趙小軍，徐永孝，郝家耀，張永釗，陳冉，孫磊磊

（1.國能鐵路裝備有限公司準(zhǔn)格爾車輛維修分公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017000；2.鄭州智輛電子科技有限公司，河南 鄭州 450001）

1 問題的提出

隨著鐵路貨物列車高速重載戰(zhàn)略的實施和萬噸組合列車的大量開行，對鐵路貨運檢修工作的要求也越來越高。作為列檢作業(yè)場進行列車技術(shù)檢查作業(yè)時，設(shè)置的安全防護設(shè)備電動脫軌器上、下脫控制必須安全可靠。當(dāng)脫軌器設(shè)備出現(xiàn)故障后，設(shè)備維修人員只能根據(jù)運用車間人員口頭反饋的故障情況憑經(jīng)驗判斷導(dǎo)致故障的原因，攜帶配件到現(xiàn)場進行分析、檢查、處置。運用車間人員反饋的信息存在用詞不專業(yè)、狀態(tài)不全面問題，加上設(shè)備維修人員技術(shù)水平參差不齊，容易導(dǎo)致故障判斷不準(zhǔn)確，所帶配件與故障部件不對應(yīng)，需要返回更換對應(yīng)的配件，設(shè)備故障無法及時排除，影響鐵路的運輸效率。2021 年12 月，國鐵集團印發(fā)了《國鐵集團鐵路營業(yè)線施工管理辦法》，該管理辦法對維修和施工天窗的管理做了精細(xì)調(diào)整，設(shè)備維修天窗時間變短、申請?zhí)齑爸芷谘娱L。在當(dāng)前情況下，脫軌器出現(xiàn)故障后如何通過技術(shù)手段實現(xiàn)對故障原因準(zhǔn)確判斷，幫助維修人員快速高效處置故障顯得尤為迫切。

2 系統(tǒng)組成

集控電動脫軌器系統(tǒng)由值班室監(jiān)控裝置、控制柜、通訊柜、脫軌器裝置、軌邊視頻監(jiān)控裝置、咽喉區(qū)視頻監(jiān)視裝置等設(shè)備組成（圖1）。

圖1 集控電動脫軌器系統(tǒng)組成

3 故障統(tǒng)計分析

從集控電動脫軌器系統(tǒng)組成來對其出現(xiàn)的故障進行分類，大致分為機械部件、電氣控制、網(wǎng)絡(luò)通訊、視頻監(jiān)視、系統(tǒng)線纜、計算機及主控軟件共6 類。

3.1 機械部件故障

機械部件包括脫軌器裝置、安裝裝置、電動轉(zhuǎn)轍機、表示器等，其故障表現(xiàn)主要有脫軌器卡滯或卡死、脫軌器上下緩慢甚至無法到位、轉(zhuǎn)轍機達(dá)子反彈等。

3.2 電氣控制故障

電氣控制部件包括CPU 板、I/O 板、交流接觸器、固態(tài)繼電器、信號控制器、紅白燈板等。其故障表現(xiàn)主要有通訊中斷、脫軌器狀態(tài)檢測失效或異常、脫軌器不動作或動作不到位、要電申請無反應(yīng)、信號燈無故熄滅等。

3.3 網(wǎng)絡(luò)通訊故障

網(wǎng)絡(luò)通訊部件包括光纖交換機、串口服務(wù)器及供電開關(guān)電源等。其故障表現(xiàn)主要有通訊異常、通訊中斷、視頻信號消失等。

3.4 視頻監(jiān)視故障

視頻監(jiān)視部件主要包括視頻服務(wù)器、攝像機、模式切換器及供電開關(guān)電源等。其故障表現(xiàn)主要有某股道或一端視頻信號消失、攝像機白天黑夜模式切換失效、云臺控制無效等。

3.5 系統(tǒng)線纜故障

脫軌器系統(tǒng)線纜主要包括動力電纜、通訊光纜、信號電纜、互控電纜等。其故障表現(xiàn)主要有通訊中斷、互控開關(guān)檢測無效、脫軌器狀態(tài)檢測信號異常等。

3.6 計算機及主控軟件故障

計算機及主控軟件故障表現(xiàn)主要有計算機藍(lán)屏或黑屏、主控程序反應(yīng)遲鈍或卡死、主控程序閃退等。電動脫軌器系統(tǒng)出現(xiàn)故障后，導(dǎo)致故障的原因往往是多方面的，設(shè)備維修技術(shù)人員接到故障反饋后，經(jīng)過簡單分析便攜帶萬用表、網(wǎng)絡(luò)測試儀、兆歐表等專用儀器和相關(guān)配件到現(xiàn)場進行排查處理，對于穩(wěn)定（故障一直存在）的故障，這種方法還可以應(yīng)對，對于那種一會兒出現(xiàn)又能自動恢復(fù)的故障，不能很快確定故障原因解決問題，往往需要多次到現(xiàn)場排查處理才能最終排除故障。因此，需要對現(xiàn)有的電動脫軌器系統(tǒng)進行升級以實現(xiàn)在出現(xiàn)故障后能夠在遠(yuǎn)端（值班室）查看設(shè)備故障信息做出綜合分析判斷，做到在分析處理故障時胸有成竹。

4 遠(yuǎn)程故障診斷技術(shù)方案

設(shè)備維修部門往往要負(fù)責(zé)多個列檢作業(yè)場的設(shè)備日常維護和檢修工作，當(dāng)某個列檢作業(yè)場電動脫軌器系統(tǒng)出現(xiàn)故障后，能夠在動態(tài)值班室就能夠?qū)ΜF(xiàn)場情況充分了解是十分必要，不然就要驅(qū)車到現(xiàn)場排查，故障處置時間自然滯后，因此，首先需要實現(xiàn)遠(yuǎn)程掌握電動脫軌器的狀態(tài)。為了實現(xiàn)遠(yuǎn)程掌握電動脫軌器系統(tǒng)狀態(tài)，需要搭建一套鐵路貨車列檢作業(yè)場電動脫軌器遠(yuǎn)程故障診斷應(yīng)用服務(wù)平臺，應(yīng)用服務(wù)平臺設(shè)計思路從以下三方面進行設(shè)計。即從平臺功能模塊、整體架構(gòu)及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，詳見圖2 ～4。

圖2 服務(wù)平臺功能模塊

圖3 服務(wù)平臺總體架構(gòu)圖

圖4 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

應(yīng)用服務(wù)平臺具備用戶管理、設(shè)備運行狀態(tài)、設(shè)備故障提示、設(shè)備故障臨界分析、設(shè)備故障信息查詢、作業(yè)場信息管理、參數(shù)設(shè)置、通訊狀態(tài)查詢、日志查詢及打印等功能，實現(xiàn)動態(tài)檢修車間可以快速看到設(shè)備故障發(fā)生時的監(jiān)控視頻和當(dāng)時的設(shè)備運行電參量信息。

應(yīng)用服務(wù)平臺總體架構(gòu)從低到高依次為基礎(chǔ)層、傳輸層、監(jiān)控層、支持層和應(yīng)用層。

（1）基礎(chǔ)層。包括列檢作業(yè)場用于采集運行參數(shù)的各類信息設(shè)備包括光纖交換機、串口服務(wù)器、CAN轉(zhuǎn)換器、計算機服務(wù)器。設(shè)備運行控制的電動脫軌器、控制柜、通訊柜等設(shè)備，實現(xiàn)脫軌器控制、檢測、運行，所有電參量的采集、運算分析、報警，電參量的記錄分析及診斷。值班室與現(xiàn)場通信柜各增加一臺光纖交換機，兩臺交換機間使用光纖通訊，通信柜中的光纖交換機根據(jù)現(xiàn)場使用攝像機數(shù)量確定，采用4 塊一光八電端口的KYLAND(KIEN1005A-1S8T-SC40-HV) 交換機。更換現(xiàn)場模擬攝像機為高清網(wǎng)絡(luò)攝像機（iDS-2ZCN2507N(B)，分辨率為1920×1080，白天為彩色晚上為紅外黑白色攝像），網(wǎng)絡(luò)攝像機與現(xiàn)場通信柜中光纖交換機使用鎧裝網(wǎng)線連接。現(xiàn)場，控制柜增加電參量采集模塊。各采集模塊采集的數(shù)據(jù)經(jīng)串口服務(wù)器直接上傳到值班室主控機計算機，再由主控計算機經(jīng)指定傳輸工具MQ 上傳到服務(wù)平臺進行集中保存，建立支持層的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。由于監(jiān)控視頻傳輸需要占用比較高的帶寬，在網(wǎng)絡(luò)允許的情況下，可將完整的視頻上傳到服務(wù)平臺。

（2）傳輸層。傳輸層是整個系統(tǒng)架構(gòu)中的關(guān)鍵層次之一，提供建立、維護和取消傳輸連接的功能，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的可靠傳輸，主要包括局域網(wǎng)控制傳輸、CAN總線傳輸、視頻傳輸?shù)龋枰鲈O(shè)光纖、超五類鎧裝網(wǎng)線及鎧裝屏蔽雙絞線等線材。

（3）監(jiān)控層。監(jiān)控層主要包含值班室主控計算機及程序、視頻監(jiān)視計算機及程序，是整個控制系統(tǒng)的核心。值班室主控程序控制現(xiàn)場電動脫軌器上、下脫。視頻主機實時監(jiān)控并記錄電動脫軌器動作過程，可以讓動態(tài)檢修值班員遠(yuǎn)程直觀地看到脫軌器運行過程狀態(tài)。當(dāng)脫軌器出現(xiàn)故障后，監(jiān)控層將視頻經(jīng)服務(wù)平臺推送至動態(tài)檢修車間，向動態(tài)檢修人員提供過程中脫軌器的圖像信息，增加動態(tài)檢修人員了解故障現(xiàn)象的直觀信息，提高分析問題的準(zhǔn)確性。

（4）支持層。支持層建立在服務(wù)器計算機中，主要包含數(shù)據(jù)庫服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)連接的橋梁及提供數(shù)據(jù)訪問的服務(wù)，是各作業(yè)場采集的各種信息數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)池，為所有應(yīng)用層提供數(shù)據(jù)支持。

（5）應(yīng)用層。應(yīng)用層是直接面對各車間的窗口，是故障診斷提示信息的第一窗口，應(yīng)用層位于最頂層，直接為用戶提供服務(wù)。用戶權(quán)限等級分為三級：第一級為管理員級，平臺所有功能可用。第二級為檢修級，平臺設(shè)備狀態(tài)、通訊狀態(tài)、查詢、統(tǒng)計、分析、推送功能可用。第三級為分公司普通級，平臺查詢、統(tǒng)計功能可用。

通過搭建系統(tǒng)服務(wù)平臺實現(xiàn)了遠(yuǎn)程對脫軌器狀態(tài)的實時掌握。為了實現(xiàn)故障診斷，需要在既有電動脫軌器系統(tǒng)的基礎(chǔ)上對脫軌器供電、主控制回路以及各個股道控制回路的電壓電流等電參量進行采集和分析。在電動脫軌器供電回路、主控制回路及各股道控制回路分別設(shè)置相應(yīng)的高精度電壓、電流傳感器，傳感器輸出信號經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換，由高性能微處理器精確計算出對應(yīng)的各個電參量，電參量信息經(jīng)現(xiàn)場光纖網(wǎng)絡(luò)傳輸至電動脫軌器系統(tǒng)主控計算機。

根據(jù)對電動脫軌器的I/0 模塊、電壓、電流實時采集的電氣參數(shù)信息，在系統(tǒng)上、下脫動作過程中，根據(jù)I/0 模塊狀態(tài)及電氣參數(shù)，自動預(yù)判隱形故障。系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，自動分析故障原因，提供故障處理指導(dǎo)意見。

5 運用效果

具備遠(yuǎn)程故障診斷電動脫軌器系統(tǒng)，經(jīng)過在國能鐵路裝備有限公司準(zhǔn)格爾車輛維修分公司點岱溝列檢作業(yè)場半年多的應(yīng)用，有效提高了設(shè)備檢修工作的效率，設(shè)備故障處置時間比原來縮短50%以上，設(shè)備無故障時間增加了25%，無形中提高了電動脫軌器的安全性、可靠性，減少了因為脫軌器故障對鐵路貨運秩序的影響，提升企業(yè)經(jīng)濟效益，具備一定的推廣價值。