銀萍　何冰

摘 要：隨著我國(guó)鐵路里程數(shù)的不斷增加，鐵路線路的養(yǎng)護(hù)的工作量巨大，大型鐵路養(yǎng)護(hù)機(jī)械的使用臺(tái)數(shù)也隨之增大。本文針對(duì)大型鐵路養(yǎng)護(hù)機(jī)械使用、維修和保養(yǎng)問(wèn)題，設(shè)計(jì)一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的在線監(jiān)測(cè)和常見(jiàn)故障診斷系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；大型鐵路養(yǎng)護(hù)機(jī)械；在線監(jiān)測(cè)；故障診斷；智能傳感

目前，我國(guó)現(xiàn)有國(guó)家鐵路局就18家，鐵路線路運(yùn)營(yíng)總里程已超過(guò)12萬(wàn)公里，對(duì)既有鐵路線路的養(yǎng)護(hù)是一項(xiàng)非常艱巨而繁重的任務(wù)，傳統(tǒng)依靠人工作業(yè)的養(yǎng)護(hù)方式無(wú)論在質(zhì)量和效率上都遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足要求，必須采用先進(jìn)的技術(shù)手段和設(shè)備來(lái)維持線路的養(yǎng)護(hù)、維修工作，因此，大型鐵路養(yǎng)護(hù)機(jī)械的使用就顯得尤為重要，同時(shí)，大型鐵路養(yǎng)護(hù)機(jī)械的維修作業(yè)也成為鐵路運(yùn)輸事業(yè)中的重點(diǎn)環(huán)節(jié)。大型鐵路養(yǎng)護(hù)機(jī)械是集控制技術(shù)、機(jī)械、液壓、電氣、氣動(dòng)為一體大型綜合機(jī)械，而工作地點(diǎn)又多在遠(yuǎn)離城市的荒郊野外，而操作人員往往又不具備對(duì)這些故障進(jìn)行正確診斷的能力，往往需要通過(guò)電話求助于專(zhuān)業(yè)維修人員，這種處理方法常常顯得力不從心。針對(duì)出現(xiàn)臨時(shí)突發(fā)性故障，主要依靠現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員進(jìn)行故障的判斷和處理方法，對(duì)于常見(jiàn)簡(jiǎn)單故障，這種方法切實(shí)可行，但對(duì)于一些比較專(zhuān)業(yè)、稍微復(fù)雜的故障，因?yàn)?，作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的通訊信號(hào)、操作人員對(duì)故障現(xiàn)象的描述能力等因素，很大程度上制約了操作人員與專(zhuān)業(yè)維修人員之間的溝通。

一、物聯(lián)網(wǎng)和智能傳感技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)從技術(shù)架構(gòu)上一般可分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。感知層主要功能是對(duì)信息進(jìn)行采集和物件識(shí)別，由各種傳感器及傳感器網(wǎng)關(guān)構(gòu)成。網(wǎng)絡(luò)層主要功能是對(duì)從感知層獲取的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行傳遞和處理，由各種現(xiàn)地網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)、有線和無(wú)線通信網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)和云計(jì)算平臺(tái)等組成。應(yīng)用層是物聯(lián)網(wǎng)和大型鐵路養(yǎng)護(hù)機(jī)械的接口，與用戶(hù)需求結(jié)合，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在大型鐵路養(yǎng)護(hù)機(jī)械的智能應(yīng)用。智能傳感器具有設(shè)備或環(huán)境信息感知、板載診斷、數(shù)據(jù)采集、分析、轉(zhuǎn)換處理、告警和通信等功能，由微處理器驅(qū)動(dòng)的傳感器與儀表套裝，選配無(wú)線射頻模塊，為大型鐵路養(yǎng)護(hù)機(jī)械監(jiān)控系統(tǒng)及用戶(hù)提供相關(guān)信息，在大型鐵路養(yǎng)護(hù)機(jī)械在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，對(duì)于分布感知的數(shù)據(jù)，如液壓系統(tǒng)油壓、氣壓系統(tǒng)氣壓、設(shè)備二維碼標(biāo)簽、RFID標(biāo)簽和讀寫(xiě)器、攝像頭及輔助設(shè)備或環(huán)境的狀態(tài)信息等傳感器，將其設(shè)計(jì)于數(shù)據(jù)采集智能模塊中。

二、在線監(jiān)測(cè)和故障診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案如圖1所示。

2.基于RFID技術(shù)的跟蹤管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于RFID技術(shù)的大型鐵路養(yǎng)護(hù)機(jī)械跟蹤管理系統(tǒng)作為一個(gè)系統(tǒng)由若干個(gè)功能模塊構(gòu)成，它要為各個(gè)功能模塊的相互協(xié)作運(yùn)行提供信息支撐，實(shí)現(xiàn)施工作業(yè)信息的采集、分析、處理、發(fā)布、共享和利用，信息的實(shí)時(shí)查詢(xún)與發(fā)布。其核心業(yè)務(wù)模塊如下：

（1）現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集模塊。它依靠RFID DCS以及其他設(shè)備通信接口構(gòu)件與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行信息交互，同時(shí)給現(xiàn)場(chǎng)操作人員提供信息輸入接口，將相關(guān)的作業(yè)信息全部收集在內(nèi)。數(shù)據(jù)輸入來(lái)源包括RFID系統(tǒng)、設(shè)備以往維修保養(yǎng)和故障信息日志文件、維修人員等。

（2）故障數(shù)據(jù)庫(kù)管理模塊。該模塊主要包括前期維修保養(yǎng)和故障診斷情況記錄、與大型鐵路養(yǎng)護(hù)機(jī)械自身監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)接兩部分功能。

（3）在線監(jiān)測(cè)跟蹤查詢(xún)模塊。該模塊提供對(duì)大型鐵路養(yǎng)護(hù)機(jī)械正在運(yùn)行狀況的跟蹤查詢(xún)。通過(guò)該模塊，遠(yuǎn)程技術(shù)人員可以迅速及時(shí)地了解現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)情況。后臺(tái)連接相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)，可以顯示相關(guān)時(shí)段相應(yīng)作業(yè)車(chē)輛的基本信息、各個(gè)觀測(cè)點(diǎn)狀況、維修狀況、詳細(xì)部件信息等。有了在線監(jiān)測(cè)跟蹤系統(tǒng)就可以隨時(shí)隨地了解作業(yè)設(shè)備的位置和具體情況，防止故障堆積。

3.過(guò)程監(jiān)控故障診斷系統(tǒng)

過(guò)程監(jiān)控故障診斷系統(tǒng)監(jiān)控軟件主要實(shí)現(xiàn)各臺(tái)設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)（如運(yùn)行信號(hào)、故障信號(hào)等）；設(shè)備模擬量的記錄（如電機(jī)電流、電壓）；故障信號(hào)發(fā)生后的報(bào)警及自動(dòng)切換；生產(chǎn)量記錄到數(shù)據(jù)庫(kù)管理軟件中等的控制功能。設(shè)備控制軟件作為自動(dòng)控制系統(tǒng)的核心，它的性能將對(duì)設(shè)備運(yùn)行效率起到?jīng)Q定性的作用，控制軟件由通信模塊、輸入與信息顯示模塊、運(yùn)動(dòng)（位置、速度）控制模塊、故障檢測(cè)與處理模塊、特殊功能模塊等組成。通信模塊實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)的通信聯(lián)系，接收上位機(jī)或操作器輸入的任務(wù)信息，并發(fā)送設(shè)備的任務(wù)及狀態(tài)信息；運(yùn)動(dòng)（位置、速度）控制模塊控制設(shè)備可靠快速地完成給定的任務(wù)，可具有一定的智能處理與控制處理；故障檢測(cè)與處理模塊應(yīng)具備對(duì)非正常狀態(tài)檢測(cè)與處理功能，具有故障診斷、保護(hù)及故障自恢復(fù)性能。

過(guò)程監(jiān)控故障診斷系統(tǒng)軟件的具體功能如下：

（1）采集系統(tǒng)狀態(tài)數(shù)據(jù)。系統(tǒng)設(shè)備的執(zhí)行機(jī)在執(zhí)行每一次操作時(shí)都要發(fā)回狀態(tài)報(bào)告，所發(fā)回的狀態(tài)報(bào)告包括操作命令的當(dāng)前執(zhí)行情況、運(yùn)輸設(shè)備當(dāng)前狀態(tài)、操作命令的完成、取消或修正、操作故障情況等，根據(jù)報(bào)告可隨時(shí)掌握系統(tǒng)運(yùn)行的狀態(tài)；同時(shí)也通過(guò)傳感器、檢測(cè)元件得到系統(tǒng)的狀態(tài)信息。

（2）監(jiān)視系統(tǒng)對(duì)所發(fā)回的狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類(lèi)、整理。在屏幕上用圖形顯示各設(shè)備和運(yùn)輸設(shè)備狀況。

（3）處理異常情況檢查判別系統(tǒng)狀態(tài)中的不正常信息，根據(jù)不同情況提出處理方案。

（4）人機(jī)交互供操作人員查詢(xún)當(dāng)前系統(tǒng)狀態(tài)數(shù)據(jù)，人工直接干預(yù)系統(tǒng)的運(yùn)行以及處理異常狀況。

（5）接受管理層下發(fā)的故障診斷計(jì)劃和任務(wù)，并控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成任務(wù)。

三、系統(tǒng)功能及特點(diǎn)

1.系統(tǒng)功能

（1）在線監(jiān)測(cè)與實(shí)時(shí)故障智能診斷。系統(tǒng)通過(guò)采集大型鐵路養(yǎng)護(hù)機(jī)械各系統(tǒng)電參數(shù)信號(hào)，獲取設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息，利用先進(jìn)的信號(hào)識(shí)別和表征技術(shù)，實(shí)時(shí)定量診斷故障損傷部位和嚴(yán)重程度。

（2）預(yù)警功能。工作人員可隨時(shí)掌握設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，發(fā)生超限、故障時(shí)，Web界面端可自動(dòng)彈出報(bào)警類(lèi)型、報(bào)警狀態(tài)、報(bào)警時(shí)間等，并可通過(guò)配件實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音報(bào)警。

（3）自動(dòng)生成診斷報(bào)告。通過(guò)選取故障數(shù)據(jù)，系統(tǒng)自動(dòng)輸出診斷分析結(jié)果和診斷報(bào)告。

（4）查詢(xún)數(shù)據(jù)功能。以表格形式輸出報(bào)警記錄，可對(duì)大型鐵路養(yǎng)護(hù)機(jī)械的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢(xún)，另外可進(jìn)行趨勢(shì)分析。

（5）針對(duì)大型鐵路養(yǎng)護(hù)機(jī)械測(cè)點(diǎn)進(jìn)行振動(dòng)數(shù)據(jù)分析，包括實(shí)時(shí)波形數(shù)據(jù)分析、頻譜分析、包絡(luò)譜分析、振動(dòng)特征值計(jì)算等。

（6）可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和多點(diǎn)訪問(wèn)，支持遠(yuǎn)程訪問(wèn)。

2.系統(tǒng)特點(diǎn)

（1）大型鐵路養(yǎng)護(hù)機(jī)械故障在線智能定量診斷，實(shí)現(xiàn)故障準(zhǔn)確定位與維修指導(dǎo)。

（2）大型鐵路養(yǎng)護(hù)機(jī)械運(yùn)行狀態(tài)遠(yuǎn)程集中監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行狀態(tài)信息全面實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

（3）故障預(yù)警，歷史數(shù)據(jù)為大型鐵路養(yǎng)護(hù)機(jī)械健康狀態(tài)評(píng)估提供依據(jù)，為設(shè)備趨勢(shì)分析提供支撐。

（4）數(shù)據(jù)可靠性高，實(shí)現(xiàn)高效率的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與數(shù)據(jù)庫(kù)管理。

四、結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)優(yōu)勢(shì)和大型鐵路養(yǎng)護(hù)機(jī)械施工和故障特點(diǎn)，提出了將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用在大型鐵路養(yǎng)護(hù)機(jī)械的在線監(jiān)測(cè)及故障診斷系統(tǒng)中一種設(shè)計(jì)方案。

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