铁路真空卸污设备远程运行维护系统设计

薛 强 ，李 鹏

（1.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；2. 中国铁道科学研究院集团有限公司 北京中铁科节能环保新技术有限公司，北京 100081；3.航天中心医院 后勤保障处，北京 100049）

自从铁路真空卸污设备在我国应用以来，目前有近200套真空机组和数万套卸污单元在全国各铁路局使用[1-6]。铁路真空卸污设备是铁路站段整备作业的关键设备，设备能否正常运行直接影响站段整备作业乃至行车运输组织[7]。目前，卸污设备的售后服务管理方式采用现场人工统计，难以保证设备及时维修保养和故障排除，给设备的安全运行带来隐患。真空卸污设备沿铁路线分布在不同地域，每套卸污设备包含真空机组、真空管道和卸污单元，设备种类和型号较多，当设备发生故障或系统泄漏时进行故障排除和检修比较困难，给维保工作带来一定难度。因此，实现对全路真空卸污设备的统一管理和跟踪服务，规范日常的维修保养并对故障进行快速响应，对于提高卸污设备运行的可靠性、保障铁路安全运行、促进铁路智能化发展具有积极意义[7-9]。

1 铁路真空卸污设备远程运行维护系统需求分析

自2007年至今，铁路真空卸污设备已经在全国18个铁路局100多个动车段、客车整备所和车站应用，真空机组数量近200套，卸污单元上万套。真空卸污设备数量多、分布广，在日常运行和维护过程中出现问题，用户拨打电话报修，供应商派出工程师前往现场检查和维修，整个维护过程是有故障才有反应的过程，这样的故障/反应式维护(事后维修)只能在设备故障停机后才能发挥作用。随着信息化技术的发展及真空卸污设备数量的不断增加，售后管理越来越复杂，传统的人工现场维护已经远不能满足用户的要求。

为了解决铁路真空卸污设备运行、维护中存在的问题，加强设备运行状态监控；提高维修、维护的及时性和有效性；提升售后服务水平和满意度，确保系统的正常运行，为铁路运营提供有力的保障，需要针对不同类型的真空卸污设备进行远程运行维护系统研究。通过建立远程运行维护系统，兼顾用户和供应商，通过信息通信、网络等技术，将分布在广域范围内的诊断维护资源连在一起，及时发现运行问题，实现数据高效、快速处理分析，保证设备正常运行。这也是适应国家智能铁路建设、提高信息化管理水平的需要。

2 铁路真空卸污设备远程运行维护系统设计

2.1 系统设计原则

铁路真空卸污设备远程运行维护系统面向站段用户、铁路局集团公司管理部门及供应商，在设计过程中遵循以下原则。

（1）分级管理原则。供应商可以对各铁路局集团公司真空卸污设备的运行状态进行监控和维护管理；各铁路局集团公司可以对其下属各站段的设备进行管理；各站段仅对本站段的设备运行状态进行维护管理。

（2）可扩展性。随着铁路建设的不断发展，真空卸污设备应用站点将会不断增加，系统在设计时应考虑日后的扩展。

（3）可靠性。铁路真空卸污设备远程运行维护系统设计过程中，软硬件采用均衡设计，满足铁路领域应用对可靠性的要求，所有设备具有良好的环境适应能力。同时，在系统传输时可通过现有的铁路网络资源，不必重复建设。

2.2 系统总体架构

铁路真空卸污设备远程运行维护系统采用监控层(服务器和客户端)、控制层和设备层3级结构。其中，监控层通过对控制层的管理，监控真空卸污系统的运行过程；控制层的功能是完成对现场真空卸污系统的实时监测与控制；设备层的功能是将系统运行过程中的物理信号转换成数字信号或标准的模拟信号。铁路真空卸污设备远程运行维护系统的总体架构如图1 所示。

2.2.1 监控层

图1 铁路真空卸污设备远程运行维护系统架构

服务器设在远程运行维护监测中心主站，负责接收各客户端的数据，并对各客户端进行集中管理。客户端包括真空卸污设备远程状态监测与诊断中心、主管部门监控工作站、设备制造厂远程维护中心等。远程监测中心可以对所有铁路真空卸污设备的运行状态进行监测、分析、故障诊断、维修安排；远程用户可以通过任何一台有Web浏览器的计算机浏览机组的运行状态、分析机组的运行参数，并根据分析结果进行故障诊断等。

2.2.2 控制层

控制层由智能控制器和 GPRS 模块等组成，主要具有以下功能。

（1）通过对采集的电流、电压、压力、液位等测量值进行分析和计算后进行实时显示。同时，通过对电流、电压及压力的测量、分析和判断由智能控制器进行故障报警操作。

（2）接收来自监控层的故障诊断、故障预警和维修计划的反馈。

2.2.3 设备层

设备层由各类传感器、信号调理电路和采集系统组成，主要具有以下功能。

（1）通过各类传感器完成对电流、电压、液位及各设备运行参数的采集。

（2）实现对故障报警、故障查询的实时上传和对故障诊断信息的接收。

2.3 系统功能

铁路真空卸污设备远程运行维护系统可以实现真空机组压力、真空管道压力、真空单元压力等参数的采集、存储、处理与显示，并能够查询真空卸污设备运行状态。通过数据处理对发生的故障信息进行报警。通过对数据进行分析处理，形成能耗、故障、维修计划和备品备件的报表管理，提高真空卸污设备运行维护水平。铁路真空卸污设备远程运行维护系统功能结构如图 2 所示。

2.3.1 操作安全

系统管理员可以设置不同等级用户的权限进行用户分级，各铁路局集团公司可以查阅本系统各站段真空卸污系统的运行数据；各站段可以查阅本站段真空卸污系统的运行数据。系统管理员还可以进行系统设置，增加新开通的站段；并对故障报警手机号码进行设定、更改。

2.3.2 数据存储

铁路真空卸污设备远程运行维护系统可以将采集的真空卸污设备运行过程中的电压、电流等开关量信号，以及真空机组和真空卸污单元运行过程中的压力、液位等模拟量参数上传存储到系统的信息管理模块，并通过阈值判断，实现故障报警、故障预警及故障诊断等功能。通过故障和运行过程数据的统计分析，为设备质量改进和设备运行管理提供依据。

图2 铁路真空卸污设备远程运行维护系统功能结构

通过对运行时间进行统计分析，形成设备运行小修、大修计划，为用户和供应商备品备件管理提供依据。

2.3.3 数据查询

不同等级的用户可以查询不同等级设备运行的状态、历史信息，以及设备维修计划、备品备件等信息。最高级用户可以查询全国18个铁路局集团公司真空卸污设备的运行信息，各个集团公司可以查询下属各站段真空卸污设备的运行信息。

3 铁路真空卸污设备远程运行维护系统的实现

3.1 硬件组成

真空卸污设备远程运行维护系统硬件由服务器、用户设备、通信模块、现场监控设备(包括压力传感器、温度传感器)组成。服务器用于存放系统数据，是运行分析管理程序的核心硬件。用户设备即所有使用者、开发管理者使用的设备，其设备是各个站段接入系统的计算机、智能手机等。通过网络将分布在全国各地的各级使用者、开发者、管理者相连接。现场监控设备的典型硬件主要由前端数据采集控制器、真空卸污主机通信处理单元、主机数据采集单元(压力传感器、温度传感器)、真空管道采集单元(压力传感器)、卸污单元采集单元(压力传感器)、网络高清视频监控系统、供电保护回路等组成。

3.2 系统开发

该系统的开发环境为Vsiual Studio 2017 Professional + Sql Server 2016，采用C# + Html + Javascript语言进行系统开发。

3.3 技术难点

全国18个铁路局集团公司约有100多个站段配有真空卸污设备，每套真空卸污系统由真空机组和卸污单元组成，设备系统较庞大，在系统开发过程中有以下技术问题需要解决。

（1）各个站段数据采集及存储。由于各站段设备数量多，数据采集量较大，为了保证数据的及时采集和存储，项目采取分表存储的方法。

（2）实时数据查询优化。系统对采集数据(千万级数据)需要做到查询秒级响应，如设备状态、压力值、故障信息等，需要通过建立索引及在服务器中缓存查询分析数据优化查询速度。

4 结束语

随着国家铁路建设的发展，越来越多的真空卸污设备将应用于各铁路站段，真空卸污设备的安全运行与铁路的安全正点运营密切相关。由于面广量大，铁路真空卸污设备运行监管任务重、难度大。随着国家智能化铁路的发展，传统的设备管理和售后服务模式已经不能适应形势发展的需要，设计开发一套运营单位和售后服务单位协同工作的真空卸污设备运行维护系统，实现对设备故障的快速维修和卸污设备的统一协调作业，对于保证铁路真空卸污设备的安全运行具有重要意义。