鐵路真空卸污設(shè)備遠(yuǎn)程運(yùn)行維護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

薛 強(qiáng) ，李 鵬

（1.中國(guó)鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司 節(jié)能環(huán)保勞衛(wèi)研究所，北京 100081；2. 中國(guó)鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司 北京中鐵科節(jié)能環(huán)保新技術(shù)有限公司，北京 100081；3.航天中心醫(yī)院 后勤保障處，北京 100049）

自從鐵路真空卸污設(shè)備在我國(guó)應(yīng)用以來(lái)，目前有近200套真空機(jī)組和數(shù)萬(wàn)套卸污單元在全國(guó)各鐵路局使用[1-6]。鐵路真空卸污設(shè)備是鐵路站段整備作業(yè)的關(guān)鍵設(shè)備，設(shè)備能否正常運(yùn)行直接影響站段整備作業(yè)乃至行車(chē)運(yùn)輸組織[7]。目前，卸污設(shè)備的售后服務(wù)管理方式采用現(xiàn)場(chǎng)人工統(tǒng)計(jì)，難以保證設(shè)備及時(shí)維修保養(yǎng)和故障排除，給設(shè)備的安全運(yùn)行帶來(lái)隱患。真空卸污設(shè)備沿鐵路線分布在不同地域，每套卸污設(shè)備包含真空機(jī)組、真空管道和卸污單元，設(shè)備種類和型號(hào)較多，當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障或系統(tǒng)泄漏時(shí)進(jìn)行故障排除和檢修比較困難，給維保工作帶來(lái)一定難度。因此，實(shí)現(xiàn)對(duì)全路真空卸污設(shè)備的統(tǒng)一管理和跟蹤服務(wù)，規(guī)范日常的維修保養(yǎng)并對(duì)故障進(jìn)行快速響應(yīng)，對(duì)于提高卸污設(shè)備運(yùn)行的可靠性、保障鐵路安全運(yùn)行、促進(jìn)鐵路智能化發(fā)展具有積極意義[7-9]。

1 鐵路真空卸污設(shè)備遠(yuǎn)程運(yùn)行維護(hù)系統(tǒng)需求分析

自2007年至今，鐵路真空卸污設(shè)備已經(jīng)在全國(guó)18個(gè)鐵路局100多個(gè)動(dòng)車(chē)段、客車(chē)整備所和車(chē)站應(yīng)用，真空機(jī)組數(shù)量近200套，卸污單元上萬(wàn)套。真空卸污設(shè)備數(shù)量多、分布廣，在日常運(yùn)行和維護(hù)過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題，用戶撥打電話報(bào)修，供應(yīng)商派出工程師前往現(xiàn)場(chǎng)檢查和維修，整個(gè)維護(hù)過(guò)程是有故障才有反應(yīng)的過(guò)程，這樣的故障/反應(yīng)式維護(hù)(事后維修)只能在設(shè)備故障停機(jī)后才能發(fā)揮作用。隨著信息化技術(shù)的發(fā)展及真空卸污設(shè)備數(shù)量的不斷增加，售后管理越來(lái)越復(fù)雜，傳統(tǒng)的人工現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)已經(jīng)遠(yuǎn)不能滿足用戶的要求。

為了解決鐵路真空卸污設(shè)備運(yùn)行、維護(hù)中存在的問(wèn)題，加強(qiáng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控；提高維修、維護(hù)的及時(shí)性和有效性；提升售后服務(wù)水平和滿意度，確保系統(tǒng)的正常運(yùn)行，為鐵路運(yùn)營(yíng)提供有力的保障，需要針對(duì)不同類型的真空卸污設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程運(yùn)行維護(hù)系統(tǒng)研究。通過(guò)建立遠(yuǎn)程運(yùn)行維護(hù)系統(tǒng)，兼顧用戶和供應(yīng)商，通過(guò)信息通信、網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)，將分布在廣域范圍內(nèi)的診斷維護(hù)資源連在一起，及時(shí)發(fā)現(xiàn)運(yùn)行問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)高效、快速處理分析，保證設(shè)備正常運(yùn)行。這也是適應(yīng)國(guó)家智能鐵路建設(shè)、提高信息化管理水平的需要。

2 鐵路真空卸污設(shè)備遠(yuǎn)程運(yùn)行維護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

鐵路真空卸污設(shè)備遠(yuǎn)程運(yùn)行維護(hù)系統(tǒng)面向站段用戶、鐵路局集團(tuán)公司管理部門(mén)及供應(yīng)商，在設(shè)計(jì)過(guò)程中遵循以下原則。

（1）分級(jí)管理原則。供應(yīng)商可以對(duì)各鐵路局集團(tuán)公司真空卸污設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控和維護(hù)管理；各鐵路局集團(tuán)公司可以對(duì)其下屬各站段的設(shè)備進(jìn)行管理；各站段僅對(duì)本站段的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行維護(hù)管理。

（2）可擴(kuò)展性。隨著鐵路建設(shè)的不斷發(fā)展，真空卸污設(shè)備應(yīng)用站點(diǎn)將會(huì)不斷增加，系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮日后的擴(kuò)展。

（3）可靠性。鐵路真空卸污設(shè)備遠(yuǎn)程運(yùn)行維護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，軟硬件采用均衡設(shè)計(jì)，滿足鐵路領(lǐng)域應(yīng)用對(duì)可靠性的要求，所有設(shè)備具有良好的環(huán)境適應(yīng)能力。同時(shí)，在系統(tǒng)傳輸時(shí)可通過(guò)現(xiàn)有的鐵路網(wǎng)絡(luò)資源，不必重復(fù)建設(shè)。

2.2 系統(tǒng)總體架構(gòu)

鐵路真空卸污設(shè)備遠(yuǎn)程運(yùn)行維護(hù)系統(tǒng)采用監(jiān)控層(服務(wù)器和客戶端)、控制層和設(shè)備層3級(jí)結(jié)構(gòu)。其中，監(jiān)控層通過(guò)對(duì)控制層的管理，監(jiān)控真空卸污系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程；控制層的功能是完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)真空卸污系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制；設(shè)備層的功能是將系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的物理信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)或標(biāo)準(zhǔn)的模擬信號(hào)。鐵路真空卸污設(shè)備遠(yuǎn)程運(yùn)行維護(hù)系統(tǒng)的總體架構(gòu)如圖1 所示。

2.2.1 監(jiān)控層

圖1 鐵路真空卸污設(shè)備遠(yuǎn)程運(yùn)行維護(hù)系統(tǒng)架構(gòu)

服務(wù)器設(shè)在遠(yuǎn)程運(yùn)行維護(hù)監(jiān)測(cè)中心主站，負(fù)責(zé)接收各客戶端的數(shù)據(jù)，并對(duì)各客戶端進(jìn)行集中管理?？蛻舳税ㄕ婵招段墼O(shè)備遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)測(cè)與診斷中心、主管部門(mén)監(jiān)控工作站、設(shè)備制造廠遠(yuǎn)程維護(hù)中心等。遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)中心可以對(duì)所有鐵路真空卸污設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)、分析、故障診斷、維修安排；遠(yuǎn)程用戶可以通過(guò)任何一臺(tái)有Web瀏覽器的計(jì)算機(jī)瀏覽機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)、分析機(jī)組的運(yùn)行參數(shù)，并根據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行故障診斷等。

2.2.2 控制層

控制層由智能控制器和 GPRS 模塊等組成，主要具有以下功能。

（1）通過(guò)對(duì)采集的電流、電壓、壓力、液位等測(cè)量值進(jìn)行分析和計(jì)算后進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。同時(shí)，通過(guò)對(duì)電流、電壓及壓力的測(cè)量、分析和判斷由智能控制器進(jìn)行故障報(bào)警操作。

（2）接收來(lái)自監(jiān)控層的故障診斷、故障預(yù)警和維修計(jì)劃的反饋。

2.2.3 設(shè)備層

設(shè)備層由各類傳感器、信號(hào)調(diào)理電路和采集系統(tǒng)組成，主要具有以下功能。

（1）通過(guò)各類傳感器完成對(duì)電流、電壓、液位及各設(shè)備運(yùn)行參數(shù)的采集。

（2）實(shí)現(xiàn)對(duì)故障報(bào)警、故障查詢的實(shí)時(shí)上傳和對(duì)故障診斷信息的接收。

2.3 系統(tǒng)功能

鐵路真空卸污設(shè)備遠(yuǎn)程運(yùn)行維護(hù)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)真空機(jī)組壓力、真空管道壓力、真空單元壓力等參數(shù)的采集、存儲(chǔ)、處理與顯示，并能夠查詢真空卸污設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。通過(guò)數(shù)據(jù)處理對(duì)發(fā)生的故障信息進(jìn)行報(bào)警。通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，形成能耗、故障、維修計(jì)劃和備品備件的報(bào)表管理，提高真空卸污設(shè)備運(yùn)行維護(hù)水平。鐵路真空卸污設(shè)備遠(yuǎn)程運(yùn)行維護(hù)系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)如圖 2 所示。

2.3.1 操作安全

系統(tǒng)管理員可以設(shè)置不同等級(jí)用戶的權(quán)限進(jìn)行用戶分級(jí)，各鐵路局集團(tuán)公司可以查閱本系統(tǒng)各站段真空卸污系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)；各站段可以查閱本站段真空卸污系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)。系統(tǒng)管理員還可以進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)置，增加新開(kāi)通的站段；并對(duì)故障報(bào)警手機(jī)號(hào)碼進(jìn)行設(shè)定、更改。

2.3.2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

鐵路真空卸污設(shè)備遠(yuǎn)程運(yùn)行維護(hù)系統(tǒng)可以將采集的真空卸污設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中的電壓、電流等開(kāi)關(guān)量信號(hào)，以及真空機(jī)組和真空卸污單元運(yùn)行過(guò)程中的壓力、液位等模擬量參數(shù)上傳存儲(chǔ)到系統(tǒng)的信息管理模塊，并通過(guò)閾值判斷，實(shí)現(xiàn)故障報(bào)警、故障預(yù)警及故障診斷等功能。通過(guò)故障和運(yùn)行過(guò)程數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，為設(shè)備質(zhì)量改進(jìn)和設(shè)備運(yùn)行管理提供依據(jù)。

圖2 鐵路真空卸污設(shè)備遠(yuǎn)程運(yùn)行維護(hù)系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)

通過(guò)對(duì)運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，形成設(shè)備運(yùn)行小修、大修計(jì)劃，為用戶和供應(yīng)商備品備件管理提供依據(jù)。

2.3.3 數(shù)據(jù)查詢

不同等級(jí)的用戶可以查詢不同等級(jí)設(shè)備運(yùn)行的狀態(tài)、歷史信息，以及設(shè)備維修計(jì)劃、備品備件等信息。最高級(jí)用戶可以查詢?nèi)珖?guó)18個(gè)鐵路局集團(tuán)公司真空卸污設(shè)備的運(yùn)行信息，各個(gè)集團(tuán)公司可以查詢下屬各站段真空卸污設(shè)備的運(yùn)行信息。

3 鐵路真空卸污設(shè)備遠(yuǎn)程運(yùn)行維護(hù)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

3.1 硬件組成

真空卸污設(shè)備遠(yuǎn)程運(yùn)行維護(hù)系統(tǒng)硬件由服務(wù)器、用戶設(shè)備、通信模塊、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控設(shè)備(包括壓力傳感器、溫度傳感器)組成。服務(wù)器用于存放系統(tǒng)數(shù)據(jù)，是運(yùn)行分析管理程序的核心硬件。用戶設(shè)備即所有使用者、開(kāi)發(fā)管理者使用的設(shè)備，其設(shè)備是各個(gè)站段接入系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)、智能手機(jī)等。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將分布在全國(guó)各地的各級(jí)使用者、開(kāi)發(fā)者、管理者相連接?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控設(shè)備的典型硬件主要由前端數(shù)據(jù)采集控制器、真空卸污主機(jī)通信處理單元、主機(jī)數(shù)據(jù)采集單元(壓力傳感器、溫度傳感器)、真空管道采集單元(壓力傳感器)、卸污單元采集單元(壓力傳感器)、網(wǎng)絡(luò)高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)、供電保護(hù)回路等組成。

3.2 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)

該系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)環(huán)境為Vsiual Studio 2017 Professional + Sql Server 2016，采用C# + Html + Javascript語(yǔ)言進(jìn)行系統(tǒng)開(kāi)發(fā)。

3.3 技術(shù)難點(diǎn)

全國(guó)18個(gè)鐵路局集團(tuán)公司約有100多個(gè)站段配有真空卸污設(shè)備，每套真空卸污系統(tǒng)由真空機(jī)組和卸污單元組成，設(shè)備系統(tǒng)較龐大，在系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程中有以下技術(shù)問(wèn)題需要解決。

（1）各個(gè)站段數(shù)據(jù)采集及存儲(chǔ)。由于各站段設(shè)備數(shù)量多，數(shù)據(jù)采集量較大，為了保證數(shù)據(jù)的及時(shí)采集和存儲(chǔ)，項(xiàng)目采取分表存儲(chǔ)的方法。

（2）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)查詢優(yōu)化。系統(tǒng)對(duì)采集數(shù)據(jù)(千萬(wàn)級(jí)數(shù)據(jù))需要做到查詢秒級(jí)響應(yīng)，如設(shè)備狀態(tài)、壓力值、故障信息等，需要通過(guò)建立索引及在服務(wù)器中緩存查詢分析數(shù)據(jù)優(yōu)化查詢速度。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著國(guó)家鐵路建設(shè)的發(fā)展，越來(lái)越多的真空卸污設(shè)備將應(yīng)用于各鐵路站段，真空卸污設(shè)備的安全運(yùn)行與鐵路的安全正點(diǎn)運(yùn)營(yíng)密切相關(guān)。由于面廣量大，鐵路真空卸污設(shè)備運(yùn)行監(jiān)管任務(wù)重、難度大。隨著國(guó)家智能化鐵路的發(fā)展，傳統(tǒng)的設(shè)備管理和售后服務(wù)模式已經(jīng)不能適應(yīng)形勢(shì)發(fā)展的需要，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)一套運(yùn)營(yíng)單位和售后服務(wù)單位協(xié)同工作的真空卸污設(shè)備運(yùn)行維護(hù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備故障的快速維修和卸污設(shè)備的統(tǒng)一協(xié)調(diào)作業(yè)，對(duì)于保證鐵路真空卸污設(shè)備的安全運(yùn)行具有重要意義。