地鐵車輛段工藝設備遠程狀態監測平臺開發

張 喻，向 維

（1.上海申通地鐵集團有限公司技術中心，上海 201103；2.上海地鐵維護保障有限公司車輛分公司，上海 200235）

0 引言

隨著城市軌道交通進入高速網絡化建設運營的發展時期，車輛基地工藝設備呈現體量大、種類多、狀態不一的配置現狀?；诖吮尘?，要掌握各類設備的全過程信息和健康狀態，有必要借助日益成熟的信息化和物聯網技術，建立設備監測管理平臺，并在關鍵設備上配置實時遠程監測系統，實現狀態可監控、可追溯，故障可預測、可預防。

經過長期有效的數據積累和分析后，為設備維修決策提供技術依據，最終形成對設備全壽命周期內的狀態監測、運維管理、狀態評估和持續改進的工作閉環。

1 設備狀態監測目的

（1）對設備運行狀態和關鍵數據進行實時遠程監測。關鍵信息主要是針對影響設備運行的關鍵參數、故障高發系統的關鍵參數，以及通過監測能實現替代日常人工檢測記錄的參數，最終達到掌握設備在線狀態、遠程診斷、專家支持和替代人工記錄目的。

（2）記錄和評判操作人員操作規范程度。監視和存儲設備操作員操作記錄，為評判操作的規范程度提供依據，最終達到降低人為使用，造成設備損壞風險的目的。

（3）記錄設備使用信息，合理制定維修周期。車輛基地設備種類繁多，其與正線運營設備有所區別，設備使用率并不均衡。

采用定期維修容易過修或欠修，如何在成本與風險中取得平衡，則需要對設備使用過程有跟蹤監測和記錄，有效掌控設備健康狀態，從而對設備的工況和運行趨勢做出正確診斷并提供相應決策，為實現設備的狀態檢修提供必要的實際數據。

2 平臺功能

根據監測需求，建立監測平臺，實現對設備狀態數據、使用數據、故障數據的實時遠程監測，并構建地面數據中心和終端應用界面，實現數據遠程傳輸和查看、數據存儲和查詢分析功能。

（1）設備遠程實時監測功能。通過在設備端配置安裝數據采集和傳輸系統，實現對車輛基地工藝設備作業狀態下的狀態數據、使用數據、故障數據和視頻記錄的遠程實時監控，并可傳輸到地面數據中心存儲、分析和顯示。

（2）歷史數據存儲和統計分析。存儲功能可連續記錄較長時間的歷史數據，保存的數據包括系統參數、開關量狀態、模擬量值、脈沖累計量、計算結果，以及報警事件記錄等。查詢分析不僅可對某個數據進行查詢，還具備趨勢分析等功能，可顯示某個模擬量參數的歷史變化，進行分析。

（3）終端具有良好的人機交互界面。平臺應采用統一的用戶圖形界面，使用符合設備特點的監測畫面，顯示監控系統與各子系統、其他系統的連接情況、信息處理流程圖、概括圖、趨勢圖等。

3 平臺架構（圖1）

平臺包括感知層、傳輸層和應用層。感知層在設備端為實現監測功能安裝配置數據采集子系統、視頻采集子系統和傳輸子系統。數據采集子系統負責從設備總線、控制回路、獲取各類狀態和過程數據，必要時新增各類傳感器。視頻采集子系統采集攝像頭捕捉的設備運行狀況、人員操作行為及關鍵零部件的視頻信息。

傳輸子系統將數據和視頻信息匯總后，通過外部傳輸層的無線網絡，根據用戶傳輸協議要求將數據發送至地面，可采用4G 公網和WLAN 局域網。

應用層即地面系統，由地面數據處理中心和地面應用終端組成，地面數據處理中心由車輛維護方統一部署，制定統一協議。車輛基地設備發送的數據經過數據處理中心數據庫的確認和解析后入庫存儲。應用終端通過調用數據處理中心數據庫數據進行數據展示、分析和管理。

4 關鍵設備應用

車輛基地檢修設備種類多，監測技術的實現需要成本，因此在有限資源下需考慮各項設備監測的必要性，以發揮資源最大作用。因此，重點對移動設備、承載設備、故障對維修生產影響較大和使用頻率較高的設備優先考慮實現狀態監測技術。

根據上海軌道交通車輛基地工藝設備的特點，首先在內燃機車、地下式架車機、起重機等設備實施狀態監測。下面以內燃機車和地下式架車機為例，說明應用效果。

4.1 內燃機車

內燃機車包括發動機、傳動系統、車體和車架、走行部、制動系統、電氣系統及輔助裝置等部分，其監測項點主要包括以下內容。

（1）狀態監測。監測各子系統和部件的關鍵參數。重點對發動機、傳動系統、制動系統、發電機組、司控器、車控數據及整車信息進行監測。對制動系統壓力信號，如工作風缸、降壓風缸、總風缸、均衡風缸、制動缸、制動管的變化，通過額外增加壓力傳感器的方式進行監測。

圖1 平臺架構

（2）故障監測。對發動機故障代碼、蓄電池電量過低、重聯線路報警、超速報警燈等原車載控制系統監控的故障進行監測。其他關鍵參數的報警可在地面應用端進行模擬量閾值設定報警，如油位等。

（3）使用記錄。對司機操作記錄為司機行為分析和事故情況下提供依據，空調使用能耗記錄為評估空調狀態、制定維修計劃提供依據，機車運行和怠速記錄為評價機車實際運行時間提供依據等。

（4）視頻記錄。對司機操作、車鉤連掛狀態、前方車況進行監視和記錄。

根據上述監測需求，內燃機車監測系統配置數據感知系統，分別從壓力傳感器、發動機總線、控制回路獲取信號。設備端配置安裝數據采集控制器PLC、視頻采集系統、傳輸系統、定位子系統。各子系統和采集信號線纜匯集后集成在機柜中，安裝在機車司機座椅后方區域。

在地面應用端開發內燃機車遠程監控平臺，界面如圖2 所示，可直觀監測設備狀態、故障事件和使用情況等信息，并可監測視頻畫面，如圖3 所示。

4.2 地下式架車機

架車機由車體舉升單元、轉向架舉升單元、活動/固定軌橋、電氣控制系統、操作臺等系統組成，采用PLC 進行同步精度等系統控制，其監測項點主要包括以下內容。

（1）狀態監測。對所有臺位舉升單元進行運行狀態（上升/下降）、轉向架支撐高低限位開關和高度、不同步誤差值進行監測。對架車機整機操作模式以及非正常手動調整模式進行記錄。

（2）故障監測。對不同步運行誤差超限、高度傳感器故障、電源相序、電機溫升、載重和保險螺母失效、基坑液位監測報警等進行故障監測。

（3）使用記錄。對設備累計運行時間進行記錄，為狀態評估提供信息支持。

圖2 內燃機車遠程監測平臺界面

圖3 內燃機車遠程視頻監測界面

（4）視頻記錄。布置2 個網絡攝像頭，對架車左、右兩側的作業狀態進行監視和記錄。

由于架車機原有控制系統的PLC 系統已經采集匯總各子系統的信號，因此可直接從PLC 系統中調取相關信號后，通過PLC 通信模塊發送至傳輸子系統后送達至地面。改造主要是在架車機控制柜內新增PLC RS485 通信模塊、4G DTU、攝像頭、錄像機及顯示屏。

在地面應用端開發地下架車機遠程監控平臺，與內燃機車遠程監控平臺界面類同，可遠程直觀監測各類信息和視頻畫面。

5 結論

上海軌道交通車輛基地工藝設備已成功在內燃機車、地下式架車機、起重機等設備安裝了遠程在線監測系統，建設了地面數據中心和終端應用平臺。

該平臺作為車輛基地工藝設備監測管理平臺架構的核心組成，實現了狀態數據的采集、存儲和規范化管理，且與運維管理、健康評估、操作人員績效等模塊關聯互動，為下一步挖掘、分析及應用監測數據，以及最終實現設備狀態性維修提供支撐。