薛 強 ，李 鵬

（1.中國鐵道科學研究院集團有限公司 節(jié)能環(huán)保勞衛(wèi)研究所，北京 100081；2. 中國鐵道科學研究院集團有限公司 北京中鐵科節(jié)能環(huán)保新技術有限公司，北京 100081；3.航天中心醫(yī)院 后勤保障處，北京 100049）

自從鐵路真空卸污設備在我國應用以來，目前有近200套真空機組和數(shù)萬套卸污單元在全國各鐵路局使用[1-6]。鐵路真空卸污設備是鐵路站段整備作業(yè)的關鍵設備，設備能否正常運行直接影響站段整備作業(yè)乃至行車運輸組織[7]。目前，卸污設備的售后服務管理方式采用現(xiàn)場人工統(tǒng)計，難以保證設備及時維修保養(yǎng)和故障排除，給設備的安全運行帶來隱患。真空卸污設備沿鐵路線分布在不同地域，每套卸污設備包含真空機組、真空管道和卸污單元，設備種類和型號較多，當設備發(fā)生故障或系統(tǒng)泄漏時進行故障排除和檢修比較困難，給維保工作帶來一定難度。因此，實現(xiàn)對全路真空卸污設備的統(tǒng)一管理和跟蹤服務，規(guī)范日常的維修保養(yǎng)并對故障進行快速響應，對于提高卸污設備運行的可靠性、保障鐵路安全運行、促進鐵路智能化發(fā)展具有積極意義[7-9]。

1 鐵路真空卸污設備遠程運行維護系統(tǒng)需求分析

自2007年至今，鐵路真空卸污設備已經在全國18個鐵路局100多個動車段、客車整備所和車站應用，真空機組數(shù)量近200套，卸污單元上萬套。真空卸污設備數(shù)量多、分布廣，在日常運行和維護過程中出現(xiàn)問題，用戶撥打電話報修，供應商派出工程師前往現(xiàn)場檢查和維修，整個維護過程是有故障才有反應的過程，這樣的故障/反應式維護(事后維修)只能在設備故障停機后才能發(fā)揮作用。隨著信息化技術的發(fā)展及真空卸污設備數(shù)量的不斷增加，售后管理越來越復雜，傳統(tǒng)的人工現(xiàn)場維護已經遠不能滿足用戶的要求。

為了解決鐵路真空卸污設備運行、維護中存在的問題，加強設備運行狀態(tài)監(jiān)控；提高維修、維護的及時性和有效性；提升售后服務水平和滿意度，確保系統(tǒng)的正常運行，為鐵路運營提供有力的保障，需要針對不同類型的真空卸污設備進行遠程運行維護系統(tǒng)研究。通過建立遠程運行維護系統(tǒng)，兼顧用戶和供應商，通過信息通信、網絡等技術，將分布在廣域范圍內的診斷維護資源連在一起，及時發(fā)現(xiàn)運行問題，實現(xiàn)數(shù)據(jù)高效、快速處理分析，保證設備正常運行。這也是適應國家智能鐵路建設、提高信息化管理水平的需要。

2 鐵路真空卸污設備遠程運行維護系統(tǒng)設計

2.1 系統(tǒng)設計原則

鐵路真空卸污設備遠程運行維護系統(tǒng)面向站段用戶、鐵路局集團公司管理部門及供應商，在設計過程中遵循以下原則。

（1）分級管理原則。供應商可以對各鐵路局集團公司真空卸污設備的運行狀態(tài)進行監(jiān)控和維護管理；各鐵路局集團公司可以對其下屬各站段的設備進行管理；各站段僅對本站段的設備運行狀態(tài)進行維護管理。

（2）可擴展性。隨著鐵路建設的不斷發(fā)展，真空卸污設備應用站點將會不斷增加，系統(tǒng)在設計時應考慮日后的擴展。

（3）可靠性。鐵路真空卸污設備遠程運行維護系統(tǒng)設計過程中，軟硬件采用均衡設計，滿足鐵路領域應用對可靠性的要求，所有設備具有良好的環(huán)境適應能力。同時，在系統(tǒng)傳輸時可通過現(xiàn)有的鐵路網絡資源，不必重復建設。

2.2 系統(tǒng)總體架構

鐵路真空卸污設備遠程運行維護系統(tǒng)采用監(jiān)控層(服務器和客戶端)、控制層和設備層3級結構。其中，監(jiān)控層通過對控制層的管理，監(jiān)控真空卸污系統(tǒng)的運行過程；控制層的功能是完成對現(xiàn)場真空卸污系統(tǒng)的實時監(jiān)測與控制；設備層的功能是將系統(tǒng)運行過程中的物理信號轉換成數(shù)字信號或標準的模擬信號。鐵路真空卸污設備遠程運行維護系統(tǒng)的總體架構如圖1 所示。

2.2.1 監(jiān)控層

圖1 鐵路真空卸污設備遠程運行維護系統(tǒng)架構

服務器設在遠程運行維護監(jiān)測中心主站，負責接收各客戶端的數(shù)據(jù)，并對各客戶端進行集中管理?？蛻舳税ㄕ婵招段墼O備遠程狀態(tài)監(jiān)測與診斷中心、主管部門監(jiān)控工作站、設備制造廠遠程維護中心等。遠程監(jiān)測中心可以對所有鐵路真空卸污設備的運行狀態(tài)進行監(jiān)測、分析、故障診斷、維修安排；遠程用戶可以通過任何一臺有Web瀏覽器的計算機瀏覽機組的運行狀態(tài)、分析機組的運行參數(shù)，并根據(jù)分析結果進行故障診斷等。

2.2.2 控制層

控制層由智能控制器和 GPRS 模塊等組成，主要具有以下功能。

（1）通過對采集的電流、電壓、壓力、液位等測量值進行分析和計算后進行實時顯示。同時，通過對電流、電壓及壓力的測量、分析和判斷由智能控制器進行故障報警操作。

（2）接收來自監(jiān)控層的故障診斷、故障預警和維修計劃的反饋。

2.2.3 設備層

設備層由各類傳感器、信號調理電路和采集系統(tǒng)組成，主要具有以下功能。

（1）通過各類傳感器完成對電流、電壓、液位及各設備運行參數(shù)的采集。

（2）實現(xiàn)對故障報警、故障查詢的實時上傳和對故障診斷信息的接收。

2.3 系統(tǒng)功能

鐵路真空卸污設備遠程運行維護系統(tǒng)可以實現(xiàn)真空機組壓力、真空管道壓力、真空單元壓力等參數(shù)的采集、存儲、處理與顯示，并能夠查詢真空卸污設備運行狀態(tài)。通過數(shù)據(jù)處理對發(fā)生的故障信息進行報警。通過對數(shù)據(jù)進行分析處理，形成能耗、故障、維修計劃和備品備件的報表管理，提高真空卸污設備運行維護水平。鐵路真空卸污設備遠程運行維護系統(tǒng)功能結構如圖 2 所示。

2.3.1 操作安全

系統(tǒng)管理員可以設置不同等級用戶的權限進行用戶分級，各鐵路局集團公司可以查閱本系統(tǒng)各站段真空卸污系統(tǒng)的運行數(shù)據(jù)；各站段可以查閱本站段真空卸污系統(tǒng)的運行數(shù)據(jù)。系統(tǒng)管理員還可以進行系統(tǒng)設置，增加新開通的站段；并對故障報警手機號碼進行設定、更改。

2.3.2 數(shù)據(jù)存儲

鐵路真空卸污設備遠程運行維護系統(tǒng)可以將采集的真空卸污設備運行過程中的電壓、電流等開關量信號，以及真空機組和真空卸污單元運行過程中的壓力、液位等模擬量參數(shù)上傳存儲到系統(tǒng)的信息管理模塊，并通過閾值判斷，實現(xiàn)故障報警、故障預警及故障診斷等功能。通過故障和運行過程數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，為設備質量改進和設備運行管理提供依據(jù)。

圖2 鐵路真空卸污設備遠程運行維護系統(tǒng)功能結構

通過對運行時間進行統(tǒng)計分析，形成設備運行小修、大修計劃，為用戶和供應商備品備件管理提供依據(jù)。

2.3.3 數(shù)據(jù)查詢

不同等級的用戶可以查詢不同等級設備運行的狀態(tài)、歷史信息，以及設備維修計劃、備品備件等信息。最高級用戶可以查詢全國18個鐵路局集團公司真空卸污設備的運行信息，各個集團公司可以查詢下屬各站段真空卸污設備的運行信息。

3 鐵路真空卸污設備遠程運行維護系統(tǒng)的實現(xiàn)

3.1 硬件組成

真空卸污設備遠程運行維護系統(tǒng)硬件由服務器、用戶設備、通信模塊、現(xiàn)場監(jiān)控設備(包括壓力傳感器、溫度傳感器)組成。服務器用于存放系統(tǒng)數(shù)據(jù)，是運行分析管理程序的核心硬件。用戶設備即所有使用者、開發(fā)管理者使用的設備，其設備是各個站段接入系統(tǒng)的計算機、智能手機等。通過網絡將分布在全國各地的各級使用者、開發(fā)者、管理者相連接。現(xiàn)場監(jiān)控設備的典型硬件主要由前端數(shù)據(jù)采集控制器、真空卸污主機通信處理單元、主機數(shù)據(jù)采集單元(壓力傳感器、溫度傳感器)、真空管道采集單元(壓力傳感器)、卸污單元采集單元(壓力傳感器)、網絡高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)、供電保護回路等組成。

3.2 系統(tǒng)開發(fā)

該系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境為Vsiual Studio 2017 Professional + Sql Server 2016，采用C# + Html + Javascript語言進行系統(tǒng)開發(fā)。

3.3 技術難點

全國18個鐵路局集團公司約有100多個站段配有真空卸污設備，每套真空卸污系統(tǒng)由真空機組和卸污單元組成，設備系統(tǒng)較龐大，在系統(tǒng)開發(fā)過程中有以下技術問題需要解決。

（1）各個站段數(shù)據(jù)采集及存儲。由于各站段設備數(shù)量多，數(shù)據(jù)采集量較大，為了保證數(shù)據(jù)的及時采集和存儲，項目采取分表存儲的方法。

（2）實時數(shù)據(jù)查詢優(yōu)化。系統(tǒng)對采集數(shù)據(jù)(千萬級數(shù)據(jù))需要做到查詢秒級響應，如設備狀態(tài)、壓力值、故障信息等，需要通過建立索引及在服務器中緩存查詢分析數(shù)據(jù)優(yōu)化查詢速度。

4 結束語

隨著國家鐵路建設的發(fā)展，越來越多的真空卸污設備將應用于各鐵路站段，真空卸污設備的安全運行與鐵路的安全正點運營密切相關。由于面廣量大，鐵路真空卸污設備運行監(jiān)管任務重、難度大。隨著國家智能化鐵路的發(fā)展，傳統(tǒng)的設備管理和售后服務模式已經不能適應形勢發(fā)展的需要，設計開發(fā)一套運營單位和售后服務單位協(xié)同工作的真空卸污設備運行維護系統(tǒng)，實現(xiàn)對設備故障的快速維修和卸污設備的統(tǒng)一協(xié)調作業(yè)，對于保證鐵路真空卸污設備的安全運行具有重要意義。