王曉闖

（中國鐵路設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，天津 300142）

近年來，以大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等為代表的新一代信息技術(shù)突飛猛進(jìn)，作為智慧城市的核心組成部分，智慧地鐵[1]是軌道交通的一大發(fā)展趨勢，在軌道交通領(lǐng)域引入互聯(lián)網(wǎng)+等技術(shù)勢在必行。目前，對于自動扶梯設(shè)備的監(jiān)控僅限于監(jiān)視設(shè)備運(yùn)行工況及部分安全裝置的故障報(bào)警，缺少機(jī)械部件工作監(jiān)測狀態(tài)信息及故障分析信息等功能，無法做到智能預(yù)警、故障診斷，導(dǎo)致扶梯有“帶病”運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)。另外，隨著地鐵運(yùn)營線路逐年增加以及服務(wù)水平不斷提高，自動扶梯設(shè)備的數(shù)量也在大幅度提升，且扶梯設(shè)置分布廣，這更加重了維保人員的日常維護(hù)保養(yǎng)工作強(qiáng)度，建立自動扶梯智能預(yù)警及故障診斷系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)故障快速定位，從而提高設(shè)備維護(hù)、維修效率。

1 自動扶梯智能預(yù)警及故障診斷架構(gòu)分析

自動扶梯主要故障類型[2]如表1 所示。

表1 自動扶梯主要故障類型表

自動扶梯屬于特種設(shè)備，是地鐵車站承擔(dān)運(yùn)送乘客重任的關(guān)鍵設(shè)備，因此，自動扶梯的安全會直接關(guān)系到乘客的人身安全。為提高自動扶梯運(yùn)行安全，加強(qiáng)對設(shè)備的檢修與維護(hù)管理，自動扶梯設(shè)備的智能預(yù)警及故障診斷系統(tǒng)應(yīng)以滿足運(yùn)營“安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、適用”為目標(biāo)，體現(xiàn)地鐵“以人為本”的思想，面向維修中心管理及維保使用。

自動扶梯智能預(yù)警及故障診斷系統(tǒng)主要用來監(jiān)測關(guān)鍵機(jī)械部件的運(yùn)行狀態(tài)，以實(shí)現(xiàn)預(yù)測自動扶梯主要機(jī)械部件的故障趨勢、機(jī)械故障報(bào)警及智能診斷[1]等功能。通過在電機(jī)、減速器、主驅(qū)動輪、漲緊輪以及扶手帶等關(guān)鍵部位加裝振動或位移傳感器，系統(tǒng)搜集由設(shè)備故障或特殊條件所引起的傳感器曲線，并建立專家?guī)欤瑥亩鴮?shí)現(xiàn)在線化監(jiān)測并與專家?guī)鞂Ρ鹊裙δ?，如圖1 所示。

圖1 自動扶梯智能預(yù)警及故障診斷系統(tǒng)傳感器設(shè)置

針對自動扶梯智能預(yù)警及故障診斷系統(tǒng)，目前考慮兩種實(shí)施方案：第一，自動扶梯智能預(yù)警及故障診斷系統(tǒng)獨(dú)立組網(wǎng)，自行搭建服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)，該方案需要在車站和控制中心自行架設(shè)服務(wù)器[3]；第二，自動扶梯智能預(yù)警及故障診斷系統(tǒng)接入地鐵云平臺網(wǎng)絡(luò)，自動扶梯智能預(yù)警及故障診斷系統(tǒng)的車站級服務(wù)器、中心服務(wù)器、中心工作站等可由地鐵云平臺[4]提供，從而簡化系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，形成系統(tǒng)集成。兩種方案優(yōu)缺點(diǎn)比較如表2 所示。

表2 優(yōu)缺點(diǎn)比較

綜上所述，將自動扶梯智能預(yù)警及故障診斷系統(tǒng)接入地鐵云平臺網(wǎng)絡(luò)，可簡化系統(tǒng)、提高系統(tǒng)的實(shí)施性和維護(hù)性，因此推薦采用接入云平臺網(wǎng)絡(luò)的方案。

接入云平臺方案的主要架構(gòu)圖如圖2 所示，每個車站的自動扶梯須通過環(huán)網(wǎng)方式自行成網(wǎng)，然后接入車站匯聚交換機(jī)，再將各個車站的車站匯聚交換機(jī)直接接入地鐵云平臺服務(wù)器，整條線的顯示平臺可設(shè)置在車輛基地。由于自動扶梯均為扶梯廠家維保，為提高運(yùn)營維護(hù)效率，云平臺自動扶梯智能預(yù)警及故障診斷系統(tǒng)結(jié)果可傳輸至自動扶梯廠家維保平臺，廠家可及時安排維保人員現(xiàn)場維護(hù)。同時，該方案預(yù)留有綜合監(jiān)控系統(tǒng)接口，方便以后功能拓展。

圖2 自動扶梯智能預(yù)警及故障診斷系統(tǒng)云平臺方案圖

2 自動扶梯組網(wǎng)形式

2.1 星形網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)

星形網(wǎng)絡(luò)[5]組網(wǎng)中，任何一站點(diǎn)只和中央節(jié)點(diǎn)相連接，因此介質(zhì)訪問控制方法簡單，且訪問協(xié)議也十分簡單，如圖3 所示，這種形式具有易于網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控和管理、故障診斷和隔離容易、中央節(jié)點(diǎn)對連接線路可以逐一隔離進(jìn)行故障檢測和定位以及單個連接點(diǎn)的故障只影響一個設(shè)備，不會影響全網(wǎng)等特點(diǎn)，但是需要耗費(fèi)大量的電纜，且安裝、維護(hù)的工作量也驟增。在其工作過程中，中央節(jié)點(diǎn)負(fù)擔(dān)較重，易形成“瓶頸”，一旦發(fā)生故障，則全網(wǎng)都會受影響，而且各站點(diǎn)的分布處理能力較低，且需要端口較多。

圖3 星形網(wǎng)絡(luò)方案圖

2.2 環(huán)形網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)

環(huán)形網(wǎng)絡(luò)[6]組網(wǎng)信息流在網(wǎng)中是沿著固定方向流動的，兩個節(jié)點(diǎn)僅有一條道路，如圖4 所示，因此該方案能夠簡化路徑選擇的控制，而且其環(huán)路上各節(jié)點(diǎn)都是自舉控制，所需控制軟件簡單。另外，該組網(wǎng)形式在布置過程中施工方便，能夠節(jié)約光纖電纜，需要端口少，成環(huán)網(wǎng)后可直接接入車站匯聚交換機(jī)，且具備冗余性。然而，由于信息源在環(huán)路中是串行地穿過各個節(jié)點(diǎn)，當(dāng)環(huán)中節(jié)點(diǎn)過多時，將會影響信息傳輸速率，使網(wǎng)絡(luò)的響應(yīng)時間延長，且環(huán)路是封閉的，不便于擴(kuò)充。

圖4 環(huán)形網(wǎng)絡(luò)方案圖

綜上所述，考慮到簡化線纜敷設(shè)路徑、減少對其他專業(yè)影響、使后期施工及維護(hù)更便利等條件，推薦采用環(huán)形網(wǎng)絡(luò)。

3 故障分析

以某地鐵出入口一臺自動扶梯為例，在電機(jī)、減速器、主驅(qū)動輪、扶手帶以及梯級張緊輪等主要部件上安裝傳感器，其中電機(jī)、減速器、主驅(qū)動輪和梯級張緊輪設(shè)置振動傳感器，扶手帶部位設(shè)置有溫度傳感器[7]，電機(jī)、減速器中傳感器的具體設(shè)置位置如圖5所示。

圖5 電機(jī)、減速器中傳感器的設(shè)置位置

通過長時間監(jiān)測扶梯運(yùn)行狀態(tài)，來驗(yàn)證該系統(tǒng)的有效性，某次檢測過程中12 月11 日至12 月18 日測得的地腳基礎(chǔ)振動測點(diǎn)數(shù)據(jù)如圖6 所示。從圖中可以看出，扶梯地腳、基礎(chǔ)測點(diǎn)在12 月15 日一天內(nèi)的振動幅值出現(xiàn)整體異常持續(xù)增長，對比正常趨勢特征完全不同，因此發(fā)出預(yù)警信息并通知維保人員前往現(xiàn)場檢修，結(jié)果發(fā)現(xiàn)主驅(qū)鏈防斷鏈保護(hù)裝置的支架發(fā)生斷裂。15 日夜間現(xiàn)場更換了新支架，16 日數(shù)據(jù)恢復(fù)正常。該案例說明自動扶梯智能預(yù)警及故障診斷能有效報(bào)出地腳基礎(chǔ)故障。

圖6 地腳基礎(chǔ)振動測點(diǎn)圖

扶梯維保按國家標(biāo)準(zhǔn)每半個月進(jìn)行一次，若按維保清單進(jìn)行，沒有檢修重點(diǎn)，易遺漏。增加智能預(yù)警及故障診斷系統(tǒng)后，可以做到按需維保，從而減少不必要的維保時間。自動扶梯智能預(yù)警及故障診斷系統(tǒng)可以在平臺進(jìn)行維修自動派單和故障分析統(tǒng)計(jì)等工作，從而減少扶梯管理人員工作，同時各級管理人員可以通過此平臺查看扶梯運(yùn)行狀況、故障分析報(bào)表等信息[8]，方便對扶梯進(jìn)行管理。

4 結(jié)語

建立自動扶梯智能預(yù)警及故障診斷系統(tǒng)可將多類型、多專業(yè)、多方法的故障診斷及預(yù)警技術(shù)進(jìn)行融合，從而實(shí)現(xiàn)故障預(yù)警和智能診斷，為機(jī)電設(shè)備安全運(yùn)行保駕護(hù)航。自動扶梯智能預(yù)警及故障診斷系統(tǒng)可以提前發(fā)現(xiàn)扶梯安全隱患，以便于提前處置，避免了出現(xiàn)突發(fā)故障和事故，有效減少了客傷和扶梯運(yùn)行故障停梯等情況，同時該系統(tǒng)也為其他地鐵項(xiàng)目搭建智能預(yù)警及故障診斷平臺提供了參考。