APM 300樞軸道岔遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究

摘 要 針對(duì)目前樞軸道岔無監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的情況，預(yù)期運(yùn)用一種遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用一種工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)智能傳輸終端設(shè)備，通過互聯(lián)網(wǎng)云系統(tǒng)（以太網(wǎng)、GPRS、4G等），與現(xiàn)場(chǎng)道岔控制柜內(nèi)的PLC、伺服驅(qū)動(dòng)器、變頻器建立數(shù)據(jù)通信、進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并將采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h(yuǎn)端的云數(shù)據(jù)中心，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)控，設(shè)備診斷、程序維護(hù)和故障報(bào)警等功能，為樞軸道岔維護(hù)與故障診斷提供了一種高效可靠的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)方案。

關(guān)鍵詞 樞軸道岔維保;遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng);工業(yè)物聯(lián)網(wǎng);數(shù)據(jù)采集

1 浦江線樞軸道岔現(xiàn)狀

上海浦江線APM膠輪線路，全長(zhǎng)約6.689km，有6個(gè)車站，1個(gè)車輛段，是服務(wù)浦江鎮(zhèn)社區(qū)的終端客流收集線路。車輛11列，采取4節(jié)固定編組，不設(shè)司機(jī)室，為自動(dòng)化等級(jí)GOA4的無人值守UTO運(yùn)行，正線車站也無維保人員值守。

上海浦江線工程現(xiàn)安裝有44套APM300樞軸式道岔，該道岔的控制核心為一臺(tái)施耐德PLC及其外部控制電路，其主要功能為收集并執(zhí)行外部控制命令、采集各限位保護(hù)信號(hào)、執(zhí)行邏輯運(yùn)算等，最終實(shí)現(xiàn)樞軸道岔的定反位位置切換與表示信息的傳遞。該P(yáng)LC安裝于樞軸道岔的邏輯控制柜內(nèi)。

44套樞軸道岔于2018年初正式投入使用，目前運(yùn)行狀況總體良好，但仍存在一些問題，具體如下：

（1）上海浦江線采用三軌地面走行的方式供電，全網(wǎng)設(shè)有無人區(qū)，出入無人區(qū)時(shí)需進(jìn)行一系列安全措施，44套樞軸道岔分布在浦江線各車站的站前、站后及車輛段，位置分布較為分散，一旦出現(xiàn)故障，維護(hù)人員很難及時(shí)到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，當(dāng)樞軸道岔發(fā)生故障時(shí)，由于狀態(tài)數(shù)據(jù)不全，無法立即對(duì)道岔的故障原因進(jìn)行分析，從而進(jìn)行針對(duì)性的處置，對(duì)故障恢復(fù)不利;

（2）在控制中心只能給出遠(yuǎn)程控制命令，并監(jiān)控到道岔的位置信號(hào)，對(duì)道岔運(yùn)行過程缺乏有效地監(jiān)控，例如道岔系統(tǒng)中位置命令的采集即道岔有沒有收到有效的動(dòng)作信號(hào)、各限位開關(guān)動(dòng)作情況、電機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)等均不能有效監(jiān)控;

（3）目前，一些道岔仍存在操作不到位情況，必須進(jìn)行多次操作之后才有可能操作到正確位置，由于無人值守全自動(dòng)運(yùn)行，維保人員較難及時(shí)進(jìn)入到地鐵線路內(nèi)進(jìn)行故障排查，一些瞬間故障，事后很難查找故障點(diǎn)[1]。

2 浦江線樞軸道岔遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)解決方案

2.1 遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)簡(jiǎn)介

道岔遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是采用一套工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)中的一種工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)智能傳輸終端設(shè)備，通過互聯(lián)網(wǎng)云系統(tǒng)（以太網(wǎng)、GPRS、4G等），將現(xiàn)場(chǎng)的大量不同區(qū)域工業(yè)設(shè)備的數(shù)據(jù)或程序，傳輸?shù)竭h(yuǎn)端的云數(shù)據(jù)中心，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)控，設(shè)備診斷、程序維護(hù)和故障報(bào)警等功能，為用戶提供一種簡(jiǎn)單可靠的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程輸送方案。

該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的主要核心部件為監(jiān)控模塊，該監(jiān)控模塊可與樞軸控制柜內(nèi)的PLC、伺服驅(qū)動(dòng)器、變頻器建立數(shù)據(jù)通信進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并將采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行上傳至云服務(wù)器中，用戶可通過PC客戶端及手機(jī)APP進(jìn)行數(shù)據(jù)查看。

2.2 道岔遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要結(jié)構(gòu)

（1）硬件部分

監(jiān)測(cè)模塊：監(jiān)測(cè)模塊可以支持手機(jī)卡4G上網(wǎng)方式，可以根據(jù)GPS定位，實(shí)時(shí)顯示監(jiān)測(cè)模塊所在位置。該模塊用于和道岔控制柜的PLC、伺服驅(qū)動(dòng)器及變頻器進(jìn)行數(shù)據(jù)連接，并將采集到的數(shù)據(jù)上傳至云服務(wù)器。通過監(jiān)測(cè)模塊，可以幫助道岔維保人員實(shí)現(xiàn)以下功能：

①遠(yuǎn)程查看設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)、狀態(tài)等，幫助客戶隨時(shí)查看設(shè)備運(yùn)行情況;

②隨時(shí)查看和接收設(shè)備報(bào)警信息，第一時(shí)間掌握設(shè)備故障狀態(tài)和故障原因。

電源監(jiān)測(cè)模塊：電源監(jiān)測(cè)模塊主要分為兩部分：施耐德PLC及對(duì)應(yīng)的模擬量輸入模塊，各交、直流電壓、電流變送器。

電源監(jiān)測(cè)模塊的工作原理為：各交、直流電壓、電流變送器將采集到的對(duì)應(yīng)信號(hào)轉(zhuǎn)化為4-20mA電流信號(hào)，將該電流信號(hào)通過PLC的模擬量輸入模塊傳輸至PLC中，在PLC中將采集到的電流信號(hào)重新轉(zhuǎn)化成各電壓電流值，并將數(shù)據(jù)傳送至監(jiān)測(cè)模塊，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)多種電源的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

（2）軟件部分

道岔遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件部分主要分兩部分：

①監(jiān)測(cè)模塊配置軟件，主要對(duì)監(jiān)測(cè)模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)配置，與PLC等道岔控制柜內(nèi)設(shè)備建立數(shù)據(jù)連接通道，配置需要監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)。也可通過此軟件對(duì)監(jiān)測(cè)模塊的本地歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取。界面如下圖5：

②道岔遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)用戶顯示界面，用戶在顯示界面中隨時(shí)查看所監(jiān)測(cè)道岔設(shè)備的詳細(xì)數(shù)據(jù)，地址等信息[2]。如下圖6：

2.3 道岔遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能

該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的主要核心部件為監(jiān)控模塊，該監(jiān)控模塊可與樞軸控制柜內(nèi)的PLC、伺服驅(qū)動(dòng)器、變頻器建立數(shù)據(jù)通信進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并將采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行上傳至云服務(wù)器中，維護(hù)人員可通過PC客戶端及手機(jī)APP進(jìn)行數(shù)據(jù)查看。該道岔監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要包括以下幾個(gè)部分：

（1）通過核心部件監(jiān)測(cè)模塊與樞軸電氣柜內(nèi)PLC建立數(shù)據(jù)通信，對(duì)PLC內(nèi)部的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，已達(dá)到對(duì)道岔控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

（2）在PLC內(nèi)部編寫道岔運(yùn)行次數(shù)記錄，記錄并計(jì)算設(shè)備的維護(hù)與更換周期，提醒維護(hù)人員到期更換。

（3）通過核心部件監(jiān)測(cè)模塊與樞軸電氣柜內(nèi)的伺服驅(qū)動(dòng)器、變頻器進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)對(duì)應(yīng)插銷電機(jī)及主梁電機(jī)的工作狀態(tài)，并根據(jù)設(shè)置的報(bào)警閾值能夠做到及時(shí)報(bào)警提示，及故障診斷。

（4）通過多種電源監(jiān)測(cè)模塊對(duì)樞軸電氣柜內(nèi)ATC24直流電源，EC接觸器24V直流電源，中間支撐電機(jī)電壓、電流，交流220V母電源的電壓、電流實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并將采集到的數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸至監(jiān)測(cè)模塊，以進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。

（5）采用遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)云組態(tài)將上述（1）-（4）監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)在遠(yuǎn)程PC及遠(yuǎn)程手持終端中以組態(tài)界面的形式顯示，并建立道岔動(dòng)作流程圖，協(xié)助現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)人員判斷道岔失表故障點(diǎn)，進(jìn)行有針對(duì)性排查[3]。

3 安全

道岔是龐大的軌道交通系統(tǒng)中涉及安全的核心分系統(tǒng)，道岔遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，采取以下措施保證安全：

道岔遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)只涉及PLC的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)即信號(hào)的讀取，控制柜內(nèi)電源信號(hào)的采集不具備任何對(duì)道岔電氣柜的相關(guān)動(dòng)作和操作功能，道岔控制只能通過APM300中的信號(hào)系統(tǒng)進(jìn)行控制，并且受信號(hào)系統(tǒng)防護(hù);

道岔遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)用戶界面設(shè)置用戶名及密碼，并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)維保人員用戶設(shè)置權(quán)限，只能夠從界面中查看數(shù)據(jù)，并不能對(duì)用戶界面進(jìn)行任何操作，以更改設(shè)置[4]。

4 結(jié)束語

總之，樞軸道岔遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)解決了目前國(guó)內(nèi)樞軸道岔無遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的空缺，在上海軌道交通浦江線實(shí)際安裝和測(cè)試中，達(dá)到了設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，這套樞軸道岔遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)也是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中的一種應(yīng)用。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種制造、倉(cāng)儲(chǔ)、物流等行業(yè)。現(xiàn)場(chǎng)維保人員應(yīng)用此系統(tǒng)后可及時(shí)接收道岔故障報(bào)警信息，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)采集到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行故障預(yù)判，縮短現(xiàn)場(chǎng)處置時(shí)間。道岔供應(yīng)商技術(shù)人員也可通過此道岔遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)軟件實(shí)時(shí)了解現(xiàn)場(chǎng)道岔狀態(tài)，為道岔現(xiàn)場(chǎng)維保人員提供遠(yuǎn)程技術(shù)支持，目前，浦江線樞軸道岔遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)計(jì)劃進(jìn)行普及化安裝，在此過程中所積累的維護(hù)經(jīng)驗(yàn)也將為其他同樣制式的軌道交通道岔系統(tǒng)提供技術(shù)參考。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介

湯培峰（1981-），男，上海人;工程師，現(xiàn)就職單位：上海申凱公共交通運(yùn)營(yíng)管理有限公司，研究方向：城市軌道交通設(shè)備維護(hù)管理工作研究。