"NI CompactRIO為我們提供了可定制的現(xiàn)成平臺(tái)來(lái)監(jiān)控鐵路基礎(chǔ)設(shè)施，在大大減少了上市時(shí)間的同時(shí)，降低了我們的開(kāi)發(fā)成本。"- Noël Steentjes, Inspectation 

挑戰(zhàn):

開(kāi)發(fā)并部署一款完整的系統(tǒng)，以監(jiān)控鐵路基礎(chǔ)設(shè)施中不同的機(jī)電資產(chǎn)，在確?？煽啃院桶踩缘耐瑫r(shí)最大程度減少停機(jī)時(shí)間。

解決方案:

使用NI CompactRIO硬件與NI LabVIEW系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件來(lái)快速部署靈活而標(biāo)準(zhǔn)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可通過(guò)GPS時(shí)鐘同步多個(gè)通道并通過(guò)3G通信通道向服務(wù)器傳輸數(shù)據(jù)。

作者:

Noël Steentjes - Inspectation

關(guān)于基礎(chǔ)設(shè)施狀態(tài)的現(xiàn)有認(rèn)識(shí)

對(duì)鐵道局、機(jī)場(chǎng)管理局、電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商及工業(yè)公司而言，基礎(chǔ)設(shè)施的可靠性都是一個(gè)主要關(guān)注點(diǎn)。 除了通過(guò)測(cè)量定期檢查資產(chǎn)之外， Inspectation能夠監(jiān)測(cè)資產(chǎn)的長(zhǎng)期趨勢(shì)，從而及早確認(rèn)故障。 因此，我們開(kāi)始開(kāi)發(fā)自己的在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)FlexMonitoring，用于鐵路基礎(chǔ)設(shè)施的軌道、繼電器、岔道、平交道口和信令監(jiān)測(cè)。 這個(gè)堅(jiān)固的自主智能系統(tǒng)能夠記錄多個(gè)事件的時(shí)間戳并測(cè)量各種信號(hào)類型。

鐵路基礎(chǔ)設(shè)施狀態(tài)監(jiān)測(cè)

在我們開(kāi)始開(kāi)發(fā)該系統(tǒng)后不久，荷蘭鐵路擁有者ProRail與我們的客戶VolkerRail 簽訂了大面積范圍的維護(hù)合約。 為此，VolkerRail需要保證鐵路基礎(chǔ)設(shè)施的最低可用性或正常運(yùn)行時(shí)間。 如果實(shí)際正常運(yùn)行時(shí)間高于所承諾的正常運(yùn)行時(shí)間， VolkerRail將獲得獎(jiǎng)金；否則將承擔(dān)高額罰款。 VolkerRail如何交付所要求的正常運(yùn)行時(shí)間是可以協(xié)商的，但在重要軌道、道岔和平交道安裝在線狀態(tài)管理系統(tǒng)是勢(shì)在必行的。

在鐵路網(wǎng)中，有幾個(gè)方面易于出故障，尤其是以下幾項(xiàng)：

引導(dǎo)標(biāo)識(shí)——最常見(jiàn)的故障為燈光不完整，因此我們決定將所有燈泡換成LED燈光
道岔——也稱為尖軌或轉(zhuǎn)換道（將火車引入鐵軌分叉部分的方式），其中包含幾個(gè)繼電器和電動(dòng)機(jī)，將分叉軌道向左或右移動(dòng)。
信令或列車檢測(cè)系統(tǒng)—— 通過(guò)區(qū)間閉塞信號(hào)將鐵軌分為幾個(gè)區(qū)域的常見(jiàn)方法，在這些區(qū)域中，無(wú)論任何時(shí)間，受保護(hù)的自動(dòng)控制系統(tǒng)僅允許一列火車通過(guò)一個(gè)閉塞區(qū)間。

平交道——停止鐵路通行的自動(dòng)路障，包含繼電器、電動(dòng)機(jī)和引導(dǎo)標(biāo)識(shí)。
對(duì)于后面三個(gè)方面，故障通常由機(jī)械因素引起，如道岔上有石頭、繼電器老化、秋冬季節(jié)鐵軌上有導(dǎo)電材料或電動(dòng)機(jī)老化。 通過(guò)進(jìn)行各種測(cè)量以及長(zhǎng)時(shí)間監(jiān)測(cè)，我們就可以了解基礎(chǔ)設(shè)施的狀態(tài)。 通過(guò)自動(dòng)趨勢(shì)分析，我們可以在故障發(fā)生之前確定和檢測(cè)故障，然后通知維護(hù)團(tuán)隊(duì)最有可能的根本原因，由此可以減少修理工作所需的故障停機(jī)時(shí)間。

在線FlexMonitoring系統(tǒng)的要求

如果對(duì)于包含超過(guò)200個(gè)監(jiān)測(cè)單元的設(shè)施，我們認(rèn)為以下要求最為重要：

堅(jiān)固性——由于電纜較長(zhǎng)以及繼電器切換、高壓和電動(dòng)機(jī)不停開(kāi)關(guān)，鐵路基礎(chǔ)設(shè)施通常處在惡劣的電磁環(huán)境中。
上市時(shí)間短——管理系統(tǒng)必須在一年內(nèi)部署并運(yùn)行
集成各種傳感器(如電流傳感器、溫度傳感器、數(shù)字水準(zhǔn)儀)以及以2 kS/s 到 30 kS/s的速率測(cè)量傳感器的能力
在線緩存?zhèn)鞲衅鲾?shù)據(jù)、在線數(shù)據(jù)還原和關(guān)鍵參數(shù)確定
GPS系統(tǒng)同步——傳感器分布在變電站內(nèi)，并連接不同的記錄單元，但這些記錄單元相互之間可能相互關(guān)聯(lián)
所有單元使用同一個(gè)軟件棧，可遠(yuǎn)程升級(jí)并單獨(dú)配置
3G連接，將數(shù)據(jù)通過(guò)蜂窩網(wǎng)絡(luò)傳輸給中央數(shù)據(jù)庫(kù)

系統(tǒng)健康管理

服務(wù)器將所有數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在數(shù)據(jù)庫(kù)中，包含了所有單元和通道的配置。 監(jiān)測(cè)單元需要遠(yuǎn)程更新和配置。 此外，向最終用戶的系統(tǒng)提供主接口的外部服務(wù)器也可使用相關(guān)的數(shù)據(jù)子集。 該服務(wù)器持續(xù)進(jìn)行查詢，以檢測(cè)事件故障模式、顯示趨勢(shì)并向監(jiān)管團(tuán)隊(duì)發(fā)出文本/短信警報(bào)。

FlexMonitoring的實(shí)現(xiàn)

對(duì)于監(jiān)測(cè)單元，我們決定使用 CompactRIO 硬件并以 LabVIEW 系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件為基礎(chǔ)開(kāi)發(fā)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。 我們研究過(guò)其他數(shù)據(jù)記錄器和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，但發(fā)現(xiàn)其中大部分無(wú)法提供足夠高的采樣速率，而且即使采樣速率達(dá)到1 kS/s，也沒(méi)有足夠的緩存能力來(lái)通過(guò)3G通用移動(dòng)通信系統(tǒng)（UMTS）網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)。 有時(shí)，我們的系統(tǒng)可能需要達(dá)到 5 kS/s，甚至是 30 kS/s。因此，工業(yè)PC或NI CompactRIO是唯一可行的方案。 CompactRIO體積小巧且堅(jiān)固，可以集成許多I/O信號(hào)。 而且如果結(jié)合SEA CompactRIO 3G 模塊，即可實(shí)現(xiàn)GPS同步和UMTS通信能力。

由于I/O模塊的帶寬較寬，且變電站的電磁環(huán)境較為惡劣，我們請(qǐng)NI聯(lián)盟伙伴 INCAA Computer B.V. 開(kāi)發(fā)一種帶有I/O輸入保護(hù)電路和監(jiān)控器的接口板卡。 除了NI C 系列模塊，我們還使用SEA GPS和GPRS模塊來(lái)同步系統(tǒng)并通過(guò)無(wú)線蜂窩網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)進(jìn)行通信來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和遠(yuǎn)程升級(jí)。

所有CompactRIO設(shè)備的軟件是通用的。 所有部署的系統(tǒng)采用相同的軟件。 每次安裝時(shí)，通道均可根據(jù)傳感器、特性和測(cè)量類型進(jìn)行遠(yuǎn)程配置。 所有測(cè)量均是由事件驅(qū)動(dòng)。 當(dāng)某一事件發(fā)生時(shí)，如數(shù)字狀態(tài)改變或壓力改變，數(shù)據(jù)記錄就會(huì)被觸發(fā)，數(shù)據(jù)通過(guò)GPS時(shí)鐘進(jìn)行時(shí)間戳標(biāo)記。 每個(gè)通道的測(cè)量情境取決于硬件特性。 對(duì)于某些事件，數(shù)據(jù)會(huì)經(jīng)過(guò)下采樣后傳輸，這樣用戶就可以查看信號(hào)的形狀，更好地理解該事件。

幾個(gè)監(jiān)控裝置負(fù)責(zé)記錄 CompactRIO系統(tǒng)的健康和狀態(tài)，包括通信和GPS信號(hào)強(qiáng)度、內(nèi)存使用和控制柜溫度。 如果發(fā)生錯(cuò)誤（這種可能性非常?。?，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)防止故障并完全重置通信調(diào)制解調(diào)器或CompactRIO設(shè)備。

在服務(wù)器端， LabVIEW應(yīng)用程序負(fù)責(zé)接收數(shù)據(jù)并將其儲(chǔ)存在SQL數(shù)據(jù)庫(kù)中。 應(yīng)用程序可升級(jí)CompactRIO設(shè)備并監(jiān)測(cè)其健康狀態(tài)。 同時(shí)還可將原始數(shù)據(jù)發(fā)送給用戶以便進(jìn)行詳細(xì)的分析。

最后，另一個(gè)服務(wù)器負(fù)責(zé)接收數(shù)據(jù)并運(yùn)行web服務(wù)來(lái)為客戶顯示數(shù)據(jù)。 該服務(wù)器包含不同工具，包括用于數(shù)據(jù)運(yùn)算的計(jì)算工具及帶有警報(bào)的事件處理工具。 這些工具連續(xù)運(yùn)行查詢并檢測(cè)那些作為警報(bào)或報(bào)警條件全天候向監(jiān)控團(tuán)隊(duì)顯示的信號(hào)。 監(jiān)管團(tuán)隊(duì)和維護(hù)人員也可通過(guò)短信/文本信息或電子郵件收到通知。

結(jié)論

該系統(tǒng)現(xiàn)已上線運(yùn)行，我們非常自豪能夠在一年內(nèi)在全國(guó)開(kāi)發(fā)并部署超過(guò)200個(gè)復(fù)雜的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。 我們選擇 CompactRIO 和 LabVIEW 的原因是它們可靈活連接所有必需傳感器類型和信號(hào)處理算法，開(kāi)發(fā)時(shí)間短且我們對(duì)該軟件較為熟悉。

我們正在研究除鐵路基礎(chǔ)設(shè)施之外其他應(yīng)用領(lǐng)域，如航運(yùn)，并嘗試添加其他測(cè)量類型，如可編程序邏輯控制器連接及圖像采集。

作者信息:

Noël Steentjes
Inspectation