提速道岔信号控制系统智能故障诊断仪的研究

摘要

无论是国家的发展还是社会的进步，四通八达的交通运输体系都是其强有力的支撑，在众多交通方式之中，高速铁路运输更是以其安全、经济、环保排众而出。随着科学技术的不断发展，高速铁路运输不断追求着更高的效率，运行速度也在不断地提升之中，逐渐形成了如今成熟的高铁体系。高速化铁路线路在日夜地修建，原有普速线路也在不断向高速化改建。相应的需求之下，高铁设备的可靠性、安全性被提出了新的要求。为了能保证高速铁路的高效、安全运营，高铁设备在一代代地更新和完善中，与此同时，对高铁设备的维修和检测设备也在一代代地创新和实践中，本次课题就高速铁路的道岔控制电路的故障检测进行智能设备研发，致力于协助信号维修人员快速、准确的判断道岔控制电路工作状态，定位道岔控制电路故障位置，节约维修时间，提高运营效率。
　　在提高运营效率，缩短道岔控制电路故障维修时间方面，已经总结出了各种的经验和技术。有分析铁路现场种种故障案例提出的快速故障排查流程[1-2]，有针对转辙机在轨检测可行性提出的便捷式测试仪设计方案[3-5]，有基于模糊神经网络[6-7]、灰关联[8]、D-S(Dempster/Shafer)证据理论信息融合[9]、决策树分析法[10]等提出道岔故障定位理论。
　　本篇论文在目前存在的经验理论基础上，参阅现有的便携式转辙机在轨测试仪设计原理，分析其中的可用与不可用之处，进行针对高速铁路的道岔控制电路的故障智能检测设备的研发[3-5]，设计提速道岔故障智能诊断仪，诊断仪核心部分分为转辙机离线驱动模块和虚拟转辙机模拟模块两个模块，采用不同的原理依据，用作不同的功能。根据现在的五线制道岔控制电路原理，将电路从分线盘位置一分为二，作为两个模块的理论基础，两个模块包括采用电子电路板方式设计的硬件部分和采用 C语言设计的软件部分，分别用于测试分析转辙机室外动作电路和转辙机室内控制电路的工作状态。
　　在现场案例中，道岔控制电路出现故障或即将出现故障时，电压、电流及其他电气参数会发生突变或者渐变，采集、分析这些数据变化状态可以进行故障位置定位[11]。论文根据五线制道岔控制电路与四线制道岔控制电路的不同，叙述在电流、电压等传统数据分析模式之外，阐述功率数据分析的必要性及其采集、处理的方式。论文具体就诊断仪的硬件设计原理及软件设计流程做了说明，并对其中涉及的通信方式做了解释。最后对设计完成的诊断仪进行了软硬件联合调试，调试完成后，将诊断仪进行现场功能测试，分析测试结果，显示其能够对提速道岔控制电路做到故障智能诊断，以其可靠、安全、便捷达到最初设计的需求功能。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

1 绪论

1.1 研究背景及其意义

1.2 课题领域的研究现状

1.3 论文章节安排

2 需求分析

2.1 诊断仪需求分析

2.2 诊断仪框架设计

2. 3 本章小结

3 理论依据分析

3.1 道岔动作过程数据分析

3.2 道岔动作过程数据异常判断

3.3 道岔动作过程数据采集

3.4 本章小结

4 设计与实现

4.1 控制模块硬件设计

4.2 模拟模块硬件设计

4.3 通信协议

4.4 控制模块软件设计

4.5 模拟模块软件设计

4.6 本章小结

5 诊断仪性能评估与测试

5.1 平台测试与结果分析

5.2 本章小结

结论

致谢

参考文献

附录一

附录二

附录三

攻读学位期间的研究成果