于曉瑩

（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）

目前，針對鐵路真空卸污技術在車站和列車的應用已經(jīng)開展了大量研究[1-6]，而我國鐵路列車數(shù)量快速增加和運行速度的提高，對列車的日常維護和清理工作也提出了更高的要求，真空卸污設備應具有更高的自動化程度和集成度、更好的環(huán)保性能。作為鐵路站段整備的關鍵設備，真空卸污設備數(shù)量多、分布廣，通常所采用的故障/反應式設備維護模式難以滿足其運行維護要求，科研人員已經(jīng)從售后服務、真空卸污信息、真空機組信息管理等方面進行了研究[7-9]。為了進一步提高真空卸污設備運行維護的日?；?、時效性和智能化水平，根據(jù)真空卸污設備運行維護的要求和特點，通過鐵路真空卸污設備遠程運行維護系統(tǒng)的設計開發(fā)，實現(xiàn)對所有真空卸污設備的數(shù)據(jù)庫化管理和智能監(jiān)控，規(guī)范設備日常維護，對已發(fā)生故障進行遠程診斷和快速響應，為保障列車的安全高效運行發(fā)揮應有的作用。

1 鐵路真空卸污設備遠程運行維護系統(tǒng)需求分析及工作流程

1.1 需求分析

目前，鐵路真空卸污設備已經(jīng)在全國18個鐵路局集團公司100多個動車段、客整所和車站得到應用，運行的真空機組6種類型、超過200套。設備的多樣性帶來了數(shù)據(jù)采集的多樣性，并且大多數(shù)站點不具備遠程監(jiān)控能力。為此，結合真空卸污設備的工作特性，分析其遠程運行監(jiān)控及維護的功能需求。

（1）實時監(jiān)測。通過采用智能傳感器網(wǎng)絡技術，實現(xiàn)對全路真空卸污設備工作參數(shù)的實時監(jiān)測和遠程顯示，這些參數(shù)以直觀圖形化方式顯示在遠程監(jiān)控中心，以便相關人員實時了解設備的運行。

（2）自動預警。結合機組性能指標的評價標準和現(xiàn)場運行經(jīng)驗，設置各種設備參數(shù)的合理范圍，并通過對監(jiān)測參數(shù)數(shù)據(jù)的分析實現(xiàn)預警和報警，避免和減少故障的發(fā)生。

（3）數(shù)據(jù)存儲、查詢和分析。需要對所采集的數(shù)據(jù)進行存儲，實現(xiàn)對歷史數(shù)據(jù)的查詢和挖掘分析，以減少故障發(fā)生的頻率。

（4）遠程分析和協(xié)作診斷。真空卸污設備的使用單位可能缺乏設備狀態(tài)診斷的專業(yè)人才，因此通過數(shù)據(jù)網(wǎng)絡實現(xiàn)對設備的遠程分析和協(xié)作診斷具有重要意義。同時，上級主管部門也可以通過網(wǎng)絡實時掌握設備運行狀態(tài)，滿足管理需要。

1.2 工作流程

基于鐵路真空卸污設備遠程運行維護系統(tǒng)的總體設計確定其工作流程。該系統(tǒng)以服務器為中心，連接不同的工業(yè)觸摸式計算機(用戶)，數(shù)據(jù)采集設備(PLC)將各個站點采集的數(shù)據(jù)通過Web Service 和無線網(wǎng)上傳到各自對應的計算機，再上傳至中心服務器進行數(shù)據(jù)處理；當真空卸污設備發(fā)生故障時，系統(tǒng)及時將故障信息以短信方式發(fā)送給相關人員，實現(xiàn)數(shù)據(jù)分析和展示。詳細工作流程如圖1所示。

圖1 鐵路真空卸污設備遠程運行維護系統(tǒng)工作流程

2 鐵路真空卸污設備遠程運行維護系統(tǒng)的實現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)架構

根據(jù)鐵路真空卸污設備遠程運行維護系統(tǒng)的功能需求，確立采用Browser/Server模式結構，由現(xiàn)場狀態(tài)數(shù)據(jù)采集模塊、現(xiàn)場數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)存儲中心服務器、業(yè)務處理Web服務器、遠程客戶端等組成?，F(xiàn)場狀態(tài)數(shù)據(jù)采集模塊不斷采集數(shù)據(jù)并上傳至現(xiàn)場數(shù)據(jù)處理模塊，數(shù)據(jù)處理服務器再將采集后的數(shù)據(jù)同步到數(shù)據(jù)存儲中心服務器，用戶通過瀏覽器請求中心數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對現(xiàn)場設備狀態(tài)的檢測與診斷。系統(tǒng)架構如圖2所示。

2.2 功能框架

根據(jù)真空卸污設備實際運行中的問題，設計鐵路真空卸污設備遠程運行維護系統(tǒng)功能如下。

2.2.1 設備信息管理

（1）設備運行數(shù)據(jù)和狀態(tài)查詢。系統(tǒng)管理人員可以查詢權限范圍內、不同地點真空卸污設備的運行狀態(tài)信息，包括真空機組、真空管道及卸污單元的真空壓力、故障發(fā)生情況，了解真空卸污設備的狀態(tài)。

（2）遠程故障報警。當真空卸污設備發(fā)生故障時，系統(tǒng)能夠發(fā)送故障短信給相關人員。

2.2.2 數(shù)據(jù)采集

該功能能夠實時采集真空卸污設備(包括真空卸污機組、真空卸污管道和卸污單元)的運行狀態(tài)信息。對于凸輪泵機組的運行狀態(tài)主要包括電壓、電流、凸輪泵的開啟狀態(tài)、真空壓力。對于真空罐式機組的運行狀態(tài)主要包括真空泵的電壓、電流，排污泵的電壓電流，真空罐的液位信號。對于真空卸污管道及卸污單元需要采集壓力信號。該功能可以定期上傳、顯示采集的設備狀態(tài)信息 (包括開啟狀態(tài)、系統(tǒng)壓力、機組能耗等)。

2.2.3 數(shù)據(jù)分析

（1）設備及故障數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。系統(tǒng)通過對設備運行數(shù)據(jù)的分析整理，形成全路、不同鐵路局真空卸污設備的故障分析報表，為后續(xù)售后及設備技術提升提供參考。

（2）遠程故障診斷。系統(tǒng)根據(jù)報警信息和監(jiān)控的真空卸污設備運行狀態(tài)參數(shù)，進行綜合分析判斷和故障診斷。該功能根據(jù)真空罐式和凸輪泵式機組運行場景的不同進行故障診斷。其中，真空罐式機組主要從水位超高報警、過載保護、數(shù)據(jù)躍變等方面進行判斷；凸輪泵式機組主要從故障報警、熱繼故障、干轉故障等方面進行邏輯判斷。對于部分現(xiàn)場故障可以通過設定常見故障現(xiàn)象，由現(xiàn)場人員提報信息，再經(jīng)專家判斷法和統(tǒng)計分析計算法等確定故障的類型。

圖2 鐵路真空卸污設備遠程運行維護系統(tǒng)架構

（3）遠程故障預警。系統(tǒng)根據(jù)每套設備的運行時間和檢測的運行狀態(tài)參數(shù)，判定設備所處的狀態(tài)，預測設備未來的發(fā)展態(tài)勢，綜合設備的狀態(tài)發(fā)展趨勢和可能的故障模式進行分析判斷，并進行遠程故障預警，使用戶和設備供應商有針對性對設備進行維修保養(yǎng)，保證設備正常運行。

2.2.4 維修計劃

該功能可提報維修計劃，實現(xiàn)設備精細化管理；結合每個站段真空卸污設備的運行時間，根據(jù)真空卸污設備檢修規(guī)程提報小修和大修計劃，根據(jù)設備維修計劃形成備品備件清單，實現(xiàn)對真空卸污設備的精細化管理。

2.2.5 系統(tǒng)設置

分權限訪問等功能，遠程運行維護系統(tǒng)針對不同的用戶設定不同的權限。

2.3 系統(tǒng)用戶體驗設計

系統(tǒng)界面主要分為2個部分，主頁和用戶使用界面。

2.3.1 主頁設計

主頁的設計主要采用了扁平化層級理念，目的在于簡單明了、清楚展示系統(tǒng)的主要內容，如故障信息、設備信息、維修提醒等，如圖3所示。

鐵路局集團公司模塊采用表格化設計，列出全部鐵路局。如果鐵路局所屬某一站段發(fā)生故障報警，則該鐵路局/站段將會用紅色背景標識。在點擊某個鐵路局后，頁面各個模塊的數(shù)據(jù)將會聯(lián)動到該鐵路局所屬的站段。通過模塊式的布局，再結合圖表化的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，可以將有用信息快速呈現(xiàn)給用戶。

2.3.2 使用界面設計

用戶使用界面采用了較為常規(guī)的布局方式，主要分為頂部菜單欄、右側子菜單欄、Tab頁面，如圖4所示。在用戶進入系統(tǒng)后，首先呈現(xiàn)的是真空主機狀態(tài)數(shù)據(jù)(自動加載)，方便用戶第一時間清楚了解主機運行狀態(tài)及壓力變化。

2.4 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設計

系統(tǒng)采用傳統(tǒng)的3層架構，即展示層、邏輯層、數(shù)據(jù)層。展示層是用戶使用網(wǎng)頁，邏輯層是處理業(yè)務及請求，數(shù)據(jù)層進行數(shù)據(jù)存儲。在數(shù)據(jù)庫設計中，為每個站段設備運行數(shù)據(jù)進行了分表存儲，其目的在于快速遍歷查找目標站段相關運行數(shù)據(jù)，更加容易整合分析，從而提升用戶使用體驗。

圖3 鐵路真空卸污設備遠程運行維護系統(tǒng)主頁

圖4 鐵路真空卸污設備遠程運行維護系統(tǒng)用戶界面

3 結束語

隨著我國鐵路的發(fā)展和現(xiàn)代化水平的提高，真空卸污設備將更廣泛應用于各鐵路站段。由于設備數(shù)量大、空間分布廣、設備類型多，傳統(tǒng)的故障/反應式設備維護模式已經(jīng)難以滿足真空卸污設備監(jiān)測維護的需求。智能化的設備檢測和維護系統(tǒng)能夠實現(xiàn)對設備重要參數(shù)的實時監(jiān)測、設備故障的預警報警和快速維修；同時，還能統(tǒng)一協(xié)調卸污設備作業(yè)、實現(xiàn)智能化管理，這對于保證鐵路的高效安全運行具有重要意義。