城市軌道交通機電設(shè)備運行狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)

摘要：當(dāng)前的機電設(shè)備運行狀態(tài)在線監(jiān)測模塊一般為獨立形式，監(jiān)測的范圍受限制，導(dǎo)致在線監(jiān)測響應(yīng)時間延長，為解決這一問題，對城市軌道交通機電設(shè)備運行狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)進行設(shè)計與驗證。根據(jù)當(dāng)前系統(tǒng)的設(shè)計需求及標(biāo)準(zhǔn)，先構(gòu)建互感裝置，將其與在線監(jiān)測回路搭接，完成系統(tǒng)硬件的設(shè)計。以此為基礎(chǔ)，采用設(shè)計多目標(biāo)交叉處理的方式，打破監(jiān)測范圍的限制，設(shè)計多目標(biāo)交叉運行狀態(tài)智能監(jiān)測模塊。隨后關(guān)聯(lián)設(shè)計的后臺數(shù)據(jù)庫，完成軟件設(shè)計。針對選定的5個區(qū)域的交通機電設(shè)備運行測試，分3個周期匯總整合在線監(jiān)測數(shù)值，最終得出的在線監(jiān)測響應(yīng)時間均控制在0.22s以下，說明此次設(shè)計的在線監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用效果更佳，針對性更強，具有一定應(yīng)用價值。

關(guān)鍵詞：機電設(shè)備；后臺數(shù)據(jù)庫；監(jiān)測系統(tǒng)；互感裝置

0" "引言

城市軌道交通機電設(shè)備是城市道路穩(wěn)定、安全通行的基本保障，對日常的交通運輸也具有重要作用[1]。由于當(dāng)前城市的交通線較多，分為主干線和支線道路，使得交通機電設(shè)備自身的運行壓力較大，傳統(tǒng)的控制程序難以滿足當(dāng)下的需要，部分設(shè)備出現(xiàn)損壞，嚴(yán)重的甚至?xí)纬申P(guān)聯(lián)性的故障，嚴(yán)重影響日常工作[2]。為解決此問題，相關(guān)人員設(shè)計了針對于城市軌道交通機電設(shè)備的在線監(jiān)測系統(tǒng)，從設(shè)備運行、搭接、調(diào)整等多方面展開監(jiān)測與管控[3]。

但是由于現(xiàn)階段技術(shù)不成熟，再加上對于設(shè)備的監(jiān)測范圍較小，導(dǎo)致系統(tǒng)未達(dá)到預(yù)期的使用效果。且單一的監(jiān)測形式也導(dǎo)致效率低下，無法更好地保證機電設(shè)備的穩(wěn)定運行。為了解決這一問題，本文以真實的環(huán)境作為測試背景，結(jié)合實際監(jiān)測需求及標(biāo)準(zhǔn)的變化，逐步擴大監(jiān)測范圍，設(shè)計更加靈活、多變的線上監(jiān)測結(jié)構(gòu)，優(yōu)化該系統(tǒng)的整體性能[4]。

多階檢測程序的設(shè)計，一定程度上可以實現(xiàn)對軌道交通機電設(shè)備的有效管控，強化監(jiān)測效果的同時，保證城市軌道交通機電設(shè)備的穩(wěn)定運行，為后續(xù)相關(guān)技術(shù)的完善與優(yōu)化提供參考依據(jù)[5]。

1" "監(jiān)測系統(tǒng)硬件設(shè)計

1.1" "互感裝置設(shè)計

城市軌道交通機電設(shè)備運行狀態(tài)的監(jiān)測覆蓋范圍較大，為此所設(shè)計的系統(tǒng)硬件也需要具備一定的關(guān)聯(lián)度。現(xiàn)基于此，先在主控制結(jié)構(gòu)中接入牽引變壓器、GIS設(shè)備、避雷器、電壓互感器、電流互感器以及進線隔離開關(guān)[6]，形成基礎(chǔ)的監(jiān)測控制環(huán)境。隨后在電路中設(shè)定一個感應(yīng)器，與內(nèi)置的控制芯片進行搭接，便于日常硬件的控制以及監(jiān)測數(shù)值、信息的采集[7]。具體的機電設(shè)備監(jiān)測結(jié)構(gòu)組成如圖1所示。

根據(jù)圖1，完成對機電設(shè)備監(jiān)測結(jié)構(gòu)的設(shè)計與驗證后，將數(shù)據(jù)采集通道元件的運行頻率范圍設(shè)置在35～420kHz之間，設(shè)置兩條信息數(shù)據(jù)輸入通道，以74LS151型多路開關(guān)輔助空置，完成互感結(jié)構(gòu)設(shè)計。以此為基礎(chǔ)，還需在當(dāng)前的監(jiān)測結(jié)構(gòu)中增設(shè)不同型號的感應(yīng)器，形成循環(huán)性的多階感應(yīng)結(jié)構(gòu)，擴大實際的感應(yīng)范圍，以便在線監(jiān)測數(shù)據(jù)信息的采集[8]。

1.2" "在線監(jiān)測回路設(shè)計

在線監(jiān)測回路主要指的是定向的監(jiān)測電路。設(shè)計的初期需要先進行傳感器選型。采用WB系列電壓隔離傳感器，設(shè)置電壓為57V，可控的監(jiān)測孔徑為35mm，電路中測量電流范圍為75～725mA之間。結(jié)合監(jiān)測電力的運行需求，測定計算出當(dāng)前的相位誤差，具體計算公式如下所示：

M=δ+∑πt- （1+x）2" " " " " " （1）

式中：M表示相位誤差，δ表示測量處理單元，π表示復(fù)位控制區(qū)域，t表示控制頻次，x表示復(fù)位控制區(qū)域。

根據(jù)相位誤差的變動，調(diào)整此時在線監(jiān)測回路的基礎(chǔ)電流及電壓，設(shè)置一個穩(wěn)定的監(jiān)測背景。以此為基礎(chǔ)，在內(nèi)置的結(jié)構(gòu)中接入TPS7333的DC-DC轉(zhuǎn)換芯片，形成調(diào)理電路，設(shè)置A/D轉(zhuǎn)換器的滿幅電壓范圍在0～3.3V之間，滿足調(diào)理電路的運行要求。

需要注意的是，當(dāng)前在線監(jiān)測回路中設(shè)置的電流與電壓并不是固定的，可以隨著交通機電設(shè)備運行狀態(tài)作出適時調(diào)整，以此來完善系統(tǒng)硬件的整體控制結(jié)構(gòu)，強化對應(yīng)的控制效果。

2" "監(jiān)測系統(tǒng)軟件設(shè)計

2.1" "設(shè)計多目標(biāo)交叉運行狀態(tài)智能監(jiān)測模塊

本次設(shè)計的系統(tǒng)主要是針對交通機電設(shè)備的運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測，所以基于此需要及應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計多目標(biāo)交叉運行狀態(tài)智能監(jiān)測模塊。布設(shè)監(jiān)測節(jié)點，結(jié)合所獲取的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，進行檢測模塊的智能分類設(shè)計，具體如圖2所示。

根據(jù)圖2，完成對多目標(biāo)交叉運行狀態(tài)智能監(jiān)測模塊結(jié)構(gòu)的設(shè)計與分析，以此為基礎(chǔ)，將所部署的每一個監(jiān)測節(jié)點進行關(guān)聯(lián)搭接，調(diào)整當(dāng)前監(jiān)測模塊的應(yīng)用指標(biāo)和參數(shù)。多目標(biāo)交叉智能監(jiān)測模塊指標(biāo)參數(shù)設(shè)置如表1所示。

根據(jù)表1，完成對多目標(biāo)交叉智能監(jiān)測模塊指標(biāo)參數(shù)的設(shè)置。隨即以此為基礎(chǔ)，結(jié)合所設(shè)計的在線監(jiān)測模塊，制定對應(yīng)的監(jiān)測目標(biāo)。依據(jù)監(jiān)測內(nèi)容的分類，將其劃定在對應(yīng)執(zhí)行程序之中。在城市軌道交通機電設(shè)備處于運行時，智能化的監(jiān)測模塊對具體區(qū)域的設(shè)備狀況進行識別記錄，以便于后續(xù)監(jiān)測結(jié)果的反映。

2.2" "設(shè)計后臺數(shù)據(jù)庫

后臺數(shù)據(jù)庫的設(shè)計一般是針對在線監(jiān)測系統(tǒng)所形成的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和冗余數(shù)據(jù)，以滿足業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)存儲的多元要求，便于后期的下載及查詢訪問。建立基礎(chǔ)性的數(shù)據(jù)安全機制，接入機電設(shè)備運行監(jiān)測數(shù)據(jù)的分類樹，綜合數(shù)據(jù)歸納與抽象的要求，建立數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用框架。后臺數(shù)據(jù)庫應(yīng)用框架結(jié)構(gòu)如圖3所示。

根據(jù)圖3，完成對后臺數(shù)據(jù)庫應(yīng)用框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計與實踐分析?；诖耍枰跀?shù)據(jù)庫對在線檢測信息、數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一格式的轉(zhuǎn)換。本次采用數(shù)據(jù)包的形式，同類型數(shù)據(jù)包、同用途的數(shù)據(jù)包集中存儲，便于后續(xù)的訪問及查詢。

除此之外，還需在后臺數(shù)據(jù)庫中建立機電設(shè)備分類樹多個關(guān)聯(lián)關(guān)系，輔助接入對應(yīng)的信息，例如對分類編號、設(shè)備分類名稱、條形碼、儲備位置以及全稱等信息進行存儲。通過此種形式，進一步強化后臺數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用效果，完成城市軌道交通機電設(shè)備運行狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計。

3" "系統(tǒng)測試

考慮到最終測試結(jié)果的真實性與可靠性，采用比對的方式展開分析，選定G城市軌道交通機電設(shè)備作為主要的目標(biāo)對象，利用相關(guān)的設(shè)備及裝置進行城市軌道交通機電設(shè)備初始運行數(shù)據(jù)信息的采集，將其匯總整合，以待后續(xù)使用。根據(jù)當(dāng)前的監(jiān)測需求及標(biāo)準(zhǔn)，進行初始系統(tǒng)測試環(huán)境的搭建。

3.1" "測試準(zhǔn)備

針對G城市軌道交通機電設(shè)備的實際運行狀態(tài)，設(shè)計搭建基礎(chǔ)的系統(tǒng)測試環(huán)境。首先，進行基礎(chǔ)硬件測試指標(biāo)及參數(shù)的設(shè)置。基礎(chǔ)硬件測試環(huán)境指標(biāo)及參數(shù)設(shè)置如表2所示。

根據(jù)表2，完成對基礎(chǔ)硬件測試環(huán)境指標(biāo)及參數(shù)的設(shè)置。在此環(huán)境下，明確機電設(shè)備的覆蓋控制范圍，將其劃分為4個區(qū)域，每一個區(qū)域之中分別對應(yīng)著多條軌道線路，形成穩(wěn)定的測試支撐。

在各個區(qū)域部署一定數(shù)量的監(jiān)測節(jié)點，每一個節(jié)點需要進行搭接和關(guān)聯(lián)，形成循環(huán)性的監(jiān)測結(jié)構(gòu)。以此為基礎(chǔ)，結(jié)合上述采集的數(shù)據(jù)以及信息，計算出該系統(tǒng)的監(jiān)測有效傳感范圍，具體如下所示：

F=（1+k）2×λ" " " "-∑ky+μ" " " " " " （2）

式中：F表示監(jiān)測有效傳感范圍，k表示逆向識別區(qū)域，λ表示單元識別距離， 表示識別可控誤差，y表示識別頻次，μ表示定向監(jiān)測均值。

結(jié)合當(dāng)前的測試需求及標(biāo)準(zhǔn)變化，依據(jù)得出的監(jiān)測有效傳感范圍，進行關(guān)聯(lián)監(jiān)測裝置的設(shè)定和搭接安裝，完成對測試環(huán)境的搭建。

3.2" "測試過程及結(jié)果分析

在上述搭建的測試環(huán)境之中，結(jié)合當(dāng)前的在線檢測需要，對選定的G城市軌道交通機電設(shè)備運行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)多維測定驗證。綜合選定的5個測試區(qū)域模塊，先制定系統(tǒng)對應(yīng)的在線監(jiān)測流程，具體如圖4所示。

根據(jù)圖4，完成對在線監(jiān)測系統(tǒng)測試流程的設(shè)計，依據(jù)此流程，將當(dāng)前的監(jiān)測目標(biāo)導(dǎo)入系統(tǒng)的控制程序之中，針對選定5個模塊機電設(shè)備的運行狀態(tài)，設(shè)置多個測試周期，每個周期為48h，共設(shè)置3個監(jiān)測周期。

構(gòu)建一個虛擬異常測試指令，設(shè)置在系統(tǒng)中啟動，根據(jù)監(jiān)測過程中得出的數(shù)據(jù)，測定計算出在線監(jiān)測響應(yīng)時間如下：

A=δ2-ν（1+λ）∑vt" （3）

式中：A表示在線監(jiān)測響應(yīng)時間，δ表示定向轉(zhuǎn)換監(jiān)測范圍，ν表示傳輸單元，v表示堆疊范圍，t表示響應(yīng)頻次。

針對選定的5個區(qū)域的交通機電設(shè)備運行測試，分3個周期匯總整合在線監(jiān)測數(shù)值。測試結(jié)果對比如圖5所示。從圖5可以看出，最終得出的在線監(jiān)測響應(yīng)時間被控制在0.22s以下，說明此次所設(shè)計的在線監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用效果更佳，針對性更強，具有一定的應(yīng)用價值。

4" "結(jié)束語

針對城市交通機電設(shè)備的運行要求及規(guī)則，構(gòu)建一個等效、多階的系統(tǒng)管控結(jié)構(gòu)，與B/S架構(gòu)相融合，建立設(shè)備運行數(shù)據(jù)傳輸信道，能最大程度縮短監(jiān)測數(shù)據(jù)的傳輸時間，構(gòu)建了更為完整、具體的機電設(shè)備運行狀態(tài)智能監(jiān)測模塊。協(xié)調(diào)監(jiān)測目標(biāo)的同時，其打破傳統(tǒng)監(jiān)測系統(tǒng)條件上的限制，在初始系統(tǒng)上的監(jiān)測環(huán)節(jié)實現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化管理，更加便于運行數(shù)據(jù)的挖掘、匯總、整合。

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