铁路真空卸污设备远程运行维护系统设计与实现

于晓莹

（中国铁道科学研究院集团有限公司 节能环保劳卫研究所，北京 100081）

目前，针对铁路真空卸污技术在车站和列车的应用已经开展了大量研究[1-6]，而我国铁路列车数量快速增加和运行速度的提高，对列车的日常维护和清理工作也提出了更高的要求，真空卸污设备应具有更高的自动化程度和集成度、更好的环保性能。作为铁路站段整备的关键设备，真空卸污设备数量多、分布广，通常所采用的故障/反应式设备维护模式难以满足其运行维护要求，科研人员已经从售后服务、真空卸污信息、真空机组信息管理等方面进行了研究[7-9]。为了进一步提高真空卸污设备运行维护的日常化、时效性和智能化水平，根据真空卸污设备运行维护的要求和特点，通过铁路真空卸污设备远程运行维护系统的设计开发，实现对所有真空卸污设备的数据库化管理和智能监控，规范设备日常维护，对已发生故障进行远程诊断和快速响应，为保障列车的安全高效运行发挥应有的作用。

1 铁路真空卸污设备远程运行维护系统需求分析及工作流程

1.1 需求分析

目前，铁路真空卸污设备已经在全国18个铁路局集团公司100多个动车段、客整所和车站得到应用，运行的真空机组6种类型、超过200套。设备的多样性带来了数据采集的多样性，并且大多数站点不具备远程监控能力。为此，结合真空卸污设备的工作特性，分析其远程运行监控及维护的功能需求。

（1）实时监测。通过采用智能传感器网络技术，实现对全路真空卸污设备工作参数的实时监测和远程显示，这些参数以直观图形化方式显示在远程监控中心，以便相关人员实时了解设备的运行。

（2）自动预警。结合机组性能指标的评价标准和现场运行经验，设置各种设备参数的合理范围，并通过对监测参数数据的分析实现预警和报警，避免和减少故障的发生。

（3）数据存储、查询和分析。需要对所采集的数据进行存储，实现对历史数据的查询和挖掘分析，以减少故障发生的频率。

（4）远程分析和协作诊断。真空卸污设备的使用单位可能缺乏设备状态诊断的专业人才，因此通过数据网络实现对设备的远程分析和协作诊断具有重要意义。同时，上级主管部门也可以通过网络实时掌握设备运行状态，满足管理需要。

1.2 工作流程

基于铁路真空卸污设备远程运行维护系统的总体设计确定其工作流程。该系统以服务器为中心，连接不同的工业触摸式计算机(用户)，数据采集设备(PLC)将各个站点采集的数据通过Web Service 和无线网上传到各自对应的计算机，再上传至中心服务器进行数据处理；当真空卸污设备发生故障时，系统及时将故障信息以短信方式发送给相关人员，实现数据分析和展示。详细工作流程如图1所示。

图1 铁路真空卸污设备远程运行维护系统工作流程

2 铁路真空卸污设备远程运行维护系统的实现

2.1 系统架构

根据铁路真空卸污设备远程运行维护系统的功能需求，确立采用Browser/Server模式结构，由现场状态数据采集模块、现场数据处理模块、数据存储中心服务器、业务处理Web服务器、远程客户端等组成。现场状态数据采集模块不断采集数据并上传至现场数据处理模块，数据处理服务器再将采集后的数据同步到数据存储中心服务器，用户通过浏览器请求中心数据库数据，实现对现场设备状态的检测与诊断。系统架构如图2所示。

2.2 功能框架

根据真空卸污设备实际运行中的问题，设计铁路真空卸污设备远程运行维护系统功能如下。

2.2.1 设备信息管理

（1）设备运行数据和状态查询。系统管理人员可以查询权限范围内、不同地点真空卸污设备的运行状态信息，包括真空机组、真空管道及卸污单元的真空压力、故障发生情况，了解真空卸污设备的状态。

（2）远程故障报警。当真空卸污设备发生故障时，系统能够发送故障短信给相关人员。

2.2.2 数据采集

该功能能够实时采集真空卸污设备(包括真空卸污机组、真空卸污管道和卸污单元)的运行状态信息。对于凸轮泵机组的运行状态主要包括电压、电流、凸轮泵的开启状态、真空压力。对于真空罐式机组的运行状态主要包括真空泵的电压、电流，排污泵的电压电流，真空罐的液位信号。对于真空卸污管道及卸污单元需要采集压力信号。该功能可以定期上传、显示采集的设备状态信息 (包括开启状态、系统压力、机组能耗等)。

2.2.3 数据分析

（1）设备及故障数据统计分析。系统通过对设备运行数据的分析整理，形成全路、不同铁路局真空卸污设备的故障分析报表，为后续售后及设备技术提升提供参考。

（2）远程故障诊断。系统根据报警信息和监控的真空卸污设备运行状态参数，进行综合分析判断和故障诊断。该功能根据真空罐式和凸轮泵式机组运行场景的不同进行故障诊断。其中，真空罐式机组主要从水位超高报警、过载保护、数据跃变等方面进行判断；凸轮泵式机组主要从故障报警、热继故障、干转故障等方面进行逻辑判断。对于部分现场故障可以通过设定常见故障现象，由现场人员提报信息，再经专家判断法和统计分析计算法等确定故障的类型。

图2 铁路真空卸污设备远程运行维护系统架构

（3）远程故障预警。系统根据每套设备的运行时间和检测的运行状态参数，判定设备所处的状态，预测设备未来的发展态势，综合设备的状态发展趋势和可能的故障模式进行分析判断，并进行远程故障预警，使用户和设备供应商有针对性对设备进行维修保养，保证设备正常运行。

2.2.4 维修计划

该功能可提报维修计划，实现设备精细化管理；结合每个站段真空卸污设备的运行时间，根据真空卸污设备检修规程提报小修和大修计划，根据设备维修计划形成备品备件清单，实现对真空卸污设备的精细化管理。

2.2.5 系统设置

分权限访问等功能，远程运行维护系统针对不同的用户设定不同的权限。

2.3 系统用户体验设计

系统界面主要分为2个部分，主页和用户使用界面。

2.3.1 主页设计

主页的设计主要采用了扁平化层级理念，目的在于简单明了、清楚展示系统的主要内容，如故障信息、设备信息、维修提醒等，如图3所示。

铁路局集团公司模块采用表格化设计，列出全部铁路局。如果铁路局所属某一站段发生故障报警，则该铁路局/站段将会用红色背景标识。在点击某个铁路局后，页面各个模块的数据将会联动到该铁路局所属的站段。通过模块式的布局，再结合图表化的统计数据，可以将有用信息快速呈现给用户。

2.3.2 使用界面设计

用户使用界面采用了较为常规的布局方式，主要分为顶部菜单栏、右侧子菜单栏、Tab页面，如图4所示。在用户进入系统后，首先呈现的是真空主机状态数据(自动加载)，方便用户第一时间清楚了解主机运行状态及压力变化。

2.4 系统数据库设计

系统采用传统的3层架构，即展示层、逻辑层、数据层。展示层是用户使用网页，逻辑层是处理业务及请求，数据层进行数据存储。在数据库设计中，为每个站段设备运行数据进行了分表存储，其目的在于快速遍历查找目标站段相关运行数据，更加容易整合分析，从而提升用户使用体验。

图3 铁路真空卸污设备远程运行维护系统主页

图4 铁路真空卸污设备远程运行维护系统用户界面

3 结束语

随着我国铁路的发展和现代化水平的提高，真空卸污设备将更广泛应用于各铁路站段。由于设备数量大、空间分布广、设备类型多，传统的故障/反应式设备维护模式已经难以满足真空卸污设备监测维护的需求。智能化的设备检测和维护系统能够实现对设备重要参数的实时监测、设备故障的预警报警和快速维修；同时，还能统一协调卸污设备作业、实现智能化管理，这对于保证铁路的高效安全运行具有重要意义。