徐杨
昆明地铁运营有限公司
摘要：环境与设备监控系统（BAS）是地铁电气控制系统的重要组成部分，其作用是对地铁上各类电气设备、线路的运行环境、实时工况进行监督，确保潜在问题能够被第一时间发现，并采取相应的控制措施，避免引发严重电气事故，保障地铁的安全运行。本文首先介绍了地铁电气系统故障发生原因，以及环境与设备监控系统对常见故障的检测方法，最后分别从在线诊断、远程诊断、专家诊断等方面，对诊断技术的原理和应用进行了简要分析。
关键词：环境与设备监控系统；故障检测；诊断技术
1.地铁电气系统的故障原因分析
在城规交通系统中，无论是站厅、站台，还是地铁内部，均包含了复杂的机电设备和电气系统，这些系统相互配合保证了城规交通系统的稳定、安全运行。但是由于使用寿命、运行环境等诸多因素的影响，地铁电气系统可能会出现各种形式的故障隐患。明确故障发生原因，可以为故障的及时、准确处理提供必要的支持。总结来说，故障原因主要包含两种类型：其一就是设备自身方面问题。包括存在质量缺陷、安装不合理、超过设计寿命等；其二是系统本身的问题，例如系统之间缺乏兼容性，导致控制指令无法有效传递，或是监控系统不工作、控制系统无响应等等。
2.环境与设备监控系统的故障检测方法
2.1科学选择设备提高故障检测效率
在电气安装过程中，选择一些带有自检功能的，或是有状态指示功能的设备，可以帮助系统维护人员及时的发现故障所在，从而提高了故障检出率。虽然前期的成本投入较高，但是从设备的整个寿命周期来看，显著降低了因为设备突发故障导致的严重损失，因此综合成本较低。以网络传输系统为例，采用光纤环网代替普通的网络，一方面是提高了信号传输速度和通信容量，可以满足复杂电气系统中，PLC控制的时效性；另一方面该系统具有自动诊断功能，如果通信网络出现的信号不能正常收发、信号接收质量差等问题，可以在100ms以内自动检出，并作出处理决策，从而保证通信流畅。
2.2利用专用工具实施监测故障
选择一些具有系统管理功能的专用工具，也可以辅助系统管理人员更好的完成故障检测。例如，现阶段国内许多地铁公司均引进了PLC全冗余配置，能够实现对城市轨道交通中的空调通风系统、照明配电系统等进行实时监测。利用分布在地铁电气系统前端的各类传感器，源源不断的收集各类电气设备的状态参数，然后将其反馈给PLC控制终端。利用大数据分析，对比实时参数和预设参数，如果两者差距较大，超出了预设参数的阈值，即判定为异常状态。然后PLC根据异常数据的来源，以及异常数据的内容等，判断出故障类型、位置、发生时间，进而采取相应的决策，对故障予以控制。
2.3设计软件程序识别潜在故障
城规交通系统在运行过程中，潜在的故障较多，如果在故障发生以后再采取处理措施，不利于保证地铁运行安全。利用PLC作为控制终端，编写程序设置“看门狗”功能，可以将软件监测与硬件处理有机结合起来，在精准识别潜在故障的基础上，还能够控制相应的设备，采用自动投切等方式，及时消除故障带来的负面影响，确保地铁系统的正常运行。例如，正常情况下，PLC会以特定频率接收前端反馈的状态信息。如果信号中断或联络超时，则说明存在故障。此时PLC调用应急指令，进行报警，提醒相关人员及时查看并处理故障问题。
3.环境与设备监控系统常见故障的诊断技术
3.1在线调试与在线诊断
工程师站计算机是专供工程师或自控技术人员使用，所以该机内装有PLC的工具软件和远程诊断软件(另供)。工程师站计算机具有读取网上所有PLC程序和向各个PLC下载程序的功能，具有对所有PLC的程序进行在线编辑的功能，即PLC已投入运行后，发现某些程序语言还需优化，或者有些小错误时，工程师站计算机可以马上修改PLC中的程序，而不影响PLC的正常控制工作。通过支持在线调试，确保了环境与设备监控系统可以始终保持正常运行，实现故障诊断功能的连续性。从诊断功能上来看，在线诊断可以对通信状态、运行状态、指令调用状态、系统响应情况等实现实时监督，并对异常信息进行分析、判断。
3.2远程监视与远程诊断
环境与设备监控系统覆盖范围广、监测对象多，以人工为主的诊断方式不仅费时费力，而且对于很多潜在故障无法全面、准确的检出，存在较多的诊断漏洞。针对此类问题，就需要引进远程诊断功能，让技术人员可以借助于便携式移动设备，随时随地的监视地铁电气系统的运行状态。除此之外，通过联网运行的方式，技术人员利用远程诊断明确问题所在后，如果是软件方面的问题，还可以启用管理员权限，通过后台操作、更改程序等方式，进行在线维护，消除这一问题。当然，对于硬件方面的问题，PLC可以判断发生故障的硬件设备，以及故障原因和解决建议。技术人员参考这些信息，尽快到现场排除故障。
3.3基于人工智能的专家诊断系统
随着AI技术的成熟，在环境与设备监控系统中也得到了广泛的使用。目前，国内一些地铁站也相继引进了专家诊断系统，从实际应用效果来看，进一步提升了环境与设备监控系统的响应速度、判断精度和处理效率。基于专家诊断的环控系统，其显著优势在于实现了故障隐患的事前预测、及时报警；同时专家决策相比于普通的计算机判断，更加详细和精确，从而突出了环境与设备监控系统的实用价值。基于专家决策的故障检测系统结构如图1所示。
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结语：在地铁控制系统中，环控系统（BAS）在故障的超前识别、精准判断以及提出解决方案等方面，均发挥了积极作用。随着地铁电气系统的复杂化，为了从源头上实现系统运行“零风险”，必须要依托前沿技术，不断的优化和完善环控系统的功能。结合国内一些地铁公司的管理实践，在线诊断、远程控制以及专家决策等，让环控系统的实用性得到了显著提升。未来还要将大数据、5G等技术应用到环境与设备监控系统中，促使其故障检测与诊断功能的更好发挥。
参考文献：
[1]许肇凯,焦德龙.电力系统设备状态监测与故障诊断技术分析[J].工程技术:引文版,2016(02):131-133.
[2]陈进.设备状态监测与故障诊断技术——最新进展与智能维护系统[C]//全国大中型水电厂技术协作网第二届年会.2016.