摘要：我国铁路运输量的不断增长、列车行驶速度的不断提升，让车站信号联锁设备在铁路运输多个领域得到了广泛应用，改善了车站信号联锁系统不间断工作所引发的故障问题。文章对车站信号联锁系统故障诊断系统的总体结构设计进行了综合论述，在此基础上，对车站信号联锁系统工作故障进行了重点分析，明确以信息融合为基础的多种故障诊断系统应用原理。作为车站信号的重要组成部分，车站信号联锁系统故障诊断系统的研究有利于降低识别误差、提高诊断结果的精准性，对信号设备故障诊断决策的制定有着积极的参考意义。

关键词：车站信号联锁系统;故障诊断系统;研究分析

车站信号一直是铁路事业发展的核心技术，铁路运输速度的不断加快，车站信号从传统的电气集中联锁逐渐发展到现代化计算机联锁，整体系统结构为双机热备、三取二等多元化的安全保障方式，目前我国的车站信号联锁系统已处于世界先进行列。信号系统主要负责对列车的运行方向和运行状态进行综合指挥与控制，保障列车的运行效率和运行安全，高新技术在我国铁路事业的有效应用导致车站信号设备维护力量薄弱，传统的故障诊断方式与新技术、新设备之间存在矛盾。全新的故障诊断专业系统开始发挥重要作用，实现对故障问题的交互式处理，具备灵活性、便利性的应用优势。

车站信号联锁系统

车站信号联锁系统在运行阶段会自动采集道岔电路以及信号机的使用状态，根据实际情况下达科学的列车调度命令，保障列车运行的安全性，通过控制台进行车站信号设备检测。信号机遵循信号之间的联锁关系完成基础运算，将设备调整到适当的位置，车站信号联锁系统主要分为室内控制和室外控制设备，分别进行软硬件区域和道岔转换、信号机等基础设备的管理。车站联锁系统处于多级分布式设计结构由子系统、网络通信系统和联锁子系统等结构共同组成，主要功能是实现自动化信息采集和人机会话，能够根据实际情况完成联锁运算。系统软件能够同时完成多任务的共同处理，对外部设备进行综合管理，并支持软件调试、站内数据库、联锁运算和站场图等基础数据获取，能够应对多种站场情况，具有通用性的发展特点。室外控制设备包括信号机、轨道电路等基础设备，其主要功能是实现道岔的转换与封锁，科学下达列车进路和调车进路的指令，信号机能够根据列车的进入情况显示对应的信号提示，并向列车发送速度信息。

二、车站信号联锁系统故障诊断系统的总体结构设计

车站信号联锁系统设备结构具有复杂性特点，在进行故障诊断系统设计的过程中，需要多个子模块的有效应用，了解当前系统设备的工作状态，并输入准确的信息数据，为故障诊断提供人机交互子界面，能够在确保车站信号联锁系统安全运行的基础上，制定经济、合理的技术处理措施，避免因故障处理时间过长打乱运输秩序。

数据导入模块。从车站信号监测系统获取设备状态监测数据和缺口检查数据等基础工况状态信息，为后续的故障诊断系统运行提供基础数据知识，利用接口软件完成数据转换处理，对各项数据信息进行校准与核对。将系统状态信息导入到故障诊断系统数据库，车站信号监测系统主要监测数据有：模拟量、开关量等，了解联锁设备、信号机、轨道电路等室外设备的接口运行情况，并对继电器的工作状态进行实时监测。模拟量数据包括电源屏的电压、电流输出数值以及现有的功率、频率基础参数，以此为基础明确道岔转换阶段转辙机的实际动作和发生动作的具体时间，计算电缆芯线对地绝缘电压，通过电源屏输出漏泄电流值。完成对温度、湿度等环境状态的模拟量监测，通过视频采集系统进行监测图像的采集与处理，实时获取无人值守车站室内外信号设备的运行状态，并做好设备环境监测。    （二）人机界面模块。故障诊断系统的人机界面主要指的是，设备维护管理人员与故障诊断系统之间进行信息交互的重要通道。在当前故障驱动诊断方法的有效应用下，人机界面的主要功能是自动选择故障诊断类别，按照室内电路设备诊断和室外信号设备诊断同步进行的基本原则，将最终的诊断结果显示在控制中心系统，并对各项故障处理信息给予提示。通过图像分析和故障统计，将设备运行状态等监測数据导入到故障诊断系统中，帮助系统完成信息交互功能，诊断系统交付给用户使用，想要取得良好的管理效果，就需要提高人机接口的整体质量。人机接口主要包括系统与用户接口、系统与专家接口，根据用户在操作过程中下达的基础指令和提出的具体问题，给予多项系统分析结果，并将系统结果直接传送到推理机，数据库完成系统自动求解，用户能够实时掌握专家系统的执行动态。专家与系统接口能够在系统运行阶段接受专家的知识建议，专家了解系统的具体工作性能，人机界面的设计能够将故障现象、故障诊断结果、故障分析过程和有关知识问答等基础信息，通过系统进行人机交互。系统列出功能菜单，根据用户操作执行相应的诊断功能，显示下级菜单让用户进行第二次选择，或者由设计人员通过语言命令快速访问数据库，建立人机接口。

（三）知识获取模块。知识获取是对专业知识和经验知识的获取，具有数据分析和自动加工的基础功能，能够通过信息融合为系统提供诊断规则，知识获取过程可以通过人工处理或某一方法间接获取。故障诊断系统自动知识获取阶段所采用的方法有：分层模型获取法、电路模型原理逻辑分析法、故障逻辑获取法、网络故障机理知识获取法、维护人员故障处理经验获取法以及案例信息参考法等等。诊断知识的获取是故障诊断系统知识库建设的基础数据获取方式，在故障诊断系统开发的过程中具有重要作用，想要不断完善系统知识库的信息内容，就需要采用多种获取方式，在发生故障的第一时间运用众多知识信息完成诊断推理。选择合适的知识获取方式能够简化推理机制，根据信号系统运行阶段存在的故障现象，了解故障产生的根本原因，通过历史故障树据分析，结合以往的故障诊断经验，保证故障诊断系统诊断结果的准确性。

（四）推理机的设计。在车站信号联锁系统故障诊断的过程中，需要按照一定的原则从当前的数据信息中分析故障问题产生与存在的整个过程，以众多知识信息为基础的诊断推理，需要推理机软件应用来实现。推理机是车站信号联锁系统故障诊断系统的核心结构，主要任务是根据输入到系统的信息和数据，参考知识库内的具体知识内容，按照一定的推理逻辑完成故障分析，更好的满足用户在故障诊断系统使用过程中提出的特定需求。划分故障类型，判断故障形成的具体原因，并通过解释机构进行跟踪记录，由故障诊断系统制定出相应的处理方案，通过人机接口输出，动态数据库的建立能够存放用户根据故障现象所提供的初始事实，将记录的推理信息作为解释用户咨询问题的重要依据。

三、车站信号联锁系统故障诊断系统的具体应用

（一）联锁系统的故障分析。一般情况下，车站信号联锁系统处于不间断的持续工作下，尤其是处于室外工作环境下的技术设备，会受到各种因素的影响，产生故障的几率更高。车站信号联锁系统的故障问题主要分为室内控制区域和室外设备故障，为了精准的判断故障发生的具体原因和故障所处的准确位置，需要明确车站信号联锁系统的整体结构和实际工作原理，按照其功能作用和应用层次进行综合分析。想要得到更加准确的故障诊断结果，需要建立车站信号联锁系统分析模型，查找故障发生的主要原因，车站信号联锁系统故障诊断系统由多个子程序组成，能够以基础理论为参考，对故障现象进行分析判断，并做好系统运行阶段故障维修记录。通过模型分析了解车站信号联锁系统的故障机理，建立车站联锁系统模块结构，结合各类故障事故发生的主要特点，通过故障树分析法得到精准的故障树据。

（二）知识表示模型的建立。故障诊断系统在车站信号联锁系统故障分析的过程中，需要根据各类问题选择有关知识进行分析，知识内容有经验知识、因果知识和第一定律知识。经验知识是工程师和专家经过长时间的工作积累所形成的知识内容，属于浅知识，因果知识和第一定律知识需要参考具体故障分析案例以及庞大数据量的堆积与处理，得到的知识信息属于深知识。知识获取的过程是诊断途径建立的过程，在进行知识表示模型建立的过程中，首先需要了解经验知识的主要特点，提出的假设与最终的结论之间缺乏因果关系。在经验知识获取阶段，如果涉及到基础理论经验知识将转变为理论知识，因果知识的形成是建立在经验知识的基础上，能够完整的了解诊断对象的主要结构。以潜在理论知识为依据，假设条件和最终诊断结果之间存在因果关系，只有将理论知识与经验知识进行有效结合，才能够更好的解决故障问题。在知识表示模型建设的过程中，要做到深层知识和浅层知识的合理运用，选择合适的表达方法，通过推理机将知识信息整合到一起建立专家系统，针对特定的故障问题进行综合诊断。诊断过程中各类知识的控制作用将处于持续变化的状态下，不同知识内容之间的交替使用，能够快速找出问题的解决思路，建立协调机制进行知识转化，完整的记录故障分析过程。将有价值的模块记录数据传輸到知识库，加强用户与系统之间的信息交互，监控模块能够自动跟踪记录推理的全过程，在推理归纳中总结新知识，丰富知识库的主要内容。

（三）图例分析系统的运用。图例分析指的是出示系统失效与底事件之间的逻辑图，能够真实的反映出车站信号联锁系统发生故障的主要原因以及故障产生的因果关系，图例分析系统将故障图示与专家系统进行有效结合，实现对车站信号联锁系统的初步诊断。在进行复杂系统诊断的过程中，简单的描述无法对故障现象、故障类别进行精准划分，为了实现故障定位，需要在故障诊断过程中增加故障征兆、故障检测诊断建议和后续维修策略等众多信息。结合故障树专家系统的有效应用，制定出科学合理的车站信号联锁系统故障诊断方式，保证故障诊断知识内容的规范性，能够快速完成故障推理，有效解决当前车站信号联锁系统故障诊断系统在知识获取与问题推理中存在的各类问题。故障树分析技术能够利用故障诊断系统的深层知识内容，通过参数自诊断方式，结合知识库中的故障事实和知识规则制定出综合诊断推理机制，分析图示逻辑结构和故障模式之间存在的逻辑关系。

（四）故障诊断与专家系统求解。车站信号联锁系统发生故障的第一时间，维修人员需要启动车站信号联锁系统故障诊断系统获取帮助，系统启动后能够根据工作人员所提交的故障现象，选择合理的故障诊断功能。由维修人员进行现场操作，根据设备的故障状况进行故障类别划分，按照专家系统给予的诊断提示，逐步完成故障信息输入，专家系统在短时间内完成信息整理与分析，根据故障情况从知识库中筛选相关诊断规则。排序方式为故障原因概率和访问频率，输出在故障诊断系统分析后得出的多项故障产生原因参考，现场维修人员按照诊断结果，核实当前设备的运行状态，当发现专家系统所指出的故障现象时，选择相对应的维修功能，采用科学的维修方法进行故障排除。当诊断结果与现场设备的运行状态不符时，重新进行故障原因选择，由此可见专家系统故障诊断前，需要对具体故故障现象以及设备的运行状况进行充分了解，从知识库中提取相关知识内容，逐一进行检查与排除。分析故障产生的具体原因，并给予相关故障解决方法，当所有可能的故障原因均被排除后，尚未解决故障问题则给予提示“本专家系统内尚未录入此类故障”。专家系统的应用优势在于能够客观地完成数据库中相似故障案例的排查，避免人为故障排查所消耗的时间，但车站信号联锁系统故障情况存在多样性、复杂性的特点，专家系统无法容纳一切故障类型。仍然存在无法解决的故障难题，要求用户与专家系统建立联系，在专家的统一指导下进行故障排除，并将故障类型补充到知识库，为后续类似故障的排查提供数据参考，想要充分发挥出故障诊断专家系统的应用优势，就需要加强系统与用户之间的有效通信。

四、车站信号联锁系统故障诊断系统的展望

随着我国铁路体制改革的不断深入，铁路信号技术得到了飞速发展，车站信号联锁系统故障诊断系统具有广阔的应用前景，系统功能逐渐完善、诊断性能逐步提高。为了确保诊断结果的准确性，需要进一步发展车站信号联锁系统的监测功能，增加监测点随时掌握设备的运行状态，为后续的故障诊断提供详细的数据信息。近年来，设备状态监测正逐渐向状态预测发生改变，通过庞大的数据资源合理预测设备故障下的状态变化趋势，现场维护人员能够提前采取防护措施，为后续的设备维修创造有利条件，全面提高故障诊断系统的智能化推理能力和知识获取学习能力。不断提高故障诊断水平，将知识规则和故障案例进行混合应用，运用人工神经网络技术进行信号模拟训练，增加数据源的匹配度，及时排查故障产生的具体原因。根据车站信号联锁系统设备和监测系统的基本结构制定模块化设计方案，及时获取设备状态监测数据，突破传统知识获取的困境，总结车站信号联锁系统研发经验，参考电务段故障维护的历史记录，制定出混合推理机制，提高故障诊断精度。除以上故障诊断方式外，在参考粗糙集理论的基础上，分析粗糙集现有的条件属性、决策属性，判断故障发生的原因与故障位置，并结合实例采取科学的解决方案，在车站信号设备故障诊断中发挥出粗糙集的分析优势。

总结：由于铁路信号设备控制系统具有一定的复杂性，引发故障的原因多种多样，传统的依靠工作人员经验和业务水平进行的现场诊断，已经不适合当前车站信号故障处理需求。经常出现铁路信号故障处理时间过长导致列车晚点，影响车站信号系统的正常运行，被迫采用人工接发列车的形式，引发一系列安全隐患，全新的故障诊断专家系统能够有效解决各类计算机程序问题，通过知识库进行诊断结论推理，达到预期的故障分析结果。目前车站信号联锁系统故障诊断系统的研究与发展受到了人们的广泛关注，并取得了长足进步，能够为车站信号联锁系统故障诊断提供科学途径。

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作者简介：

蒋敏建 男（1987.08-）汉族  广西桂林人    学历： 大学本科

柳州铁道职业技术学院 实验师    研究方向：铁道通信信号

基金项目：广西高校中青年教师科研基础能力提升项目 智能联锁设备维护实训系统的研究，编号2020KY44024