張 喻，向 維

（1.上海申通地鐵集團有限公司技術中心，上海 201103；2.上海地鐵維護保障有限公司車輛分公司，上海 200235）

0 引言

隨著城市軌道交通進入高速網(wǎng)絡化建設運營的發(fā)展時期，車輛基地工藝設備呈現(xiàn)體量大、種類多、狀態(tài)不一的配置現(xiàn)狀?；诖吮尘?，要掌握各類設備的全過程信息和健康狀態(tài)，有必要借助日益成熟的信息化和物聯(lián)網(wǎng)技術，建立設備監(jiān)測管理平臺，并在關鍵設備上配置實時遠程監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)狀態(tài)可監(jiān)控、可追溯，故障可預測、可預防。

經(jīng)過長期有效的數(shù)據(jù)積累和分析后，為設備維修決策提供技術依據(jù)，最終形成對設備全壽命周期內(nèi)的狀態(tài)監(jiān)測、運維管理、狀態(tài)評估和持續(xù)改進的工作閉環(huán)。

1 設備狀態(tài)監(jiān)測目的

（1）對設備運行狀態(tài)和關鍵數(shù)據(jù)進行實時遠程監(jiān)測。關鍵信息主要是針對影響設備運行的關鍵參數(shù)、故障高發(fā)系統(tǒng)的關鍵參數(shù)，以及通過監(jiān)測能實現(xiàn)替代日常人工檢測記錄的參數(shù)，最終達到掌握設備在線狀態(tài)、遠程診斷、專家支持和替代人工記錄目的。

（2）記錄和評判操作人員操作規(guī)范程度。監(jiān)視和存儲設備操作員操作記錄，為評判操作的規(guī)范程度提供依據(jù)，最終達到降低人為使用，造成設備損壞風險的目的。

（3）記錄設備使用信息，合理制定維修周期。車輛基地設備種類繁多，其與正線運營設備有所區(qū)別，設備使用率并不均衡。

采用定期維修容易過修或欠修，如何在成本與風險中取得平衡，則需要對設備使用過程有跟蹤監(jiān)測和記錄，有效掌控設備健康狀態(tài)，從而對設備的工況和運行趨勢做出正確診斷并提供相應決策，為實現(xiàn)設備的狀態(tài)檢修提供必要的實際數(shù)據(jù)。

2 平臺功能

根據(jù)監(jiān)測需求，建立監(jiān)測平臺，實現(xiàn)對設備狀態(tài)數(shù)據(jù)、使用數(shù)據(jù)、故障數(shù)據(jù)的實時遠程監(jiān)測，并構建地面數(shù)據(jù)中心和終端應用界面，實現(xiàn)數(shù)據(jù)遠程傳輸和查看、數(shù)據(jù)存儲和查詢分析功能。

（1）設備遠程實時監(jiān)測功能。通過在設備端配置安裝數(shù)據(jù)采集和傳輸系統(tǒng)，實現(xiàn)對車輛基地工藝設備作業(yè)狀態(tài)下的狀態(tài)數(shù)據(jù)、使用數(shù)據(jù)、故障數(shù)據(jù)和視頻記錄的遠程實時監(jiān)控，并可傳輸?shù)降孛鏀?shù)據(jù)中心存儲、分析和顯示。

（2）歷史數(shù)據(jù)存儲和統(tǒng)計分析。存儲功能可連續(xù)記錄較長時間的歷史數(shù)據(jù)，保存的數(shù)據(jù)包括系統(tǒng)參數(shù)、開關量狀態(tài)、模擬量值、脈沖累計量、計算結果，以及報警事件記錄等。查詢分析不僅可對某個數(shù)據(jù)進行查詢，還具備趨勢分析等功能，可顯示某個模擬量參數(shù)的歷史變化，進行分析。

（3）終端具有良好的人機交互界面。平臺應采用統(tǒng)一的用戶圖形界面，使用符合設備特點的監(jiān)測畫面，顯示監(jiān)控系統(tǒng)與各子系統(tǒng)、其他系統(tǒng)的連接情況、信息處理流程圖、概括圖、趨勢圖等。

3 平臺架構（圖1）

平臺包括感知層、傳輸層和應用層。感知層在設備端為實現(xiàn)監(jiān)測功能安裝配置數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、視頻采集子系統(tǒng)和傳輸子系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)負責從設備總線、控制回路、獲取各類狀態(tài)和過程數(shù)據(jù)，必要時新增各類傳感器。視頻采集子系統(tǒng)采集攝像頭捕捉的設備運行狀況、人員操作行為及關鍵零部件的視頻信息。

傳輸子系統(tǒng)將數(shù)據(jù)和視頻信息匯總后，通過外部傳輸層的無線網(wǎng)絡，根據(jù)用戶傳輸協(xié)議要求將數(shù)據(jù)發(fā)送至地面，可采用4G 公網(wǎng)和WLAN 局域網(wǎng)。

應用層即地面系統(tǒng)，由地面數(shù)據(jù)處理中心和地面應用終端組成，地面數(shù)據(jù)處理中心由車輛維護方統(tǒng)一部署，制定統(tǒng)一協(xié)議。車輛基地設備發(fā)送的數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)據(jù)處理中心數(shù)據(jù)庫的確認和解析后入庫存儲。應用終端通過調(diào)用數(shù)據(jù)處理中心數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)展示、分析和管理。

4 關鍵設備應用

車輛基地檢修設備種類多，監(jiān)測技術的實現(xiàn)需要成本，因此在有限資源下需考慮各項設備監(jiān)測的必要性，以發(fā)揮資源最大作用。因此，重點對移動設備、承載設備、故障對維修生產(chǎn)影響較大和使用頻率較高的設備優(yōu)先考慮實現(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測技術。

根據(jù)上海軌道交通車輛基地工藝設備的特點，首先在內(nèi)燃機車、地下式架車機、起重機等設備實施狀態(tài)監(jiān)測。下面以內(nèi)燃機車和地下式架車機為例，說明應用效果。

4.1 內(nèi)燃機車

內(nèi)燃機車包括發(fā)動機、傳動系統(tǒng)、車體和車架、走行部、制動系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)及輔助裝置等部分，其監(jiān)測項點主要包括以下內(nèi)容。

（1）狀態(tài)監(jiān)測。監(jiān)測各子系統(tǒng)和部件的關鍵參數(shù)。重點對發(fā)動機、傳動系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、發(fā)電機組、司控器、車控數(shù)據(jù)及整車信息進行監(jiān)測。對制動系統(tǒng)壓力信號，如工作風缸、降壓風缸、總風缸、均衡風缸、制動缸、制動管的變化，通過額外增加壓力傳感器的方式進行監(jiān)測。

圖1 平臺架構

（2）故障監(jiān)測。對發(fā)動機故障代碼、蓄電池電量過低、重聯(lián)線路報警、超速報警燈等原車載控制系統(tǒng)監(jiān)控的故障進行監(jiān)測。其他關鍵參數(shù)的報警可在地面應用端進行模擬量閾值設定報警，如油位等。

（3）使用記錄。對司機操作記錄為司機行為分析和事故情況下提供依據(jù)，空調(diào)使用能耗記錄為評估空調(diào)狀態(tài)、制定維修計劃提供依據(jù)，機車運行和怠速記錄為評價機車實際運行時間提供依據(jù)等。

（4）視頻記錄。對司機操作、車鉤連掛狀態(tài)、前方車況進行監(jiān)視和記錄。

根據(jù)上述監(jiān)測需求，內(nèi)燃機車監(jiān)測系統(tǒng)配置數(shù)據(jù)感知系統(tǒng)，分別從壓力傳感器、發(fā)動機總線、控制回路獲取信號。設備端配置安裝數(shù)據(jù)采集控制器PLC、視頻采集系統(tǒng)、傳輸系統(tǒng)、定位子系統(tǒng)。各子系統(tǒng)和采集信號線纜匯集后集成在機柜中，安裝在機車司機座椅后方區(qū)域。

在地面應用端開發(fā)內(nèi)燃機車遠程監(jiān)控平臺，界面如圖2 所示，可直觀監(jiān)測設備狀態(tài)、故障事件和使用情況等信息，并可監(jiān)測視頻畫面，如圖3 所示。

4.2 地下式架車機

架車機由車體舉升單元、轉(zhuǎn)向架舉升單元、活動/固定軌橋、電氣控制系統(tǒng)、操作臺等系統(tǒng)組成，采用PLC 進行同步精度等系統(tǒng)控制，其監(jiān)測項點主要包括以下內(nèi)容。

（1）狀態(tài)監(jiān)測。對所有臺位舉升單元進行運行狀態(tài)（上升/下降）、轉(zhuǎn)向架支撐高低限位開關和高度、不同步誤差值進行監(jiān)測。對架車機整機操作模式以及非正常手動調(diào)整模式進行記錄。

（2）故障監(jiān)測。對不同步運行誤差超限、高度傳感器故障、電源相序、電機溫升、載重和保險螺母失效、基坑液位監(jiān)測報警等進行故障監(jiān)測。

（3）使用記錄。對設備累計運行時間進行記錄，為狀態(tài)評估提供信息支持。

圖2 內(nèi)燃機車遠程監(jiān)測平臺界面

圖3 內(nèi)燃機車遠程視頻監(jiān)測界面

（4）視頻記錄。布置2 個網(wǎng)絡攝像頭，對架車左、右兩側的作業(yè)狀態(tài)進行監(jiān)視和記錄。

由于架車機原有控制系統(tǒng)的PLC 系統(tǒng)已經(jīng)采集匯總各子系統(tǒng)的信號，因此可直接從PLC 系統(tǒng)中調(diào)取相關信號后，通過PLC 通信模塊發(fā)送至傳輸子系統(tǒng)后送達至地面。改造主要是在架車機控制柜內(nèi)新增PLC RS485 通信模塊、4G DTU、攝像頭、錄像機及顯示屏。

在地面應用端開發(fā)地下架車機遠程監(jiān)控平臺，與內(nèi)燃機車遠程監(jiān)控平臺界面類同，可遠程直觀監(jiān)測各類信息和視頻畫面。

5 結論

上海軌道交通車輛基地工藝設備已成功在內(nèi)燃機車、地下式架車機、起重機等設備安裝了遠程在線監(jiān)測系統(tǒng)，建設了地面數(shù)據(jù)中心和終端應用平臺。

該平臺作為車輛基地工藝設備監(jiān)測管理平臺架構的核心組成，實現(xiàn)了狀態(tài)數(shù)據(jù)的采集、存儲和規(guī)范化管理，且與運維管理、健康評估、操作人員績效等模塊關聯(lián)互動，為下一步挖掘、分析及應用監(jiān)測數(shù)據(jù)，以及最終實現(xiàn)設備狀態(tài)性維修提供支撐。