速度傳感器的檢測與故障診斷專家講座

速度傳感器的檢測與故障診斷專家講座第1頁速度傳感器的檢測與故障診斷專家講座第2頁引言引言速度傳感器的檢測與故障診斷專家講座第3頁速度傳感器的檢測與故障診斷專家講座第4頁牽引電機速度傳感器檢測原理2.1原理

2.2測速裝置速度傳感器的檢測與故障診斷專家講座第5頁速度傳感器的檢測與故障診斷專家講座第6頁經典故障判斷方法3.1速度傳感器常見故障3.2故障查找思緒

3.3用TCN網絡管理軟件檢測電機速度方法

3.5速度傳感器連接總成檢驗方法

3.6速度信號異常故障現象查找方法……速度傳感器的檢測與故障診斷專家講座第7頁速度傳感器的檢測與故障診斷專家講座第8頁神經網絡機車速度傳感器故障診療4.1徑向基函數（RBF）神經網絡結構

4.2機車速度傳感器故障診療方法

4.3仿真試驗速度傳感器的檢測與故障診斷專家講座第9頁速度傳感器的檢測與故障診斷專家講座第10頁總結速度傳感器的檢測與故障診斷專家講座第11頁速度傳感器的檢測與故障診斷專家講座第12頁引言HXD1C型機車主要用于鐵路牽引重載列車，含有功率大、恒功率速度范圍寬、黏著性能好、功率因數高、能源消耗低等特點，可滿足我國干線鐵路運輸需要。近期機車運行過程中，IDU顯示“TCU相上管故障”、“元件總故障”、“牽引電機隔離”等故障現象。機車回段后，檢驗發(fā)覺牽引電機速度傳感器無效，造成牽引封鎖。自

年7月至今，據統(tǒng)計已經造成機破5件，臨修9件。針對HXD1C型機車在段利用因電機速度傳感器無效故障統(tǒng)計情況。從檢修角度方面，本文重點對電機速度傳感器檢測原理進行概述，并提出經典故障判斷方法，為檢修人員準確、快速處理故障提供幫助。速度傳感器的檢測與故障診斷專家講座第13頁速度傳感器的檢測與故障診斷專家講座第14頁2.1檢測原理司機給出牽引/制動指令送數字量輸入輸出模塊DXM，DXM將電氣信號轉換成控制信號，經由車載網絡控制系統(tǒng)送往牽引控制單元TCU完成各種控制功效；TCU發(fā)出指令到門極驅動板讓逆變器觸發(fā)，最終使牽引電機工作。電機工作后，電機速度傳感器信號送往TCU,TCU送出指令經門極驅動板送到逆變器，最終組成一個閉環(huán)控制系統(tǒng)。同時TCU將信號經車載網絡控制系統(tǒng)，送至筆記本電腦用于檢測各位電機實際速度。若TCU檢測到牽引電機速度傳感器故障，無速度測量設備，牽引電機不能夠繼續(xù)運行，TCU鎖定對應逆變模塊。速度傳感器的檢測與故障診斷專家講座第15頁檢測系統(tǒng)原理框圖牽引電機逆變器四象限整流門極驅動板車載網絡控制系統(tǒng)電機速度傳感器ＴＣＵDXM司機指令重聯機車筆記本電腦變壓器速度傳感器的檢測與故障診斷專家講座第16頁2.2測速方法為了檢測電機轉速，在非傳動端安裝了測速裝置。測速裝置由測速齒盤和產生信號速度傳感器組成。測速齒盤、速度傳感器與輸出波形關系

。測速齒盤采取球墨鑄鐵，設118個鋸型。傳感器為雙通道信號相位差90°，控制系統(tǒng)經過兩路信號相位差識別電機正、反轉向，電機每轉一圈，傳感器發(fā)出118個脈沖信號。轉速信號用于控制系統(tǒng)對電機進行控制。電機速度傳感器與被測齒輪不接觸，無磨損，安裝方便，且測速范圍寬，溫度適應范圍寬，抗震性強。速度傳感器的檢測與故障診斷專家講座第17頁2.2測速方法速度傳感器的檢測與故障診斷專家講座第18頁速度傳感器的檢測與故障診斷專家講座第19頁3.1速度傳感器常見故障一、光電耦合器件損壞二、停車起速度三。占空比超標四、傳動軸折斷五、兩通道間相位差超標六、丟脈沖速度傳感器的檢測與故障診斷專家講座第20頁3.2故障查找思緒首先下載數據分析，確認詳細速傳無效或異常軸位。再分別對電機速度傳感器硬件和軟件進行檢驗，硬件包含連接導線總成、速度傳感器、測速齒輪盤和牽引電機；軟件包含TCU1/2速度采集模塊，（TM1和TM6、TM2和TM5、TM3和TM4）三組輸入信號接口采取冗余模式與速度模塊連接。詳細方法：硬件部分用排除法對每個節(jié)點進行排除；軟件部分采取交換法確定模塊好壞，即經過對調模塊接口插頭來確定故障是否轉移。比如HXD1C0036機車第三號電機速度故障或無效，將TCU1速度模塊接口第2位和第3位電機速度輸入信號插頭對調后，故障現象沒轉移；初步排除軟件部分，再用排除法發(fā)覺牽引電機不工作造成。速度傳感器的檢測與故障診斷專家講座第21頁3.3用TCN網絡管理軟件檢測電機速度方法首先用筆記本電腦連接USB診療插座，而筆記本右下角當地連接，表明筆記本經過以太網交換管理消息進行通信成功；然后打開TCN網絡管理軟件，彈出對話框如圖

所表示，當點擊VCM1/VCM2后，在變量查找欄里面尋找到序號（69）和端口（TCU1_MCC狀態(tài)），點擊就彈出子目錄。動車后，方能檢測到1、2、3軸電機實際速度。同理序號（72）和端口（TCU2_MCC狀態(tài)）能檢測到4、5、6電機實際速度。經過這軟件測試后方能檢驗故障處理情況。速度傳感器的檢測與故障診斷專家講座第22頁3.4速度傳感器連接總成檢驗方法如圖所表示，速度傳感器連接總成由機車連接器、電機速度傳感器連接器和多芯屏蔽連接導線組成。重點檢驗插針與導線是否有虛接、導線屏蔽檢驗、連接器內部是否有毛刺等問題。比如,HXD1C0036機車第三位傳感器連接總成檢驗方法：首先檢驗連接器是否縮針或者歪針、內部是否有毛刺現象；其次檢驗連接總成外觀屏蔽是否良好；最終校線，通常使用萬用表電阻檔校驗A、B、C、D四點與屏蔽E點不通；A點與17點通、B點與18點通、C點與15點通、D點與16點通；A、B、C、D四點不互通。當與主逆變器連接后，測量電機速度傳感器連接器A與B點電壓為DC15V。速度傳感器的檢測與故障診斷專家講座第23頁3.4速度傳感器連接總成檢驗方法速度傳感器的檢測與故障診斷專家講座第24頁3.5速度信號異常故障現象查找方法機車運行中，有速度信號，但速度顯示異常。就硬件部分而言，常出現故障位置為測速齒輪盤。打開N端端蓋，檢驗測速齒輪盤注意兩點：1）測速輪盤厚度是否均勻，厚薄不均速度齒盤輸出波形出現異常；2）測速齒輪盤是否有缺點。加工時候某個齒存在缺點，裝上電機非傳動端測速時，部分切割磁力線，造成輸出波形不規(guī)則。如HXD1C0071機車報速度信號異常，針對性檢驗第三位測速齒輪盤，發(fā)覺一個齒沒有加工完整。速度傳感器的檢測與故障診斷專家講座第25頁3.6利用標識線判斷電機工作方法下載數據分析，確定故障位置。打開故障位電機N端端蓋，用紅色標識筆在測速齒輪盤上做標識，然后向前、向后動車，最終查看標識位置情況來判斷電機和驅動裝置工作狀態(tài)。比如，HXD1C0036機車在運行過程中，突然出現故障，故障現象顯示為“TCU1M3A相上管故障、TCU1M3元件總故障、第3電機隔離”。機車回段后，檢驗TCU1速度采集模塊和第三位電機速度傳感器正常；第三位電機至TCU1速度信號線路進行校核也正常。打開第三位電機N端端蓋，用紅色筆做好標識。手柄給上級位動車后，該位電機電流到達500A，查看測速齒輪盤紅色標識位置未變，初步判斷電機沒工作,再打開第三位齒輪箱上注油孔對大小齒輪進行觀察時發(fā)覺電機小齒輪和輪對大齒輪端面有10mm左右距離，小齒輪沒有脫落。最終更換牽引電機和驅動單元后機車正常運行。速度傳感器的檢測與故障診斷專家講座第26頁速度傳感器的檢測與故障診斷專家講座第27頁4.1徑向基函數（RBF）神經網絡結構當前基于神經網絡傳感器故障診療方法應用比較多是BP神經網絡。它是一個多層前饋型網絡，用一個全局函數來迫近函數，權值調整采取梯度下降法，能夠實現從輸入到輸出任意非線性映射，但它最大缺點在于收斂速度慢，易陷入局部極小點。從神經網絡函數迫近能力而言，RBF網絡是一個經典局部迫近神經網絡，更輕易迫近函數局部，同時，訓練RBF網絡要比訓練BP網絡所花費時間少得多，更適合在線診療，所以本文選擇RBF網絡進行傳感器在線故障診療。徑向基函數神經網絡結構如圖1所表示，為3層前饋網絡，即輸入層、輸出層和隱含層。輸入層節(jié)點由信號源結點組成，作用是將輸入數據傳遞到隱含層節(jié)點，隱含層節(jié)點稱為RBF節(jié)點，由以高斯型傳遞函數(radbas)為代表輻射狀函數神經元組成，神經元個數由所描述問題需要決定，輸出層節(jié)點傳遞函數常為簡單線性函數。其中，P為R維輸入向量，W1為S1×R1維輸入權值矩陣，W2為S2×S1維輸入權值矩陣，b1、b2為閾值。速度傳感器的檢測與故障診斷專家講座第28頁4.1徑向基函數（RBF）神經網絡結構PW1b1W2b2YRx1S1xR1radbasS2xR1徑向基函數神經網絡結構速度傳感器的檢測與故障診斷專家講座第29頁4.2機車速度傳感器故障診療方法機車速度傳感器利用光電轉換原理將機車輪軸轉速轉換成電脈沖信號輸出，即機車主軸轉動一周,傳感器就會產生出n個（n為碼盤齒數）電脈沖輸出信號。對于架控方式機車，一個基本控制單元中普通最少有2個速度傳感器，基于神經網絡雙速度傳感器故障診療原理如圖所表示。采樣診療決議速度傳感器1速度傳感器2RBF神經網絡預測器1RBF神經網絡預測器1X1(1)～X1(k)X2(1)～X2(k)X1(k+1)X2(k+1)輸出速度傳感器的檢測與故障診斷專家講座第30頁4.2機車速度傳感器故障診療方法分別對2個速度傳感器建立RBF神經網絡預測器。假設剛開始2個速度傳感器都正常工作，將傳感器1前k+2個時刻輸出數據x1(1)~x1(k+2)和傳感器2前k+2個時刻輸出數據x2(1)~x2(k+2)經過采樣取得并保留，分別作為2個傳感器神經網絡預測器初始學習樣本數據，2個神經網絡預測器經過在線訓練以后開始工作。因2個神經網絡預測器工作原理相同，下面以神經網絡預測器1為例說明其工作原理，預測器結構如圖所表示。ΩΩΩ……X(1)X(2)X(k)X(k+1)速度傳感器的檢測與故障診斷專家講座第31頁4.2機車速度傳感器故障診療方法取速度傳感器1前k個輸出數據x1(1)~x1(k)作為RBF神經網絡預測器1輸入，x1(k+1)作為RBF神經網絡預測器1輸出，組成第一組訓練樣本，x1(2)~x1(k+1)作為RBF神經網絡預測器1輸入，x1(k+2)作為RBF神經網絡預測器1輸出，組成第二組訓練樣本，即訓練樣本表示為：速度傳感器的檢測與故障診斷專家講座第32頁4.2機車速度傳感器故障診療方法以X為輸入、Y為輸出在線訓練RBF神經網絡預測器1，按梯度下降法調整權值矩陣，當到達一定精度后，RBF神經網絡預測器開始工作，此時，將x1(3)~x1(k+2)作為新輸入，RBF神經網絡預測器1將預測傳感器在下一時刻即k+3時刻輸出，將預測值與這一時刻實際采樣值x1(k+3)相減，得到誤差e1。若e1小于給定某一閾值e*，則認為此時傳感器1工作正常，并將當前采樣值加入到學習樣本中，覆蓋掉先前第一組樣本，速度傳感器的檢測與故障診斷專家講座第33頁4.2機車速度傳感器故障診療方法若e1大于給定某一閾值e*，則認為此時傳感器1工作不正常，依次類推，RBF神經網絡預測器一邊不停在線學習新樣本，一邊對傳感器下一時刻輸出值進行預測。圖2中診療決議模塊對2個RBF神經網絡預測器輸出預測值以及2個速度傳感器輸出實際值進行綜合診療決議：①若e1、e2都小于給定某一閾值e*，則輸出取2個速度傳感器輸出實際值平均值。②若e1大于給定閾值e*，則認為此時刻傳感器1工作不正常，但有可能這種不正常是因為環(huán)境噪聲引發(fā)傳感器輸出瞬時突變，而不是傳感器本身故障。為防止誤判，此時繼續(xù)預測該時刻下一個時間段Δt內輸出值，并將Δt時間段預測值和傳感器實際輸出值比較得到平均誤差，若小于e*，則認為傳感器1本身沒有故障，繼續(xù)按策略①輸出；反之，則認為傳感器1故障，此時將傳感器2輸出值作為最終輸出。③若e2大于給定閾值e*，同策略②，分析下一時間段平均誤差；若認為傳感器2本身沒有故障，繼續(xù)