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)與實(shí)現(xiàn)

于曉瑩

（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）

目前，針對(duì)鐵路真空卸污技術(shù)在車站和列車的應(yīng)用已經(jīng)開(kāi)展了大量研究[1-6]，而我國(guó)鐵路列車數(shù)量快速增加和運(yùn)行速度的提高，對(duì)列車的日常維護(hù)和清理工作也提出了更高的要求，真空卸污設(shè)備應(yīng)具有更高的自動(dòng)化程度和集成度、更好的環(huán)保性能。作為鐵路站段整備的關(guān)鍵設(shè)備，真空卸污設(shè)備數(shù)量多、分布廣，通常所采用的故障/反應(yīng)式設(shè)備維護(hù)模式難以滿足其運(yùn)行維護(hù)要求，科研人員已經(jīng)從售后服務(wù)、真空卸污信息、真空機(jī)組信息管理等方面進(jìn)行了研究[7-9]。為了進(jìn)一步提高真空卸污設(shè)備運(yùn)行維護(hù)的日?；?、時(shí)效性和智能化水平，根據(jù)真空卸污設(shè)備運(yùn)行維護(hù)的要求和特點(diǎn)，通過(guò)鐵路真空卸污設(shè)備遠(yuǎn)程運(yùn)行維護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)對(duì)所有真空卸污設(shè)備的數(shù)據(jù)庫(kù)化管理和智能監(jiān)控，規(guī)范設(shè)備日常維護(hù)，對(duì)已發(fā)生故障進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷和快速響應(yīng)，為保障列車的安全高效運(yùn)行發(fā)揮應(yīng)有的作用。

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

1.1 需求分析

目前，鐵路真空卸污設(shè)備已經(jīng)在全國(guó)18個(gè)鐵路局集團(tuán)公司100多個(gè)動(dòng)車段、客整所和車站得到應(yīng)用，運(yùn)行的真空機(jī)組6種類型、超過(guò)200套。設(shè)備的多樣性帶來(lái)了數(shù)據(jù)采集的多樣性，并且大多數(shù)站點(diǎn)不具備遠(yuǎn)程監(jiān)控能力。為此，結(jié)合真空卸污設(shè)備的工作特性，分析其遠(yuǎn)程運(yùn)行監(jiān)控及維護(hù)的功能需求。

（1）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。通過(guò)采用智能傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)全路真空卸污設(shè)備工作參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和遠(yuǎn)程顯示，這些參數(shù)以直觀圖形化方式顯示在遠(yuǎn)程監(jiān)控中心，以便相關(guān)人員實(shí)時(shí)了解設(shè)備的運(yùn)行。

（2）自動(dòng)預(yù)警。結(jié)合機(jī)組性能指標(biāo)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，設(shè)置各種設(shè)備參數(shù)的合理范圍，并通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)參數(shù)數(shù)據(jù)的分析實(shí)現(xiàn)預(yù)警和報(bào)警，避免和減少故障的發(fā)生。

（3）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、查詢和分析。需要對(duì)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)對(duì)歷史數(shù)據(jù)的查詢和挖掘分析，以減少故障發(fā)生的頻率。

（4）遠(yuǎn)程分析和協(xié)作診斷。真空卸污設(shè)備的使用單位可能缺乏設(shè)備狀態(tài)診斷的專業(yè)人才，因此通過(guò)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的遠(yuǎn)程分析和協(xié)作診斷具有重要意義。同時(shí)，上級(jí)主管部門也可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)掌握設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，滿足管理需要。

1.2 工作流程

基于鐵路真空卸污設(shè)備遠(yuǎn)程運(yùn)行維護(hù)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)確定其工作流程。該系統(tǒng)以服務(wù)器為中心，連接不同的工業(yè)觸摸式計(jì)算機(jī)(用戶)，數(shù)據(jù)采集設(shè)備(PLC)將各個(gè)站點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)通過(guò)Web Service 和無(wú)線網(wǎng)上傳到各自對(duì)應(yīng)的計(jì)算機(jī)，再上傳至中心服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；當(dāng)真空卸污設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)及時(shí)將故障信息以短信方式發(fā)送給相關(guān)人員，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析和展示。詳細(xì)工作流程如圖1所示。

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

2 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)

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

根據(jù)鐵路真空卸污設(shè)備遠(yuǎn)程運(yùn)行維護(hù)系統(tǒng)的功能需求，確立采用Browser/Server模式結(jié)構(gòu)，由現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)數(shù)據(jù)采集模塊、現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中心服務(wù)器、業(yè)務(wù)處理Web服務(wù)器、遠(yuǎn)程客戶端等組成?，F(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)數(shù)據(jù)采集模塊不斷采集數(shù)據(jù)并上傳至現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)處理模塊，數(shù)據(jù)處理服務(wù)器再將采集后的數(shù)據(jù)同步到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中心服務(wù)器，用戶通過(guò)瀏覽器請(qǐng)求中心數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備狀態(tài)的檢測(cè)與診斷。系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示。

2.2 功能框架

根據(jù)真空卸污設(shè)備實(shí)際運(yùn)行中的問(wèn)題，設(shè)計(jì)鐵路真空卸污設(shè)備遠(yuǎn)程運(yùn)行維護(hù)系統(tǒng)功能如下。

2.2.1 設(shè)備信息管理

（1）設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)和狀態(tài)查詢。系統(tǒng)管理人員可以查詢權(quán)限范圍內(nèi)、不同地點(diǎn)真空卸污設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)信息，包括真空機(jī)組、真空管道及卸污單元的真空壓力、故障發(fā)生情況，了解真空卸污設(shè)備的狀態(tài)。

（2）遠(yuǎn)程故障報(bào)警。當(dāng)真空卸污設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)能夠發(fā)送故障短信給相關(guān)人員。

2.2.2 數(shù)據(jù)采集

該功能能夠?qū)崟r(shí)采集真空卸污設(shè)備(包括真空卸污機(jī)組、真空卸污管道和卸污單元)的運(yùn)行狀態(tài)信息。對(duì)于凸輪泵機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)主要包括電壓、電流、凸輪泵的開(kāi)啟狀態(tài)、真空壓力。對(duì)于真空罐式機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)主要包括真空泵的電壓、電流，排污泵的電壓電流，真空罐的液位信號(hào)。對(duì)于真空卸污管道及卸污單元需要采集壓力信號(hào)。該功能可以定期上傳、顯示采集的設(shè)備狀態(tài)信息 (包括開(kāi)啟狀態(tài)、系統(tǒng)壓力、機(jī)組能耗等)。

2.2.3 數(shù)據(jù)分析

（1）設(shè)備及故障數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。系統(tǒng)通過(guò)對(duì)設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)的分析整理，形成全路、不同鐵路局真空卸污設(shè)備的故障分析報(bào)表，為后續(xù)售后及設(shè)備技術(shù)提升提供參考。

（2）遠(yuǎn)程故障診斷。系統(tǒng)根據(jù)報(bào)警信息和監(jiān)控的真空卸污設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)，進(jìn)行綜合分析判斷和故障診斷。該功能根據(jù)真空罐式和凸輪泵式機(jī)組運(yùn)行場(chǎng)景的不同進(jìn)行故障診斷。其中，真空罐式機(jī)組主要從水位超高報(bào)警、過(guò)載保護(hù)、數(shù)據(jù)躍變等方面進(jìn)行判斷；凸輪泵式機(jī)組主要從故障報(bào)警、熱繼故障、干轉(zhuǎn)故障等方面進(jìn)行邏輯判斷。對(duì)于部分現(xiàn)場(chǎng)故障可以通過(guò)設(shè)定常見(jiàn)故障現(xiàn)象，由現(xiàn)場(chǎng)人員提報(bào)信息，再經(jīng)專家判斷法和統(tǒng)計(jì)分析計(jì)算法等確定故障的類型。

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

（3）遠(yuǎn)程故障預(yù)警。系統(tǒng)根據(jù)每套設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間和檢測(cè)的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)，判定設(shè)備所處的狀態(tài)，預(yù)測(cè)設(shè)備未來(lái)的發(fā)展態(tài)勢(shì)，綜合設(shè)備的狀態(tài)發(fā)展趨勢(shì)和可能的故障模式進(jìn)行分析判斷，并進(jìn)行遠(yuǎn)程故障預(yù)警，使用戶和設(shè)備供應(yīng)商有針對(duì)性對(duì)設(shè)備進(jìn)行維修保養(yǎng)，保證設(shè)備正常運(yùn)行。

2.2.4 維修計(jì)劃

該功能可提報(bào)維修計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)設(shè)備精細(xì)化管理；結(jié)合每個(gè)站段真空卸污設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間，根據(jù)真空卸污設(shè)備檢修規(guī)程提報(bào)小修和大修計(jì)劃，根據(jù)設(shè)備維修計(jì)劃形成備品備件清單，實(shí)現(xiàn)對(duì)真空卸污設(shè)備的精細(xì)化管理。

2.2.5 系統(tǒng)設(shè)置

分權(quán)限訪問(wèn)等功能，遠(yuǎn)程運(yùn)行維護(hù)系統(tǒng)針對(duì)不同的用戶設(shè)定不同的權(quán)限。

2.3 系統(tǒng)用戶體驗(yàn)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)界面主要分為2個(gè)部分，主頁(yè)和用戶使用界面。

2.3.1 主頁(yè)設(shè)計(jì)

主頁(yè)的設(shè)計(jì)主要采用了扁平化層級(jí)理念，目的在于簡(jiǎn)單明了、清楚展示系統(tǒng)的主要內(nèi)容，如故障信息、設(shè)備信息、維修提醒等，如圖3所示。

鐵路局集團(tuán)公司模塊采用表格化設(shè)計(jì)，列出全部鐵路局。如果鐵路局所屬某一站段發(fā)生故障報(bào)警，則該鐵路局/站段將會(huì)用紅色背景標(biāo)識(shí)。在點(diǎn)擊某個(gè)鐵路局后，頁(yè)面各個(gè)模塊的數(shù)據(jù)將會(huì)聯(lián)動(dòng)到該鐵路局所屬的站段。通過(guò)模塊式的布局，再結(jié)合圖表化的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，可以將有用信息快速呈現(xiàn)給用戶。

2.3.2 使用界面設(shè)計(jì)

用戶使用界面采用了較為常規(guī)的布局方式，主要分為頂部菜單欄、右側(cè)子菜單欄、Tab頁(yè)面，如圖4所示。在用戶進(jìn)入系統(tǒng)后，首先呈現(xiàn)的是真空主機(jī)狀態(tài)數(shù)據(jù)(自動(dòng)加載)，方便用戶第一時(shí)間清楚了解主機(jī)運(yùn)行狀態(tài)及壓力變化。

2.4 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用傳統(tǒng)的3層架構(gòu)，即展示層、邏輯層、數(shù)據(jù)層。展示層是用戶使用網(wǎng)頁(yè)，邏輯層是處理業(yè)務(wù)及請(qǐng)求，數(shù)據(jù)層進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。在數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)中，為每個(gè)站段設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行了分表存儲(chǔ)，其目的在于快速遍歷查找目標(biāo)站段相關(guān)運(yùn)行數(shù)據(jù)，更加容易整合分析，從而提升用戶使用體驗(yàn)。

圖3 鐵路真空卸污設(shè)備遠(yuǎn)程運(yùn)行維護(hù)系統(tǒng)主頁(yè)

圖4 鐵路真空卸污設(shè)備遠(yuǎn)程運(yùn)行維護(hù)系統(tǒng)用戶界面

3 結(jié)束語(yǔ)

隨著我國(guó)鐵路的發(fā)展和現(xiàn)代化水平的提高，真空卸污設(shè)備將更廣泛應(yīng)用于各鐵路站段。由于設(shè)備數(shù)量大、空間分布廣、設(shè)備類型多，傳統(tǒng)的故障/反應(yīng)式設(shè)備維護(hù)模式已經(jīng)難以滿足真空卸污設(shè)備監(jiān)測(cè)維護(hù)的需求。智能化的設(shè)備檢測(cè)和維護(hù)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)設(shè)備重要參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、設(shè)備故障的預(yù)警報(bào)警和快速維修；同時(shí)，還能統(tǒng)一協(xié)調(diào)卸污設(shè)備作業(yè)、實(shí)現(xiàn)智能化管理，這對(duì)于保證鐵路的高效安全運(yùn)行具有重要意義。