淺議城市軌道交通列車洗車機(jī)的智能化

尚文娟

（長(zhǎng)春市軌道交通集團(tuán)有限公司，吉林 長(zhǎng)春130000）

1 概述

迅猛發(fā)展的城市軌道交通行業(yè)是城市發(fā)展的需要，也是城市提升經(jīng)濟(jì)的需要。國(guó)內(nèi)城市軌道交通發(fā)展迅速，每天都在快速運(yùn)行，運(yùn)行中風(fēng)沙、雨雪、霧霾等都會(huì)污染車體表面，而實(shí)現(xiàn)對(duì)城市軌道交通列車的全天候、全自動(dòng)、智能化的清洗是城市軌道交通列車安全、整潔、舒適運(yùn)行的重要保證。

2 城市軌道交通列車智能清洗的必要性

隨著我國(guó)制造裝備AI 智能化的發(fā)展，城市軌道交通列車清洗機(jī)已經(jīng)不僅僅是滿足簡(jiǎn)單的清洗作業(yè)，在完成清洗作業(yè)的同時(shí)對(duì)清洗質(zhì)量，清洗的工藝，清洗的范圍以及安全性、兼容性、自動(dòng)化、智能化、信息化程度提出了更高的要求，特別是智能化、無(wú)人值守的新型城市軌道交通列車清洗模式必然成為趨勢(shì)。

智能洗車機(jī)是精細(xì)化洗車，具備：智能眼，視頻識(shí)別自動(dòng)判斷污染程度直接確定清洗模式；智能手，刷組的常規(guī)洗和機(jī)器手的針對(duì)洗組合解決清洗不徹底；智能腦，智能控制清洗模式、評(píng)價(jià)清洗效果、自學(xué)習(xí)改進(jìn)不足；智能監(jiān)視外部環(huán)境狀態(tài)、內(nèi)部健康狀態(tài)、預(yù)測(cè)和分析故障。

智能洗車機(jī)實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守，自動(dòng)完成洗車；自動(dòng)判斷列車表面的潔凈度度，自動(dòng)調(diào)整洗車設(shè)備運(yùn)行，提高洗車質(zhì)量，降低洗滌劑、水、電的消耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保功能。同時(shí)具有網(wǎng)絡(luò)功能，通過APP 可以查詢洗車機(jī)的狀態(tài)及洗車情況。通過大數(shù)據(jù)分析，提供用戶對(duì)列車清洗作業(yè)指導(dǎo)及洗車工藝和設(shè)備的改進(jìn)。清洗完畢對(duì)清洗列車清洗質(zhì)量進(jìn)行檢查記錄，用于以后清洗的程序的自動(dòng)調(diào)整。

3 城市軌道交通列車智能化洗車機(jī)說(shuō)明

3.1 洗車機(jī)原理

列車外表面是因?yàn)樵谶\(yùn)行中或維護(hù)保養(yǎng)中沾染了灰塵、油污、垃圾和其它污漬而需要清洗的，列車洗車機(jī)正是適用于清洗各型城市軌道交通列車外表面的灰塵、油污、及其它污漬的設(shè)備，它的原理是通過水、刷組的物理作用和清洗劑化學(xué)作用相結(jié)合的清洗方法自動(dòng)清洗列車的兩側(cè)、側(cè)頂弧和前后端面。清洗后的車體外表面無(wú)明顯灰塵和污漬，滿足列車運(yùn)行的清潔需求。

3.2 洗車工藝流程（如圖1）

3.3 城市軌道交通列車洗車機(jī)的智能化

為了達(dá)到智能化、信息化的洗車要求，從而實(shí)現(xiàn)城市軌道交通列車洗車科學(xué)的、大數(shù)據(jù)的管理，需要對(duì)洗車機(jī)進(jìn)行改進(jìn)或升級(jí)，清洗的整個(gè)流程完全由程序自動(dòng)控制，并對(duì)整個(gè)流程進(jìn)行監(jiān)控，一旦出現(xiàn)故障自動(dòng)報(bào)警。同時(shí)洗車全過程都有視頻監(jiān)控，監(jiān)控內(nèi)容能夠自動(dòng)存儲(chǔ)和調(diào)出，洗車過程、洗車控制和洗車視頻能夠上傳指揮調(diào)度中心，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化和信息化的管理模式。智能化的洗車要從以下方面進(jìn)行。

3.3.1 智能化車號(hào)識(shí)別系統(tǒng)

車號(hào)智能識(shí)別系統(tǒng)可以滿足城市軌道交通列車洗刷自動(dòng)記錄車號(hào)，清洗時(shí)間、累計(jì)清洗次數(shù)，清洗模式、清洗質(zhì)量等信息，甚至可以通過車號(hào)調(diào)閱或上傳該車號(hào)的清洗信息及視頻圖像，方便信息化管理。同時(shí)識(shí)別車號(hào)后，可以對(duì)此號(hào)列車進(jìn)行清洗數(shù)據(jù)整理和分析，形成統(tǒng)計(jì)報(bào)表，該報(bào)表可以自動(dòng)傳輸入數(shù)據(jù)庫(kù)，方便大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)管理。通過洗車機(jī)大數(shù)據(jù)分析，提供給用戶最佳的洗車方案及洗車機(jī)改進(jìn)的依據(jù)。

智能車號(hào)識(shí)別裝置應(yīng)該放置在洗車區(qū)域前。智能車號(hào)識(shí)別系統(tǒng)可以采用拍照或刷卡形式，鑒于目前城市軌道交通列車車體上還沒有安裝有信息卡，所以采用視頻拍照進(jìn)行車號(hào)識(shí)別是更為成熟和可靠的的方式。

3.3.2 智能車體潔凈度檢測(cè)裝置

到目前為止，國(guó)家還沒有制定相關(guān)軌道列車清洗質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)，但清洗的目的就是要使車體干凈整潔，所以應(yīng)該有自動(dòng)檢測(cè)車體潔凈度的標(biāo)準(zhǔn)。在此我認(rèn)為清洗時(shí)首先應(yīng)該對(duì)車體的污染程度有個(gè)判定，起碼分出是臟、較臟和一般三種，在判別車體污染程度后，可根據(jù)污染程度自動(dòng)調(diào)整洗滌劑加入量，這樣有針對(duì)性的清洗，可以提高清洗質(zhì)量，同時(shí)有效節(jié)約洗滌劑用量。在清洗后同樣有車體潔凈度檢測(cè)裝置，可判別清洗質(zhì)量，清洗質(zhì)量也要分出三個(gè)等級(jí)，好、較好和一般。

車體潔凈度檢測(cè)裝置安裝在洗車區(qū)域前面和后面各一組，采用視頻拍照采集車體表面的數(shù)據(jù)，自動(dòng)分析潔凈度，依據(jù)潔凈度的判別啟動(dòng)相應(yīng)的洗滌劑添加量，同時(shí)自動(dòng)記錄列車污染程度和洗車質(zhì)量的相應(yīng)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)會(huì)自動(dòng)記錄到洗車數(shù)據(jù)表中，形成完整的洗車記錄。

3.3.3 智能洗滌劑發(fā)泡裝置及噴淋裝置

圖1

由于通用的洗滌劑加注方式為計(jì)量泵把洗滌劑加注到噴水管內(nèi)，洗滌劑與水混合后噴射到車體表面，洗滌劑會(huì)很快順車體外壁流失，造成洗滌劑一定的浪費(fèi)，同時(shí)也不利于洗滌劑與污物的反應(yīng)，降低了洗刷質(zhì)量。如果把洗滌劑混合水后先發(fā)泡處理，再以一定壓力噴到車體表面，減少洗滌劑飛濺和流淌，使噴出的洗滌劑變成泡沫形式均勻噴涂在車體表面，洗滌劑以泡沫形式粘在車體表面，不會(huì)流失，也會(huì)加快洗滌劑與污物更好反應(yīng)，提高清洗質(zhì)量。

洗滌劑發(fā)泡裝置應(yīng)該有專門的發(fā)泡器和壓縮空氣，洗滌劑由計(jì)量泵輸出到發(fā)泡裝置內(nèi)，同時(shí)壓縮空氣也接入到發(fā)泡裝置內(nèi)，二者混合后形成泡沫，再由一定的壓力推送出去，通過噴淋裝置均勻噴涂在車體表面，完成清洗（如圖2）。

圖2

3.3.4 智能計(jì)量泵

如果想自動(dòng)調(diào)節(jié)計(jì)量泵的輸出流量，就要采用能夠自動(dòng)調(diào)節(jié)流量的計(jì)量泵，也就是根據(jù)車體污染程度的判別，加入相應(yīng)量的洗滌劑。現(xiàn)在洗車機(jī)常規(guī)的洗滌劑加注都是采用人工調(diào)節(jié)計(jì)量泵輸出流量，不能自動(dòng)改變輸出流量，如果改換為可變電流計(jì)量泵，計(jì)量泵與PLC 配合，遠(yuǎn)程調(diào)整洗滌劑濃度代替手工調(diào)整，可以根據(jù)車體的潔凈程度確定洗滌劑的加注量。

具體就是在計(jì)量泵上設(shè)置電流控制器，一定的電流對(duì)應(yīng)一定的沖程，可以設(shè)定電流改變計(jì)量泵的流量。根據(jù)車體臟的程度選擇洗滌劑濃度，既提高洗車質(zhì)量，又降低洗車費(fèi)用（圖3）。

圖3

3.3.5 智能洗滌劑揉抹裝置

雖然洗滌劑通過泡沫形式噴涂在車體表面了，但是直接用刷組洗刷會(huì)把泡沫甩掉，所以在泡沫噴涂后采用智能洗滌劑揉抹裝置，繼續(xù)加強(qiáng)洗滌劑的反應(yīng)。揉抹形狀完全貼合各種城市軌道交通車型的側(cè)表面。

智能洗滌劑揉抹裝置采用特制海綿對(duì)城市軌道交通列車側(cè)面刷洗。海綿形狀與城市軌道交通列車組車體外形輪廓貼合，設(shè)置多塊海綿，隱藏在箱體內(nèi)，根據(jù)智能車號(hào)識(shí)別自動(dòng)判斷列車型號(hào)，自動(dòng)伸出與車體貼合的海綿進(jìn)行刷抹，刷抹均勻，加強(qiáng)洗滌劑的反應(yīng)，提高洗刷效果。洗滌劑涂抹裝置安裝在洗滌劑泡沫噴淋工位后。

3.3.6 無(wú)人值守和遠(yuǎn)程監(jiān)控功能

實(shí)現(xiàn)城市軌道交通列車的遠(yuǎn)程監(jiān)控和無(wú)人值守功能，在調(diào)度室就可監(jiān)控城市軌道交通列車洗車機(jī)的運(yùn)行情況，滿足車輛段日常信息化管理要求。實(shí)現(xiàn)城市軌道交通列車洗車機(jī)無(wú)人值守功能后，不再需要操作人員在控制室內(nèi)操控，洗車設(shè)備真正實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)洗車作業(yè)，只需要維護(hù)人員定期補(bǔ)充洗滌劑日常消耗品即可，這樣可以大大降低操作人員數(shù)量，減輕操作人員工作量。

洗車機(jī)具備遠(yuǎn)程控制功能。在DCC（或其他位置）設(shè)置功能與洗車機(jī)操作間現(xiàn)場(chǎng)功能相同的控制臺(tái)。可實(shí)現(xiàn)洗車現(xiàn)場(chǎng)無(wú)人值守，在遠(yuǎn)程端控制及監(jiān)視洗車機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。遠(yuǎn)程控制臺(tái)配有與現(xiàn)場(chǎng)控制臺(tái)相同的人機(jī)界面系統(tǒng)（可實(shí)現(xiàn)對(duì)洗車機(jī)的遠(yuǎn)程操作及監(jiān)控）及閉路監(jiān)控系統(tǒng)（采用高清攝像頭，可通過實(shí)時(shí)畫面遠(yuǎn)程監(jiān)視洗車狀態(tài)，能存儲(chǔ)30 天的洗車視頻）。遠(yuǎn)程端與現(xiàn)場(chǎng)端分別配置工業(yè)以太網(wǎng)光纖交換機(jī)、信號(hào)繼電器等必要的通信設(shè)備。通過工業(yè)以太網(wǎng)（光纖為載體）與PLC 系統(tǒng)通信，實(shí)現(xiàn)設(shè)備操作、監(jiān)控。“控制權(quán)限選擇”、“急停”等涉及安全的重要功能需通過信號(hào)繼電器電路進(jìn)行信號(hào)傳送，避免因以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)故障影響設(shè)備安全（圖4）。

圖4

3.3.7 安防監(jiān)控系統(tǒng)

由于洗車機(jī)實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守功能，為了保證設(shè)備正常運(yùn)行和洗車安全，洗車區(qū)域必須增加安防監(jiān)控系統(tǒng)，包括激光雷達(dá)檢測(cè)裝置和語(yǔ)音播報(bào)裝置，以檢測(cè)無(wú)關(guān)人員進(jìn)入洗車區(qū)域立即報(bào)警，并通過擴(kuò)音廣播提示無(wú)關(guān)人員立即離開洗車區(qū)域（圖5）。

圖5

3.3.8 在線遠(yuǎn)程故障監(jiān)控系統(tǒng)

基于無(wú)人值守功能后，設(shè)備不能處于無(wú)人看管和失控狀態(tài)，雖然有定期的維護(hù)保養(yǎng)，但設(shè)備在正常運(yùn)行期間一旦有突發(fā)故障，還是需要立即有報(bào)警，提示維護(hù)人員立即進(jìn)行修理，因而在線遠(yuǎn)程故障監(jiān)控系統(tǒng)就尤為重要，這個(gè)系統(tǒng)可以時(shí)刻以在線、實(shí)時(shí)的方式，采集并存儲(chǔ)洗車機(jī)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)洗車機(jī)能耗數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)和統(tǒng)計(jì)分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和歷史追溯。同時(shí)統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)可以自動(dòng)記錄故障點(diǎn)和故障頻發(fā)的元器件，方便維護(hù)人員了解重點(diǎn)維修方向，對(duì)多發(fā)故障點(diǎn)及時(shí)進(jìn)行維修，延長(zhǎng)洗車機(jī)的使用壽命（圖6）。

圖6

3.3.9 智能計(jì)量及成本分析

城市軌道交通列車洗車機(jī)使用中需要用電、用水、用洗滌劑及其它消耗品，怎樣才能有效計(jì)量其使用量及計(jì)算洗車成本，只需要加入智能水表、電表等計(jì)量設(shè)備，從而得到使用數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)會(huì)自動(dòng)記錄到清洗的每一列列車數(shù)據(jù)庫(kù)中，形成完整的洗車數(shù)據(jù)表，使用戶可根據(jù)數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)營(yíng)成本分析。

4 城市軌道交通列車洗車機(jī)的未來(lái)發(fā)展

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展進(jìn)步，未來(lái)城市軌道交通列車洗車機(jī)會(huì)有更加智能化的發(fā)展。隨著城市軌道交通列車未來(lái)采用無(wú)人駕駛模式，智能洗車設(shè)備數(shù)據(jù)全部實(shí)現(xiàn)無(wú)線傳輸。清洗系統(tǒng)會(huì)根據(jù)列車數(shù)據(jù)采集情況自動(dòng)分析列車污染程度，列車不同區(qū)域污染程度不同，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)下達(dá)不同清洗指令，比如系統(tǒng)會(huì)控制列車清洗速度的快慢，清洗設(shè)備會(huì)自動(dòng)調(diào)整加注洗滌劑用量，調(diào)節(jié)刷組洗刷轉(zhuǎn)數(shù)，智能清洗重點(diǎn)部位等，達(dá)到更加智能化的洗車模式，有利于提高清洗質(zhì)量和清洗效率。清洗后檢測(cè)清洗質(zhì)量形成清洗報(bào)表，通過清洗報(bào)表分析自動(dòng)給出下次清洗的建議。

最終無(wú)人化的清洗模式也是城市軌道交通列車洗車機(jī)發(fā)展的趨勢(shì)，可能出現(xiàn)智能機(jī)器人洗車，以及智能機(jī)器人維護(hù)的方式。

5 結(jié)論

通過對(duì)洗車機(jī)工藝、設(shè)備智能化的描述，可以確定現(xiàn)階段城市軌道交通列車洗車機(jī)必須具有自動(dòng)化、智能化的表現(xiàn)，智能化必須融入到城市軌道交通列車洗車機(jī)設(shè)備中，而且要全面推廣并有實(shí)際的應(yīng)用。智能化城市軌道交通列車洗車機(jī)不僅要取代既有的清洗模式，更重要的是其在應(yīng)用時(shí)能夠減少人工，降低維護(hù)量，節(jié)約能源，保證清洗質(zhì)量，不污染環(huán)境，實(shí)現(xiàn)信息化的管理。