減速器檢測設備

1  項目背景

研發的駝峰車輛減速器健康狀態智能監測系統，包括項目背景、必要性、功能需求、關鍵技術和預期效果等。該系統為全路首創，主要由室內操作終端、電力載波通信網絡、采集器三部分構成，實現在減速器設備端直接監測減速器的狀態信息，包括控制閥各工作腔氣壓變化、電磁閥電參數、表示接點信號等。操作終端軟件通過分析采集到的狀態信息可及時發出故障報警，指導設備維修，使設備維修方式從傳統計劃修和故障修，升級為狀態修，節省人力、財力，提高設備運維水平。

2  項目必要性

由于減速器在現場設備端沒有監測手段，維修方式則采用計劃修加故障修，人力資源調配難度高。對于設備的健康狀態無從量化，只能大致依靠年限判定，有些站場管理偏于保守，更新換代過快，造成資源浪費；有些管理粗放，導致風險水平偏高。減速器維護時間緊張，信息化手段欠缺成為一個突出問題。要解決必須依靠設備狀態的信息化和故障診斷的智能化。隨著科技的進步，這些工作的實現具備了充分條件。經技術查新，項目所提及設備現場端的減速器健康狀況監測屬國內首創。

3  項目系統架構

減速器健康狀態監測系統總體分為三大部分，見圖1。

（1）室內操作終端：存儲和分析現場采集的實時數據；用戶查詢操作；故障報警和發出輔助維修信息；配置和調試功能等。

（2）室內外通信：由交換機和載波模塊構成，不同站場根據具體條件，實現的方式有所不同。

（3）采集器：圍繞閥箱采集需要的數據，配置了多個氣壓傳感器、電壓電流傳感器、溫濕度傳感器等，實現數據采集、臨時存儲和數據上傳。

圖1  監測系統總體架構示意圖

室內操作終端設在電務維修車間的值班室，提供現場數據和維修指導。

室內操作終端與室外采集器通信通過交換機和載波模塊實現，借助既有的控制系統備用電纜，實現電力供應和通信功能，電力載波通信網絡可實現多節點掛接以及500米遠距離穩定傳輸，滿足監測系統的數據傳輸需求。見圖2。

圖2  通信部分結構示意圖

采集器安裝在車輛減速器控制閥箱內，是實現系統采集功能的核心硬件。如圖3所示為采集器組成，主要功能包括傳感器數據采集、臨時存儲、數據上傳以及輔助維修等。傳感器主要包括與控制閥各工作腔相連的氣壓傳感器、制動/緩解電磁閥電壓電流傳感器、制動/緩解表示接點、溫濕度傳感器等。采集器采用了FPGA并行處理ADC采集到的傳感器數據，保證了數據在時間上的同步性，使得數據中所包含的時間信息也可用于后續分析中，比如動作時間計算等。

圖3  采集器結構示意圖

4  核心技術

4.1  控制閥氣壓監測

采集器輸入包括制動/緩解表示接點、5個氣壓傳感器、制動/緩解電磁閥電流傳感器（指令電流主要作為計時觸發和終止信號）等，采集器實物見圖4。技術方案的核心思路是，控制閥5個接口位置高頻采集的氣壓數據，不同的工況下其數據特征是不同的，而且每種工況下數據特征是穩定的、可重復的，因此可以將該數據特征作為判斷工況狀態的依據。這是一個重要的創新點，經多次驗證，測試數據理想，該方案可行。

圖4 減速器控制閥監測模塊

    該模塊可以實時采集控制閥的氣壓變化曲線和動作時間等關鍵數據，既為后期人工智能AI診斷提供大量實時動態數據，也為維修人員直接判斷減速器關鍵參數提供依據，以便初步判斷減速器的健康狀態。

5  試驗效果

目前已經完成的研發和試驗測試結果表明，實現了系統的設計預期，具備相關功能。具體的內容包括：

1. 控制閥各接口的氣壓數據可以采集到，而且采樣頻率足夠高，達到了后續處理的信息密度要求；
2. 樣機在試驗平臺采集的數據表明，控制閥壓力數據的重復性、一致性和可辨識性非常好；
3. AI故障識別軟件的模擬故障數據識別準確率達到95%以上，隨著經驗數據的不斷積累，準確率還能持續提升；

該系統成熟后，可實現以下功能：

1. 在線監測控制閥各接口的氣壓數據、減速器動作時間、動作頻次、閥箱內溫濕度等；
2. 實現健康狀態預警。設備健康狀態數據變化緩慢，但是可以借助統計分析發現狀態劣化的蛛絲馬跡，及時給出預警信息，提前消除健康隱患；
3. 及時報警和輔助維修。出現異常情況，根據閾值判斷或AI模塊判斷，可以給出報警信息，要求維修人員及時處理；由于故障分類的細化，在報警的同時，可以給出初步判斷和維修建議；
4. 輔助故障分析和設備改進。當發生故障時，監測系統記錄的設備數據可為故障分析提供詳實的證據，方便查找確定故障原因。這些數據也為日后改進設備提供第一手的資料；
5. 該平臺成熟應用后，還可以擴展其他維修工作的信息化需要，應用前景廣闊。