高速公路机电设备智能巡更系统研究与应用

杨 松,唐 毅,韩 霄,于 迪

(浙江省交通科学研究所,杭州 310006)

0 引 言

高速公路建成开始营运以后,高速公路经营公司的日常工作除了收费以外,主要是对高速公路的机电设备进行维护。由于高速公路的行业特殊性,在设备维护方面具有较高要求。目前,全国各条高速公路都投入了大量人力物力,以保障线路上设备的正常运行。然而高速公路上的机电设备数量多、分布广、维护不定期的特点使广大的技术维护工作疲惫不堪,尤其是设备的日常巡检维护。维护过程中产生的维护数据由维护人员通过手工录入的方法来形成电子文档或纸质文档,但由于高速公路机电维护量大,维护设备分散,日常巡检维护存在手工记录维护信息速度慢、效率低、难以监管、不便于后期数据分析等弊端。同时由于缺乏相应的监督管理机制,设备维护工作常常不能得到真正的贯彻落实,对维护人员工作的考核也没有依据可言。

解决上述问题的关键应从三个方面入手:一是加强机电设备巡查管理,实现巡检管理信息化、网络化、规范化,对巡检人员和被巡检对象进行科学准确的监控。二是加强对小站设备运行状况的掌控,特别是对小站的UPS、柴油发电机等重要设备的运行情况,应实现设备状态的实时监控和异常报警。三是加强高速公路机电设备相关信息系统的整合,以达到信息共享的目的。

1 系统设计

研发的系统分为日常巡更子系统、智能检测子系统和机电设备管理系统接口模块三大功能,系统功能如图1所示。

图1 系统功能图

日常巡更子系统主要功能是通过巡检内容电子化,利用智能化的电脑运算,有效地避免漏检、记录不清等情况的发生,使巡检工作规范化、标准化、科学化管理思想的实现得以保证,为维护人员的工作考核直接提供可量化的巡检到位率和设备完好率等数值依据。

智能检测子系统主要功能是利用可编程序控制器PLC、传感器、VPN隧道和模拟采集技术构建一体化主机,实现一线关键设备的实时监控。当出现异常情况时,自动以声光报警提示,以提高巡检的效率和维护管理效率。

机电设备管理系统接口模块主要功能是为了实现智能巡更系统与原有机电设备管理系统相融合,也为其他相关信息系统的互联预留接口。研发的配套接口模块,以解决设备信息共享的问题,整合信息资源。

系统通过统一的采集服务器实现数据共享。采集服务器通过数据接口同机电设备管理系统等已建管理系统进行对接,实现高速公路信息资源的整合,更好地为高速公路畅通、安全服务。具体系统架构如图2所示。

图2 系统架构图

2 系统研发

2.1 日常巡更子系统

日常巡更子系统运用RFID技术,借助PDA(掌上电脑)的移动办公平台,配合标准的三层C/S数据架构和智能化、自动化的PC机应用程序,形成了智能化的分配维护任务、刷卡记录到位,用掌上电脑显示和记录巡检数据的高速公路机电设备巡检系统。管理人员制定要检查的单元、维护标准和周期性的任务模板,系统便会按照任务模板自动生成维护任务,维护人员只需按照任务要求到现场用PDA上的读卡器刷卡巡视,并按照PDA显示的设备巡检标准记录结果。数据回传后,即可马上得到巡视统计数据和报表。管理人员根据采集的数据进行统计分析,以考核巡检人员的工作情况以及机电设备运行状况。该系统由工作站、PDA维护仪、采集服务器和贴在设备上的电子标签四部分组成。系统示意图如图3所示。

图3 系统示意图

2.2 智能检测子系统研发

通过对试点高速路段的情况进行分析比对,发现对小站设备运用自动检测系统能很好地解决维护人员紧张和维护距离分散等问题,并能实现小站机电设备运行状况的实时监测、实时报警,有利于提高机电设备平均无故障时间和平均可修复时间。智能检测子系统通过采用电压继电器的传感检测方式检测UPS、柴油发电机输入电压的质量,跟踪它们的工作状态,通过温湿度传感器将UPS房的温湿度以及收费车道的紧急报警信号整合设计,既达到UPS、柴油发电机无故障运行,随时监测电压和工作环境状态,又能随时了解车道紧急情况。本系统由UPS检测、柴油发电机检测、温湿度检测、车道报警等构成,由中心管理软件进行管理并处理。每个收费站分别采用壹台数据采集服务器,系统构架图如图4所示。

图4 系统构架图

3 系统实施

研发的系统已在龙丽丽龙高速公路某中心所及下辖站点进行了6个月的试点应用。该中心所辖机电设备已全部开始使用该系统进行设备巡检。该系统界面清晰,操作方便,运行稳定、可靠,巡检人员通过系统制定巡检任务并下载到掌上电脑,巡视时携带掌上电脑按照巡视任务开展巡视工作,通过读卡器读取附属在设备上的电子标签进行到位确认,按照系统既定的规范化流程进行巡视,系统各功能模块完全满足巡检业务需求。实施具体效果如下:

(1)提高了中心所机电设备的故障诊断和运行状况预测水平,对巡检人员管理和绩效考核的有效手段,并实现了对巡检人员工作状态的监控,标准化的巡检项目和规范化的缺陷输入,避免了错巡漏巡情况的发生,有效地保证了巡检质量。

(2)机电设备管理人员可方便清楚地了解每一次巡检的各个环节,具体到巡检中的每一个工作地点的作业时间,每一台设备的检查项目等。每月使用掌上电脑巡检系统进行机电设备维修,系统便可自动记录设备故障时间,生成设备完好率,实现了“无纸化办公”,有效提高了设备的巡检管理水平,进一步确保机电设备的安全可靠运行。

(3)加强了对关键设备的监控。对关键设备和车道异常报警信息进行了全面的整合,能有效预防设备故障和车道报警延误的发生,提高了设备完好率、平均无故障时间和报警应急能力。

图5 试点中心所维护效率分析图

4 主要创新点

4.1 高速公路机电设备巡检管理和设备监测预、报警方式的创新

系统实现了巡检管理的标准化、规范化、高效率和关键机电设备使用条件、运行状况和突发事件的预、报警,提高了设备完好率、平均无故障时间和平均可修复时间。机电设备监测预、报警设备从执行层、管理层、决策层三层管理入手,实现机电设备维护信息的电子化采集和自动化统计分析,实现机电设备预、报警信息的整合。

4.2 采用一体化综合巡检报警主机实现各类监测数据的无缝整合

高速公路穿越广大农村,供电资源地域分散。电压波动是影响用电设备正常、安全运行的最主要因素。当电网发生电压较大范围波动时,连接在电网上的敏感设备是否能承受该电压波动成为亟需关注的问题。因此,准确监测敏感设备供电电压波动的实际情况,及时采取有效措施,可改善敏感设备运行状况和提高使用寿命。一体化综合巡检报警主机采用监测市电、UPS、柴油发电机输出电压质量、机房温湿度以及将收费车道的紧急报警信号整合后发送到监控中心,随时了解设备的使用情况和运行情况,以提高机电设备维护管理效率。高速公路各类监测数据的采集和整合如图6所示。

图6 监控数据的无缝整合

4.3 传感采集技术与PLC技术等在智能巡更系统中的集成应用

采用各类成熟技术的组合应用,结合高速公路现有的网络、信息等资源并将之灵活应用于高速公路机电设备日常维护巡检中,保障营运工作可靠进行。系统技术整合如图7所示。

图7 系统技术整合图

5 结 语

随着交通企业转型的需要,高速公路把提高服务和安全提到了重要的位置,系统的研究与应用规范了高速公路机电设备维护巡检的工作模式,提高了维护人员的工作效率,减轻了管理人员的管理压力,能满足高速公路机电设备现代化管理的要求,且具有很强的操作性和易用性,切合高速公路维护管理的趋势,成果应用具有普遍性,适合大部分的高速公路维护管理,具有很好的推广前景。

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