地鐵機電設備故障預警與智能診斷技術

研究與實踐

匯報人：王亮1ppt課件33機電設備故障監測需求分析及解決方案34系統設計方案課題立項情況321研究必要性135系統未來發展構想2ppt課件隨著北京軌道交通線路加密，車站數量不斷增加，就目前統計，北京地鐵所轄線網內電梯總數2700臺（扶梯2189+步道11，直梯500），屏蔽門總數超過2萬套，車站大型風機總數超過1000臺。一、研究必要性1）設備數量多，分布廣，加重了地鐵運營機電公司維修工作強度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測、診斷、預警3）機電設備故障頻發，對乘客人身安全造成威脅4）目前設備故障報警數據信息不能對重大故障進行預測3ppt課件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”屏蔽門故障對運營造成影響4ppt課件引發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。5ppt課件2、地鐵既有機電監控系統在維修支持方面存在不足1、只能監視設備運行工況，缺少機械部件工作狀態信息環境與設備監控系統（BAS）綜合監控系統（ISCS）2、系統僅實現故障后報警，沒有智能預警、故障診斷功能3、系統功能偏向于行車運營，故障智能分析功能不足6ppt課件3、地鐵線網管理“高效、節約”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、維修工作，不擴大現有的運營維修管理團隊，很難能滿足北京線網運營需要。通過科學的現代化信息技術手段進行輔助，推進狀態維修理念，優化現有維修管理資源，提高工作效率，節約人力資源，是北京線網未來建立“高效、節約”型綜合維修管理體系所需要的。7ppt課件4、

技術研究符合《“十二五”國家戰略性新興產業發展規劃》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術，大力推進泛在感知自動控制系統、工業機器人、關鍵零部件等裝置的開發和產業化”。軌道交通裝備產業在“十二五”中列為高端裝備制造產業，也是“十二五”重點發展方向和主要任務之一。8ppt課件二、課題立項情況課題名稱：地鐵機電設備故障監測與智能診斷系統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9ppt課件二、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測與智能診斷系統”。2、研究自動扶梯、屏蔽門、風機等設備的故障監測預警和智能診斷技術。3、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。4、進行系統專家數據庫、智能決策單元、應用平臺等軟件產品的研發。5、完成系統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、完成實際工程系統建設應用示范。10ppt課件二、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）實現地鐵機電設備易損部件故障早期發現，規避安全風險3、課題實現目標11ppt課件三、機電設備故障監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12ppt課件三、機電設備故障監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現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據統計進行故障預警第四類需要關鍵設備質量監管及風險預測13ppt課件機械傳動磨損電機軸承易損難以早期察覺軸承監測三、機電設備故障監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測溫度監測第一類難以發現的機械故障對設備零部件進行狀態監測需要在自動扶梯上增加測點14ppt課件三、機電設備故障監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據采集轉換數字振動信號信號解析處理智能分析診斷振動值信號頻譜信號波形(時域圖)通過FFT（快速傅里葉變換實現）結果輸出15ppt課件變換到頻域的目的——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:2980rpm滾珠數:9個節徑:167.5mm滾子直徑:30.1516ppt課件三、機電設備故障監測需求分析及解決方案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17ppt課件三、機電設備故障監測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。18ppt課件扶梯逆轉制動零部件監測停車制動失效三、機電設備故障監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測原因不確定對每天停車制度參數進行計算存儲制動性能進行評估19ppt課件三、機電設備故障監測需求分析及解決方案扶梯制動性能監測原理扶梯電流監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測數據記錄趨勢分析單個數字量存在誤差趨勢和變化才是關鍵系統每天都在替人進行性能測試20ppt課件用電負荷數據三、機電設備故障監測需求分析及解決方案自動扶梯故障風險分析及監測手段扶梯機械構造復雜長期監測數據分析、統計第三類缺少數據統計進行風險預測數據綜合統計分析運轉狀態數據故障報警數據發現不良狀態預測風險故障趨勢21ppt課件產品批次三、機電設備故障監測需求分析及解決方案自動扶梯設備質量監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據統計分析第四類需要關鍵設備質量監管及風險預測故障設備類型長期追蹤故障性質歷史數據部件管理追蹤故障風險預測質量監管22ppt課件三、機電設備故障監測需求分析及解決方案屏蔽門主要多發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23ppt課件三、機電設備故障監測需求分析及解決方案屏蔽門故障特點及監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測故障不易提前預測完善屏蔽門故障報警內容實現完整信息遠傳采用最直觀的圖形化界面快速展現故障位置增加安全回路虛斷故障監測增加信號接口性能監測開關門電流曲線監測24ppt課件三、機電設備故障監測需求分析及解決方案屏蔽門故障特點及監測手段安全回路虛斷和信號接口故障監測采用檢測回路電流的方式，判斷安全回路是否有虛接故障，檢測信號接口的有效性。25ppt課件三、機電設備故障監測需求分析及解決方案屏蔽門故障特點及監測手段屏蔽門故障快速定位屏蔽門系統故障報警本系統故障檢測26ppt課件三、機電設備故障監測需求分析及解決方案大型風機監測方案系統監測平臺機械故障預警電氣故障報警27ppt課件四、系統設計方案——系統結構設計28ppt課件四、系統設計方案——功能理念狀態監測智能診斷可視化信息管理檢維修決策檢維修管理安全風險預測全壽命周期管理29ppt課件四、系統設計方案——框架構想屏蔽門系統風機系統電扶梯系統待辦事項提醒振動位移溫度開/關可視化報警信息剩余壽命狀態監測診斷分析停機記錄故障維修/維保管理報表停機統計可靠性/可用率年度消耗故障維修信息運行信息維修任務遠程協助故障知識庫設備信息備件耗材庫狀態監測系統30ppt課件四、系統設計方案——邏輯架構設備故障監測與智能診斷系統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度傳感器數據信息采集器故障診斷器故障數據庫屏蔽門設備數據信息采集器故障診斷器故障數據庫大型風機設備振動傳感器其他自檢信號數據信息采集器故障診斷器故障數據庫溫度傳感器數據接口及智能分析決策單元專家數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據采集層數據分析層決策評估層應用層數據傳輸層31ppt課件四、系統設計方案——系統構成兩級管理三級監測設備現場級，位于線路車站內，主要負責對機電設備進行數據采集和故障解析主要監視管區內車站機電設備的安全狀態和故障信息，能調取現場采集的所有狀態數據，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，安排維修保養計劃；對維修工單進行派發操作；對維修資源和備品備件進行信息化管理；對整個系統的維護管理服務32ppt課件四、系統設計方案——系統功能設備現場級功能——監控界面就地設備手持設備側重提供便捷的現場巡檢操作33ppt課件四、系統方案——軟件平臺工區級監控軟件側重提供專業性的維修支持服務34ppt課件四、系統方案——軟件平臺維修項目部（中心級）監控軟件側重提供風險預測和維修管理服務35ppt課件五、系統未來發展構想行車運營組織生產系統運營維修維護生產系統運營能耗管理系統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，面向運營調度人員。以支撐運營維修生產為核心服務重點，要