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1   目標(biāo)和概述

高速鐵路牽引供電系統(tǒng)中下錨補(bǔ)償裝置的重要性不言而喻，如果超出標(biāo)準(zhǔn)值（極限值），將影響行車安全，對(duì)供電系統(tǒng)的安全性造成威脅。補(bǔ)償裝置的高度是一個(gè)動(dòng)態(tài)值，一天24小時(shí)都會(huì)發(fā)生變化，特別是遇到外界特殊天氣（狂風(fēng)暴雨、冰凍雨雪等），極有可能導(dǎo)致補(bǔ)償裝置出現(xiàn)問(wèn)題，如果不及時(shí)發(fā)現(xiàn)處理，就可能造成惡劣影響。

截至目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)于下錨補(bǔ)償裝置都是人工定期巡檢，查看是否出現(xiàn)超出標(biāo)準(zhǔn)值、卡滯、落地等現(xiàn)象。 這種定期巡檢最大的缺點(diǎn)就是獲取信息不及時(shí)，因?yàn)樵?發(fā)現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，問(wèn)題已經(jīng)產(chǎn)生了。為了彌補(bǔ)獲取信息的不及時(shí)，以及避免人為定期巡檢帶來(lái)的麻煩，公司研發(fā)了一種下錨補(bǔ)償裝置在線云平臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)24小時(shí)不間斷實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，出現(xiàn)極端情況馬上觸發(fā)報(bào)警。

2　系統(tǒng)解決方案詳細(xì)介紹

2.1　方案介紹

該系統(tǒng)可以監(jiān)測(cè)下錨裝置的高度變化，避免下錨裝置出現(xiàn)卡滯、落地等威脅行車安全的情況。該系統(tǒng)通過(guò)太陽(yáng)能供電，采用GPRS實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸，可充分利用現(xiàn)有資源——中國(guó)移動(dòng)全國(guó)范圍的電信網(wǎng)絡(luò)，方便、快 速、低建設(shè)成本為數(shù)據(jù)終端提供遠(yuǎn)程接入部署。云平臺(tái) 不僅可以監(jiān)測(cè)每小時(shí)的高度變化，還可以將采集到的數(shù)據(jù)可視化，有效地傳達(dá)監(jiān)測(cè)信息。適用于城市軌道交 通、高速鐵路等領(lǐng)域，尤其在距離遠(yuǎn)的線路上優(yōu)勢(shì)更加 明顯。

2.2　系統(tǒng)組成

該系統(tǒng)主要包括硬件數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)補(bǔ)償裝置的高度，將采集到的外界環(huán)境參數(shù)比如溫濕度、風(fēng)速等數(shù)據(jù)一并傳到后臺(tái)服務(wù)器，后臺(tái)通過(guò)數(shù)據(jù)處理，監(jiān)測(cè)平臺(tái)以統(tǒng)計(jì)圖表的形式將變量展現(xiàn)出來(lái)，可以清楚地看到每個(gè)補(bǔ)償裝置的變化率和歷史數(shù)據(jù)，進(jìn)而有針對(duì)性地處理超出標(biāo)準(zhǔn)值或有發(fā)展趨勢(shì)的補(bǔ)償裝置，達(dá)到健康管理的效果。 核心設(shè)備介紹

（1）高精度激光測(cè)距傳感器

· 該項(xiàng)目采用高精度的激光測(cè)距傳感器作為感知單元；

· 該傳感器支持高精度定時(shí)位移測(cè)距，支持本地 LED距離顯示；

· 測(cè)量量程：0.3m~30m、80m、200m可選；

·測(cè)量精度：±1cm和±1mm兩種精度可選；

· 測(cè)量頻率：100Hz；

· 自帶繼電器報(bào)警輸出；

· 探測(cè)角度：1.5°；

· 光源類型：一類安全光源（CLASSI）。

（2）邊緣智能數(shù)據(jù)采集主板

該主板緊貼項(xiàng)目應(yīng)用需求，采用32位處理器可以在本地實(shí)現(xiàn)一定的數(shù)據(jù)換算和分析功能，具備10種不同的數(shù)據(jù)接口，支持18位AD采樣，具備千分之一的高精度換算分析功能，可同時(shí)支持6種不同信號(hào)采集形式的傳感器，最多可同時(shí)處理8個(gè)傳感器數(shù)據(jù)，如：位移、 溫濕度、風(fēng)力、風(fēng)速、PM2.5等，該主板還自帶一路繼 電器控制輸出功能，可以通過(guò)云平臺(tái)進(jìn)行遠(yuǎn)程手動(dòng)控制，還可根據(jù)計(jì)算結(jié)果實(shí)現(xiàn)云端或本地自動(dòng)控制功能， 如聲光報(bào)警燈、電機(jī)、除濕機(jī)、排風(fēng)扇等自動(dòng)控制。

（3）小型UPS電源管理主板

· 專為傳感器數(shù)據(jù)采集供電設(shè)計(jì)，支持多種電池類型；

· 提供DC4.2V標(biāo)準(zhǔn)充電接口；

· 支持18V標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)能供電；

· 自帶一體化戶外防水機(jī)殼；

· 自帶防雷及防水電源開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)；

· 支持市電供電及備用電池充放電；

· 最大充電電流：2.4A；

· 電池容量：21,000mA·h（一體化設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)容量）

· 輸出電壓：DC12V；

· 輸出最大電流450mA。

（4）高強(qiáng)度一體化移動(dòng)導(dǎo)軌

該裝置采用高強(qiáng)度國(guó)標(biāo)鋼材設(shè)計(jì)，外表面采用鍍鋅處理，具備較好的抗氧化能力，設(shè)計(jì)可移動(dòng)式軌道槽，可以自由移動(dòng)傳感器的安裝位置，并配有緊固裝置，方便在不同桿體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上調(diào)整激光傳感器的對(duì)應(yīng)角度，該導(dǎo)軌還設(shè)計(jì)有太陽(yáng)能固定裝置、探測(cè)主機(jī)固定裝置，整體設(shè)計(jì)牢固美觀，適用性強(qiáng)。

（5）數(shù)據(jù)管理平臺(tái)

數(shù)據(jù)管理平臺(tái)是本次設(shè)計(jì)的重點(diǎn)環(huán)節(jié)，該平臺(tái)采用最新的微服務(wù)架構(gòu)，模塊化設(shè)計(jì)，支持兩級(jí)授權(quán)、三級(jí) 訪問(wèn)，支持電子地圖和GIS地圖兩種形式，可進(jìn)行公有云和私有云布署，同時(shí)具備大數(shù)據(jù)分析功能，可以通過(guò)歷史數(shù)據(jù)分析每個(gè)區(qū)段、每個(gè)設(shè)備的報(bào)警數(shù)據(jù)、故障數(shù) 據(jù)、隱患排名等，還可以對(duì)上傳的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行特征值設(shè)置，超過(guò)設(shè)置值后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)發(fā)出報(bào)警提示，并可關(guān)聯(lián)對(duì)應(yīng)的聯(lián)動(dòng)裝置，及時(shí)作出反饋。

2.3　系統(tǒng)創(chuàng)新

（1）下錨補(bǔ)償裝置實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是國(guó)內(nèi)首例將補(bǔ)償裝置與物聯(lián)網(wǎng)結(jié)合的案例，符合牽引供電系統(tǒng)整體的發(fā)展方向；

（2）利用前沿的智能算法及大數(shù)據(jù)進(jìn)行健康管理，預(yù)判該補(bǔ)償裝置下一步可能出現(xiàn)的情況，防患于未然；

（3）該系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)平臺(tái)，通過(guò)界面切換和調(diào)取數(shù)據(jù)庫(kù)可以監(jiān)控多條線，完全滿足城市軌道交通的運(yùn)營(yíng)模式和需求。

2.4　技術(shù)優(yōu)勢(shì)

（1）獲取下錨補(bǔ)償裝置信息及時(shí)、準(zhǔn)確，不受環(huán)境影響；

（2）節(jié)省人力和時(shí)間，不用現(xiàn)場(chǎng)巡檢，通過(guò)人機(jī)界面可以在PC端實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)查看，清晰明了；

（3）信息反應(yīng)更加直觀和立體。不僅可以看到每個(gè)下錨補(bǔ)償裝置實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)值，通過(guò)圖形反應(yīng)24小時(shí)的變化情況，還能反映出近期每個(gè)補(bǔ)償裝置的整體走 向，對(duì)于超出標(biāo)準(zhǔn)值補(bǔ)償裝置，可以通過(guò)告警來(lái)獲取位置和偏離高度；

（4）可以挖掘數(shù)據(jù)，結(jié)合歷史數(shù)據(jù)和外界環(huán)境因素等利用智能算法分析數(shù)據(jù)走向，判斷該補(bǔ)償裝置下一步的情況，達(dá)到健康管理的目的；

（5）應(yīng)用范圍廣，可以應(yīng)用在高速鐵路牽引供電系統(tǒng)，也可以應(yīng)用在城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)中。

3　代表性及推廣價(jià)值

該系統(tǒng)的首套裝置已在高鐵線路中得到應(yīng)用，結(jié)合采集的數(shù)據(jù)和曲線圖，符合下錨裝置一天的動(dòng)態(tài)變化，經(jīng)過(guò)實(shí)測(cè)，精度誤差維持在0.5~1cm，在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。目前已在44個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)長(zhǎng)期運(yùn)行采集，該領(lǐng)域目前尚屬空白，根據(jù)中鐵推廣計(jì)劃，全國(guó)高鐵里程目前已經(jīng)超過(guò)2.9萬(wàn)公里，按照每?jī)晒镉?個(gè)，至少5.8萬(wàn) 個(gè)，預(yù)計(jì)未來(lái)市場(chǎng)預(yù)期將突破10億產(chǎn)值，此方案的投入使用，大量降低鐵路巡檢工作的負(fù)擔(dān)，為鐵路運(yùn)營(yíng)安全提供可靠的技術(shù)保證。

摘自《自動(dòng)化博覽》2021年5月刊