地铁车辆段工艺设备远程状态监测平台开发

张 喻，向 维

（1.上海申通地铁集团有限公司技术中心，上海 201103；2.上海地铁维护保障有限公司车辆分公司，上海 200235）

0 引言

随着城市轨道交通进入高速网络化建设运营的发展时期，车辆基地工艺设备呈现体量大、种类多、状态不一的配置现状。基于此背景，要掌握各类设备的全过程信息和健康状态，有必要借助日益成熟的信息化和物联网技术，建立设备监测管理平台，并在关键设备上配置实时远程监测系统，实现状态可监控、可追溯，故障可预测、可预防。

经过长期有效的数据积累和分析后，为设备维修决策提供技术依据，最终形成对设备全寿命周期内的状态监测、运维管理、状态评估和持续改进的工作闭环。

1 设备状态监测目的

（1）对设备运行状态和关键数据进行实时远程监测。关键信息主要是针对影响设备运行的关键参数、故障高发系统的关键参数，以及通过监测能实现替代日常人工检测记录的参数，最终达到掌握设备在线状态、远程诊断、专家支持和替代人工记录目的。

（2）记录和评判操作人员操作规范程度。监视和存储设备操作员操作记录，为评判操作的规范程度提供依据，最终达到降低人为使用，造成设备损坏风险的目的。

（3）记录设备使用信息，合理制定维修周期。车辆基地设备种类繁多，其与正线运营设备有所区别，设备使用率并不均衡。

采用定期维修容易过修或欠修，如何在成本与风险中取得平衡，则需要对设备使用过程有跟踪监测和记录，有效掌控设备健康状态，从而对设备的工况和运行趋势做出正确诊断并提供相应决策，为实现设备的状态检修提供必要的实际数据。

2 平台功能

根据监测需求，建立监测平台，实现对设备状态数据、使用数据、故障数据的实时远程监测，并构建地面数据中心和终端应用界面，实现数据远程传输和查看、数据存储和查询分析功能。

（1）设备远程实时监测功能。通过在设备端配置安装数据采集和传输系统，实现对车辆基地工艺设备作业状态下的状态数据、使用数据、故障数据和视频记录的远程实时监控，并可传输到地面数据中心存储、分析和显示。

（2）历史数据存储和统计分析。存储功能可连续记录较长时间的历史数据，保存的数据包括系统参数、开关量状态、模拟量值、脉冲累计量、计算结果，以及报警事件记录等。查询分析不仅可对某个数据进行查询，还具备趋势分析等功能，可显示某个模拟量参数的历史变化，进行分析。

（3）终端具有良好的人机交互界面。平台应采用统一的用户图形界面，使用符合设备特点的监测画面，显示监控系统与各子系统、其他系统的连接情况、信息处理流程图、概括图、趋势图等。

3 平台架构（图1）

平台包括感知层、传输层和应用层。感知层在设备端为实现监测功能安装配置数据采集子系统、视频采集子系统和传输子系统。数据采集子系统负责从设备总线、控制回路、获取各类状态和过程数据，必要时新增各类传感器。视频采集子系统采集摄像头捕捉的设备运行状况、人员操作行为及关键零部件的视频信息。

传输子系统将数据和视频信息汇总后，通过外部传输层的无线网络，根据用户传输协议要求将数据发送至地面，可采用4G 公网和WLAN 局域网。

应用层即地面系统，由地面数据处理中心和地面应用终端组成，地面数据处理中心由车辆维护方统一部署，制定统一协议。车辆基地设备发送的数据经过数据处理中心数据库的确认和解析后入库存储。应用终端通过调用数据处理中心数据库数据进行数据展示、分析和管理。

4 关键设备应用

车辆基地检修设备种类多，监测技术的实现需要成本，因此在有限资源下需考虑各项设备监测的必要性，以发挥资源最大作用。因此，重点对移动设备、承载设备、故障对维修生产影响较大和使用频率较高的设备优先考虑实现状态监测技术。

根据上海轨道交通车辆基地工艺设备的特点，首先在内燃机车、地下式架车机、起重机等设备实施状态监测。下面以内燃机车和地下式架车机为例，说明应用效果。

4.1 内燃机车

内燃机车包括发动机、传动系统、车体和车架、走行部、制动系统、电气系统及辅助装置等部分，其监测项点主要包括以下内容。

（1）状态监测。监测各子系统和部件的关键参数。重点对发动机、传动系统、制动系统、发电机组、司控器、车控数据及整车信息进行监测。对制动系统压力信号，如工作风缸、降压风缸、总风缸、均衡风缸、制动缸、制动管的变化，通过额外增加压力传感器的方式进行监测。

图1 平台架构

（2）故障监测。对发动机故障代码、蓄电池电量过低、重联线路报警、超速报警灯等原车载控制系统监控的故障进行监测。其他关键参数的报警可在地面应用端进行模拟量阈值设定报警，如油位等。

（3）使用记录。对司机操作记录为司机行为分析和事故情况下提供依据，空调使用能耗记录为评估空调状态、制定维修计划提供依据，机车运行和怠速记录为评价机车实际运行时间提供依据等。

（4）视频记录。对司机操作、车钩连挂状态、前方车况进行监视和记录。

根据上述监测需求，内燃机车监测系统配置数据感知系统，分别从压力传感器、发动机总线、控制回路获取信号。设备端配置安装数据采集控制器PLC、视频采集系统、传输系统、定位子系统。各子系统和采集信号线缆汇集后集成在机柜中，安装在机车司机座椅后方区域。

在地面应用端开发内燃机车远程监控平台，界面如图2 所示，可直观监测设备状态、故障事件和使用情况等信息，并可监测视频画面，如图3 所示。

4.2 地下式架车机

架车机由车体举升单元、转向架举升单元、活动/固定轨桥、电气控制系统、操作台等系统组成，采用PLC 进行同步精度等系统控制，其监测项点主要包括以下内容。

（1）状态监测。对所有台位举升单元进行运行状态（上升/下降）、转向架支撑高低限位开关和高度、不同步误差值进行监测。对架车机整机操作模式以及非正常手动调整模式进行记录。

（2）故障监测。对不同步运行误差超限、高度传感器故障、电源相序、电机温升、载重和保险螺母失效、基坑液位监测报警等进行故障监测。

（3）使用记录。对设备累计运行时间进行记录，为状态评估提供信息支持。

图2 内燃机车远程监测平台界面

图3 内燃机车远程视频监测界面

（4）视频记录。布置2 个网络摄像头，对架车左、右两侧的作业状态进行监视和记录。

由于架车机原有控制系统的PLC 系统已经采集汇总各子系统的信号，因此可直接从PLC 系统中调取相关信号后，通过PLC 通信模块发送至传输子系统后送达至地面。改造主要是在架车机控制柜内新增PLC RS485 通信模块、4G DTU、摄像头、录像机及显示屏。

在地面应用端开发地下架车机远程监控平台，与内燃机车远程监控平台界面类同，可远程直观监测各类信息和视频画面。

5 结论

上海轨道交通车辆基地工艺设备已成功在内燃机车、地下式架车机、起重机等设备安装了远程在线监测系统，建设了地面数据中心和终端应用平台。

该平台作为车辆基地工艺设备监测管理平台架构的核心组成，实现了状态数据的采集、存储和规范化管理，且与运维管理、健康评估、操作人员绩效等模块关联互动，为下一步挖掘、分析及应用监测数据，以及最终实现设备状态性维修提供支撑。