轨道交通机电设备自动化改造与智能化维护管理

合集下载
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。

轨道交通机电设备自动化改造与智能化
维护管理
摘要:为提高轨道交通机电设备运行质量,分析自动化改造的效果。

本文从
设备改造与系统智能管理两方面进行分析,以系统性阐述机电设备自动化改造方
法与机电系统智能维护管理策略。

从显示屏、电源系统、屏蔽门、空调系统、闸机、电动扶梯几个方面分析自动化改造方法,并结合轨道交通机电设备情况,阐
述智能化维护管理的有关策略。

旨在最大程度提高轨道交通机电系统运行效率,
顺利实现“少人化”“无人化”目标,改善轨道交通运营状况,加快我国轨道交
通事业发展。

关键词:轨道交通;机电设备;自动化改造;智能维护管理
引言:近年来,自动控制、物联网、云计算、大数据人、工智能等新一代信
息技术在轨道交通工程得到广泛应用,改变了机电设备运行模式与管理模式,无
论是机电设备工况条件、使用性能还是管理水平,都得到显著提升。

与此同时,
早期轨道交通机电设备仍旧沿用人工管理模式,机电设备运行期间频繁出现故障
问题,存在潜在的质量安全隐患。

在这一背景下,应加快机电设备自动化改造与
升级,并全面施行智能运维管理模式,提高轨道交通的自动化和智能化水平,推
动我国轨道交通事业迈入全新发展阶段。

1轨道交通机电设备的自动化改造方法
1.1显示屏改造
在轨道交通领域,显示屏设备种类繁多,包括信号电源屏、导向标识显示屏、广告屏,各类显示屏的功能定位、自动化改造需求存在差异,围绕显示屏种类来
制定专项自动化改造方案。

以信号电源屏改造为例,在显示屏内加装控制主机,
保持控制主机与现场传感器、系统后台的信息交互状态,控制主机持续收集整理
现场监测信号,把信号处理结果通过图表形式可视化呈现,复制数据上传至系统
后台数据库内存储,帮助管理人员实时掌握信号电源情况,也可通控制系统来远
程更新显示屏内容。

1.2电源系统改造
电源系统负责连接全部机电设备与多处监控中心,在自动化改造期间,在电
源系统内部安装电流传感器、电压传感器等装置,将其作为监控点,持续收集电
源系统运行数据和周边环境监测信号。

随后,加装PLC控制器作为现场控制机构,控制器本地处理监测信号来掌握机电设备工况条件,基于逻辑程序来输出控制指令,或是把监测信号上传至控制系统后台,系统远程向现场控制机构下达控制指令。

同时,为改善供电效果,实现持续稳定供电目标,采取层级管理模式,把电
源系统分解为若干层级,各层级电源互不关联、独立运行。

如此,当单个或少数
电源系统出现故障问题后,不会干扰剩余电源系统运行,避免出现供电中断、机
电设备大面积瘫痪问题[1]。

1.3屏蔽门改造
屏蔽门是安装在站台区域的一类机电设备,负责包围站台和列车上落空间,
当列车抵达站台后,开启屏蔽门,供乘客上下列车,剩余时间关闭屏蔽门,避免
乘客、工作人员不慎落入轨道。

在屏蔽门改造环节,具体可采取就地控制、站台
控制、火灾模式、系统级控制等控制形式,根据控制形式来确定改造方案。

第一,就地控制。

在屏蔽门结构中加装红外传感器与就地控制盘,通过传感器检测列车
是否抵达站台,确定列车就位后,就地控制盘向电机装置下达控制指令,开启与
闭合屏蔽门。

同时,如果出现列车信号系统故障等突发状况,列车驾驶员可以手
动按下盘面的开关门按钮。

第二,站台控制。

在站台设备控制室内部安装中央接
口盘,在屏蔽门上安装单元控制器,保持接口盘与电源系统同步安装。

后续在轨
道交通运营期间,中央接口盘持续接收列车控制信号,收到开关门指令后,遥控
单元控制器,驱使屏蔽门展开对应动作。

第三,火灾模式。

为确保屏蔽门在火灾
持续期间仍旧保持正常工况,需要在站控室内安装综合备份盘,如果其他控制方
式失效,则启动综合备份盘,自动输出或是手动按下按钮来控制屏蔽门开启、闭合。

第四,系统级控制。

由上位机监控系统远程控制屏蔽门,在屏蔽门上安装单
元控制器,负责持续监测滑动门、应急门、端门等部件的运行工况,执行系统后
台下达的启闭指令,并在发现异常问题后立即反馈给控制系统。

1.4空调系统改造
早期轨道交通工程空调系统普遍采取手动控制方式,长时间维持恒定运行模式,无法准确感知周边环境,不但无法营造人体适宜的温湿度环境,还会消耗过
多电能,导致系统总体能耗水平与用电成本居高不下。

因此,需要对空调系统进
行自动化改造,系统内加装传感器、微处理器与控制器。

其中,传感器负责持续
采集流量、温度、空气湿度、电机转速等参数的监测信号,全面掌握空调系统运
行工况及周边环境情况,如在新风入口、送风管道、站台、列车内部安装温度传
感器。

微处理器负责汇总整理现场监测信号,根据信号处理结果判断空调系统运
行需求,对比判断结果与实际工况,针对性下达参数调控指令,必要时切换其他
运行模式。

控制器包括高压压力开关、低压压力开关等,负责执行微处理器指令,控制空调机组等设备展开特定动作[2]。

1.5闸机改造
早期轨道交通闸机采取刷卡过机方式,乘客在闸机感应区域刷交通卡来记录
信息、开放闸机,从交通卡账户内扣除费用,以此来解决套票问题。

然而,随着
移动支付方式的推广实施,原有的闸机运行模式较为落后,无法满足乘客需求。

因此,需要对闸机进行自动化改造,以增设二维码扫描功能作为改造内容,在闸
机内部嵌入二维码扫描模块,模块采取核心解码技术,可以在复杂环境下迅速识
别屏幕条码,获取乘客信息,并在环境照度过低时提供智能补光。

同时,把自动
闸机接入轨道交通运营管理系统与城市智慧交通平台,持续把二维码扫描信息提
交至系统平台,短时间内完成身份识别、里程统计、自动计费、扣费等多项操作
任务。

1.6电动扶梯改造
老旧型号电动扶梯缺乏环境自适应功能,始终维持恒定运行频率,造成不必
要的电能消耗。

简单来讲,无论乘客是否使用电梯,电动扶梯都会采取完全一致
的运行频率。

因此,为取得理想节能效果,需要对电动扶梯进行自动化改造,由
感应式扶梯取代传统扶梯。

感应式扶梯加装光电感应装置,提前在系统设立多种
运行模式,包括正常运行、减速运行、停止运行等。

在轨道交通运营期间,如果
光电感应装置检测到人体活动,保持正常运行模式,以较高运行频率来转动扶梯。

而在检测到人体离开扶梯工作区域后,自动切换为减速运行模式或是停止运行模式,避免消耗过多电能。

2轨道交通机电设备智能化维护管理策略
2.1设备故障预测与健康管理
轨道交通机电设备的工作环境较为复杂,在机电设备投运使用期间,受到设
备老化、外部环境侵蚀、错误操作行为等因素影响,偶尔出现运行故障,严重时
导致机电设备瘫痪、烧毁,或是引发电气火灾事故。

同时,采取事后管理模式,
很难通过维护保养等常规手段预测故障问题,降低了维护检修工作效率和质量。

因此,需要应用人工智能、大数据等技术手段,搭建设备故障预测系统与健康管
理系统。

第一,设备故障预测系统。

建立机电设备台账,通过传感器持续监测机
电设备运行状态,绘制参数变化曲线与开展仿真实验,推演机电设备在未来一段
时间的运行过程。

如果在实验期间出现超温、短路、谐波污染等故障问题,根据
相关数据来判断故障问题出现概率、危害程度与影响范围,了解故障形成原因,
采取防治处理措施,把故障隐患消弭于无形。

第二,设备健康管理系统。

系统自
动收集机电设备运行数据,管理人员定期把维护保养信息导入系统,对机电设备
相关数据进行集成处理,定期评估机电设备的健康程度,如果判定机电设备老化
严重、不堪使用,或是设备剩余使用价值低于维护成本,向管理人员发送提醒,
将其作为机电设备强制报废依据。

同时,也可以评估机电设备剩余使用寿命,以
评估结果作为运维管理的依据,帮助管理人员准确掌握机电设备实际寿命、理论
寿命的偏差情况,避免做出错误决策。

2.2能源管理
轨道交通机电系统的运行能耗较高,受到控制不及时等因素影响,实际运行
能耗远超正常水准,加重轨道交通运营负担,也违背了我国绿色节能可持续发展
理念。

传统维护管理模式缺乏能源管理意识,没有深入了解能耗过高问题成因与
采取有效改进措施。

对此,需要搭建智慧能源管理系统,开发能耗统计、能耗分析、智能控制三项使用功能。

第一,能耗统计。

在机电设备与电源系统上加装计
量装置,持续计量现场设备的用电量,把计量数据上传至系统后台,统计各专业
系统和总体机电系统的实时用电量,绘制能耗分布图。

如果实际用电量超出预期
水准,则向管理人员发送提醒。

第二,能耗分析。

建立数学分析模型,把现场监
测信号、用电量统计数据导入模型,准确描述机电设备能耗水平超出预期、低于
预期现象的客观形成规律,持续查找能耗水平影响因素,帮助管理人员确定机电
设备运行方案、管理方案的不足[3]。

第三,智能控制。

系统根据能耗深度分析结果,自动改进机电设备控制方案,在不影响功能发挥、满足轨道交通运营需要的
前提下,最大程度降低机电设备能耗水平。

以扶梯控制为例,分析运行频率、能
耗水平二者联系,确定扶梯在减速运行模式下的最佳运行频率。

2.3全息状态感知
机电设备运行工况是维护管理工作的开展依据,为更加全面、准确的掌握机
电设备状态,需要应用自动控制、物联网等技术手段,建立全息状态感知系统。

提前在机电设备周边安装传感器、摄像头、智能计量装置,持续向系统上传现场
监测信号,自动完成信号转换、筛除重复数据等处理操作,把剩余有效数据通过
图件报表形式呈现,帮助管理人员掌握轨道交通机电设备实时运行情况,并把感
知信息作为管理依据[4]。

例如,从视频图像中提取特征值,系统自动统计客流量,如果客流量较高,酌情增加上线列车数量,避免出现人流拥堵情况。

同时,如果
视频画面中发现乘客干预机电设备运行,自动发送报警信号,通过广播系统及时
制止此类行为,并委派工作人员前往现场处理问题、检查机电设备受损情况。

2.4人机交互
机电设备维护管理是一项综合性、专业性较强的活动,尽管人工智能、物联
网等技术手段当前已得到广泛应用,取得显著应用成果,但仍旧无法彻底取代人
工管理模式,管理人员需要完成一些复杂的工作任务,智能维护管理体系的可靠
性略有不足。

因此,为减轻管理负担、提高管理效率,需要开发自主化人机交互
系统,管理人员通过智能移动终端设备访问系统界面,实时掌握各台机电设备运
行状态,远程下达控制指令,把维护管理工作模式由线下管理转变为线上管理。

例如,当机电设备出现运行故障后,系统立即向用户发送报警信号,显示故障设备编号、位置、故障出现前后运行数据等信息,管理人员使用远程通讯系统,就近指挥周边维护人员前往事故现场,争取在最短时间内恢复设备正常工况,减轻设备受损程度,避免因故障问题解决不及时而造成设备烧毁、电气火灾、
2.5辅助维修
为简化机电设备维修流程、提高维修质量,需要搭建辅助维修系统,开发数据统计、深入分析等多项使用功能。

一方面,维修人员手持终端设备,设备界面上显示检修记录、故障代码、故障数据等信息,帮助维修人员了解机电设备故障问题,自动记录维修过程,无需办理故障文件移交、手工记录维修账簿等繁琐程序。

同时,维修人员登录管理系统,查询指定编号机电设备的历史维修数据,判断本次故障与历史故障是否具备内在联系,并把往期维修方案作为维修决策依据[5]。

另一方面,采取离散时间贝叶斯网络算法等智能算法,把机电设备故障数据导入算法,自动生成多套维修方案,开展仿真实验来推演维修过程,从中挑选可行性最高的维修方案,指导维修人员开展现场维修抢修作业。

2.6智能诊断
目前来看,在部分轨道交通领域,已建立智能维护管理体系,全面感知机电设备运行状况,发现异常问题后立即报警,但故障诊断能力较为薄弱,仍旧采取人工诊断方式,诊断周期时间较长,诊断精度受到人为因素影响,导致诊断报告与机电设备故障情况产生出入。

对此,需要建立故障智能诊断系统,运用智能算法来回溯机电设备故障发生过程,准确判断故障类型与形成原因。

在智能诊断期间,系统从历史数据库中调取故障设备过去一段时间的状态信号,把信号导入故障诊断网络模型,描述各项因素对故障事件造成的实际影响,短时间内出具故障诊断报告。

结语:综上所述,自动化、智能化是轨道交通机电设备维护管理体系的未来发展趋势,也是保障机电设备安全平稳运行的重要举措。

轨道交通运营机构必须扭转固有观念意识,对显示屏、电源系统、屏蔽门等重要机电设备进行自动化升
级改造,搭建设备故障预测、健康管理、能源管理等信息化系统,加快机电设备
维护管理体系转型升级步伐,实现智能化管理目标,进一步巩固自动化改造成果。

参考文献:
[1]邵小辉.轨道交通机电设备的自动化改造及维护管理[J].电子元器件与信
息技术,2021,5(04):133-134+137.
[2]张子轩.基于变频技术的地铁机电设备自动化监控系统[J].自动化与仪器
仪表,2021,263(09):124-127+132.
[3]马栋.浅谈轨道交通机电设备自动化技术与互联网智慧融合的实践[J].中
国设备工程,2021,486(22):217-219.
[4]申樟虹,乔志忠,刘潇洋等.城市轨道交通车站机电设备智能运维及能源管
理系统[J].城市轨道交通研究,2022(S2):131-135.
[5]宋小广. 基于BIM的地铁车辆电气系统智能运维技术研究[D].上海工程
技术大学,2020.。

相关文档
最新文档