一种电力机车电气系统故障判断方法.pdf

本发明公开了一种电力机车电气系统故障判断方法，该方法包括：采集电力机车电气系统的多种数据信息；判断所述数据信息中是否有故障信息或异常信息；如果存在所述故障信息或异常信息，则基于该故障信息或异常信息从故障知识库中搜索与该故障信息或异常信息匹配的故障解释；以及显示从所述故障知识库中搜索到的与所述故障信息或异常信息匹配的故障解释。

1.  一种电力机车电气系统故障判断方法，该方法包括：
采集电力机车电气系统的多种数据信息；
判断所述数据信息中是否有故障信息或异常信息；
如果存在所述故障信息或异常信息，则基于该故障信息或异常信息从故 障知识库中搜索与该故障信息或异常信息匹配的故障解释；以及
显示从所述故障知识库中搜索到的与所述故障信息或异常信息匹配的 故障解释。

2.  根据权利要求1所述的方法，该方法还包括：基于所述故障信息或 异常信息从所述故障知识库中搜索与该故障信息或异常信息匹配的故障解 决方案；以及
显示从所述故障知识库中搜索到的与所述故障信息或异常信息匹配的 故障解决方案。

3.  根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述故障知识库是基于车 载专家诊断系统的。

4.  根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述搜索包括自动搜索和 交互式搜索。

5.  根据权利要求4所述的方法，其中，在采集的所述数据信息足够用 于确定故障的情况下，使用所述自动搜索；以及
在采集的所述数据不足以用于确定故障的情况下，使用所述交互式搜 索。

6.  根据权利要求4所述的方法，其中，所述交互式搜索是基于故障树 的。

7.  根据权利要求6所述的方法，其中，所述故障树是由至少一个父节 点和多个多级子节点构成的层级结构，至少一个父节点和多个多级子节点表 示故障范围从大到小的多种故障。

8.  根据权利要求7所述的方法，其中，所述故障树包括至少一个父节 点，一个父节点对应于至少一个一级子节点，一个一级子节点对应于至少一 个二级子节点，一个二级子节点对应于至少一个三级子节点。

一种电力机车电气系统故障判断方法
技术领域
本发明涉及一种电力机车电气系统故障判断方法。
背景技术
电力机车的电气系统是一个非常复杂的系统，由多种电气设备组成。电 力机车的电气线路主要由主电路、辅助电路和控制电路三大部分组成。主电 路包括：网侧高压电路、整流调整电路、牵引供电电路、加馈电阻制动电路、 PFC电路和保护电路。辅助电路由单-三相供电系统、三相负载电路、单相 负载电路和保护电路组成。控制电路可分为：有接点控制电路和无接点控制 电路两大部分，由起不同作用的各种控制环节组成，包括：控制电源、整备 控制电路、调速控制电路、机车内部状态的信号控制电路和照明控制电路。
电力机车电气系统长期工作在高温振动的不利环境下，故障的几率较 大，故障诊断的难度也很大。
发明内容
本发明的目的是提供一种电力机车电气系统故障判断方法，该方法包 括：采集电力机车电气系统的多种数据信息；判断所述数据信息中是否有故 障信息或异常信息；如果存在所述故障信息或异常信息，则基于该故障信息 或异常信息从故障知识库中搜索与该故障信息或异常信息匹配的故障解释； 以及显示从所述故障知识库中搜索到的与所述故障信息或异常信息匹配的 故障解释。
通过上述技术方案，可以对电力机车整体的电气设备进行状态检测，涉 及到受电弓(弓网关系)、主变压器、牵引变流器、牵引电动机、辅助电机 系统、电气控制系统、微机及电子控制系统、控制电源和辅助电源等多个电 力机车的子系统，实现对电力机车的故障分析和诊断、故障信息存储以及故 障处理办法提示。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与 下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在 附图中：
图1是根据本发明的实施方式提供的电力机车电气系统故障判断方法的 示意流程图；
图2是本发明的实施方式使用的故障树的结构示意图；以及
图3示出了根据本发明的实施方式故障树具体实现。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是， 此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发 明。
图1是根据本发明的实施方式提供的电力机车电气系统故障判断方法的 示意流程图。如图1所示，根据本发明的一个实施方式，提供了一种电力机 车电气系统故障判断方法，该方法可以包括：
采集电力机车电气系统的多种数据信息；
判断所述数据信息中是否有故障信息或异常信息；
如果存在所述故障信息或异常信息，则基于该故障信息或异常信息从故 障知识库中搜索与该故障信息或异常信息匹配的故障解释；以及
显示从所述故障知识库中搜索到的与所述故障信息或异常信息匹配的 故障解释。
所采集的数据信息涉及例如受电弓(弓网关系)、主变压器、牵引变流 器、牵引电动机、辅助电机系统、电气控制系统、微机及电子控制系统、控 制电源和辅助电源等多个电力机车的子系统。可以例如通过检测装置(例如， 传感器)来采集数据信息。
在采集到这些数据信息后，可以将这些数据信息存储在存储器中以供后 续处理。
专家系统是运用大量本领域专家的经验知识和一定的推理方法求解复 杂问题的一种人工智能计算机程序，能够模拟设备检测管理人员的一些思维 活动和推理过程，有效地利用专家经验构成启发式知识，快速、有效、准确 地识别、排除故障，确保机车的运行安全。本发明的实施方式提供的方法可 以使用车载专家诊断系统来执行。
例如，车载专家诊断系统可以对所采集到的数据信息进行分析，判断这 些数据信息中是否存在故障信息或异常信息。如果存在，则可以将这些故障 信息或异常信息记录在例如该系统的故障记录数据库中。可选地，如果不存 在，可以在例如显示器上显示“无故障”。
之后，该系统提取出存储在故障记录数据库中的故障信息或异常信息， 并从故障知识库中搜索与该故障信息或异常信息匹配的故障解释。
之后，可以在例如显示器上显示该故障解释，以告知用户发生何种故障。
系统还可以从故障知识库中搜索与该故障信息或异常信息匹配的故障 解决方案；
该方法还可以包括显示该故障解决方案。
故障知识库可以被包含在该系统中，或可以位于该系统之外。故障知识 库中存储有大量各种故障类型、故障解释以及故障解决方案，其可以与不同 故障信息对应。这些故障类型、故障解释以及故障解决方案与故障信息的对 应关系是通过先验知识来确定的。例如，根据以往的经验，可以确定某故障 信息对应于哪个故障类型和故障解释，以及相应地有哪种故障解决方案。
在本发明的实施方式中，上述搜索过程可以包括自动搜索和交互式搜索 两种方式。
在采集的所述数据信息足够用于确定故障的情况下，使用所述自动搜 索。对于能够提供足够信息的情况，可以采用自动搜索的方式。对于这类故 障直接给出故障信息，司机认为有必要，可以通过按键查阅故障说明及处理 提示。
举例来说，机车的轮轴速度信号，由于控制电路采集了4个轮对的速度 信号，因而可以准确地判断出1个速度信号故障的情况，做出自动判断。当 然由于没有更多的信息量，不能确定故障的具体部位是在传感器本身、布线 还是速度信号调整电路等。尽管如此，这种判断还是非常有效和必要的：首 先，因为如果不能及时发现存在问题，故障的积累往往会造成严重的后果。 其次，尽管1个速度信号故障不会影响机车的主要性能，但机车的防空转性 能就会降低，司机必须给予特别的关注。
在采集的所述数据不足以用于确定故障的情况下，可以使用所述交互式 搜索。
交互式搜索包含两种类型的方式，一种是故障诊断系统发现了故障，但 由于信息量不够充分，从而请求进入交互式搜索方式，对此操作人员可以选 择‘进入’或‘忽略’。另一种是操作人员发现有故障而故障诊断系统不知 道有故障存在时，操作人员可以主动进入交互式搜索方式。例如机车的‘无 压无流’是造成晚点或‘机破’的主要原因之一。这里‘无压无流’是指机 车完全给不出牵引力或制动力的状态，在这种情况下，司机认为应该有动力 但实际上没有，可能的原因有很多：可能是设备故障，也可能是司机操作不 当引起的。此时进入交互式搜索，诊断系统就能够给出不具备给出动力的原 因，可能是一种，也可能有多种，以提示司机进行相应的处理。
交互式搜索主要基于故障树的遍历方式进行搜索，即在操作人员通过屏 幕按键的控制下，可以查询故障树的每一个节点。
图2是本发明的实施方式使用的故障树的结构示意图。如图2所述，故 障树可以是由至少一个父节点和多个多级子节点构成的层级结构，至少一个 父节点和多个多级子节点表示故障范围从大到小的多种故障。
在本发明的具体的实施方式中，故障树包括至少一个父节点，一个父节 点对应于至少一个一级子节点，一个一级子节点对应于至少一个二级子节 点，一个二级子节点对应于至少一个三级子节点。采用四级节点的方式是考 虑了软件实时性和硬件容量的因素，使车载专家诊断系统简便使用。
故障树的具体实施步骤如下：
步骤一：建立基于故障树的搜索模型
故障搜索过程实际上就是根据故障表象，确定故障范围的过程，范围从 大到小，逐步定位到真正的故障点。诊断问题通过分类方法来解决，其核心 就是故障树的思想。
图3是以‘无压无流’故障层次为例，给出了对应的故障树。考虑到软 件实时性和硬件容量的因素，根据车载在线诊断系统必须简便实用的特点， 故障分类层次最多为4层，第一层(1001)为故障大类，如无流无压、电流 不平衡、窜车等等。
步骤二：数据的抽象和知识的表达
原始数据(即，采集到的数据信息)的抽象过程是一个从原始数据提取 证据的过程，它完成数值信息向符号信息的转化，为分类过程提供初始证据。 根据机车以往出现故障的情况，将引起故障的原因、表现症状等按‘分类数 据的抽象’的方法形成知识库和推理机。知识库按层次分类树的方式组织， 推理机按顺序方式组织。以‘无压无流’故障为例，其知识库和编码表组织 如表1所示。
表1

步骤三：利用推理策略得到结论
专家系统搜索方法的推理策略为：向后推理、广度优先，属于算法推理 和确定型推理的结合。
以无压无流故障为例，无压无流作为父节点，按照故障树自上而下搜索 即为向后推理。从父节点开始，先搜索一级子节点，再搜索二级子节点，然 后是三级子节点，即广度优先。由于经过有限次、确定的搜索步骤，一定能 够找到故障部位，推理的过程是收敛的，所以搜索过程具有完备性，属于算 法推理。专家系统对机车的故障判断的结果有两种：‘无故障’或者‘有故 障’并指出故障部位和给出处理提示，其结论是明确的，所以是确定型推理。
这里用到的基于故障树的搜索算法是本领域技术人员公知的算法，这里 不再进行赘述。
根据本发明的一个实施方式，还提供了一种车载专家诊断系统，该系统 可以包括：
采集装置，用于采集电力机车电气系统的多种数据信息；
判断装置，用于判断所述数据信息中是否有故障信息或异常信息；
匹配装置，用于在存在所述故障信息或异常信息的情况下，基于该故障 信息或异常信息从故障知识库中搜索与该故障信息或异常信息匹配的故障 解释；以及
显示装置，用于显示从所述故障知识库中搜索到的与所述故障信息或异 常信息匹配的故障解释。
该系统还可以包括用于存储故障信息或异常信息的故障记录数据库，以 及故障知识库，用于存储与数据信息匹配的故障类型、故障解释以及故障解 决方案。
匹配装置还可以用于基于所述故障信息或异常信息从所述故障知识库 中搜索与该故障信息或异常信息匹配的故障解决方案；显示装置还可以用于 显示从所述故障知识库中搜索到的与所述故障信息或异常信息匹配的故障 解决方案。
本发明的实施方式通过建立电力机车电气系统故障诊断专家系统，能有 效地提高机车电气系统故障诊断的技术水平，迅速准确地确定故障的部位和 原因。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限 于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明 的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特 征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必 要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其 不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。