地铁机电设备系统智能检修技术研究与探索.pdf

1、北京市轨道交通设计研究院 2016年11月 地铁机电设备系统 智能检修技术研究与探索 梅棋 1 3 3 背景和条件背景和条件 机电设备系统智能维修技术 汇报大纲 机电系统智能维修的解决方案 3 2 1.1-背景快速发展 中国大陆地区共 26 个城市开通城市轨道交通运营，共计 116 条线路，运营线路总长度达 3618 公里（截止2015 年末）。2015 年 度新增运营线路长度 445 公里，同比增加 14%。全年累计完成客运量 138 亿人次，同比增加 9.5%。基本概况 2015 年全国城市轨道交通完成投资 3683 亿元，在建线路总长 4448 公里（七种制式同时在建），可研批复投资累计

2、 26337 亿元。截至目前，共有 44 个城市规划获批，规划规模 4705 公里。新建、规划线路规模大、投资增长迅速，建设速度持续加快。主要线路平均客流强度大都达到 2.0 万人次/公里日以上，个别线路甚至超过 4.0。全国日均计划开行总列次 34360 次，日均实际开行列次 34810 次，其中北京、上海、深圳、南京、成都、杭州 6 个城市兑现率超100%，主要由于客流需求超预期。建设和运营强度 行车间隔小、客流量大，一旦设备故障对运营影响极大 快速建设，带来大量人才缺口 公众诉求高、系统技术复杂，传统管理手段已无法适应需要 背景运营维护压力现状 背景机电设备系统需求 控制系统以监控设备运

3、行为主，子系统（或部件）工作状态信息缺少，故障分析、诊断和预测功能不足；控制系统报警为故障后报警，智能预警相对缺乏；机电监控系统的数据不能被机电运行维保单位有效共享利用。1、目前地铁机电监控系统智能检修功能不足 传统地铁机电设备维保效率低，通过“看、听、摸（敲）、闻”手段越来越不奏效；地铁机电设备“维修不足”和“维修过剩”同时存在，安全运行存在风险；地铁机电设备基本采用定期维修、故障后维修，缺乏状态监测手段，状态维修、预知维修、故障快速定位困难，故障智能预警体系还不完善。2、传统地铁机电设备系统维保模式有待提升 背景机电设备系统需求 随着新线交付运营，大量的机电设备需要进行维护、保养、维修工作

4、，以科学的现代化信息技术为手段，优化现有维修管理资源，提高工作效率，节约人力资源，是城市轨道交通完善和提升维修管理体系的发展方向。3、地铁线网管理“高效、节约”的需求 运用智能化、信息化技术对地铁机电设备系统进行监测、分析、诊断、预警是实现由计划修到状态修的重要趋势。背景机电设备系统需求 1 3 3 背景和条件背景和条件 机电设备系统智能维修技术机电设备系统智能维修技术 汇报大纲 机电系统智能维修的解决方案 3 2 定位 智能检修技术是以基于物联网的智能感知技术取代现有的人工检修模式，融合监控和监测数据、人工巡检信息，通过大数据分析技术为整个设备管理系统提供数据支持，对机电设备状态和故障趋势进

5、行智能分析、诊断，对故障快速准确定位及预判，实现预防性维修。01 维护角度 02 运营角度 准确掌握机电设备的运行状态 进行关键设备的故障趋势预判与预警 针对机电设备提供维修养护的科学指导 目标 通过数据分析，提供维修依据 计划+经验 传统 智能检修 数据分析+经验+专家系统 故障修 计划性 维修 设备状态监测与诊断 故障预报与风险判断 多样化维修策略 基于设备全寿命周期的以可靠性为中心的维修模式ETM 计划修 状态修 RCM维修体系 智能检修系统的功能 以基于物联网的轨道交通点检管理系统，取代现有的纸质巡检记录；以自动化的数据采集和监测代替人工现场检测；融合监控数据和EAM信息，以大数据分析

6、和智能诊断辅助维修决策，实现机电设备全生命周期管理。功能 实现手段 人工化 传统 智能检修 自动化、信息化 提升自动化、信息化水平“机器自学习功能”预警及诊断关键技术 负荷 时域 某一个正常工况点的重心 黄色区域：超过正常工况半径的0.5（可设定）报警限 红色区域：超过正常工况半径的1倍（可设定）危险限 15%1.79 mm/s 25%2.84 50%3.41 75%4.12 100%4.93 关键技术 值 状态 颜色 标识 0 良好 绿色 1 可用 黄色 2 需维修 红色 评价-等级 序号 状态 颜色 权值 1 振动评价 1.0 2 温度评价 0.8 3 工艺评价 0.5 4 电气评价 0.

7、8 评价-范围及权重值（举例）地铁机电设备智能预警流程 负荷 加速度、速度等特征参数 是否快速变化?与当前转速、负荷等区间的历史数据统计学习模型相比是否超限？报警 给出故障类型 给出故障位置 与固定的报警限比较是否超限？正常 更新模型 触发新的一次学习 1.快速捕捉 2.超限报警 4.判断干扰 3.智能预警 5.自动诊断 6.自学习 否 否 否 是 是 否 是 1.传感器、线路等干扰 2.电磁干扰 是 技术方案-智能预警流程 自动诊断专家系统 任务库任务库任务任务规则规则规则库规则库事实事实库库、故障库故障库推理推理机机选择选择激活激活故障故障通用规则通用规则解析解析设备报警 技术方案-专家系

8、统 1 3 3 背景和条件背景和条件 机电设备系统智能维修技术机电设备系统智能维修技术 汇报大纲 机电设备系统智能维修的解决方案机电设备系统智能维修的解决方案 3 2 系统重点：设备运行维护过程 管理理念：强化设备运行状态综合评价 系统支撑：设备报警、分析诊断、措施、决策 系统纽带：工单的创建、审批、执行、验收 智能检修系统 通过智能化巡检方式，同时获取EAM、ERP等系统相关数据，实现状态修和故障修的融合，合理优化地安排备品备件、维修等资源，充分提高维修的效率和效果。解决方案-原则 智能检修主要方式 智能点检 状态监测 故障诊断 智能检修-主要方式 智能检修技术分类应用 一般机电设备和管线：

9、如普通水泵、风机、配电箱等 重要设备：如电扶梯、轴流风机、气体灭火、轨行区设备等 系统设备：如BAS、FAS、站台门、智能电器设备等 智能检修技术分类 一般采用智能点检技术 可采用故障诊断技术，可融合监控系统数据、EAM进行综合分析 可采用状态监测技术，充分利用智能化系统数据资源，进行诊断分析 智能检修-主要方式 多采用智能仪表（传感器），减轻对人工经验的依赖 电扶梯 轴流风机 经常损坏 极易磨损 的关键部位 机械装置或 压力容器等 提取故障特征信息 设备 故障 维修人工 巡检 听、看、摸 智能 仪表 传感器 故障 趋势 预警 智能检修-故障诊断 气灭钢瓶 北京市北京市轨道轨道交通设计研究院有

10、限公司交通设计研究院有限公司 机 械 传 动 磨 损 电机 轴承易损 难以早期察觉 轴承监测 自动扶梯故障和安全风险分析及监测手段 减速器 主驱动轮 梯级链涨紧轮 驱动底座螺栓 扶手带 螺栓振动监测 温度监测 对设备零部件 进行状态监测 需 要 在 自 动 扶 梯 上 增 加 测 点 智能检修-故障诊断（电扶梯）北京市北京市轨道轨道交通设计研究院有限公司交通设计研究院有限公司 24 振动测点：驱动电机 减速器 底座 振动测点：主驱动轮轴承 振动测点：梯级链涨紧轮轴承 温度测点：扶手带温度 环境温度 扶梯自检故障信号约 传动部分故障采用旋转机械在线智能分析诊断技术 加速速度振动传感器。红外线非接

11、触式温度传感器。自动扶梯故障监测位置 智能检修-故障诊断（电扶梯）北京市北京市轨道轨道交通设计研究院有限公司交通设计研究院有限公司 机械故障在线智能分析诊断技术 通过对振动波形频谱智能分析，精确诊断部件故障原因 1、轴承内/外圈故障 2、轴承滚动体故障 3、轴承保持架故障 4、轴承跑套故障 5、轴承润滑不良故障 6、减速箱断齿故障 7、减速箱磨损故障 8、固定架松动故障 9、链条磨损 智能检修-故障诊断（电扶梯）北京市北京市轨道轨道交通设计研究院有限公司交通设计研究院有限公司 机械零部件的具体故障部位和性质，与频率有确切对应关系，可以通过这些参数确定故障类型。轴承型号:6224 转 速:298

12、0 rpm 滚 珠 数:9个 节 径:167.5mm 滚子直径:30.15 智能检修-故障诊断（电扶梯）北京市北京市轨道轨道交通设计研究院有限公司交通设计研究院有限公司 振动测点-旋转机械智能诊断方法 加速度 传感器 模拟振动信号 数据 采集转换 数字振动信号 信号解析处理 智能分析诊断 振动值 信号频谱 信号波形(时域图)通过FFT（快速傅里叶变换实现）结果输出 智能检修-故障诊断（电扶梯）智能检修-故障诊断（气体灭火）裂纹 扩大加宽 微缺陷 细小 裂纹 剩余截面过小/材料屈服 应力腐蚀 应力腐蚀 钢瓶爆炸 智能检修-故障诊断（气体灭火）北京市北京市轨道轨道交通设计研究院有限公司交通设计研究

13、院有限公司 F 钢瓶变形量 拉伸力 2%14%屈服点 爆破点 0.3mm 智能检修-故障诊断（气体灭火）北京市北京市轨道轨道交通设计研究院有限公司交通设计研究院有限公司 利用安装在瓶体上的传感器（线型变形量探测器），探测钢瓶爆炸前出现在瓶体上的微变形量。爆 炸 发 生 过 程 防 爆 原 理 技术方案 智能检修-故障诊断（气体灭火）线型变形量探测器 防自爆泄放阀 防自爆监视器 防自爆集中显示盘 瓶头阀 智能检修-故障诊断（气体灭火）北京市北京市轨道轨道交通设计研究院有限公司交通设计研究院有限公司 线型变形量探测器（传感器）防自爆泄放阀 防自爆监视器 防自爆集中显示盘 系统组成 智能检修-故障诊

14、断（气体灭火）北京市北京市轨道轨道交通设计研究院有限公司交通设计研究院有限公司 功能实现 PA(50)JKA JKA JKA JKA JKA 安全-预警：爆炸前报警并泄压，避免意外爆炸的事故；避免定期检测期间火灾无法自动扑救。节约-延寿：传统方式2-3年检测一次，费用为系统造价的三分之一，防爆装置成本增加仅十分之一，免定期检测。延长钢瓶使用寿命。高效-自动：钢瓶的监测长期随时自动进行，省时、省力、省心。智能检修-故障诊断（气体灭火）智能检修-智能点检 设备智能点检管理系统采用嵌入式操作系统，具有振动、温度、手抄量、观察量和到位信息采集管理功能，是一套简单易用的网络化设备检修与评价仪器及系统软件

15、。通过点检设备获得的数据信息可通过OA、USB等上传到点检管理系统。通过现场RFID射频卡、点检仪器、现场点检项目、后台系统，将整个点检工作串行起来。可以结合EAM应用，通过对机电设备进行统计、区域划分、标准制定，将点检项目按照相应的周期，在系统内生成每天的点检计划。通过接收点检仪器上传的点检结果，完成对所有设备的各自的数据积累。智能检修-智能点检（数据层）通讯工具 软件界面 智能检修-智能点检（水泵）故障报警显示 常规项目：故障日志：显示最新的故障信息（代码 运行时间显示：累计运行的小时数。启动次数计数器：水泵实际启动次数。电机实际最大运行电流：显示水泵实际最大运行电流值（每次运行的平均值）

16、。此外，采用点检设备检测设备振动值、电机温度等。智能检修-智能点检（水泵）故障报警列表 故障代码故障代码 含义含义 显示文本显示文本 闪烁符号闪烁符号 描述说明描述说明/解决方法解决方法 F001 相序错误 F001 用“一”字形螺丝刀转动红头内置的反相开关 F002 缺相 F002 检查配电箱供电单元 F003 高液位 F003 首先排除水泵或传感器故障，其次检查是否有地表水排入水箱 F004 传感器故障 SENSOR 依次检查传感器的接头、软管是否有损坏或松动，以及控制器内部的压敏单元是否接插有问题（一般由服务人员负责）F005 水泵1温度过高 TEMP 检查是否电压过低，是否连续运行时间

17、过长 F006 水泵2温度过高 TEMP 检查是否电压过低，是否连续运行时间过长 F007 水泵1电流过大 F007 检查是否电压过低，或水泵因缠绕而发生堵转 F008 水泵2电流过大 F008 检查是否电压过低，或水泵因缠绕而发生堵转 F011 水泵1运行时间过长 F011 检查是否忘了开启闸阀，是否将手动开关长期打在“On”的位置，是否泵腔排气存在问题 F012 水泵2运行时间过长 F012 检查是否忘了开启闸阀，是否将手动开关长期打在“On”的位置，是否泵腔排气存在问题 F013 外部液位过高 EXT 检查提升站安装场所是否发生水淹（仅在安装了外部液位传感器的情况下有效）F014 电池故障 BAT 更换电池 F015 水泵1的继电器或 接触器未断开 RELAY 检查继电器或接触器的触头 F016 水泵1的继电器或 接触器未闭合 RELAY 检查继电器或接触器的触头 F017 水泵2的继电器或 接触器未断开 RELAY 检查继电器或接触器的触头 F018 水泵2的继电器或 接触器未闭合 RELAY 检查继电器或接触器的触头 智能检修-智能点检（水泵）智能检修-平台界面 系统登录 详细评价 综合评价 短信通知 智能终端及相关AP的应用是智能检修系统的重要内容之一，消除时空屏障，实现“让工作找人”的工作模式，大幅提高工作效率。智能检修-移动应用 汇报结束！谢谢！