劉麗華，易毅堅 ，何冠平

(1.廣州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)車車輛學(xué)院，廣東 廣州 510430；2.廣州地下鐵道總公司，廣東 廣州 510308)

地鐵車輛段均配置有列車清洗機(jī)，用來清洗車輛表面的灰塵、油污和其他污漬[1]。列車清洗機(jī)電氣主控制室和污水處理電氣控制室分開布置，清洗作業(yè)時需要安排1名檢修人員在電氣主控制室現(xiàn)場值守操作，以確保洗車作業(yè)安全進(jìn)行。這種清洗方式目前存在兩方面的問題，一方面，檢修人員在電氣主控制室無法直接監(jiān)控到污水處理電氣控制柜的運行情況；另一方面，據(jù)統(tǒng)計分析，洗車作業(yè)耗時較長，洗車作業(yè)需要人工輔助完成的時間只占洗車作業(yè)總時長的1/8，即在洗車現(xiàn)場監(jiān)控洗車過程耗費了大量的等待時間，人工有效工時利用率非常低。而當(dāng)前列車清洗機(jī)在技術(shù)上己具備了自動清洗功能，自動清洗機(jī)故障率低，不需要人員在現(xiàn)場值守。所以構(gòu)建一套遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，對列車清洗機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程實時監(jiān)控，實現(xiàn)列車清洗作業(yè)無人化自動作業(yè)和提高生產(chǎn)效率是亟待解決的問題。

病魚全長2.5～4.2cm，在燒杯水中游動呆滯，部分魚頭上尾下，體色光澤暗淡不鮮明，頭吻部灰白色，呈“白頭白嘴”狀。解剖瀕臨死亡的加州鱸魚苗，鰓絲暗紅色、黏液偏多，部分鰓絲已破壞，尾鰭呈灰白色，胃內(nèi)少量或無食物，膽汁量少色淺，其他內(nèi)臟未見病灶。用玻片刮取加州鱸魚苗體表黏液放置在10×40倍顯微鏡下觀察，有節(jié)律地順序擺動的杯體狀蟲體，一個視野下可見4個以上蟲體，多的達(dá)10個以上。取鰓絲用玻片壓片10×40倍顯微鏡觀察，一個視野下可見5個以上蟲體，初步確診為杯體蟲引起的加州鱸魚苗死亡。

隨著工業(yè)自動化的發(fā)展，工業(yè)以太網(wǎng)可以將自動化系統(tǒng)連接到企業(yè)內(nèi)部互聯(lián)網(wǎng)、外部互聯(lián)網(wǎng)和因特網(wǎng)，實現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)交換以及管理網(wǎng)絡(luò)和控制網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)共享。S7-300/400型PLC的各級CPU和新一代變頻器都集成了以太網(wǎng)接口[2]，本文在列車清洗機(jī)采用S7-300型PLC的基礎(chǔ)上，利用CP343-1型工業(yè)以太網(wǎng)通信模塊，通過工業(yè)以太網(wǎng)和PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)，設(shè)計了一套列車清洗機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，將分布的污水處理站點、電氣主控制室和車輛段控制中心進(jìn)行信息通信，遠(yuǎn)程監(jiān)控列車清洗機(jī)的運行狀態(tài)。

1 自動化通信網(wǎng)絡(luò)概述

一般工廠自動化通信網(wǎng)絡(luò)采用3級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：現(xiàn)場設(shè)備層、車間監(jiān)控層和工廠管理層[3]?，F(xiàn)場設(shè)備層連接現(xiàn)場設(shè)備(包括分布式輸入/輸出設(shè)備、傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等)，完成信息智能采集，現(xiàn)場設(shè)備層的核心技術(shù)涉及PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線技術(shù)和無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。車間監(jiān)控層用來完成車間主要生產(chǎn)設(shè)備之間的連接，車間監(jiān)控用工業(yè)以太網(wǎng)將PLC、PC和HMI連接在一起。車間管理網(wǎng)通過交換機(jī)或路由器連接到主網(wǎng)，將車間數(shù)據(jù)集成到工廠管理層。

網(wǎng)絡(luò)信息傳輸可通過工業(yè)以太網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、電信網(wǎng)等實現(xiàn)，工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)具有設(shè)備廉價、可與IP技術(shù)無縫融合及協(xié)議簡單、設(shè)備兼容性好等優(yōu)點。可采用雙絞線、無線方式和光纖等接入工業(yè)以太網(wǎng)，實現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備底層傳感器網(wǎng)絡(luò)的接入。雙絞線最長傳輸距離為100 m；無線方式基于3G/4G無線技術(shù)，如果采用企業(yè)無線網(wǎng)，則要充分考慮到安全性；光纖通過光纖收發(fā)器來傳輸，可以分成單模和多模光纖收發(fā)器，單模光纖收發(fā)器傳輸距離為20～120 km，光纖傳輸具有傳送距離遠(yuǎn)和速度快的優(yōu)點[4]，考慮到本設(shè)計的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)置在車輛段控制中心，位置固定且離列車清洗機(jī)現(xiàn)場約有800 m，結(jié)合安全性和效率等綜合考慮，本項目本地控制端與遠(yuǎn)程控制端采用光纖進(jìn)行以太網(wǎng)通信。

“綜合材料藝術(shù)”的概念，最為直接的理解就是視覺藝術(shù)中混合運用多種材料進(jìn)行藝術(shù)創(chuàng)作。綜合材料的英文名稱是Mixed media & material，又可以稱為復(fù)合材料或綜合媒介，強(qiáng)調(diào)材料多元、復(fù)合、兼容的特點。綜合材料不一定是現(xiàn)成品，可以是制作作品的特殊材料。綜合材料的“綜合”二字，還有一個針對性，就是指不只是用單一、慣用的藝術(shù)材料，比如蛋清顏料、油質(zhì)顏料或水墨等等，而是自由采用那些在既往藝術(shù)創(chuàng)作中不用或較少使用的多種生活材料、工業(yè)材料。綜合材料在更多的時候體現(xiàn)為藝術(shù)創(chuàng)作的新的形式語言，而語言的變化往往使得

2 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

列車清洗機(jī)工作區(qū)域主要包括清洗區(qū)、機(jī)械間和電控室[5]。清洗區(qū)由信號燈、氣水管道系統(tǒng)、污水收集系統(tǒng)和各工位組成；機(jī)械間包括水泵、水箱、污水處理水池等；電控室分別布置在1樓和2樓，1樓設(shè)置污水處理站的設(shè)施和控制柜，2樓放置清洗機(jī)主電氣柜和主控制柜。列車在清洗區(qū)按行車信號燈完成洗刷預(yù)冷、預(yù)濕、側(cè)面初刷、側(cè)面次刷、初沖洗、側(cè)面精刷洗和終沖洗等過程。

思雨終于聽到了臥室傳出的姐妹倆的笑聲，思雨的心里一塊石頭總算落了地。就好像一宗陳年冤案終于昭雪以告天下。

遠(yuǎn)程控制端也為車間監(jiān)控層，設(shè)置了1臺觸摸屏作為終端監(jiān)控顯示屏、1臺PC機(jī)作為視頻監(jiān)控，通過觸摸屏與操作人員進(jìn)行交互。

圖1 列車清洗機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)總體硬件結(jié)構(gòu)

本地控制端包括本地電氣控制系統(tǒng)和視頻監(jiān)控系統(tǒng)兩部分。本地控制端也是現(xiàn)場設(shè)備層，本地2樓電氣控制系統(tǒng)采用S7-315型清洗機(jī)主控制器，1樓采用S7-200型污水處理控制器。1樓污水處理控制器和2樓清洗機(jī)主控制器通過PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)連接。視頻監(jiān)控平臺選用360°紅外夜視智能攝像機(jī)和NVR網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機(jī)搭建，NVR錄像機(jī)對各攝像機(jī)進(jìn)行錄像，無線攝像機(jī)也通過Wi-Fi連接到本地端交換機(jī)。在本地端S7-300型控制器導(dǎo)軌上安裝CP 343-1型通信擴(kuò)展模塊。

服務(wù)端和工業(yè)以太網(wǎng)硬件設(shè)備有交換機(jī)、光纖收發(fā)器和光纖電纜。從本地控制端到遠(yuǎn)程控制端鋪設(shè)光纖電纜線。信息傳輸路徑為：PLC采集信號、電纜線傳輸給以太網(wǎng)交換機(jī)，通過以太網(wǎng)線傳輸給本地控制端的光纖收發(fā)器，再轉(zhuǎn)成光信號，光纖電纜把光信號傳輸給遠(yuǎn)程控制端的光纖收發(fā)器，光纖收發(fā)器轉(zhuǎn)成電信號，通過以太網(wǎng)線傳輸給遠(yuǎn)程控制端以太網(wǎng)交換機(jī)。

粉絲文化研究中有兩個偏向，一是將粉絲視為病態(tài)、瘋狂、非理性的人群，二是沿襲著“積極受眾”立場以及詹金斯的文本盜獵觀，著重呈現(xiàn)粉絲的主動性和創(chuàng)造性，以及所帶來的正面意義。近幾年的研究也似乎更為集中于后者，旨在破除對粉絲固有的刻板印象。粉絲群體通過日常討論和其他儀式活動維系情感，并形成強(qiáng)大的凝聚力和高度的行動同質(zhì)性（潘曙雅，張煜祺，2014）；粉絲群體具有結(jié)構(gòu)清晰、分工明確的特點（馬志浩，林仲軒，2018）；粉絲社群內(nèi)部易形成禮物經(jīng)濟(jì)、混雜經(jīng)濟(jì)和非正式經(jīng)濟(jì)（楊玲，2015）；網(wǎng)絡(luò)粉絲社群具有強(qiáng)大的社會動員能力（朱麗麗，2016）。

列車清洗機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的主要任務(wù)是采集現(xiàn)場信息、PLC實時數(shù)據(jù)，并根據(jù)作業(yè)情況發(fā)出控制指令，實現(xiàn)對清洗過程的遠(yuǎn)程監(jiān)控。為實現(xiàn)傳輸速度，本設(shè)計選用光纖以太網(wǎng)通信，列車清洗機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)總體硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括本地控制端、服務(wù)端和工業(yè)以太網(wǎng)、遠(yuǎn)程控制端。

監(jiān)控軟件選用TIA Portal軟件，它為系統(tǒng)提供了洗車現(xiàn)場流程監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程控制和報警等功能。根據(jù)系統(tǒng)工藝要求，監(jiān)控界面共由17個畫面組成，監(jiān)控主界面由系統(tǒng)說明、設(shè)備選擇、手動調(diào)試、流程監(jiān)控、信息顯示和污水處理遠(yuǎn)程控制等選擇項組成，如圖3所示。在TIA Portal軟件中，PLC的DB20數(shù)據(jù)塊的功能是讀取HMI數(shù)據(jù)，修改原OB1主程序，把PLC的數(shù)據(jù)和HMI軟元件關(guān)聯(lián)，達(dá)到用HMI軟元件控制PLC主程序的目的。

3 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)計

3.1 視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

要從列車清洗機(jī)現(xiàn)場操作人員無法直接觀察的位置以及容易出清洗故障的位置兩個方面考慮視頻監(jiān)控系統(tǒng)智能攝像頭的安裝位置。經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查，軌道上的異物、清洗端的毛刺等問題均會引起清洗故障，但PLC卻不會報警，所以在列車清洗機(jī)現(xiàn)場安裝了6個無線攝像機(jī)，分別監(jiān)控兩邊刷、軌道、污水處理電氣控制室和電氣主控制室等重要設(shè)備。智能攝像機(jī)選用TL-IPC40A-4型云臺網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，上位機(jī)安裝TL-IPC40A-4型安裝軟件，遠(yuǎn)程端安裝無線路由器，手機(jī)能接收到無線路由器的信號時，可用手機(jī)下載App，遠(yuǎn)程端值班員可通過視頻遠(yuǎn)程監(jiān)控現(xiàn)場，車輛檢修人員也不需要守在現(xiàn)場，可通過手機(jī)App實時監(jiān)控現(xiàn)場。

3.2 PLC硬件組態(tài)

島上現(xiàn)有的中海油湛江分公司潿洲終端處理廠、中海油氣電北海燃?xì)夤镜裙I(yè)企業(yè)不僅與潿洲島旅游發(fā)展定位不相符，而且對海島風(fēng)貌、旅游環(huán)境、游客安全的影響較大。

列車清洗機(jī)主控制器選擇了S7-315型PLC。該PLC具有模塊式結(jié)構(gòu)，可靈活選擇各種模塊組成不同的控制系統(tǒng)，可靠性高，能滿足惡劣工業(yè)條件，同時具有豐富的編程語言和多種調(diào)試手段，使得系統(tǒng)調(diào)試變得更加方便。

一旦列車清洗機(jī)有故障，PLC通過故障判別會把相應(yīng)的報警信號顯示在任何一個操作界面上，提示操作人員故障類型，遠(yuǎn)程監(jiān)控人員經(jīng)過向維修保養(yǎng)人員咨詢后，根據(jù)故障的嚴(yán)重程度，決定是繼續(xù)清洗作業(yè)還是安排車輛檢修人員現(xiàn)場排除故障。

表1 PLC主機(jī)硬件組態(tài)

3.3 以太網(wǎng)組態(tài)

采氣廠作為典型的化工企業(yè)，安全是擺在企業(yè)面前的頭等大事，基于安全開展企業(yè)生產(chǎn)工作以及經(jīng)營工作是一項基本原則，在實際業(yè)務(wù)中，采氣廠由于其地理位置分散、風(fēng)險系數(shù)高等特點，對安全管理有著更高的要求。

以太網(wǎng)交換機(jī)選用支持1 000 M網(wǎng)絡(luò)的八口TP-LINK全千兆POE供電交換機(jī)，光纖收發(fā)器選用SC四芯單模終端盒，光纖電纜線采用GYXTW型室外單模光纜四芯線，沿列車清洗機(jī)本地控制室鋪設(shè)光纖到遠(yuǎn)程監(jiān)控端。觸摸屏選用支持PROFINET/工業(yè)以太網(wǎng)接口的TP700 Comfort型顯示屏。

4 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計

4.1 PLC控制程序設(shè)計

列車清洗機(jī)的主控制器程序通過STEP 7 V5.4軟件來實現(xiàn)，PLC程序采用分塊程序結(jié)構(gòu)，根據(jù)每個設(shè)備的功能編定不同的功能塊，如表2所示，組織塊OB1是主程序，調(diào)用FB和FC等功能塊。系統(tǒng)改造時，由于在遠(yuǎn)程端和本地端都增加了觸摸屏HMI控制，所以對OB1進(jìn)行了修改，OB1主程序設(shè)計如圖2所示。此外，增加了通信塊組合OB10、 FB200、DB200、 DB201、FC5 和 FC6。

如圖1所示，電氣控制系統(tǒng)采用S7-300型主控制器，污水處理采用S7-200型從控制器，選用EM277型通信模塊，將S7-200型CPU作為DP從站連接到PROFIBUS DP網(wǎng)絡(luò)，完成S7-300型主控制器和S7-200型從控制器之間的PROFIBUS DP網(wǎng)絡(luò)通信。 CP343-1型通信模塊是S7-300型主控制器的全雙工以太網(wǎng)通信擴(kuò)展模塊，通信速度為10 Mbit/s或100 Mbit/s，把CP343-1型通信模塊安裝在S7-300型主控制器的導(dǎo)軌上，選擇“S7協(xié)議”，CP343-1型通信模塊即可把S7-300型主控器的PLC連接到以太網(wǎng)。

圖2 OB1主程序設(shè)計流程

表2 列車清洗機(jī)部分程序塊和數(shù)據(jù)庫

除了增加通信功能塊，還修改了自動洗車控制塊FC20，F(xiàn)C20功能塊的作用是自動洗車，F(xiàn)C1功能塊的自動功能程序先調(diào)用FC20功能塊 ，然后再調(diào)用FC11、FC12和FC13功能塊，完成試運行、入庫預(yù)濕預(yù)冷、側(cè)洗前端洗和側(cè)洗后端洗等工位。

4.2 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)界面設(shè)計

（1）防止二次污染。在經(jīng)濟(jì)技術(shù)適用性滿足常州市河道清淤特點的前提下，比選并引進(jìn)國內(nèi)外先進(jìn)的清淤技術(shù)和設(shè)備，多進(jìn)行試點，推廣環(huán)保清淤。同時開展對河道底泥的分析研究，制定出有針對性的疏浚底泥后續(xù)處理的方法，防止二次污染的發(fā)生。

圖3 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控主界面組成

列車清洗機(jī)進(jìn)入主界面(圖4)后，可選擇清洗機(jī)面板(本地)控制和車輛段控制中心DCC面板(遠(yuǎn)程)控制，遠(yuǎn)程操作面板和本地操作面板是互控的。當(dāng)使用清洗機(jī)本地端洗車時，遠(yuǎn)程操作面板的自動洗車和手動調(diào)試2個按鍵必須復(fù)位，反之亦然。遠(yuǎn)程操作面板上顯示本地控制/遠(yuǎn)程控制，用戶可自行選擇，PLC程序會根據(jù)用戶指令執(zhí)行。面板設(shè)置有自動模式和手動模式[3]:在自動模式下，流程監(jiān)控界面設(shè)計如圖5所示，包括各個邊刷、電動機(jī)、傳感器的動作情況；手動模式主要用于各工位的調(diào)用和調(diào)試，單獨檢測清洗機(jī)各主要部件是否能正常工作以及是否能實現(xiàn)指定的動作，手動模式一般用于故障排除以及日常的例行檢修工作[1]。報警管理設(shè)置了63個離散量報警，部分報警變量設(shè)置如圖6所示，通過文本進(jìn)行警告提醒和錯誤報警。

圖4 列車清洗機(jī)主畫面

圖5 列車清洗機(jī)工作流程監(jiān)控界面

圖6 部分報警變量設(shè)置

S7-315型PLC由電源模塊、CPU模塊、數(shù)字量輸入模塊、數(shù)字量輸出模塊組成[1]，它們分別安裝在同一機(jī)架上。列車清洗機(jī)共需要72個輸入點、65個輸出點。根據(jù)輸入、輸出點數(shù)和功能，設(shè)置了3個數(shù)字量輸入模塊、5個數(shù)字量輸出模塊，PLC主機(jī)硬件組態(tài)如表1所示。

5 遠(yuǎn)程監(jiān)控后產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益

基于以太網(wǎng)的列車清洗機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的試驗設(shè)備如圖7所示。列車清洗機(jī)實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控后，取消了列車清洗機(jī)專職崗位，目前經(jīng)改造后的列車清洗機(jī)為無人值守狀況。經(jīng)過1年試驗，對改造前有人值守和改造后無人值守工時進(jìn)行了對比，如表3所示。

圖7 基于以太網(wǎng)的列車清洗機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的試驗設(shè)備

由表3計算得出，采用列車清洗機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)后，全年節(jié)約工時約1 962 h，若以初級工薪資計算，每年每臺列車清洗機(jī)能節(jié)省約6萬元成本費用。

表3 采用列車清洗機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)前后節(jié)約工時對比 h

6 實施過程中可能帶來的風(fēng)險及防范措施

采用列車清洗機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)后，無人值守洗車與有人值守洗車相比，最大的不同點是清洗機(jī)現(xiàn)場沒有人員進(jìn)行實時監(jiān)控，由遠(yuǎn)程端當(dāng)班檢調(diào)人員負(fù)責(zé)洗車監(jiān)控與故障應(yīng)急處理。主要的風(fēng)險及防范措施如下：

(1) 在洗車過程中，若有人員進(jìn)入清洗機(jī)清洗區(qū)，會帶來人身安全風(fēng)險，若遠(yuǎn)程監(jiān)控端的視頻監(jiān)控發(fā)現(xiàn)異常，應(yīng)及時停止洗車；

(2) 通過視頻監(jiān)控發(fā)現(xiàn)信號燈異常時，應(yīng)及時停止洗車，并與乘務(wù)人員溝通，開放洗車信號，讓列車不洗車直接通過清洗區(qū)。

列車清洗機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控經(jīng)過1年運行后，至今未發(fā)生任何不可控風(fēng)險，證明以上風(fēng)險是可控的。

7 未來展望

本文中的列車清洗機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)可隨時擴(kuò)展以增加接口，可通過4G無線網(wǎng)絡(luò)和云平臺，將車輛段內(nèi)的清洗機(jī)、多個庫房的頂棚照明、架車機(jī)等設(shè)備站點的視頻監(jiān)控和設(shè)備運維信息組成一個車輛段的局域網(wǎng)，最終實現(xiàn)車輛段內(nèi)清洗機(jī)、照明和架車機(jī)等設(shè)備集中遠(yuǎn)程控制，將進(jìn)一步降低成本,減輕人員勞動強(qiáng)度。