采用灵活的资产监测系统，提高铁路基础设施可用性

对于​基础​设施​状态的​现有​认识

基础设施的可靠性是铁路局、机场管理局、电网运营商和工业公司的关注重点。除了通过测量来定期检查资产外，Inspectation也会顺应对资产进行长期监测的趋势，从而尽早发现故障。因此，我们开始为铁路基础设施开发在线状态监测系统FlexMonitoring，以监测轨道、继电器、道岔、平交道口和信号。该系统坚固耐用、自主且智能，可为多个事件添加时间戳并测量各种信号类型。

铁路基础设施状态监测

在我们着手开发该系统后不久，荷兰铁路运营公司ProRail与我们的客户VolkerRail签订了一份覆盖大范围地理区域的铁路维护合同。根据这份合同，VolkerRail需要保证铁路基础设施的最低可用性或最短正常运行时间。如果VolkerRail能够实现高于承诺的正常运行时间，就可获得奖金；但如果没有达到承诺的正常运行时间，则要支付高额罚款。虽然VolkerRail如何保证所需的正常运行时间是可以协商的，但无论如何，在重要轨道、道岔和平交道口处安装在线状态监测系统是非常有必要的。

在铁路网中，有几个地方容易出现故障，特别是以下几个：

1. 引导标识：最常见的故障是信号灯有缺陷，因此我们决定将所有灯泡更换为LED灯
2. 道岔：有时俗称转辙器（或将火车引到轨道分岔路段的方法），其中包含多个继电器和电动机，用于向左或向右移动道岔轨道
3. 信号或列车检测系统：通过​区间​闭塞​信号​将​轨道​分为​多个​区域​的​常见​方法，​不论任何时候，​受​保护​的​自动​控制​设备​仅​允许​一​列​火车​通过​一个​闭塞​区间。
4. 平交道口：用于阻止道路交通的自动路障，包含继电器、电动机和引导标识

对于后三项，故障通常是由机械问题引起的，例如道岔上的石头、继电器老化、秋冬季轨道上的导电材料或电动机老化。通过多次测量并对其进行长期监测，我们可以了解基础设施的状态。通过自动分析趋势，我们便能够在故障真正发生之前确定和检测故障，并告知维护团队最可能的根本原因，从而减少维修工作期间的停机时间。

在线FlexMonitoring系统的要求

对于​包含​超过​200​个​监测​单元​的​设施，​我们​认为​以下​要求​最为​重要：

• 坚固性：由于电线过长，且继电器不断切换、电压较高以及电机频繁开关，因此铁路基础设施所处的电磁兼容性(EMC)环境较为恶劣
• 产品上市时间短：监测系统必须在一年内部署并运行
• 能够集成各种传感器（例如电流、温度和数字电平传感器），并以不同的速率测量传感器（从2 kS/s到30 kS/s）
• 传感器数据在线缓冲、在线数据缩减及关键参数确定
• 通过GPS进行系统同步：传感器分布在变电站内并连接到不同的记录单元，记录单元之间可以相互关联
• 所有单元共用一个软件栈，可远程升级，且可独立配置
• 3G连接，通过蜂窝网络将数据传输到中央数据库
• 系统运行状况监测

服务器将所有数据存储在数据库中，并包含所有单元和通道的配置。监测单元需要能够远程更新和配置。数据子集还可供外部服务器使用，该服务器负责为最终用户提供系统的主接口。该服务器会不断运行查询，以检测事件故障模式、显示趋势并向监控团队发送文本/短信警报和警告。

FlexMonitoring的实现

对于监测单元，我们决定使用CompactRIO硬件，并基于LabVIEW系统设计软件开发监测系统。我们也调研了其他数据记录系统和监测系统，但发现它们之中大多数无法提供高采样率，或者，即使采样率能够达到1 kS/s，却没有足够的缓冲能力来通过3G通用移动电信系统(UMTS)网络传输数据。我们的系统有时可能需要以5 kS/s甚至高达30 kS/s的速度进行采样；因此，工业PC或NI CompactRIO是仅有的可行解决方案。CompactRIO外形小巧，坚固耐用，并可集成许多I/O信号。当与SEA CompactRIO 3G模块搭配使用时，CompactRIO还可提供GPS同步和UMTS通信功能。

由于I/O模块的宽带较宽且变电站的EMC环境​较​为​恶劣，我们请NI合作伙伴INCAA Computer B.V.开发了一款带有I/O输入保护电路和看门狗的接口板卡。除了NI C系列模块，我们还使用SEA GPS和GPRS模块来同步系统并通过无线蜂窝网络与系统进行通信，以进行数据传输和远程升级。

所有CompactRIO单元中的软件都是通用的。部署的所有系统均共享相同的软件。每次安装时，都可根据传感器类型、特性和测量值对通道进行远程配置。所有测量均为事件驱动。当数字状态变化或电压变化等事件发生时，将开始记录数据并使用GPS时钟为数据添加时间戳。每个通道根据硬件的特性定义测量场景。对于某些事件，数据会经下采样后传输，因此用户可以通过查看信号的形状来更好地了解事件。

多个看门狗装置负责记录CompactRIO系统的运行状况和状态，包括通信和GPS信号强度、内存使用和机柜温度。万一发生错误，系统具有故障防止功能，并可完全重置通信调试解调器或CompactRIO单元。

在服务器端，LabVIEW应用程序负责接收数据并将其存储在SQL数据库中。该应用程序可以升级CompactRIO单元并监测其运行状况。此外，该应用程序还可以将原始数据发送给用户，以便进行详细分析。

最后，我们使用另一台服务器来接收数据并运行Web服务，以向客户显示数据。该服务器包含多种不同的工具，包括用于数据运算的计算器工具以及带有警报功能的事件处理工具。这些工具不断运行查询，检测作为警告或警报条件发出的信号，然后显示给全天候监控团队。团队和维护人员也可通过短信/文本或电子邮件接收通知。

结语

该系统现已启动并运行，对于能够在一年内开发200多个复杂的监测系统并部署至全国各地，我们引以为豪。我们之所以选择CompactRIO和LabVIEW，是因为它们能够灵活地连接所有必要的传感器类型和信号处理算法，而且开发时间短，软件也是我们所熟悉的。

我们正在研究铁路基础设施以外的其他应用领域，例如水路，并纳入其他类型的测量功能，例如可编程逻辑控制器连接和图像采集。

作者信息：

Noël Steentjes
Inspectation
Netherlands
info@inspectation.com

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