轨道交通机电设备的自动化改造及维护管理

王锦谟，邓 成，孙 涛

（安徽粮食工程职业学院，安徽 合肥 230011）

城市中人员的流动与集散都需要轨道交通的运送，同时城市里这些客流集散点又称为城市空间中的集中布局重点，是城市商业的锚固点，依照现代城市建设思路进行延伸，轨道交通的出现实现了城市立体化建设的目标。现阶段我国城市公共交通形式多样、发展迅速，轨道交通在这一众交通方式中具有无可比拟的优势，如节约能源、节约土地、运送量大、受天气影响较小、污染较小、安全快捷等等。轨道交通在这些优势的支撑之下，成为当之无愧的绿色环保交通方式，成为大中城市交通方式的首选。因此轨道交通具有毋庸置疑的先进性特点，但是由于我国城市化建设中一些轨道交通建设时间较早，大多采取人工操作控制的方式，自动化性能较低，降低了机电设备的运行效率，为日常维护工作增加了许多困难。随着我国城市化进程的不断推进，轨道交通机电设备的自动化改造及维护水平需要得到提升，以提高其安全性与稳定性，促进我国轨道交通的整体高质量、安全性运行。

1 轨道交通机电设备维护管理存在的不足

1.1 维护成效低

轨道交通的运行特点可以归纳为以下几个，首先，轨道交通具有较强的运输能力，承载量较大；其次，轨道交通具有较高的准时性，能够保证乘客按时抵达站点；再次，轨道交通的速度较快，因为是轨道通行，避免了路面行车中的许多问题，保障了轨道交通的高速通行；最后，轨道交通具有较高的安全性，作为城市中交通运输的主要方式，其安全性必须得到保证。正是这些强大的特点，使得轨道交通汇总的机电设备负荷较大，长时间运行难以避免会出现设备损耗与老化现象，为保证轨道交通的安全性，就必须及时发现这些问题并迅速解决。轨道交通的机电设备出现的问题一般包含两种，一种是机械故障，其主要是机电设备的零部件长期高负荷运转，造成磨损变形、开裂等问题，为轨道交通的运行带来安全隐患；另一种则是电气故障，这种故障种类较多，其中包含输电线路故障、控制系统故障、电力设备故障等等，因此在进行电气故障的维修过程中，就需要从整体的机电设备体系进行检查，避免在维修中出现设备运行冲突的问题［1］。但在实际的机电设备检修过程中，维修人员将大部分精力放在单个设备维修上面，将侧重点放在单个设备故障排查之中，忽略了故障的起因，可能是由于其他设备运行不当造成的结果，简单地利用排除法进行逐个排查原因，增加了维修时间，影响了维修质量，增加了维修成本。

1.2 维护管理不规范

轨道交通机电设备的自动化改造及维护管理工作中，首先，从人员工作观察可知，个别维护管理人员缺乏安全意识，在监督管理中不能严格执行相关规定和按期进行安全检查，造成一些线路中的机电设备维护不到位。其次，由于现代科技发展迅速，而一些轨道交通机电设备的技术更新不及时，维护管理制度陈旧，与高速发展的轨道交通不匹配，造成维护管理工作的落实不到位。再次，机电设备故障的发生具有不确定性和难以预测性，在日常工作中应当提前做好安全预防措施和设备的准备，定期组织人员进行演练，一旦出现突发状况，可以及时将故障控制在最小范围内，减少对设备故障的深度影响。在进行轨道交通机电设备的维护管理工作中，应当注重对人才的培养和储备，通过日常培训开展技能竞赛等多种形式，不断增强维护管理人员的思想认识，提高安全警觉性，在日常工作中能够兢兢业业、全身心投入其中，从小处入手做好机电设备维护管理工作，从根本上确立维护管理工作的基础地位，只有这样才能保证轨道交通运行通畅。

1.3 管理人员技术水平不高

作为轨道交通机电设备维护管理人员，不能仅仅熟悉管理知识，懂得如何安排小组工作，如何制定工作任务，带领员工顺利完成工作目标。更应当具备熟练的机电设备维修专业技术，甚至较日常维护人员的技术水平更高，这样才能在维修工作中带领员工进行高效率、高质量的工作，在员工中树立威信，成为整个团队的带头人。作为机电维护管理人员，首先应当具有过硬的专业技术，依照规范和工作计划实施日常的维护和管理工作［2］。然而根据对轨道交通机电设备维护管理人员的观察发现，一些管理人员对管理知识一知半解，对机电维修专业技能掌握不精准，在遇到机电设备故障时不能为维修人员提供专业的指导，更没有能力发现维修工作中存在的不足，成为外行指挥内行的典范，为轨道交通机电设备维护工作带来了阻碍。

2 机电设备自动化改造方法

在进行轨道交通机电设备的自动化改造工作中，将主要以轨道交通中的信号电源屏自动化作为范例进行分析，从轨道信号智能化电压环屏的现状作为切入点，从多个方面分析其技术发展的未来趋势。对于信号电源屏在现阶段我国轨道交通中的应用观察，其主要作用在以下几个方面:一是，在轨道交通中发挥现场监测功能，监测交通电源设备以达到发现异常情况，实现自动报警功能。互联网的推广与普及，使得信号电源屏的远程监控发展迅速，能够利用网络传输功能实现图像等信息的远程及内部网络传递，并融合计算机信息技术，对监测到的信息进行记录、存储和管理；二是，在轨道信号智能化电源屏中，其配电系统组成单元主要有负责电源输入和输出的单元、根据收集数据进行智能监测的单元、各种模块单元等。

2.1 改造方法

2.1.1 改造显示屏

在现代轨道交通中，需要针对信号显示屏进行适当程度的调整，既是为保证信号源显示屏能够更加符合实际工作需要，同时也是为了提高机电设备改造的整体工作效率。在这个过程中，需要将不同的电脑进行重组，从而通过组网的模式进行信号的传递与输送，如此不仅能够有效提高数字传送的实际性效果，同时还能够进一步优化数据传送的时效性。对于机电设备系统的指令实现，需要借助电子化的工艺设备开展，如工业自动化系统 SIMATIC 属于当前较为常用的一种技术设备。对于电源屏之间的数据模拟，则需要先进行数据的收集，随后才是进行数据的读取，具体也是根据实际工作的需要进行转换。根据实际工作中机电设备的运行要求，对所搜集的数据利用分区的方式进行存储，同时也引进了触摸屏的方式进行信息的显示。在轨道系统中，机电设备自动化中的显示屏改造中，机电设备的电源系统都配备监控中心，进行实时监控，并且进行数据的管理与存储，实现机电设备运行状态的监管，并能够对故障进行准确及时的分析［3］。并具备预警功能，因此实现了轨道交通中机电设备自动化的控制工作。在我国的轨道交通机电设备电源系统中，使用的是层级式管理，这样的层级式管理采取树状模型的形式，每一个分支中都包含许多更小的分支，这些分支间均为独立运行互不关联的形式。所以在轨道交通机电设备改造中，可以依据现实需求对这些分支进行动态调整，而不会对其他分支造成不良影响。在轨道交通运输中其安全性与高效性十分重要，因此为了保证这两个特性确保轨道交通高质量的运行效果，机电设备采用了热机备份的运行管理形式，在设备中储备了备用电源，以此保障机电设备用电的安全。在轨道交通中，智能电源屏具有着许多优点，如果轨道交通的电力系统发生突发性故障，可以利用智能电源屏进行快速诊断，针对出现的故障及时报警，诊断故障进行维修并做好记录等工作。综合以上内容可知，在现代轨道交通运输机电设备的显示屏改造中，对信号电源屏的改进有着非常重要的意义，能够实现对机电设备的智能化实时控制，降低故障发生频率，提高维修效率，减少排查故障时间，降低维修人力的投入，减轻工作人员压力。

2.1.2 改造电源系统

在现代化轨道交通系统中，电源系统贯穿着每条线路机电设备和监控中心，因此，监控点设置在电源系统之中，就能够采集到机电设备运行中的各类数据，利用计算机进行数据的存储、判断和有效管理，达到对机电设备运行状况严密监测的目标。针对监控点搜集到的数据进行整理和判断，能够准确对设备运行故障做出诊断，及时发出故障警示，由此实现轨道交通系统中机电设备的自动化升级改造目的，将大量的工作人员解脱出来。除此之外，现代化轨道交通系统中电源系统的改造，还可以实行层级管理模式，以此保证机电设备电源的持续稳定供应。因为层级管理模式中，每个层级都囊括了多个独立且互不相干的电源系统，当其中一个电源系统出现问题，不会对其他电源的工作产生影响，由此就可以实现机电设备对电力供应的要求，能够进行自动化调整，从而保证了机电设备用电的安全。铁路信号电源监测系统的总体结构如图1 所示。其中，主控单元可以通过一路RS-485 总线和环境监测模块以及智能信号电源屏进行通讯，对数据进行集中处理，并实现液晶显示、数据打印、故障报警等功能。同时，主控单元还可以通过另一路RS-485 总线同微机监测上位机进行通讯，通过微机设备实现对数据的综合管理。主控单元选用的单片机是Winbond 的W77E516 芯片。系统的软件程序是在Keil C51 集成开发环境下开发的，采用了C 语言与MCS-51 汇编语言混合编程的方法［4］。

图1 系统总体结构

2.1.3 选择智能电源屏

在现代化轨道交通系统中运用智能电源屏，主要有以下两个方面的优点:一是，当机电设备的电源系统出现突发故障，智能电源屏能够自动切断电源，阻止电源不稳定情况下对机电设备造成的损伤，且可以发出故障警报为维修人员的工作提供方便；二是，在现阶段的机电设备中使用了可编程控制器，能够利用主机对机电设备的运行进行监控与管理，实现数据处理与存储功能，提高了机电设备系统整体的自动化水平，达到了机电设备智能化控制的目标［5］。下面以天津铁路信号工厂（简称天津信号厂）、北京北方华为通信技术有限公司（简称华为）、北京电铁通信信号勘测设计院和北京特锐电子科技开发有限公司（简称电铁特锐）的智能电源设备为例，将它们的技术特性比较如表1 所示，供大家参考使用［6］。

表1 天津信号厂、华为、电铁特锐智能电源设备技术特点

2.2 信号电源屏的维护技术

2.2.1 在线监测技术

现在广泛使用的铁路信号智能电源系统中，都有自身的数据监测系统，大多采用西门子公司的S72200 系列PLC 作为采集机，对各个电源屏进行现场贯通、自闭输入电源，各种模块输入输出电压、电流等数据采集、处理、显示和控制［7］。在信号电源屏的运行中，由于长时间的运行难以避免会出现问题，经过长期观察和研究发现，引起电源屏故障的主要原因是电源输入异常，导致电源屏的性能不能达到机电设备工作需求。由此可知在电源的输入和输出过程中做好检查工作，能够有效地降低电源屏故障的发生概率。在日常的维修管理工作中，关注电源的输入输出检测数据，能够判断电源屏的运行状况是否良好。在线路上安装在线监测装置配合继电保护装置的作用，能够判断电源屏功能是否正常。如果在电源屏运行中发生故障，在线监测系统就会立即报警，将故障信息传递至电脑中，为维修工作提供判断的依据。监测系统包括车站管理计算机、各电源屏PLC 监控单元、调制解调器、通信线、远程计算机及打印机等［7］，见图2。

图2 智能电源屏故障监测诊断系统框图

2.2.2 故障诊断和维护

在现代轨道交通系统中机电设备的故障诊断和维护，应当充分发挥信号电源屏的优势，利用其运行中搜集的数据，实现实时的数据整理、保存、分析工作，充分发挥互联网的作用，运用大数据对这些工作参数进行分析，判定是否在工作正常值范围之内，以此作为评估电源屏运行状态的关键因素。对于电源屏的故障警报运用不同等级警示作为区分，有利于维护和管理人员进行故障的判断与参考，便于及时找出故障原因并迅速开展维修工作。

3 轨道交通机电设备自动化改造及维护管理的对策

3.1 制定自动化改造及维护管理计划

由于现阶段我国的轨道交通技术发展迅速，其中机电设备系统具有自动化、高效化和复杂化等特点，在进行机电设备自动化改造和维护管理工作中，必须制定具有科学性、目标性和系统性的维护计划，如此才能够根据相应的步骤展开有效性的维护工作。而且在计划的指导下，我们在进行具体的维护工作开展时，也能够做到目标明确，从而提高轨道交通机电设备维护工作的开展时效。具体的管理和维护过程需要我们结合轨道交通机电设备的自身性能以及特点进行开展，且相关维护人员的自身工作能力也是影响最终机电自动化维护效果的关键［8］。且在进行具体维护工作计划的过程中，还要避免工作计划制定标准过高，管理维护人员无法达到目标要求，影响轨道交通的正常运行。具体而言，可以划分为三个步骤，首先是对当前各个辖区的机电自动化设备进行整理和备案，为后续的维护工作开展奠定基础。只有针对当前的维护设备形成了清晰的划分和设定，才能够有方向和有重点地进行各项设备的维护与改造工作。其次，需要针对当前辖区内的自动化改造设备进行分类，从而明确不同机电设备的维修重点，以便于维护和改造计划的有效性开展。最后，还要对辖区内的设备进行一一核对，确定设备的数量和型号规格等信息的准确性；最后当出现突发故障时应当及时向上级汇报，立即处理将故障损坏降到最低，保证其他设备的安全运行。

3.2 贯彻执行工作计划

轨道交通机电设备自动化改造及维护管理中，首先应当制定符合实际情况的工作计划，对工作中的重点问题和数据进行分析，整理出其中的规律，根据这些内容制定完善的工作计划。计划制定后不能仅仅是打印上墙，而应当严格根据计划中的内容和工作方法去执行，并设立专门的督查小组，对工作计划中需要达成的阶段性目标加大监督力度，利用PDCA 循环管理模式，定期对工作进行观察，及时发现其中出现的问题，针对问题进行改进。使得维护管理人员具有明确的目标性和计划性，以此提升工作计划执行中的效率和质量。

3.3 提升维护人员的技术水平

当轨道交通机电设备自动化改造升级达到一定水平，则应当注重对维护人员专业技能的提高与培训，由于科学技术的不断更新，机电设备自动化水平逐步提高，使得维护人员不能够再墨守陈规，运用陈旧的专业知识应付现阶段先进的自动化设备维护管理工作，这样既增加了维护人员的工作量和工作难度，又为日常轨道交通运行埋下了巨大隐患［9］。因此在实际工作中，对机电设备自动化升级的实际运行情况，应当培养维护人员具备良好的理论基础和较强的操作能力，掌握自动化设备的系统技术，计算机知识以及自动控制技术等等，熟练运用传感技术和机械技术等基本理论知识和实际操作能力，在机电一体化设备的运行、维护工作中大展身手，成为轨道交通自动化管理维护工作中的高等技能型人才。

4 结语

轨道交通经过多年发展，已经成为我国大中型城市中交通运输网络的重要组成部分，构成了城市交通的中心体系，在很多大型城市中更是发展为城市运输的主体网络。因此，轨道交通的发展对城市的经济发展与建设有着积极的推动作用，控制城市轨道交通安全、顺畅运行的机电设备就显得越来越重要。在进行轨道交通的建设与维护工作中，机电设备的自动化程度和日常维护质量，对轨道交通的运输质量和通行效率有着关键性的作用。在科学技术日益发展的今天，在轨道交通中应当注重对机电设备的自动化改造工作，利用自动化优势提高机电设备的运行效率。在对已经完成轨道交通机电设备自动化更新的路段，应当进一步对自动化成果进行完善，从而全面提高轨道交通整体运行中的自动化水平，利用先进的科学技术不断提高轨道交通运营效率和安全。