基于物联网的铁路车辆探伤设备远程监控与管理系统设计与实现

张 炜

（中电科鹏跃电子科技有限公司，山西 太原 030006）

铁路车辆检修探伤设备是机车车辆检修单位生产的关键设备，车辆关键部件的探伤是机车车辆检修工艺中的重要生产环节，探伤设备工作的稳定性决定机车车辆检修单位的生产效率。随着物联网技术的发展和应用，运用信息化手段开展关键设备监控与管理，能够有效地保障生产质量和产能稳定，同时也有助于延长关键设备使用寿命。

1 车辆检修单位关键设备管理的研究背景

随着铁路车辆系统生产力布局调整的不断深入，车辆检修单位的产能对保障铁路生产运输的安全与稳定起着至关重要的作用。车辆检修单位关键设备的开工状态对产能的释放产生重大影响。因此，加强车辆检修单位关键设备管理、保障设备稳定运行尤为重要，关乎车辆运行安全的轮对探伤设备是管理重点之一。探伤设备的开工状态、探伤工人操作、日常维修与保养等各环节直接影响车辆的检修质量。探伤设备的工作状况、机能情况、设备检查情况以及每台设备的工作效率，是车辆段、车间管理层必须实时掌握的基本信息，同时也是车辆管理部门调整生产力布局决策的数据支撑来源。随着物联网技术的发展，信息化技术、传感技术、射频识别（Radio Frequency Identification，RFID）技术、网络通信技术的融合应用，可实现对探伤设备的远程监控与管理，有效保障设备稳定运行与及时维修维护，延长设备使用寿命周期。

2 车辆检修单位探伤设备管理需求

现阶段车辆段对探伤设备的管理，普遍采用操作人员点检和维修人员巡检互控进行设备状态检查之后再进行机能检查校验的工作方式，填写检查记录单和打印机能检查单，机能合格后开工使用[1]。但在实际生产过程中，容易出现以下问题：简化作业、记录填写不规范等现象；纸质记录单存档造成数据无法有效利用；生产过程中现场环境因素对设备的影响不能及时发现和解决导致设备故障，故障判断无法通过工作环境监测数据来排查；车间管理者对故障修复时间不能及时掌握，影响生产进度；车辆检修单位决策者无法通过数据来分析判断产能是否符合预期等。为解决现阶段设备管理存在的问题，以问题为导向引出实际的管理需求。

1）采用信息化手段，改变传统纸质检查单的填报方式，通过移动终端开展点检、巡检、机能检查并存储数据，用于数据检索和分析。

2）采用物联网技术，对操作人员和维修人员进行身份感知识别，并进行检查流程作业互控，实现作业流程标准化。

3）采用传感器技术，实时采集现场环境数据，如温湿度、设备工作电压电流、磁力强度、紫外线光照度等，按照设备工作参数进行配置，设置预警阈值，记录异常情况，用于故障检查与分析[2]。

4）采用网络通信技术，实现并采用故障及时报修、远程停机、自动派单、修复反馈、远程开机等手段，保障设备及时修复投产。

5）将各类数据存储后，可通过数据分析处理，对生产情况、故障情况、检修情况等专项分析，供车间、车辆段、路局生产决策者参考，实现关键设备的信息实时掌握[3]。

3 系统架构与硬件布置

系统架构采用物联网网络架构，由感知层、网络层和应用层组成（见图1）。

图1 系统架构图

感知层主要实现对探伤设备的工作状态及周边环境进行智能感知、信息采集处理和自动控制。通过各类传感器对环境与工况进行采集和分析，如光照/紫外辐照传感器、工作电压电流传感器、磁力传感器、温湿度传感器等，代替操作人员通过手持仪器进行测试和记录。在磁粉探伤设备的关键检修点布置点位RFID标签，由设备的操作人员与维修人员通过标签识别和检查完成规定检修作业工作，同时通过互控操作完成开工前检验。所有传感器、RFID设备以总线方式或物联网通信方式通过硬件中间件进行连接，所有采集数据通过网络上传。

网络层主要实现信息的传递、路由和控制，网络层可依靠已有的铁路办公网、无线局域网、4G/5G移动网络和窄带物联网（Narrow Band Internet of Things，NB-IoT）网络实现感知层和应用层的数据交互。

应用层包括应用基础设施/中间件和各种物联网应用。应用基础设施/中间件为物联网应用提供信息处理、计算等通用基础服务设施、能力及资源调用接口，以此为基础实现物联网在设备管理方面的各种应用，包括相关系统的数据共享、业务调用和移动应用。以探伤设备为例，所涉及的系统除本身的远程监控系统外，还有铁路客车/货车技术管理信息系统（K/HMIS）[4]、设备管理信息系统（EMIS）、绩效考核系统等[3]。

4 主要功能模块设计

系统设计采用C/S和B/S两种体系结构，分别为：探伤设备客户端/数据库服务器（C/S）；远程WEB客户端（含移动APP）/WEB服务器（B/S）。其中探伤设备客户端软件利用设备自有工作站主机进行现场环境数据的采集以及通过互联网接收和发送远程控制指令。远程WEB客户端（含移动APP）通过网络监控设备运行状态，可向受控探伤设备发送远程控制指令，同时也实现操作人员与维修人员的点检与巡检互控以及对探伤设备状态数据进行远程分析和故障诊断等。

1）系统设置。客户端系统设置主要进行设备的参数设置，包含设备的编号、名称、局名称、单位、车间、班组等基本信息，还包括上传数据的目标服务器IP地址、本机监控所采集的数据源路径等。

2）点检与巡检互控。系统设计了以RFID身份感知识别为基础的点检与巡检互控作业模式，确保标准化点检与巡检工作的落实。在点检与巡检要检查的设备关键部位设置RFID标签，按检修规程要求在规定的时间内完成设备检查，同时点检与巡检人员对双方工作内容确认后，设备才可正常开工生产。后台监控软件实时采集探伤设备的日检信息、紫外辐照信息、季检信息、微机操作信息和点检与巡检记录等信息并实时上传，从源头上规范作业流程。

3）故障报修与维修派单。系统分别设计了设备故障报修和维修派单功能，当探伤设备在使用过程中发生故障后，操作人员通过客户端或移动客户端的故障报修功能，将设备信息和故障现象发送到管理部门；管理部门收到故障报修信息后，通过分析该设备的历史数据，确定故障等级，来决定下达停机、检修或整改指令，同时也派单给维修人员。客户端接收到指令后，自动进行设备控制，由设备维修人员进行故障排查与处理。故障处理完毕，由维修人员填写处理结果后，设备恢复正常使用。

4）设备状态浏览。设备状态浏览设计两级浏览模式，一级可直观查看所辖各家单位所有探伤设备的开工状态情况，包含所属单位、车间、设备编号、实时使用状态等信息；二级可查看所选探伤设备当前状态详细情况，包括点检与巡检、日检、季检、环境、设备操作记录等信息。

5）点检与巡检记录。通过该功能，可看到点检人员何时进行的点检或巡检以及监控设备的点检与巡检过程记录。当设备在使用过程中出现故障时，通过点检记录可相应地看到探伤设备点检故障，提醒设备维修人员及时进行检修然后再确认；也可看到点检或巡检确认的时间和人员，可清晰地显示是否在点检与巡检作业上实现了互控，并且对于探伤设备重点检查点的故障一目了然。

6）分类历史数据查询。系统围绕探伤设备工作过程中所产生数据进行大项分类，通过分类历史数据查询可直观看到和分析一个时间段内的设备机能情况、点检与巡检情况、设备操作情况、环境数据、故障报修数据及远程控制指令下发与反馈情况，这些数据经后期分析处理，可对标准化作业执行情况、设备产能、故障诊断与维修起支撑作用。

7）远程控制。该主要功能分为3个部分：一是远程控制指令，用于管理人员根据浏览到的设备机能信息和故障报修信息，来对故障设备发送远程停机指令或强制检修指令；二是反馈查询，用于管理人员浏览远程控制指令的相应情况，判断车间人员是否及时到岗处理相应问题；三是故障查询，用于查询设备的保修基本历史情况，便于管理人员及时掌握设备故障的动态。

5 结论

检修检测类设备管理是铁路车辆检修单位企业管理的重要内容，做好关键设备的管理工作，对于保证企业生产的安全稳定运行、提高劳动生产效率、降低生产成本、增加经济效益、优化生产力布局等方面都具有重要意义。随着物联网技术的发展与进步，通过计算机网络技术、传感器技术、RFID标签识别、图像与视觉识别等技术的融合应用，为相关管理部门提供了远程管理探伤类重点检修检测设备的手段，实现关键设备工作状态的信息实时采集和数据动态分析，有利于检修单位各部门间协同工作和信息管理。目前，该原型系统试用于铁路车辆段的CJW-3000III型荧光磁粉探伤机的设备管理中，系统可随着企业实际生产经营情况进行调整和改造，同样适用于其他关键设备的监控管理。因此，设计基于物联网的铁路车辆探伤设备远程监控系统，对车辆检修单位设备管理能够起到积极的指导作用，具有较好的应用推广前景。