北京地鐵-地鐵機電設備故障預警及智能診斷技術

1、地鐵機電設備故障地鐵機電設備故障預警預警與智能診斷與智能診斷技術技術研究與實踐研究與實踐匯報人：王亮匯報人：王亮3 33 3機電設備故障監(jiān)測需求分析及解決方案機電設備故障監(jiān)測需求分析及解決方案3 34 4系統(tǒng)設計方案系統(tǒng)設計方案課題立項情況課題立項情況3 32 21 1研究必要性研究必要性1 13 35 5系統(tǒng)未來發(fā)展構想系統(tǒng)未來發(fā)展構想隨著北京軌道交通線路加密，車站數(shù)量不斷增加，就目前統(tǒng)計，北京地鐵所轄線網內電梯總數(shù)2700臺（扶梯2189+步道11，直梯500），屏蔽門總數(shù)超過2萬套，車站大型風機總數(shù)超過1000臺。一一、研究研究必要性必要性1）設備數(shù)量多，分布廣，加重了地鐵運營機電公司維

2、修工作強度2）機電設備有“帶病”運行風險，對安全運營造成隱患提出運用智能化、自動化手段對設備故障進行監(jiān)測、診斷、預警3）機電設備故障頻發(fā)，對乘客人身安全造成威脅4）目前設備故障報警數(shù)據信息不能對重大故障進行預測1、地鐵運營迫切解決機電設備安全和故障問題的需要自動扶梯一直被稱為設備故障“重災區(qū)”屏蔽門故障對運營造成影響引發(fā)更嚴重故障造成大故障停運降低服務水平威脅乘客人身安全造成社會安全影響目前選取直接面向乘客服務和保證車站安全運營的電扶梯、屏蔽門、大型風機設備。2、地鐵既有機電監(jiān)控系統(tǒng)在維修支持方面存在不足1、只能監(jiān)視設備運行工況，缺少機械部件工作狀態(tài)信息環(huán)境與設備監(jiān)控系統(tǒng)（BAS）綜合監(jiān)控系統(tǒng)

3、（ISCS）2、系統(tǒng)僅實現(xiàn)故障后報警，沒有智能預警、故障診斷功能3、系統(tǒng)功能偏向于行車運營，故障智能分析功能不足3、地鐵線網管理“高效、節(jié)約”的需要 北京線網加密后，大量的機電設備需要進行維護、保養(yǎng)、維修工作，不擴大現(xiàn)有的運營維修管理團隊，很難能滿足北京線網運營需要。通過科學的現(xiàn)代化信息技術手段進行輔助，推進狀態(tài)維修理念，優(yōu)化現(xiàn)有維修管理資源，提高工作效率，節(jié)約人力資源，是北京線網未來建立 “高效、節(jié)約”型綜合維修管理體系所需要的。4、 技術研究符合“十二五”國家戰(zhàn)略性新興產業(yè)發(fā)展規(guī)劃需要“智能制造裝備工程”列為 “十二五”重大工程，內容要求“突破新型傳感、高精度運動控制、故障智能診斷等關鍵技

4、術，大力推進泛在感知自動控制系統(tǒng)、工業(yè)機器人、關鍵零部件等裝置的開發(fā)和產業(yè)化”。軌道交通裝備產業(yè)在“十二五”中列為高端裝備制造產業(yè)，也是“十二五”重點發(fā)展方向和主要任務之一。二、課題立項情況二、課題立項情況課題名稱：地鐵機電設備故障監(jiān)測與智能診斷系統(tǒng)研制及示范應用課題編號：Z131100004113004承擔單位：北京市地鐵運營有限公司北京市軌道交通建設管理有限公司北京市軌道交通設計研究院有限公司1、課題概況二、課題立項情況二、課題立項情況2、主要研究任務1、首次在地鐵6號線工程建立 “地鐵機電設備故障監(jiān)測與智能診斷系統(tǒng)” 。2、研究自動扶梯、屏蔽門、風機等設備的故障監(jiān)測預警和智能診斷技術。3

5、、進行電扶梯故障傳感器、屏蔽門故障傳感器（內置傳感單元）、故障診斷器等關鍵產品的研發(fā)。4、進行系統(tǒng)專家數(shù)據庫、智能決策單元、應用平臺等軟件產品的研發(fā)。5、完成系統(tǒng)集成并進行試驗機運行測試，完成工程示范應用及相關測試。6、完成實際工程系統(tǒng)建設應用示范。二、課題立項情況二、課題立項情況2）提高運營公司機電設備維護維保效率，降低人工勞動強度3）利用智能化、信息化手段，強化運營維修管理體系1 ）實現(xiàn)地鐵機電設備易損部件故障早期發(fā)現(xiàn)，規(guī)避安全風險3、課題實現(xiàn)目標三、機電設備故障監(jiān)測需求分析及解決方案三、機電設備故障監(jiān)測需求分析及解決方案采用智能儀表，減輕對人工經驗的依賴電扶梯屏蔽門風機經常損壞極易磨損的

6、關鍵部位機械裝置提取故障特征信息設備故障維修人工巡檢聽、看、摸智能儀表傳感器故障趨勢預警三、三、機電設備故障監(jiān)測需求分析及解決方案機電設備故障監(jiān)測需求分析及解決方案自動扶梯故障調研和功能需求第一類難以發(fā)現(xiàn)的機械故障第二類 人工檢測誤差造成安全隱患第三類缺少數(shù)據統(tǒng)計進行故障預警第四類需要關鍵設備質量監(jiān)管及風險預測機械傳動磨損電機軸承易損難以早期察覺軸承監(jiān)測三、三、機電設備故障監(jiān)測需求分析及解決方案機電設備故障監(jiān)測需求分析及解決方案自動扶梯故障和安全風險分析及監(jiān)測手段減速器主驅動輪梯級鏈漲緊輪驅動底座螺栓扶手帶螺栓振動監(jiān)測溫度監(jiān)測第一類難以發(fā)現(xiàn)的機械故障對設備零部件進行狀態(tài)監(jiān)測需要在自動扶梯上增加

7、測點三、三、機電設備故障監(jiān)測需求分析及解決方案機電設備故障監(jiān)測需求分析及解決方案振動測點-旋轉機械智能診斷原理加速度傳感器模擬振動信號數(shù)據采集轉換數(shù)字振動信號信號解析處理智能分析診斷振振動動值值信號頻譜信號頻譜信號波形信號波形( (時域圖時域圖) )通過通過FFTFFT（快速傅里葉變（快速傅里葉變換實現(xiàn)）換實現(xiàn)）結果輸出變換到頻域的目的 機械零部件的具體故障部位和性質，與頻率有確切對應關系，這是故障機理決定的。軸承型號: 6224轉 速: 2980 rpm滾 珠 數(shù): 9個節(jié) 徑: 167.5mm滾子直徑: 30.15三、三、機電設備故障監(jiān)測需求分析及解決方案機電設備故障監(jiān)測需求分析及解決方案

8、機械故障在線智能分析診斷技術通過對振動波形頻譜智能分析，精確診斷部件故障原因1、軸承內/外圈故障2、軸承滾動體故障3、軸承保持架故障4、軸承跑套故障5、軸承潤滑不良故障6、減速箱斷齒故障7、減速箱磨損故障8、固定架松動故障9、鏈條磨損三、三、機電設備故障監(jiān)測機電設備故障監(jiān)測需求分析及解決方案需求分析及解決方案振動測點：驅動電機x2減速器x1底座x1振動測點：主驅動輪軸承x2振動測點：梯級鏈漲緊輪軸承x2溫度測點：扶手帶溫度x2環(huán)境溫度x1扶梯自檢故障信號約50個。傳動部分故障采用旋轉機械在線智能分析診斷技術16個加速速度振動傳感器。3個紅外線非接觸式溫度傳感器。扶梯逆轉制動零部件監(jiān)測停車制動失

9、效三、三、機電設備故障監(jiān)測需求分析及解決方案機電設備故障監(jiān)測需求分析及解決方案乘客人身安全人工測試制動性能目測、忽略第二類 人工檢測誤差造成安全隱患扶梯制動對扶梯運轉進行性能測試監(jiān)測原因不確定對每天停車制度參數(shù)進行計算存儲制動性能進行評估三、三、機電設備故障監(jiān)測需求分析及解決方案機電設備故障監(jiān)測需求分析及解決方案扶梯制動性能監(jiān)測原理扶梯電流監(jiān)測對扶梯停車制動距離進行測算傳動距離測量扶梯軸承監(jiān)測數(shù)據記錄趨勢分析單個數(shù)字量存在誤差趨勢和變化才是關鍵系統(tǒng)每天都在替人進行性能測試用電負荷數(shù)據三、三、機電設備故障監(jiān)測需求分析及解決方案機電設備故障監(jiān)測需求分析及解決方案自動扶梯故障風險分析及監(jiān)測手段扶梯機

10、械構造復雜長期監(jiān)測數(shù)據分析、統(tǒng)計第三類缺少數(shù)據統(tǒng)計進行風險預測數(shù)據綜合統(tǒng)計分析運轉狀態(tài)數(shù)據故障報警數(shù)據發(fā)現(xiàn)不良狀態(tài)預測風險故障趨勢產品批次三、三、機電設備故障監(jiān)測需求分析及解決方案機電設備故障監(jiān)測需求分析及解決方案自動扶梯設備質量監(jiān)管及風險預測多類別.多型號的零部件難以進行有效管理數(shù)據統(tǒng)計分析第四類需要關鍵設備質量監(jiān)管及風險預測故障設備類型長期追蹤故障性質歷史數(shù)據部件管理追蹤故障風險預測質量監(jiān)管三、三、機電設備故障監(jiān)測需求分析及解決方案機電設備故障監(jiān)測需求分析及解決方案 屏蔽門主要多發(fā)故障是門體開合故障，有單門故障和整側門故障。其中整側門故障是最嚴重的，對正常的行車運營影響最大。PEDC控制器

11、故障DCU控制器故障與信號接口故障電源故障滑動門故障安全回路故障屏蔽門重要故障三、三、機電設備故障監(jiān)測需求分析及解決方案機電設備故障監(jiān)測需求分析及解決方案屏蔽門故障特點及監(jiān)測手段電器類故障多于機械故障故障后影響行車運行故障點多且分散故障信息全面、完整故障快速定位故障隱患監(jiān)測故障不易提前預測完善屏蔽門故障報警內容實現(xiàn)完整信息遠傳采用最直觀的圖形化界面快速展現(xiàn)故障位置增加安全回路虛斷故障監(jiān)測增加信號接口性能監(jiān)測開關門電流曲線監(jiān)測三、機電設備故障監(jiān)測需求分析及解決方案三、機電設備故障監(jiān)測需求分析及解決方案屏蔽門故障特點及監(jiān)測手段安全回路虛斷和信號接口故障監(jiān)測 采用檢測回路電流的方式，判斷安全回路是否

12、有虛接故障，檢測信號接口的有效性。三、機電設備故障監(jiān)測需求分析及解決方案三、機電設備故障監(jiān)測需求分析及解決方案屏蔽門故障特點及監(jiān)測手段屏蔽門故障快速定位屏蔽門系統(tǒng)故障報警本系統(tǒng)故障檢測三、機電設備故障監(jiān)測需求分析及解決方案三、機電設備故障監(jiān)測需求分析及解決方案大型風機監(jiān)測方案系統(tǒng)監(jiān)測平臺機械故障預警電氣故障報警四、系統(tǒng)設計方案四、系統(tǒng)設計方案系統(tǒng)結構設計四、系統(tǒng)設計方案四、系統(tǒng)設計方案功能理念狀態(tài)監(jiān)測智能智能診斷診斷可視化可視化信息管信息管理理檢維修檢維修決策決策檢維修檢維修管理管理安全風安全風險預測險預測全壽命全壽命周期管周期管理理四四、系統(tǒng)設計方案、系統(tǒng)設計方案框架構想屏蔽門系統(tǒng)屏蔽門系統(tǒng)

13、風機系統(tǒng)風機系統(tǒng)電扶梯系統(tǒng)電扶梯系統(tǒng)待辦事項提醒待辦事項提醒振動振動位移位移溫度溫度開開/ /關關可視化報可視化報警信息警信息剩余壽命剩余壽命狀態(tài)監(jiān)測狀態(tài)監(jiān)測診斷分析診斷分析停機記錄停機記錄故障維修故障維修/ /維維保保管理報表管理報表停機統(tǒng)計停機統(tǒng)計可靠性可靠性/ /可用可用率率年度消耗年度消耗故障維修信息故障維修信息運行信息運行信息維修維修任務任務遠程協(xié)助遠程協(xié)助故障知識庫故障知識庫設備信息設備信息備件耗材庫備件耗材庫狀態(tài)監(jiān)狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)測系統(tǒng)四四、系統(tǒng)設計方案、系統(tǒng)設計方案邏輯架構設備故障監(jiān)測與智能診斷系統(tǒng)軟件平臺故障診斷子單元故障診斷子單元故障診斷子單元電扶梯設備振動傳感器其他自檢信號溫

14、度傳感器數(shù)據信息采集器故障診斷器故障數(shù)據庫屏蔽門設備數(shù)據信息采集器故障診斷器故障數(shù)據庫大型風機設備振動傳感器其他自檢信號數(shù)據信息采集器故障診斷器故障數(shù)據庫溫度傳感器數(shù)據接口及智能分析決策單元專家數(shù)據庫應用軟件故障預警單元故障報警單元設備維護管理單元人機交互單元其他自檢信號內部傳感器數(shù)據采集層數(shù)據分析層決策評估層應用層數(shù)據傳輸層四四、系統(tǒng)設計方案、系統(tǒng)設計方案系統(tǒng)構成兩級管理三級監(jiān)測設備現(xiàn)場級，位于線路車站內，主要負責對機電設備進行數(shù)據采集和故障解析主要監(jiān)視管區(qū)內車站機電設備的安全狀態(tài)和故障信息，能調取現(xiàn)場采集的所有狀態(tài)數(shù)據，顯示設備運行風評估結論和故障診斷分析結果顯示設備故障趨勢和安全風險，安

15、排維修保養(yǎng)計劃；對維修工單進行派發(fā)操作；對維修資源和備品備件進行信息化管理；對整個系統(tǒng)的維護管理服務四四、系統(tǒng)設計方案、系統(tǒng)設計方案系統(tǒng)功能系統(tǒng)功能設備現(xiàn)場級功能監(jiān)控界面就地設備手持設備側重提供便捷的現(xiàn)場巡檢操作四、系統(tǒng)方案四、系統(tǒng)方案軟件平臺工區(qū)級監(jiān)控軟件側重提供專業(yè)性的維修支持服務四、系統(tǒng)方案四、系統(tǒng)方案軟件平臺維修項目部（中心級）監(jiān)控軟件側重提供風險預測和維修管理服務五、系統(tǒng)未來發(fā)展構想五、系統(tǒng)未來發(fā)展構想行車運營組織行車運營組織生產系統(tǒng)生產系統(tǒng)運營維修維護運營維修維護生產系統(tǒng)生產系統(tǒng)運營能耗管理運營能耗管理系統(tǒng)系統(tǒng)地鐵網絡化運營地鐵網絡化運營信息共享以開展行車組織生產為核心服務重點，要求高實時性、高可靠性和高準確性，面向運營調度