轨道交通杂散电流腐蚀监测与防护专家系统

摘 要：随着城市轨道交通的快速发展，研究杂散电流腐蚀机理，防护及其危害已成为当前轨道交通安全的重要方向。本文针对杂散电流的监测和防护，设计了一种新型的杂散电流腐蚀自动监测与防护专家系统，研究了反映腐蚀程度的参数的测量方法，详细介绍了系统各节点硬件和软件设计、通信网络设计以及专家系统软件设计思路。

关键词：杂散电流腐蚀；监测；防护；专家系统

0引言

杂散电流对地铁隧道结构钢筋及地下钢铁金属设施产生严重的腐蚀，根据法拉弟电解定律每一安培杂散电流每年可腐蚀钢铁金属9.11Kg。杂散电流造成的腐蚀危害是十分严重的，由于腐蚀的隐蔽性和突发性，一旦发生事故，往往会出现灾难性的后果。因此，对于杂散电流的监测和防护是十分重要的问题。本文针对杂散电流的监测和防护提出了一种新型的系统--轨道交通杂散电流腐蚀监测和防护专家系统。

1 系统概述

轨道交通杂散电流腐蚀监测与防护专家系统的系统构成如图1所示。图1 轨道交通杂散电流自动监测防护专家系统图

轨道交通沿线根据杂散电流测定原则布置智能传感器，利用智能传感器实时自动监测列车运行时的各种测定数据，通过现场总线传输到各区的智能监测装置，若通信距离过长可加入数据转接器；智能监测装置分析测量数据，根据系统主机先期确定的排流策略启动智能排流柜排或闭，同时将现场实时数据利用SCADA通道上传系统主机；系统主机利用专家系统软件进行全线综合分析，制定排流策略，提供各种报警信息，预测腐蚀，保护轨道交通运输的安全运营。

2 杂散电流自动监测系统设计

1）通信网络

结合杂散电流防护系统的特点，确定使用CAN2.0B标准，采用PeliCAN，双滤波模式，主站启动命令为远程帧，从站回复为数据帧。

2） CAN总线智能节点设计

传感器、排流柜和监测装置的硬件框图可用图2表示。

图2 传感器、监测器和排流器节点的硬件框图

3）CAN中继器节点

由于在线路上的电平损耗和分布电容对传输信号的影响，总线型网络的最远传输距离和传输速率受到限制。通信波特率为5Kbps的情况下，CAN的最远通信距离为l0km。而在具体应用中，各个节点地理上可能比较分散，要求传送距离比较远。利用中继器分割和隔离物理上各自独立的CAN总线，可以拓展了原有CAN总线标准定义的地理分布范围，满足杂散电流监测系统的需要。

4）杂散电流监测上位机软件设计

上位机软件设计采用了模块化结构，各程序模块之间的功能既相互独立又有机结合，便于扩充和修改。系统主要包括模型算法模块、通信管理模块、数据管理模块、数据分析模块、事件记录模块、配置信息模块等。

3 杂散电流防治专家系统

将专家系统应用于杂散电流的防治，可以集中相关技术领域专家的智慧，充分发挥专家在杂散电流防治中根据感觉、知识、经验所进行的推理判断的能力，并可适用于各种场合和各种情况，不受现场人员技术水平的制约和其他人为因素的影响。杂散电流防治专家系统包括系统总控、综合推理子系统、知识库及其管理子系统、方法库及其管理子系统、数据库及其管理子系统、解释接口等六部分构成，如图3所示。

图3 杂散电流防治专家系统

其中，系统总控的功能包括提供系统总菜单及选单功能、控制各库和各子系统的协调运行、控制系统内数据采集系统的采集和输入、启动和控制综合分析推理子系统的运行、控制系统与外部的通讯、协调系统各库内容的传输等等。综合分析推理子系统主要完成对监测数据进行综合分析和处理。其功能主要包括把各类经整编后的监测数据和相关信息与各类评判指标进行比较，从而得出杂散电流的危害程度。在判断杂散电流超限时，发出报警信息、进行成因分析并提出防治措施。综合分析推理子系统需要与数据库、方法库及知识库进行频繁的信息交互。数据库及其管理子系统是面向数据信息存储、查询的计算机软件系统，是整个专家系统运行的基础。数据库的管理工作主要包括：数据资料的采集、录入、存储、整编、查询、传输、报表和图示等。方法库是用于方法信息存储和调用管理的计算机软件系统。方法库管理子系统的管理工作主要包括：方法的添加、删除、修改、调用等。知识库是用于知识信息的存储和使用管理的计算机软件系统。知识库管理子系统主要是对知识库进行输入、查询、修改、删除等。解释接口主要解释三个方面问题：给出推导这个结论所用的规则；根据推理过程，解释提问用户问题的原因；给出相应的杂散电流的防治措施。

参考文献：

[1] 王志宏.杂散电流及其防治.煤炭工业出版社.1985，23-38.

[2]地铁杂散电流腐蚀防护技术规程（CJJ49-92）.北京市地下铁道科学技术研究所.1993.