地铁车辆速度传感器的振动测试及故障分析

地铁车辆速度传感器的振动测试及故障分析

董佳奇 

深圳地铁运营集团有限公司

摘要：地铁车辆的速度传感器主要利用光电效应或磁效应等原理，为车辆的控制系统提供运行状态数据。由于速度传感器安装在轮对轴端，应用工况恶劣，其稳定可靠性工作对于地铁车辆的安全运行具有至关重要的作用。基于此，对地铁车辆速度传感器的振动测试及故障进行研究，以供参考。

关键词：地铁车辆；速度传感器；速度波动；振动测试

引言

为保障地铁的安全有序运营，对各类车站设备开展全面有效地自动化监控、管理，采集、处理相关数据信息，开展历史信息档案及设备维修管理；以及为满足在紧急状况下的报警、乘客疏散等要求，在轨道交通车站还配备有火灾报警系统、防排烟系统、水消防系统等设备系统。为实现对这些系统、设备之间的有效联动监控，地铁环境与设备监控系统应运而生。

1地铁事故及地铁项目风险因素分析

1.1地铁事故分析

纵观国内外相关报道，地铁事故频发，导致地铁事故的因素包括自然因素和人为因素。其中自然因素包括水文地质条件的变化、气候条件的变化、地震等不可抗力事件的发生；人为因素包括施工过程及运营过程中的施工不当、管理不当、火灾等，可见，地铁风险因素贯穿于地铁项目全寿命周期。设计不当直接影响地铁项目结构安全，施工过程中技术与管理的不当同样会影响结构安全，由于地铁项目是地下施工，封闭性强，因此该类风险因素极可能造成地铁坍塌事故，所带来的不仅仅是地铁项目本身结构的毁坏，还会波及到周边建筑的结构安全，据统计，地铁坍塌事故率为33%，事故死亡率为60.9%，因此，勘察设计及施工阶段存在的风险因素需要引起足够的重视。地铁项目在运营过程中存在的风险因素也有很多，比如运营管理不当造成的火灾事故，地铁项目的封闭性给消防工作及人员疏散工作带来了巨大压力，一旦火灾事故发生，伤亡会很惨重。

1.2地铁车站照明控制方案发展现状

在地铁站内，照明可划分为公共区照明（含出入口）和设备区照明。设备区照明通常在设备房就地或就近设跷板式开关控制。当设备房照度要求高、房间面积大，照明灯具布置较多时，则可采用双联开关、三联开关或多联开关。而针对公共区照明，全国大部分地铁线路都已由传统的控制方式转变为采用智能照明控制系统对照明灯具进行开关控制。传统的控制方式是在照明配电箱总进线上串入接触器，纳入BAS的监控，以电气触点来实现区域控制、定时通断、中央监控等功能；而智能照明控制系统在无需改变配电系统的前提下，通过采用传感器、驱动器、PLC、模拟屏等组成的智能照明控制系统，来实现对公共区及出入口照明的分回路、实时、精确的监控。智能照明控制系统示意图如图1所示。

图1地铁车站智能照明控制系统示意图

2地铁车辆速度传感器的振动测试

2.1速度传感器故障的解决

有的车辆采用的是直线电机，速度传感器只能通过轮对的转动采集车辆速度信号，不像其他线路车辆使用旋转电机，通过电机转子的转动速度来获得车辆速度信号，因此地铁线车辆速度传感器的应用条件与其他线路车辆相比更加恶劣。从测试获得的振动有效值、振动最大值以及振动频谱特性可知部分区间线路条件不佳、轮对多边形化，尤其是随着车辆服役时间增加，轮对磨损、多边形化、线路老化等会更加凸显，使得轮对及速度传感器振动增加，导致速度传感器信号波动风险增加。为了解决速度传感器的故障，可以从改善速度传感器的内外部条件入手。速度传感器生产厂家可以针对特定的振动冲击条件，在速度传感器内部的光电效应组件处增加减隔振措施，改善其振动环境。线路的使用频次高，而且改变线路轨道状况的工程量大，平时需要加强线路的检修、维护与保养。对车轮对进行圆跳动检测，发现轮对多边形失圆的情况明显，重新镟轮后的车辆轴端振动有效值和最大值均在GB/T21563-2018标准值范围内，速度传感器的速度波动幅度在1.5km/h以内，满足车辆运行的使用要求。因此，随着车辆运营时间的增加，定期开展轮对的检修、维护与保养，减小车辆振动是确保速度传感器正常可靠工作的关键。

2.2地铁环境与设备监控系统设计原则

地铁ＢＡＳ系统主要是对地铁内的照明系统、导向系统、给排水系统、通风空调系统、自动电扶梯等车站设备开展全面实时的自动化监控、管理，重要作用于保障地铁的安全、可靠、高效、节能运行，为乘客提供安全舒适的候车、乘车环境。因而，对于地铁ＢＡＳ系统的设计应秉承相应的原则：一是安全性原则。为保障ＢＡＳ系统运行及信息传输的安全性，应建设网络防火墙、建立木马、病毒拦截，同时调节系统访问权限及检索范围，防止不法分子进入系统开展非法操作；二是先进性原则。应基于ＢＡＳ系统特殊性，建立满足技术要求的设计方案，接着打造一个完善的通信平台，保证设计流程与操作技术相匹配，让ＢＡＳ系统设计得更为先进、科学；三是实用性原则。ＢＡＳ系统设计应对其实用性、前瞻性进行综合分析，以此保证系统良好的性价比，防止前期投入过多的成本；四是可拓展性原则。随着科学技术的飞速发展，相关的系统功能也得以不断拓展完善，因而在ＢＡＳ系统设计中，应关注系统未来相关技术的可拓展性，并在相应区域设置接口；五是开放性原则。ＢＡＳ系统设计完毕应当是一个开放性的信息平台，并装置配套的网络接口、软件接口、数据接口等；六是互连性原则。ＢＡＳ系统为实现控制功能，应当与其他电子设备、网络设备相连接，不同网关相互间经由通信协议实现连接；七是便捷性原则。ＢＡＳ系统既是一个信息系统，也是一个可操作的信息平台，伴随系统规模的逐步拓展，应保证其管理的便捷性；八是可靠性原则。ＢＡＳ系统设计应具备一定的容错性，保证系统可有序运行，依托系统故障诊断、调节，保证其具备较高的可靠性。

2.3基于物联网技术的智慧照明在地铁车站应用

车站管理员可以根据线路的不同，采用远程控制等方法，在不受限于配电回路的情况下，任意选择一盏或一组灯具，实现对站点最细致的管理要求。单盏灯具可独立完成时间控制、环境照明控制，以精细管理为基础，自动辨识时间与周围照明，做出准确的反应，降低管理工作。在出现故障时，采用单一的灯具控制，不会产生大范围的灯具故障，而且比回路的运行影响要小。

2.4监测数据的网络传输系统

监测数据作为安全管理的重要依据，其网络传输系统的设计非常重要。为了便于数据被及时有效地利用，监测数据的网络传输系统应该包括将数据源传递给安全监测中心平台以及各个管理用户从安全监测中心平台调取所需信息两部分，监测数据的网络传递路径见图2。地铁域地下空间的监测数据可以采用专线的方式输送到安全监测中心平台，当然在无线网络日益发达尤其是5G网络兴起的今天，也可以采用无线的方式将监测数据输送到安全监测中心平台。由于监测数据对各个用户的作用是不同的，各个用户需要根据自己职责或者工作需要有选择性地调取监测数据，因此一般来说，从安全监测中心平台往各个用户的传输采用专线的方式。

图2监测数据的网络传递路径

结束语

综上所述，为了不断解决需求与功能之间的矛盾，以人为本，提高乘客在地铁车站中使用照明的舒适性，采用基于物联网的智慧照明技术势在必行。先进的物联网技术可以促进地铁车站照明控制的精细化发展，也切实可以降低能耗，节约运营成本，可以取得较好的经济效益和社会效益，值得广泛推广。

参考文献

[1]李潇俊.地铁施工振动监测及机理分析[D].长沙理工大学,2020.

[2]丁杰.轨道车辆关键设备振动噪声多场源耦合分析与控制的研究[D].湘潭大学,2018.

[3]盛星星.地铁列车运行对沿线环境的振动影响实测与数值模拟的研究[D].广州大学,2018.

[4]王辅宋.地铁爆破振动在线监测系统的设计与实现[D].南昌大学,2017.

[5]鲍丙东.基于物联网的速度传感器综合性检测系统设计与开发[D].华东交通大学,2016.