淺議城市軌道交通列車洗車機(jī)的智能化

尚文娟

（長春市軌道交通集團(tuán)有限公司，吉林 長春130000）

1 概述

迅猛發(fā)展的城市軌道交通行業(yè)是城市發(fā)展的需要，也是城市提升經(jīng)濟(jì)的需要。國內(nèi)城市軌道交通發(fā)展迅速，每天都在快速運行，運行中風(fēng)沙、雨雪、霧霾等都會污染車體表面，而實現(xiàn)對城市軌道交通列車的全天候、全自動、智能化的清洗是城市軌道交通列車安全、整潔、舒適運行的重要保證。

2 城市軌道交通列車智能清洗的必要性

隨著我國制造裝備AI 智能化的發(fā)展，城市軌道交通列車清洗機(jī)已經(jīng)不僅僅是滿足簡單的清洗作業(yè)，在完成清洗作業(yè)的同時對清洗質(zhì)量，清洗的工藝，清洗的范圍以及安全性、兼容性、自動化、智能化、信息化程度提出了更高的要求，特別是智能化、無人值守的新型城市軌道交通列車清洗模式必然成為趨勢。

智能洗車機(jī)是精細(xì)化洗車，具備：智能眼，視頻識別自動判斷污染程度直接確定清洗模式；智能手，刷組的常規(guī)洗和機(jī)器手的針對洗組合解決清洗不徹底；智能腦，智能控制清洗模式、評價清洗效果、自學(xué)習(xí)改進(jìn)不足；智能監(jiān)視外部環(huán)境狀態(tài)、內(nèi)部健康狀態(tài)、預(yù)測和分析故障。

智能洗車機(jī)實現(xiàn)無人值守，自動完成洗車；自動判斷列車表面的潔凈度度，自動調(diào)整洗車設(shè)備運行，提高洗車質(zhì)量，降低洗滌劑、水、電的消耗，實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保功能。同時具有網(wǎng)絡(luò)功能，通過APP 可以查詢洗車機(jī)的狀態(tài)及洗車情況。通過大數(shù)據(jù)分析，提供用戶對列車清洗作業(yè)指導(dǎo)及洗車工藝和設(shè)備的改進(jìn)。清洗完畢對清洗列車清洗質(zhì)量進(jìn)行檢查記錄，用于以后清洗的程序的自動調(diào)整。

3 城市軌道交通列車智能化洗車機(jī)說明

3.1 洗車機(jī)原理

列車外表面是因為在運行中或維護(hù)保養(yǎng)中沾染了灰塵、油污、垃圾和其它污漬而需要清洗的，列車洗車機(jī)正是適用于清洗各型城市軌道交通列車外表面的灰塵、油污、及其它污漬的設(shè)備，它的原理是通過水、刷組的物理作用和清洗劑化學(xué)作用相結(jié)合的清洗方法自動清洗列車的兩側(cè)、側(cè)頂弧和前后端面。清洗后的車體外表面無明顯灰塵和污漬，滿足列車運行的清潔需求。

3.2 洗車工藝流程（如圖1）

3.3 城市軌道交通列車洗車機(jī)的智能化

為了達(dá)到智能化、信息化的洗車要求，從而實現(xiàn)城市軌道交通列車洗車科學(xué)的、大數(shù)據(jù)的管理，需要對洗車機(jī)進(jìn)行改進(jìn)或升級，清洗的整個流程完全由程序自動控制，并對整個流程進(jìn)行監(jiān)控，一旦出現(xiàn)故障自動報警。同時洗車全過程都有視頻監(jiān)控，監(jiān)控內(nèi)容能夠自動存儲和調(diào)出，洗車過程、洗車控制和洗車視頻能夠上傳指揮調(diào)度中心，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化和信息化的管理模式。智能化的洗車要從以下方面進(jìn)行。

3.3.1 智能化車號識別系統(tǒng)

車號智能識別系統(tǒng)可以滿足城市軌道交通列車洗刷自動記錄車號，清洗時間、累計清洗次數(shù)，清洗模式、清洗質(zhì)量等信息，甚至可以通過車號調(diào)閱或上傳該車號的清洗信息及視頻圖像，方便信息化管理。同時識別車號后，可以對此號列車進(jìn)行清洗數(shù)據(jù)整理和分析，形成統(tǒng)計報表，該報表可以自動傳輸入數(shù)據(jù)庫，方便大數(shù)據(jù)統(tǒng)計管理。通過洗車機(jī)大數(shù)據(jù)分析，提供給用戶最佳的洗車方案及洗車機(jī)改進(jìn)的依據(jù)。

智能車號識別裝置應(yīng)該放置在洗車區(qū)域前。智能車號識別系統(tǒng)可以采用拍照或刷卡形式，鑒于目前城市軌道交通列車車體上還沒有安裝有信息卡，所以采用視頻拍照進(jìn)行車號識別是更為成熟和可靠的的方式。

3.3.2 智能車體潔凈度檢測裝置

到目前為止，國家還沒有制定相關(guān)軌道列車清洗質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)，但清洗的目的就是要使車體干凈整潔，所以應(yīng)該有自動檢測車體潔凈度的標(biāo)準(zhǔn)。在此我認(rèn)為清洗時首先應(yīng)該對車體的污染程度有個判定，起碼分出是臟、較臟和一般三種，在判別車體污染程度后，可根據(jù)污染程度自動調(diào)整洗滌劑加入量，這樣有針對性的清洗，可以提高清洗質(zhì)量，同時有效節(jié)約洗滌劑用量。在清洗后同樣有車體潔凈度檢測裝置，可判別清洗質(zhì)量，清洗質(zhì)量也要分出三個等級，好、較好和一般。

車體潔凈度檢測裝置安裝在洗車區(qū)域前面和后面各一組，采用視頻拍照采集車體表面的數(shù)據(jù)，自動分析潔凈度，依據(jù)潔凈度的判別啟動相應(yīng)的洗滌劑添加量，同時自動記錄列車污染程度和洗車質(zhì)量的相應(yīng)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)會自動記錄到洗車數(shù)據(jù)表中，形成完整的洗車記錄。

3.3.3 智能洗滌劑發(fā)泡裝置及噴淋裝置

圖1

由于通用的洗滌劑加注方式為計量泵把洗滌劑加注到噴水管內(nèi)，洗滌劑與水混合后噴射到車體表面，洗滌劑會很快順車體外壁流失，造成洗滌劑一定的浪費，同時也不利于洗滌劑與污物的反應(yīng)，降低了洗刷質(zhì)量。如果把洗滌劑混合水后先發(fā)泡處理，再以一定壓力噴到車體表面，減少洗滌劑飛濺和流淌，使噴出的洗滌劑變成泡沫形式均勻噴涂在車體表面，洗滌劑以泡沫形式粘在車體表面，不會流失，也會加快洗滌劑與污物更好反應(yīng)，提高清洗質(zhì)量。

洗滌劑發(fā)泡裝置應(yīng)該有專門的發(fā)泡器和壓縮空氣，洗滌劑由計量泵輸出到發(fā)泡裝置內(nèi)，同時壓縮空氣也接入到發(fā)泡裝置內(nèi)，二者混合后形成泡沫，再由一定的壓力推送出去，通過噴淋裝置均勻噴涂在車體表面，完成清洗（如圖2）。

圖2

3.3.4 智能計量泵

如果想自動調(diào)節(jié)計量泵的輸出流量，就要采用能夠自動調(diào)節(jié)流量的計量泵，也就是根據(jù)車體污染程度的判別，加入相應(yīng)量的洗滌劑?，F(xiàn)在洗車機(jī)常規(guī)的洗滌劑加注都是采用人工調(diào)節(jié)計量泵輸出流量，不能自動改變輸出流量，如果改換為可變電流計量泵，計量泵與PLC 配合，遠(yuǎn)程調(diào)整洗滌劑濃度代替手工調(diào)整，可以根據(jù)車體的潔凈程度確定洗滌劑的加注量。

具體就是在計量泵上設(shè)置電流控制器，一定的電流對應(yīng)一定的沖程，可以設(shè)定電流改變計量泵的流量。根據(jù)車體臟的程度選擇洗滌劑濃度，既提高洗車質(zhì)量，又降低洗車費用（圖3）。

圖3

3.3.5 智能洗滌劑揉抹裝置

雖然洗滌劑通過泡沫形式噴涂在車體表面了，但是直接用刷組洗刷會把泡沫甩掉，所以在泡沫噴涂后采用智能洗滌劑揉抹裝置，繼續(xù)加強洗滌劑的反應(yīng)。揉抹形狀完全貼合各種城市軌道交通車型的側(cè)表面。

智能洗滌劑揉抹裝置采用特制海綿對城市軌道交通列車側(cè)面刷洗。海綿形狀與城市軌道交通列車組車體外形輪廓貼合，設(shè)置多塊海綿，隱藏在箱體內(nèi)，根據(jù)智能車號識別自動判斷列車型號，自動伸出與車體貼合的海綿進(jìn)行刷抹，刷抹均勻，加強洗滌劑的反應(yīng)，提高洗刷效果。洗滌劑涂抹裝置安裝在洗滌劑泡沫噴淋工位后。

3.3.6 無人值守和遠(yuǎn)程監(jiān)控功能

實現(xiàn)城市軌道交通列車的遠(yuǎn)程監(jiān)控和無人值守功能，在調(diào)度室就可監(jiān)控城市軌道交通列車洗車機(jī)的運行情況，滿足車輛段日常信息化管理要求。實現(xiàn)城市軌道交通列車洗車機(jī)無人值守功能后，不再需要操作人員在控制室內(nèi)操控，洗車設(shè)備真正實現(xiàn)全自動洗車作業(yè)，只需要維護(hù)人員定期補充洗滌劑日常消耗品即可，這樣可以大大降低操作人員數(shù)量，減輕操作人員工作量。

洗車機(jī)具備遠(yuǎn)程控制功能。在DCC（或其他位置）設(shè)置功能與洗車機(jī)操作間現(xiàn)場功能相同的控制臺?？蓪崿F(xiàn)洗車現(xiàn)場無人值守，在遠(yuǎn)程端控制及監(jiān)視洗車機(jī)運轉(zhuǎn)。遠(yuǎn)程控制臺配有與現(xiàn)場控制臺相同的人機(jī)界面系統(tǒng)（可實現(xiàn)對洗車機(jī)的遠(yuǎn)程操作及監(jiān)控）及閉路監(jiān)控系統(tǒng)（采用高清攝像頭，可通過實時畫面遠(yuǎn)程監(jiān)視洗車狀態(tài)，能存儲30 天的洗車視頻）。遠(yuǎn)程端與現(xiàn)場端分別配置工業(yè)以太網(wǎng)光纖交換機(jī)、信號繼電器等必要的通信設(shè)備。通過工業(yè)以太網(wǎng)（光纖為載體）與PLC 系統(tǒng)通信，實現(xiàn)設(shè)備操作、監(jiān)控?！翱刂茩?quán)限選擇”、“急?！钡壬婕鞍踩闹匾δ苄柰ㄟ^信號繼電器電路進(jìn)行信號傳送，避免因以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)故障影響設(shè)備安全（圖4）。

圖4

3.3.7 安防監(jiān)控系統(tǒng)

由于洗車機(jī)實現(xiàn)無人值守功能，為了保證設(shè)備正常運行和洗車安全，洗車區(qū)域必須增加安防監(jiān)控系統(tǒng)，包括激光雷達(dá)檢測裝置和語音播報裝置，以檢測無關(guān)人員進(jìn)入洗車區(qū)域立即報警，并通過擴(kuò)音廣播提示無關(guān)人員立即離開洗車區(qū)域（圖5）。

圖5

3.3.8 在線遠(yuǎn)程故障監(jiān)控系統(tǒng)

基于無人值守功能后，設(shè)備不能處于無人看管和失控狀態(tài)，雖然有定期的維護(hù)保養(yǎng)，但設(shè)備在正常運行期間一旦有突發(fā)故障，還是需要立即有報警，提示維護(hù)人員立即進(jìn)行修理，因而在線遠(yuǎn)程故障監(jiān)控系統(tǒng)就尤為重要，這個系統(tǒng)可以時刻以在線、實時的方式，采集并存儲洗車機(jī)設(shè)備運行狀態(tài)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對洗車機(jī)能耗數(shù)據(jù)的監(jiān)測和統(tǒng)計分析，實現(xiàn)對設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理，實現(xiàn)對設(shè)備運行狀態(tài)的實時監(jiān)測和歷史追溯。同時統(tǒng)計系統(tǒng)可以自動記錄故障點和故障頻發(fā)的元器件，方便維護(hù)人員了解重點維修方向，對多發(fā)故障點及時進(jìn)行維修，延長洗車機(jī)的使用壽命（圖6）。

圖6

3.3.9 智能計量及成本分析

城市軌道交通列車洗車機(jī)使用中需要用電、用水、用洗滌劑及其它消耗品，怎樣才能有效計量其使用量及計算洗車成本，只需要加入智能水表、電表等計量設(shè)備，從而得到使用數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)會自動記錄到清洗的每一列列車數(shù)據(jù)庫中，形成完整的洗車數(shù)據(jù)表，使用戶可根據(jù)數(shù)據(jù)進(jìn)行運營成本分析。

4 城市軌道交通列車洗車機(jī)的未來發(fā)展

隨著社會的不斷發(fā)展進(jìn)步，未來城市軌道交通列車洗車機(jī)會有更加智能化的發(fā)展。隨著城市軌道交通列車未來采用無人駕駛模式，智能洗車設(shè)備數(shù)據(jù)全部實現(xiàn)無線傳輸。清洗系統(tǒng)會根據(jù)列車數(shù)據(jù)采集情況自動分析列車污染程度，列車不同區(qū)域污染程度不同，系統(tǒng)會自動下達(dá)不同清洗指令，比如系統(tǒng)會控制列車清洗速度的快慢，清洗設(shè)備會自動調(diào)整加注洗滌劑用量，調(diào)節(jié)刷組洗刷轉(zhuǎn)數(shù)，智能清洗重點部位等，達(dá)到更加智能化的洗車模式，有利于提高清洗質(zhì)量和清洗效率。清洗后檢測清洗質(zhì)量形成清洗報表，通過清洗報表分析自動給出下次清洗的建議。

最終無人化的清洗模式也是城市軌道交通列車洗車機(jī)發(fā)展的趨勢，可能出現(xiàn)智能機(jī)器人洗車，以及智能機(jī)器人維護(hù)的方式。

5 結(jié)論

通過對洗車機(jī)工藝、設(shè)備智能化的描述，可以確定現(xiàn)階段城市軌道交通列車洗車機(jī)必須具有自動化、智能化的表現(xiàn)，智能化必須融入到城市軌道交通列車洗車機(jī)設(shè)備中，而且要全面推廣并有實際的應(yīng)用。智能化城市軌道交通列車洗車機(jī)不僅要取代既有的清洗模式，更重要的是其在應(yīng)用時能夠減少人工，降低維護(hù)量，節(jié)約能源，保證清洗質(zhì)量，不污染環(huán)境，實現(xiàn)信息化的管理。