置，并基于动车组5的速度确定风机51经过两个声学采集模块1的时刻A和两个影像采集模块2的时刻B，从而控制声学采集模块1在时刻A和影像采集模块2在时刻B分别对风机51进行声学采集和影像采集，声学采集模块1和影像采集模块2将采集的数据上传给现场控制中心。另外，对于不同的动车组车型，动车组的车轴和风机51的空间位置以及风机51种类会有差异，影像采集模块2可识别动车组的车身标识，从而确定动车组车型。声学信号包含丰富的风机51的信息，而这些信息需结合计轴测速模块区分划定，能够判别出当下被检测风机51位于哪一节车厢的第几个风机51，通过匹配动车组车型信息，从而给出风机51的位置和种类。

(2)现场控制中心

现场控制中心6位于现场设备间，实现轨边采集单元的供电、控制、计轴测速、声学、影像的采集，并对获得的数据进行分析处理和存储，同时通过网络与远程控制中心进行通讯。现场控制中心6由工控机、复视终端等设备组成，对轨边采集到的风机51的数据进行处理、自动判伤、检测结果呈现和上传至所在段的服务器。

现场控制中心6可以自动对声学采集模块1采集到的数据进行分析和处理，判断异常声学信号并与影像采集模块2采集的影像结合来定位故障风机51，给出有故障的风机51的位置并报警。

现场控制中心6对风机51异常声学信号判别过程如下：利用声学采集模块1对动车组5通过时的声音信号进行采集并分离出风机51声音信号，再通过特征匹配算法对风机51的声音信号进行识别，然后与数据库存储的正常声音信号及其阈值进行比对，最后再自动分级预警对应的风机51是否存在故障及异常。检测结果呈现和上传至远程服务中心及所在段的服务器，提供历史数据重复性对比分析。

(3)远程控制中心

远程控制中心位于远程控制室，是整个诊断系统的控制中心、数据管理中心和监控中心，由控制台、控制机及其外围设备构成。在远程控制中心，可以设置轨边信号采集单元的参数，监控轨边信号采集单元的运行状态和检测过程，查看、统计、分析、打印检测数据。

本发明的动车组风机故障智能诊断系统的工作流程是：

1)动车组驶入一级修轨道并触发一级修轨道上的接近传感器(在动车组的车轮通过接近传感器时，接近传感器被触发，从而检测到来车信息)，接近传感器发送信号给现场控制中心，轨边信号采集单元接收现场控制中心的开机信号；

2)轨边信号采集单元开始采集数据：开始影像采集、声学采集模块1的保护门打开并开始声学采集、计轴测速定位模块3开始车轮(主要是对车轮的轮轴和轮对的采集，通过轮轴计数来计轴和通过轮对的转速来获得动车组速度)信号采集；轨边信号采集单元将采集的数据传送给现场控制中心；

3)现场控制中心6判断是否接收到动车组5离去信号，如果否，则返回步骤2)，如果是，则进入步骤4)；

4)声学、视频图像和计轴测速数据封装；

5)现场控制中心6对获得的数据进行分析处理并判断风机是否损伤，将获得的数据及判断结果上传至远程服务中心；

6)远程控制中心对获得的数据及判断结果进行报表展示，然后结束诊断。

影像采集模块2在声学采集模块1采集的同时，同步记录视频影像，并能在BS界面进行追溯复查，极大方便操作人员的远程查看。对于检测出异常的风机51，可以进行初步地外部动态观察，十分的灵活、便捷和友好。

本系统实现了对动车组5的风机51异常声音的检测，能够有效监控风机51的质量状况，解决了传统检测完全依靠检修工人的经验以及漏检、检测结果不能数字化记录的问题，提高了检测的效率，切实保障动车组5运行安全。

本诊断系统适用于各型动车组5的风机51检测，能够对动车组5的风机51结构故障进行全面监测，提高了动车组5的风机51故障发现能力和故障产生初期的预警能力，增强了动车组运行的安全防范水平，为杜绝动车组故障运行提供了有效手段。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种动车组风机故障智能诊断系统，其特征在于，包括轨边信号采集单元、现场控制中心和远程控制中心，所述远程控制中心通过网络与现场控制中心连接，其中，

所述轨边信号采集单元包括两个声学采集模块、两个影像采集模块和计轴测速定位模块，一级修轨道位于两个所述声学采集模块之间并且两个所述声学采集模块关于该一级修轨道左右对称设置，两个所述声学采集模块用于在动车组通行时依次采集动车组两侧的各风机的声学信号，一级修轨道也位于两个所述影像采集模块之间并且这两个所述影像采集模块关于该一级修轨道左右对称设置，两个影像采集模块用于在动车组通行时依次采集动车组两侧的各风机的图像信号，所述计轴测速定位模块卡装在一级修轨道的外侧，以用于对通过的动车组进行计轴和测速，其中，该计轴测速定位模块包括计轴器和测速器，该计轴器用于获取动车组各车轴经过该计轴器的时刻并对检测到的各车轴在动车组上的位置进行定位后传给现场控制中心，该测速器用于测量动车组速度并传给现场控制中心，现场控制中心根据车轴和风机在动车组上的空间关系定位风机位置，并基于动车组速度确定各风机经过两个声学采集模块的时刻A和经过两个影像采集模块的时刻B，从而控制两个声学采集模块在时刻A和两个影像采集模块在时刻B对风机进行声学采集和影像采集，两个声学采集模块和两个影像采集模块分别将采集的数据传送给现场控制中心。

2.根据权利要求1所述的一种动车组风机故障智能诊断系统，其特征在于，所述现场控制中心位于现场设备间，以实现轨边信号采集单元的供电、计轴测速、声学采集和影像采集，并对获得的数据进行分析处理和存储。

3.根据权利要求2所述的一种动车组风机故障智能诊断系统，其特征在于，所述现场控制中心对轨边信号采集单元采集到的风机的声学和影像采集数据进行降噪后，通过与数据库中数据进行比对，判断风机是否损伤。

4.根据权利要求1所述的一种动车组风机故障智能诊断系统，其特征在于，所述远程控制中心位于远程控制室，在远程控制中心，可设置轨边信号采集单元的参数，监控轨边信号采集单元的运行状态和检测过程。

5.根据权利要求1所述的一种动车组风机故障智能诊断系统，其特征在于，现场控制中心自动对声学采集模块采集到的数据进行分析和处理，判断异常声学信号并与影像采集模块采集的影像结合来定位故障风机，给出故障风机位置并报警。

6.根据权利要求5所述的一种动车组风机故障智能诊断系统，其特征在于，对风机异常声学信号判别过程如下：利用声学采集模块对动车组通过时的声音信号进行采集并分离出风机声音信号，再通过特征匹配算法对风机的声音信号进行识别，然后与数据库存储的正常声音信号及其阈值进行比对，最后判断风机是否存在异常。

7.根据权利要求1所述的一种动车组风机故障智能诊断系统，其特征在于，还包括安装在一级修轨道上的接近传感器，以在动车组到来被触发并将检测到的来车信息反馈给现场控制中心，现场控制中心控制声学采集模块、影像采集模块和计轴测速定位模块开机。

8.采用权利要求1～7中任一权利要求所述的动车组风机故障智能诊断系统进行动车组风机智能诊断的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)一级修轨道上的接近传感器检测到动车组驶入，接近传感器发送信号给现场控制中心，轨边信号采集单元接收现场控制中心的开机信号；

2)轨边信号采集单元开始对动车组两侧的风机进行图像采集和声学采集，并对动车组的轮对进行计轴测速，然后将采集的图像、声学及计轴测速的数据传送给现场控制中心；

3)现场控制中心判断是否接收到动车组离去信号，如果否，则返回步骤2)，如果是，则进入步骤4)；

4)声学、图像和计轴测速数据封装；

5)现场控制中心对获得的数据进行分析处理并判断风机是否损伤，并将获得的数据及判断结果上传至远程服务中心。

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