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【摘 要】 铁路信号设备是组织指挥列车运行，提高运输效率，改善行车人员劳动条件的重要设施，同时也是保障铁路运输安全的关键所在。所以当信号设备出现故障时，如何准确的、及时地判断故障部位，并快速、顺利地排除故障就成为一项重要的研究课题。
【关键词】 铁路信号连锁故障；诊断方法
一、铁路信号故障诊断技术综述
铁路信号设备是组织指挥列车运行，提高运输效率，改善铁路员工劳动条件的重要设施造成铁路信号设备故障的原因有很多，比如设备失修故障、产品质量故障，人为操作故障等根据铁路信号设备故障处理技术的发展，故障诊断方法可分为以下四类：
传统故障诊断技术，就是信号设备维修人员依靠设备故障机理的把握程度和经验，进行现场分析、判断和处理故障常用方法有逻辑推理法、优选法、比较法、断线法、校核法、试验分析法、观察检查法、调查研究法、逐项排除法、仪农测试法等
信号处理法，通常利用信号模型，如相关函数、频谱、自回归滑动平均、小波变换等，直接分析可测信号，提取诸如方差、幅值、频率等特征值，从而检测出故障该方法简单且易于实现，但因为故障原因与设备故障之间存在定的不确定关系，容易出现故障的错判和漏判。
解析模型法，是在建立诊断对象精确数学模型的基础上，运用数理统计、解析函数等数学方法，对被测信息进行处理诊断但在实际诊断中，常常难以构成被诊断对象的精确数学模型，加上大型复杂设备的非线性特征，大大限制了解析模型诊断法的使用效果和使用范围。
人工智能故障诊断法，是利用神经网络、遗传算法、模糊逻辑、专家系统等进行诊断以及与其他传统技术相融合的诊断技术，并构成以诊断对象进行状态识别、故障辨识和状态预测为目的故障智能诊断系统人工智能故障诊断法有：神经网络故障诊断方法、遗传算法故障诊断方法、模糊逻辑故障诊断方法、专家系统故障诊断方法等。
随着计算机技术和信息技术的发展，智能故障诊断技术正逐步应用于铁路信号设备之中，为故障分析和诊断提供现代化辅助决策工具.为提高故障预防和状态维修的水平发挥着积极作用
二、联锁设备可靠性及安全性的保障
保障性主要是指道岔电子控制模块的设计特点与实际使用要求的能力相符，运用可靠性、维修性设计以及测试性设计的方法，促使在设备的实际使用中能够有一定的可靠性及安全性存在。其次，通过设计模块的技术保障，能够满足保障资源及措施的要求。在该过程中，应通过深入的技术保障分析，确保设备的设计与技术措施预期目标相符，尽可能地提升保障系统的使用寿命，使应用领域的控制要求得以完成并实现。
对于道岔电子控制模块的设计而言，存在一定的特征。主要包括：可靠性、标准化、安全性、保障性、易维护性、运输性以及测试性等。其中，最为重要的则是可靠性及安全性。要想实现高可靠性及高安全性的目的，首先应确保模板的可靠性及安全性的技术要求。
硬件技术的保障：
硬件电路性能的好坏与整个系统工作质量产生直接影响，最常运用的一种有效方法则是硬件抗干扰措施。通过合理的硬件电路设计能够将大部分干扰得到削弱或抑制，在设计道岔电子控制单元的硬件时，应运用以下集中方法进行保障：
①优先运用电流器件，将电压器件的使用减少。由于干扰的出现是以电压的形式产生的，而电流的形成一般会有一定的能量存在。因此，电压器件的较少使用能够有事半功倍的效果产生。
②在设计模块时，对性能好、参数稳定性好以及质量高的元器件进行使用，要求电阻功率、电容耐压应有储备系数存在，且将储备系数控制在超过1.5。
③将单片机受到电源的影响问题进行充分考虑，电源的良好状态能够对整个电路的抗干扰工作提供便利，电源噪声极易对单片机产生影响，在该系统中运用滤波电路对单片机电源及逻辑电路进行设置的方式，促使电源噪声对单片机产生的干扰降至最低。
④对电路板实施合理分区。例如数字、强弱型号、模拟信号等。在设计道岔控制单元时，应将继电器等存在较大干扰源的设备和MCU等敏感元件的距离拉大。
⑤将数字区和模拟区通过地线进行隔离，数字地和模拟地也产生分离，最后与电源地相连接。
三、故障诊断技术的应用
1、故障树分析法
这种分析方法是通过对可能造成的故障的诸多因素进行分析，表示为系统特定事件与它的各子系统及各部件故障事件之间的逻辑结构框图侧故障树，确定系统的故障原因的各种可能组合方式及发生的概率，为故障分析和诊断提供辅助决策工具
2、故障诊断专家系统
故障诊断专家系统一般是由知识库、数据库、推理机、解释机构、知识获取机构和用户界面组成。推理机运用知识库中的知识，动态数据库中的实时数据进行推理，诊断系统发生故障与否，发生了什么故障，再对故障诊断结果进行评价和决策，待故障排除后，再重复以上过程专家系统有成熟体系结构，是现在应用较多的设备故障诊断系统
3、故障诊断与容错控制
故障诊断是为提高系统的可靠性和安全性。典型应用就是容错计算机联锁控制系统，容错计算机联锁系统就是采用容错计算机软、硬件冗余技术提高联锁系统的可靠性
4、联锁系统的应用
5、计算机联锁系统故障报警、区间自动控制系统故障报警、铁路信号微机监测，可对设备故障进行诊断与报警，还能扩大地面行车人员对机车的监督与控制范围
四、铁路信号联锁设备发展趋势
1、故障诊断专家系统不断成熟联锁设备故障诊断专家系统尽管有一定应用，面范围、规模及其有限。若信号微机监测系统或计算机联锁系统中的维修机分别与专家系统有效结合，实现在线实时、动态故障查询和诊断，对快速处理故障，现场处理故障可发挥重要作用。
2、人工智能故障诊断法
人工智能故障診断法是利用专家系统、模糊逻辑、人工神经网络等进行诊断以及与其他传统技术相融合的诊断技术，并构成以诊断对象进行状态识别、故障辨识和状态预测为目的故障智能诊断系统。 1）专家控制系统
专家系统是一个具有大量专业知识与经验的程序系统，它根据某个领域专家提供的知识和经验进行推理和判断，模拟专家的决策过程解决那些需要专家决策的复杂问题。
专家控制系统的故障诊断技术的优点是适合用于模拟人的逻辑思维过程，解决需要进行逻辑推理的复杂诊断问题；知识可用显示的符号表示，在已知基本规则的情况下，无需输入大量的细节知识；便于模块化，当个别事实发生变化时易于修改；能与传统的符号数据进行接口；能解释自己的推理过程。将专家系统与铁路信号设备的故障诊断结合起来，应用专家的知识提高信号设备故障诊断效率和可靠性。
但是专家系统的缺点是存在知识获取困难、知识台阶窄、智能水平低等缺点。针对铁路车站微机联锁这种规模大、复杂、逻辑控制等特点的系统，将专家系统与故障树技术有机地结合起来，建立基于故障树的专家系统知识库，能够克服基于产生式规则的诊断专家系统最突出的弱点一知识获取的“瓶颈”，保证诊断知识的完整性，同时也充分发挥专家系统故障诊断快速有效的特点。
2）模糊逻辑方法
模糊性是由于事物在质上没有确切的含义，在量上没有明确的界限而表现出的一种属性。美国自控论学者L.A.Zadeh于1965年提出了模糊集合论以来创立的模糊数学就是用来研究这种模糊性。1985年日本首次将模糊控制技术成功地应用于地铁列车自动控制，实现了无人驾驶。之后法國、德国、澳大利亚等国也相继开展了模糊控制在地铁自动化方面的应用研究。由于模糊逻辑具有较强的结构性知识表达能力，适于表达模糊或定性的知识，推理过程比较接近于人的思维模式，同时模糊分类可以直对专家用语言描述的事件，关联的关系进行编码，易追踪其推理过程，因此将模糊理论引入故障诊断领域是一种必然的趋势。
模糊语言变量接近自然语言，知识的表示课读性强，模糊推理逻辑严谨，类似人类思维过程，易于解释。但是，模糊诊断知识获取困难，尤其是故障与征兆的模糊关系较难确定，且系统的诊断能力依赖模糊知识库，学习能力差，容易发生漏诊或误诊，可以将人工神经网络方法与模糊逻辑方法结合起来，实现故障诊断系统对不精确或不确定等模糊信息的处理，克服传统神经网络不能很好处理边界分类模糊数据及故障误诊问题，同时使得基于规则的结构性知识能够得到学习和调整。
3）人工神经网络方法
人工神经网络是一种通过模拟人脑结构来模拟人脑处理信息功能从而求解的复杂问题方法。目前，人工神经网络方法在设备故障诊断领域的应用主要集中在两个方面：一是神经网络作为分类器进行故障模式识别；二是神经网络作为动态预测模型进行故障预测。
人工神经网络的优点是避免了专家系统所面临的知识库构建等难题，且推理速度与规模大小无明显的关系，并具有一定的泛化能力；具有一定的容错能力；各个神经元之问的计算具有相对独立性，便于并行处理，因此诊断速度较快。
4）检测诊断智能化技术
智能化检测诊断系统采用“虚拟仪器”技术、计算机技术、传感器技术、动态测试技术和信号处理技术，检测方法和过程从激励的产生到测试及诊断结果的输出实现了智能化、数字化和可视化，对联锁设备不同组成部件实施实时检测，减少人为操作带来的不稳定性，提高检测准确率。
5）故障诊断与容错控制技术
伴随铁道技术的不断发展，车站信号联锁、自动化控制、区间自动控制等系统的故障自诊断能力不断提高：故障诊断与容错控制技术也逐渐应用在铁路信号设备。信号联锁系统故障诊断和容错控制相互促进，相互支持。故障诊断技术的发展，促进了容错控制技术的发展。
五、结语
铁路信号联锁设各的故障诊断问题，是个广泛的研究课题。而且微机监测在铁路信号状态监测、数据逻辑判断和故障报警中发挥着不可或缺的作用。从长远看，由于铁路系统自身特点和环境因素等复杂条件的限制，微机监测、常规故障诊断方法和基于专家系统的诊断技术难以满足信号设各的诊断要求，故障诊断和容错控制技术的发展以及智能诊断技术应用于铁路信号联锁设各，是解决信号联锁设各进行故障诊断的有效途径。
参考文献：
[1]李佳庆.信号联锁故障分析与处理[M].3版.北京：中国铁道出版社，2004：1—6.
[2]胡昌华，徐化龙.控制系统的故障诊断和容错控制分析和设计[M].北京：国防工业出版礼，2001：1—13.
【关键词】 铁路信号连锁故障；诊断方法
一、铁路信号故障诊断技术综述
铁路信号设备是组织指挥列车运行，提高运输效率，改善铁路员工劳动条件的重要设施造成铁路信号设备故障的原因有很多，比如设备失修故障、产品质量故障，人为操作故障等根据铁路信号设备故障处理技术的发展，故障诊断方法可分为以下四类：
传统故障诊断技术，就是信号设备维修人员依靠设备故障机理的把握程度和经验，进行现场分析、判断和处理故障常用方法有逻辑推理法、优选法、比较法、断线法、校核法、试验分析法、观察检查法、调查研究法、逐项排除法、仪农测试法等
信号处理法，通常利用信号模型，如相关函数、频谱、自回归滑动平均、小波变换等，直接分析可测信号，提取诸如方差、幅值、频率等特征值，从而检测出故障该方法简单且易于实现，但因为故障原因与设备故障之间存在定的不确定关系，容易出现故障的错判和漏判。
解析模型法，是在建立诊断对象精确数学模型的基础上，运用数理统计、解析函数等数学方法，对被测信息进行处理诊断但在实际诊断中，常常难以构成被诊断对象的精确数学模型，加上大型复杂设备的非线性特征，大大限制了解析模型诊断法的使用效果和使用范围。
人工智能故障诊断法，是利用神经网络、遗传算法、模糊逻辑、专家系统等进行诊断以及与其他传统技术相融合的诊断技术，并构成以诊断对象进行状态识别、故障辨识和状态预测为目的故障智能诊断系统人工智能故障诊断法有：神经网络故障诊断方法、遗传算法故障诊断方法、模糊逻辑故障诊断方法、专家系统故障诊断方法等。
随着计算机技术和信息技术的发展，智能故障诊断技术正逐步应用于铁路信号设备之中，为故障分析和诊断提供现代化辅助决策工具.为提高故障预防和状态维修的水平发挥着积极作用
二、联锁设备可靠性及安全性的保障
保障性主要是指道岔电子控制模块的设计特点与实际使用要求的能力相符，运用可靠性、维修性设计以及测试性设计的方法，促使在设备的实际使用中能够有一定的可靠性及安全性存在。其次，通过设计模块的技术保障，能够满足保障资源及措施的要求。在该过程中，应通过深入的技术保障分析，确保设备的设计与技术措施预期目标相符，尽可能地提升保障系统的使用寿命，使应用领域的控制要求得以完成并实现。
对于道岔电子控制模块的设计而言，存在一定的特征。主要包括：可靠性、标准化、安全性、保障性、易维护性、运输性以及测试性等。其中，最为重要的则是可靠性及安全性。要想实现高可靠性及高安全性的目的，首先应确保模板的可靠性及安全性的技术要求。
硬件技术的保障：
硬件电路性能的好坏与整个系统工作质量产生直接影响，最常运用的一种有效方法则是硬件抗干扰措施。通过合理的硬件电路设计能够将大部分干扰得到削弱或抑制，在设计道岔电子控制单元的硬件时，应运用以下集中方法进行保障：
①优先运用电流器件，将电压器件的使用减少。由于干扰的出现是以电压的形式产生的，而电流的形成一般会有一定的能量存在。因此，电压器件的较少使用能够有事半功倍的效果产生。
②在设计模块时，对性能好、参数稳定性好以及质量高的元器件进行使用，要求电阻功率、电容耐压应有储备系数存在，且将储备系数控制在超过1.5。
③将单片机受到电源的影响问题进行充分考虑，电源的良好状态能够对整个电路的抗干扰工作提供便利，电源噪声极易对单片机产生影响，在该系统中运用滤波电路对单片机电源及逻辑电路进行设置的方式，促使电源噪声对单片机产生的干扰降至最低。
④对电路板实施合理分区。例如数字、强弱型号、模拟信号等。在设计道岔控制单元时，应将继电器等存在较大干扰源的设备和MCU等敏感元件的距离拉大。
⑤将数字区和模拟区通过地线进行隔离，数字地和模拟地也产生分离，最后与电源地相连接。
三、故障诊断技术的应用
1、故障树分析法
这种分析方法是通过对可能造成的故障的诸多因素进行分析，表示为系统特定事件与它的各子系统及各部件故障事件之间的逻辑结构框图侧故障树，确定系统的故障原因的各种可能组合方式及发生的概率，为故障分析和诊断提供辅助决策工具
2、故障诊断专家系统
故障诊断专家系统一般是由知识库、数据库、推理机、解释机构、知识获取机构和用户界面组成。推理机运用知识库中的知识，动态数据库中的实时数据进行推理，诊断系统发生故障与否，发生了什么故障，再对故障诊断结果进行评价和决策，待故障排除后，再重复以上过程专家系统有成熟体系结构，是现在应用较多的设备故障诊断系统
3、故障诊断与容错控制
故障诊断是为提高系统的可靠性和安全性。典型应用就是容错计算机联锁控制系统，容错计算机联锁系统就是采用容错计算机软、硬件冗余技术提高联锁系统的可靠性
4、联锁系统的应用
5、计算机联锁系统故障报警、区间自动控制系统故障报警、铁路信号微机监测，可对设备故障进行诊断与报警，还能扩大地面行车人员对机车的监督与控制范围
四、铁路信号联锁设备发展趋势
1、故障诊断专家系统不断成熟联锁设备故障诊断专家系统尽管有一定应用，面范围、规模及其有限。若信号微机监测系统或计算机联锁系统中的维修机分别与专家系统有效结合，实现在线实时、动态故障查询和诊断，对快速处理故障，现场处理故障可发挥重要作用。
2、人工智能故障诊断法
人工智能故障診断法是利用专家系统、模糊逻辑、人工神经网络等进行诊断以及与其他传统技术相融合的诊断技术，并构成以诊断对象进行状态识别、故障辨识和状态预测为目的故障智能诊断系统。 1）专家控制系统
专家系统是一个具有大量专业知识与经验的程序系统，它根据某个领域专家提供的知识和经验进行推理和判断，模拟专家的决策过程解决那些需要专家决策的复杂问题。
专家控制系统的故障诊断技术的优点是适合用于模拟人的逻辑思维过程，解决需要进行逻辑推理的复杂诊断问题；知识可用显示的符号表示，在已知基本规则的情况下，无需输入大量的细节知识；便于模块化，当个别事实发生变化时易于修改；能与传统的符号数据进行接口；能解释自己的推理过程。将专家系统与铁路信号设备的故障诊断结合起来，应用专家的知识提高信号设备故障诊断效率和可靠性。
但是专家系统的缺点是存在知识获取困难、知识台阶窄、智能水平低等缺点。针对铁路车站微机联锁这种规模大、复杂、逻辑控制等特点的系统，将专家系统与故障树技术有机地结合起来，建立基于故障树的专家系统知识库，能够克服基于产生式规则的诊断专家系统最突出的弱点一知识获取的“瓶颈”，保证诊断知识的完整性，同时也充分发挥专家系统故障诊断快速有效的特点。
2）模糊逻辑方法
模糊性是由于事物在质上没有确切的含义，在量上没有明确的界限而表现出的一种属性。美国自控论学者L.A.Zadeh于1965年提出了模糊集合论以来创立的模糊数学就是用来研究这种模糊性。1985年日本首次将模糊控制技术成功地应用于地铁列车自动控制，实现了无人驾驶。之后法國、德国、澳大利亚等国也相继开展了模糊控制在地铁自动化方面的应用研究。由于模糊逻辑具有较强的结构性知识表达能力，适于表达模糊或定性的知识，推理过程比较接近于人的思维模式，同时模糊分类可以直对专家用语言描述的事件，关联的关系进行编码，易追踪其推理过程，因此将模糊理论引入故障诊断领域是一种必然的趋势。
模糊语言变量接近自然语言，知识的表示课读性强，模糊推理逻辑严谨，类似人类思维过程，易于解释。但是，模糊诊断知识获取困难，尤其是故障与征兆的模糊关系较难确定，且系统的诊断能力依赖模糊知识库，学习能力差，容易发生漏诊或误诊，可以将人工神经网络方法与模糊逻辑方法结合起来，实现故障诊断系统对不精确或不确定等模糊信息的处理，克服传统神经网络不能很好处理边界分类模糊数据及故障误诊问题，同时使得基于规则的结构性知识能够得到学习和调整。
3）人工神经网络方法
人工神经网络是一种通过模拟人脑结构来模拟人脑处理信息功能从而求解的复杂问题方法。目前，人工神经网络方法在设备故障诊断领域的应用主要集中在两个方面：一是神经网络作为分类器进行故障模式识别；二是神经网络作为动态预测模型进行故障预测。
人工神经网络的优点是避免了专家系统所面临的知识库构建等难题，且推理速度与规模大小无明显的关系，并具有一定的泛化能力；具有一定的容错能力；各个神经元之问的计算具有相对独立性，便于并行处理，因此诊断速度较快。
4）检测诊断智能化技术
智能化检测诊断系统采用“虚拟仪器”技术、计算机技术、传感器技术、动态测试技术和信号处理技术，检测方法和过程从激励的产生到测试及诊断结果的输出实现了智能化、数字化和可视化，对联锁设备不同组成部件实施实时检测，减少人为操作带来的不稳定性，提高检测准确率。
5）故障诊断与容错控制技术
伴随铁道技术的不断发展，车站信号联锁、自动化控制、区间自动控制等系统的故障自诊断能力不断提高：故障诊断与容错控制技术也逐渐应用在铁路信号设备。信号联锁系统故障诊断和容错控制相互促进，相互支持。故障诊断技术的发展，促进了容错控制技术的发展。
五、结语
铁路信号联锁设各的故障诊断问题，是个广泛的研究课题。而且微机监测在铁路信号状态监测、数据逻辑判断和故障报警中发挥着不可或缺的作用。从长远看，由于铁路系统自身特点和环境因素等复杂条件的限制，微机监测、常规故障诊断方法和基于专家系统的诊断技术难以满足信号设各的诊断要求，故障诊断和容错控制技术的发展以及智能诊断技术应用于铁路信号联锁设各，是解决信号联锁设各进行故障诊断的有效途径。
参考文献：
[1]李佳庆.信号联锁故障分析与处理[M].3版.北京：中国铁道出版社，2004：1—6.
[2]胡昌华，徐化龙.控制系统的故障诊断和容错控制分析和设计[M].北京：国防工业出版礼，2001：1—13.