CN208477321U - 一种铁路真空卸污设备远程运行维护系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种铁路真空卸污设备远程运行维护系统，属于铁路设备智能化技术领域，主要由前端采集系统，数据传输网络系统和数据处理系统组成；前端采集系统与数据传输网络系统连接，数据传输网络系统与数据处理系统连接。通过网络对目前铁路真空卸污系统进行远程诊断和维护，可以减少维护工程师到现场的时间和费用，不仅节约了大量的人力和物力成本，同时也能为客户提供更为快捷的服务，减少客户的损失。

Description

一种铁路真空卸污设备远程运行维护系统

技术领域

本实用新型涉及一种设备远程运行维护系统，特别涉及一种铁路真空卸污设备远程运行维护系统，属于铁路设备智能化技术领域。

背景技术

远程运行维护系统，简称远程运维系统，是在设备整个寿命周期内，通过智能化和网络，实现对设备运行状态的监控，主零部件周期性维护，故障预警。

近几年，以欧美为首的一些发达国家，制造业开始出现一些新的技术趋势，即设备产品智能化、网络化。有效的改善获取的信息质量，以及信息共享方式，提高设备运行效率、揭示生产过程中全过程控制。

随着国家经济实力的增强，大家对环境保护的要求也逐步提高。铁路客运列车的车厢的厕所，已逐渐由原来直接排放向真空集便发展，由此配套的铁路真空卸污设备，拥有量大增，其维护和监控需求，随之而来。

目前铁路真空卸污系统已经覆盖全国18个铁路局，在动车段、客整所、车站等全国100多个站点得到广泛深入应用。现有的真空卸污系统分为2大类，6种类型，且每一类所需要采集的数据具有很大差异，绝大部分卸污中心不具备远程监测管理功能，为后期运营维护管理工作提出了更高的要求。

由于这些设备数量多、分布广，目前无法及时、准确的监控掌握设备的日常运行状态，一旦发生故障，都是通过客户电话报修描述故障现象，客户对故障现象描述不准确、不全面的情况时有发生，导致维护工程师难以对设备故障进行准确诊断，从而增加维护工作的难度，使维修替换备品备件的准备和到现场实施维修工作人员的安排工作无法有针对性的组织和进行。传统的人工报修、现场维护的售后管理模式显然已不能满足竞争越来越激励的市场环境。

因此，为了解决真空卸污系统运行、维护中存在的问题，加强设备运行状态监视；提高维修、维护的及时性和有效性；提高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，针对不同类型的真空卸污设备开展远程运行维护系统研究，提供一种铁路真空卸污设备远程运行维护系统就成为该技术领域急需解决的技术难题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种可以收集和分析设备运行状态信息，及时发现运行问题，利用信息平台实现数据高效、快速处理分析，保证设备正常运行的铁路真空卸污设备远程运行维护系统。

为实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案：

一种铁路真空卸污设备远程运行维护系统，其特征在于：主要由前端采集系统，数据传输网络系统和数据处理系统组成；前端采集系统与数据传输网络系统连接，数据传输网络系统与数据处理系统连接；所述前端采集系统包括数据转换器、采集控制单元、传感装置、嵌入式工控机、报警器、通信模块，所述嵌入式工控机通过数据转换器和铁路真空卸污系统的数据输出口连接，通过采集控制单元与铁路真空卸污系统的传感装置相连接，所述采集控制单元分别与所述传感装置、嵌入式工控机和报警器相连接，所述通信模块分别与嵌入式工控机和数据处理系统相连；所述数据处理系统包括服务器和与之相连接的数据处理中心局域网。

优选地，所述数据处理系统设有防火墙。

优选地，所述通信模块为GPRSDTU通信模块。

优选地，所述传感装置包括温度传感器、湿度传感器、振动传感器或气压传感器。

优选地，所述前端采集系统中铁路真空卸污系统的数据输出口为RS232、RS485 或RJ45网络接口。

优选地，所述前端采集系统设有本地数据存储装置。

优选地，所述数据传输网络系统为GPRS、3G或4G无线数据传输网络系统，所述前端采集系统通过RS485网络接口与GPRS无线数据传输网络系统连接。

优选地，所述GPRS无线数据传输网络系统在一个网段内容纳127个远程传输站点。

优选地，所述GPRS无线数据传输网络系统设置有多个网段，同时并行进行数据远程传输。

本实用新型的优点在于：

(1).本实用新型的真空卸污设备远程运行维护系统通过数据采集终端自动采集真空卸污主机、卸污单元及真空管道的关键部件的运行状态数据以及设备初始状态数据(温度、湿度、震动、气压等)，保存至采集终端设备本地，实时分析状态数据，当其状态数据达到系统设置阈值后，设备发出告警提示。定时通过设备安装站场的 AP或通过公共网络(GPRS、3G、4G)或通过铁路内网(T-MIS)将设备状态数据上传至数据处理中心服务器。

(2).通过数据智能分析系统分析前端数据采集设备上传回来的设备状态数据，定期对真空卸污设备和关键部件的运行状态做健康诊断。及时预报潜在故障，并制定相应维修方案。

(3).通过设备历史故障信息，从设备故障发生地点、时间、部件、参数状态值、故障类型、故障现象等维度进行分析总结，掌握故障发生的诱因，为设备升级改造以及维修提供有力的数据支撑和依据。

(4).通过设备维修更换配件历史数据，从配件种类、更换时间、数量、地点、原因的角度分析总结，掌握配件更换趋势和发展态势，为建立备品备件动态管理机制提供决策支撑。

(5).实现前端数据采集设备实现对外统一接口和通讯协议，对设备提供多样化的接口。

本实用新型的铁路真空卸污设备远程运行维护系统通过建立远程运行维护系统，不仅能够实现对既有真空机组远程监测集中管理系统的兼容，还可以帮助收集和分析设备运行状态信息，及时发现运行问题，利用信息平台实现数据高效、快速处理分析，保证设备正常运行。

通过网络对目前铁路真空卸污系统进行远程诊断和维护，可以减少维护工程师到现场的时间和费用，不仅节约了大量的人力和物力成本，同时也能为客户提供更为快捷的服务，减少客户的损失。

下面通过附图和具体实施方式对本实用新型做进一步说明，但并不意味着对本实用新型保护范围的限制。

附图说明

图1是本实用新型铁路真空卸污设备远程运行维护系统的网络结构示意图。

图2是本实用新型铁路真空卸污设备远程运行维护系统的逻辑结构示意图。

图3是本实用新型铁路真空卸污设备远程运行维护系统中前端采集系统的结构示意图。

主要附图标记说明：

1前端采集系统 2通讯基站

3防火墙 4第一交换机

5第二交换机 6中心服务器

7第一用户 8第二用户

9第三用户

1-1前端采集主机 1-2真空卸污主机

1-3真空管道 1-4数显真空度采集传感器

1-5卸污单元组n 1-6卸污单元组1

具体实施方式

实施例1

如图1所示，是本实用新型铁路真空卸污设备远程运行维护系统的网络结构示意图，其中，1为前端采集系统，2为通讯基站，3为防火墙，4为第一交换机，5 为第二交换机，6为中心服务器，7为第一用户，8为第二用户，9为第三用户；本实用新型的铁路真空卸污设备远程运行维护系统包括前端采集系统1，通讯基站 2，防火墙3，第一交换机4，第二交换机5，中心服务器6，第一用户7，第二用户 8，第三用户9；前端采集系统1通过通讯基站2、防火墙3、第一交换机4和第二交换机5与中心服务器6和第一用户7、第二用户8以及第三用户9相连接。

铁路真空卸污设备远程运行维护系统依托铁路计算机网，动车段、客整所、车站分别建设本地局域网，所有计算机终端连接本地局域网，通过专线通道接入铁路计算机网；同时动车段、客整所、车站部署无线访问接入点(AP，Access Point)，前端采集系统中的终端采集模块通过无线AP连接本地局域网，通过专线通道接入铁路计算机网。

本实用新型铁路真空卸污设备远程运行维护系统由前端采集系统，数据传输网络系统和数据处理系统组成；前端采集系统与数据传输网络系统连接，数据传输网络系统与数据处理系统连接；前端采集系统包括终端采集模块、嵌入式工控机、数据转换器、采集控制单元、传感装置、报警器、通信模块，所述嵌入式工控机通过数据转换器和铁路真空卸污系统的数据输出口连接，通过采集控制单元与铁路真空卸污系统的传感装置相连接，采集控制单元分别与传感装置、嵌入式工控机和报警器相连接，所述通信模块分别与嵌入式工控机和数据处理系统相连；数据处理系统包括服务器和与之相连接的数据处理中心局域网，数据处理系统设有防火墙，通信模块为GPRS DTU通信模块，传感装置包括温度传感器、湿度传感器、振动传感器或气压传感器等，前端采集系统中的数据输出口为232、485或422输出口，前端采集系统设有本地数据存储装置，数据传输网络系统为GPRS、3G或4G无线数据传输网络系统或为铁路内网(T-MIS网络)系统。

如图2所示，是本实用新型铁路真空卸污设备远程运行维护系统的逻辑结构示意图；包括服务器，客户端，控制层和设备层，服务器包括基站，与之相连接的 GPRS DTU通讯模块，GPRS DTU通讯模块通过互联网(Internet)和路由器与远程服务中心相连接，远程服务中心可以短信实时报警，数据处理分析和数据存储；它可以提供本地访问，IE访问和手机APP访问，其中IE访问和手机APP访问针对用户。

如图3所示，是本实用新型铁路真空卸污设备远程运行维护系统中前端采集系统的结构示意图，其中，1-1为前端采集主机，1-2为真空卸污主机，1-3为真空管道，1-4为数显真空度采集传感器，1-5为卸污单元组n，1-6为卸污单元组1；前端采集主机1-1或通过RS485接口与GPRS DTU无线数据传输网络系统连接，或通过铁路内网(T-MIS)连接，所有站点监测的数据打包后上传服务器，前端采集主机 1-1与卸污单元组1(1-6)至卸污单元组n(1-5)之间通过LORA通讯模块相连接，卸污单元组1至卸污单元组n，根据现场实际数量分组，每组一个LORA通讯模块，组内各卸污单元监测点通过485有线通讯连接；前端采集主机1-1与真空管道1-3 之间通过LORA2R1L通讯模块相连接，485通讯转LORA无线连接；真空管道监测共有三套，采用LORA-2Re1L+ZKA-4088-RS或ZKA-4088-LORA；真空管道监测设有数显真空度采集传感器1-4；前端采集主机1-1与真空卸污主机1-2内的检测信号通过485MODBUS/RTU相连接。

采集终端模块兼容设备层RJ45、RS485接口，对外接口为RJ45，通讯协议为 TCP/IP。终端模块通过GPRS经由4G移动通信网以MODBUS协议与服务器通信。采集终端模块集数据采集、数据存储、数据传输于一体。

前端采集主机根据现场条件，或通过RS485接口与GPRS DTU无线数据传输网络系统连接，或通过铁路内网(T-MIS)连接。GPRS DTU无线数据传输网络系统在一个网段内最多容纳127个远程传输站点，必要时GPRS DTU无线数据传输网络系统可设置多个网段，同时并行进行数据远程传输，铁路真空卸污系统中的设备层包括进口双泵大机、进口单泵机组、进口双泵大机小机组、国产双泵机组、国产单泵机组以及真空灌式中心。

本实用新型实施例中，真空卸污设备远程运行维护系统的前端数据采集，选用嵌入式工控机作为现场采集的主控设备，卸污单元及真空管道的关键部件的运行状态数据以及设备初始状态数据(电压、电流、温度、湿度、震动、气压等)，采用市场上可购的工业现场传感器采集，传感器具有和真空卸污设备现场工业运行环境相匹配的防护等级和安全可靠性。

真空卸污设备远程运行维护系统的前端数据采集控制器通过铁路计算机网与数据处理系统的服务器连接，将采集数据上传至数据处理系统的服务器内。当现场不具备铁路计算机网直连条件时，通过RS485总线连接GPRS数据传输模块，数据通过GPRS网络系统中转再上传至数据处理系统的服务器内。

本实用新型实施例的数据传输网络系统使用的是GPRS DTU网络数据传输电台，是一款使用GPRS网络进行串口对串口数据传输的无线网络数据传输电台，集成TCP/IP协议栈，为用户提供全透明点对点及点对多点的数据传输通道，GPRS数传站点，与主机无通信距离限制，采用普通手机卡，无需固定IP，串口到串口双向实时通信，支持一对一及一对多通信，无需申请频点，方便组网，数据保密性高，不易受到干扰，几乎没有通信死角，给用户带来极大方便，在串口设备之间实现数据透明传输，系统集成了TCP/IP协议栈，全透明无线传输，使用RS485接口与前端数据采集控制器连接。

本实用新型的数据传输网络系统，由于真空卸污设备分布在全国18个铁路局的100多个站点(动车段、客整所、车站)，考虑到采集监测的真空卸污设备还会增加，必须考虑数据传输系统能具备足够多的远程网络站点，具备良好的可扩展性和性价比，为此，本实用新型的数据传输网络系统优先选用GPRS数据传输网络系统，最大的优点是充分利用手机运营商的无线网络系统，信号覆盖全国，建站成本低，网络传输速率满足要求。理论上可以在一个网段内容纳127个远程传输站点，但为了提高传输速率，减少系统等待时间，系统可设置多个网段，同时并行进行数据远传。在本系统内，以每增加20-30GPRS远程传输站点，增加一个网段性价比最高，具体配置，可根据实际采集效果调整。

本实用新型的数据处理系统的基础平台层包含了BI数据分析引擎、权限与安全管理、系统设置、工作流管理，数据库的存储与管理，网络安全，应用工程师站等。

(1).BI数据分析引擎、权限与安全管理、系统设置、工作流管理，数据库的存储与管理。根据数据量和业务处理量选择配置服务器，本实用新型选择一台华为FusionServerRH2288H V2-12服务器，BI数据分析引擎、权限与安全管理、系统设置、工作流管理，数据库的存储与管理共用此台服务器。

华为FusionServer RH2288H V2-12服务器配置如下：机架式2U服务器，CPU Intel至强Xeon E5-2609V2，2颗，内存8GB，硬盘接口SATA/SAS/SSD，可配置 12个3.5英寸SAS/SATA和2个2.5寸SAS/SATA/SSD硬盘，每个硬盘标配为1TB，网络接口为双端口千兆网卡+1个管理网络接口，电源为标配1个460W金牌高效电源，支持N+1冗余，散热系统：集成BMC管理模块，4个热插拔的对旋风扇，支持N+1冗余；

(2).数据处理系统中的数据处理中心局域网，采用100M自适应局域网和1000M 自适应局域网混合模式。服务器侧采用1000M自适应局域网，应用程序的工程师站安置在100M自适应局域网，应用程序的工程师站所在的100M自适应局域网也可和用户自己已有的局域网合并互连已方便用户使用。应用程序的工程师站可以是专用也可以直接使用用户的管理计算机。如用户网络是铁路MIS系统，其透传连接需要经过铁路MIS系统的安全审核。

(3).根据网络联通情况和安全要求，配置华为USG6330硬件防火墙。

本实用新型的前端数据采集系统(前端数据采集设备)，采用西门子S7-200 smartPLC做采集系统，通过数据转换器和铁路真空卸污系统的数据输出口连接，通过采集控制单元和温度传感器、湿度传感器、震动传感器、气压传感器等连接，在通过GPRS模块和中心服务器连接。

数据转换器：不同的真空卸污系统可能有不同的RS232、RS485或RJ45网络接口，通过数据转换器可以转换为RS 485接口、统一数据格式，方便工控机接收。

真空卸污设备远程检测站点的前端数据采集设备安装在真空卸污设备主机内，主要由以下部分构成：电源模块、嵌入式工控主机、ZKA-8088-RS、 ZKD-12I12O-RS、现场采集传感器，通讯采用RS 485接口，协议为MODBUS-RTU协议。

真空卸污设备主机采集信号：真空卸污设备主机采集模块使用工控机的485接口，选用的工控机有6个串口，其中RS 232口5个，RS 485口一个，485口是com2 口。

真空管路采集PT202近端真空度、PT203中间段真空度、PT204远端真空度共3 点信号，由于3点信号位置是分离的，因此每点信号需要1套采集模块，每个模块仅需要一点AI输入，由主机侧一个LORA无线模块2R1L和3个ZKA-4088-LORA模块组成。

每点真空管道数据采集设备，主要由以下部分构成：24V电源模块、压力变送器、ZKA-8088-LORA、现场防水控制箱，主机侧的LORA无线模块2R1L和工控主机通过COM1口(RS232)连接，协议为MODBUS-RTU协议。

真空卸污单元对应一个客车车厢一套，根据车站规模，每个站有几十到几百套卸污单元。采用1个LORA总线模块，10个LORA-2R1L子站模块,每个子站模块转 485输出，其下接10套ZKD-8I8O-RS 485串口采集模块。

每100套卸污单元，采用1个LORA总线模块占用工控机一个串口，所选工控机有6个串口，协议为MODBUS-RTU协议。

由于本实用新型的真空卸污设备远程运行维护系统的前端采集设备采用常用标准信号规格，所有模拟量输入的采集信号均通过4-20mA的标准模拟量输入模块采集输入，开关量采用24V DC输入。所采集的温度传感器、湿度传感器、震动传感器、气压传感器等有现成的工业传感器可供选型购买，其品质可靠，无需自行研发。

当GPRS通讯中断时，数据发送接收暂停，自动搜索连接，连上后启动数据发送接收功能。系统在GPRS前端设备上设置定时狗，当一个正常的数据传送结束，通讯数据校验通过，程序自动重置定时狗。当长时间没有成功的通讯时，定时狗动作，自动启动通讯连接，检查通讯是否正常，保证系统在线。

本实用新型的真空卸污设备远程运行维护系统可以对设备运行数据进行分析，比如真空泵、凸轮泵等设备运行时间，可以发出提醒事件，进行润滑油加注，机械密封检查，过滤器更换，定期保养等。尤其是罐式卸污系统设备组成复杂，故障点多，系统运行中的故障报警信息，可以直接反应出设备运行的状态或者设备故障的预警，如：真空罐液位超高，排污泵无过载故障，可以判断出排污泵堵塞、管路堵塞，一旦出现管路堵塞，很可能造成系统功能完全丧失。这样的情况下，设备运行数据，尤其是报警信息的准确性、及时性、有效性尤其重要。

本实用新型的真空卸污设备远程运行维护系统中，通过数据采集终端自动采集卸污单元及真空管道的关键部件的运行状态数据以及设备初始状态数据(温度、湿度、震动、气压等)，通过数据传输网络系统上传保存至数据处理系统，供数据处理系统处理分析设备运行状态，由于远程通讯存在短时通讯失败的可能性，前端采集系统具备一定的本地数据存储能力，当通讯握手信号未返回通讯成功时，系统会自动重发数据。

本实用新型的有益效果：

(1).可以加强设备运行状态监视。

(2).通过网络对目前铁路真空卸污系统进行状态数据实时采集。

(3).通过BI系统对设备状态数据进行挖掘分析，对其运行状态进行健康诊断，实现潜在故障进行预判、告警，及时发现运行问题，减少甚至消除故障/反应式维护的售后管理模式存在。

(4).通过对故障数据的分析，实现通过网络对目前铁路真空卸污系统进行远程诊断和维护，可以减少维护工程师到现场的时间和费用，不仅节约了大量的人力和物力成本，同时也能为客户提供更为快捷的服务，减少客户的损失。

(5).通过对故障现象分析，建立故障维修专家库；建立备品备件动态管理机制，减少品备件动态管理库存积压以及缩短调配周期。

Claims (10)

1.一种铁路真空卸污设备远程运行维护系统，其特征在于：主要由前端采集系统，数据传输网络系统和数据处理系统组成；前端采集系统与数据传输网络系统连接，数据传输网络系统与数据处理系统连接；所述前端采集系统包括数据转换器、采集控制单元、传感装置、嵌入式工控机、报警器、通信模块，所述嵌入式工控机通过数据转换器和铁路真空卸污系统的数据输出口连接，通过采集控制单元与铁路真空卸污系统的传感装置相连接，所述采集控制单元分别与所述传感装置、可编程控制器和报警器相连接，所述通信模块分别与可编程控制器和数据处理系统相连；所述数据处理系统包括服务器和与之相连接的数据处理中心局域网。

2.根据权利要求1所述的铁路真空卸污设备远程运行维护系统，其特征在于：所述数据处理系统设有防火墙。

3.根据权利要求1所述的铁路真空卸污设备远程运行维护系统，其特征在于：所述通信模块为GPRS通信模块。

4.根据权利要求1所述的铁路真空卸污设备远程运行维护系统，其特征在于：所述传感装置包括温度传感器、湿度传感器、振动传感器或气压传感器。

5.根据权利要求1所述的铁路真空卸污设备远程运行维护系统，其特征在于：所述前端采集系统中铁路真空卸污系统的数据输出口为RS232、RS485或RJ45网络接口。

6.根据权利要求1所述的铁路真空卸污设备远程运行维护系统，其特征在于：所述前端采集系统设有本地数据存储装置。

7.根据权利要求1所述的铁路真空卸污设备远程运行维护系统，其特征在于：所述数据传输网络系统为GPRS、3G或4G无线数据传输网络系统，所述前端采集系统通过RS485接口与GPRS无线数据传输网络系统连接。

8.根据权利要求7所述的铁路真空卸污设备远程运行维护系统，其特征在于：所述GPRS无线数据传输网络系统在一个网段内容纳多个远程传输站点。

9.根据权利要求8所述的铁路真空卸污设备远程运行维护系统，其特征在于：所述GPRS无线数据传输网络系统在一个网段内容纳远程传输站点的个数少于127个。

10.根据权利要求7所述的铁路真空卸污设备远程运行维护系统，其特征在于：所述GPRS无线数据传输网络系统设置有多个网段，同时并行进行数据远程传输。