序言：寫作是分享個(gè)人見(jiàn)解和探索未知領(lǐng)域的橋梁，我們?yōu)槟x了1篇的綜合監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)的機(jī)電設(shè)備研究樣本，期待這些樣本能夠?yàn)槟峁┴S富的參考和啟發(fā)，請(qǐng)盡情閱讀。

1研究背景

在2020年中國(guó)城市軌道交通協(xié)會(huì)發(fā)布《中國(guó)城市軌道交通智慧城軌發(fā)展綱要》（以下簡(jiǎn)稱：綱要）后，全國(guó)各地城市紛紛啟動(dòng)城軌智能化和智慧化探索，尤其是城軌車輛智能運(yùn)維方面取得了較多成果和進(jìn)展，但在數(shù)量龐大而價(jià)格低廉的車站機(jī)電設(shè)備方面，試點(diǎn)驗(yàn)證以單設(shè)備增加視頻或傳感元件并搭載特征算法方案居多，投資經(jīng)濟(jì)性不高無(wú)法規(guī)?；茝V。本文通過(guò)對(duì)機(jī)電設(shè)備智能運(yùn)維需求和現(xiàn)有綜合監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)現(xiàn)狀進(jìn)行分析，按照“全息感知、數(shù)據(jù)共享”的理念，提出基于綜合監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)的機(jī)電設(shè)備智能運(yùn)維技術(shù)解決方案，以期為城軌行業(yè)推行車站機(jī)電設(shè)備智能運(yùn)維提供參考和借鑒。

2研究必要性

當(dāng)前城軌行業(yè)車站機(jī)電設(shè)備無(wú)論是自主維修還是委外維修，其運(yùn)維方式本質(zhì)上還是故障維修和計(jì)劃性預(yù)防維修相結(jié)合的方式，導(dǎo)致設(shè)備欠修、過(guò)修、錯(cuò)修和慢修等問(wèn)題長(zhǎng)期存在，浪費(fèi)維修資源，有必要借助智能運(yùn)維技術(shù)尋求一種精準(zhǔn)維修方案。近年來(lái)，產(chǎn)業(yè)界試點(diǎn)的單設(shè)備增加視頻或傳感元件并搭載特征算法的方案，能解決部分運(yùn)維痛點(diǎn)問(wèn)題，但對(duì)數(shù)量龐大而專業(yè)眾多且價(jià)值低廉的車站機(jī)電設(shè)備來(lái)說(shuō)，新增成本投入太高，無(wú)法規(guī)?；茝V，而且無(wú)法整體改變運(yùn)維模式，因此，有必要尋求一種低成本的機(jī)電智能運(yùn)維方案。綜合監(jiān)控系統(tǒng)以工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)架構(gòu)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)機(jī)電設(shè)備的狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)視和遠(yuǎn)程控制，對(duì)實(shí)施智能運(yùn)維所需的全息感知具備天然的接入和傳輸條件。綜合監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)采集有機(jī)電設(shè)備的開(kāi)關(guān)狀態(tài)、故障狀態(tài)、傳感器數(shù)據(jù)，以及系統(tǒng)設(shè)備聯(lián)動(dòng)關(guān)系和操作日志數(shù)據(jù)，可直接利用此類數(shù)據(jù)或經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)挖掘間接利用進(jìn)行智能運(yùn)維應(yīng)用開(kāi)發(fā)，可節(jié)約投資成本和后期運(yùn)維成本。

3地鐵機(jī)電設(shè)備運(yùn)維現(xiàn)狀

3.1　機(jī)電設(shè)備運(yùn)維現(xiàn)狀

車站機(jī)電設(shè)備主要包括環(huán)控通風(fēng)和制冷設(shè)備、低壓配電和照明設(shè)備、給排水系統(tǒng)設(shè)備，以及站臺(tái)門和電扶梯設(shè)備，維修模式為故障維修與計(jì)劃維修相結(jié)合，其中計(jì)劃性預(yù)防維修耗費(fèi)大量人工和物料成本。計(jì)劃性預(yù)防維修規(guī)程的制定目前主要根據(jù)設(shè)備出廠技術(shù)資料、設(shè)備故障規(guī)律和工程師經(jīng)驗(yàn)判斷，而實(shí)際上每臺(tái)設(shè)備工作時(shí)間、工況和工作環(huán)境都不同，同類設(shè)備制定統(tǒng)一計(jì)劃?rùn)z修周期缺乏科學(xué)依據(jù)和數(shù)據(jù)支撐，其維修周期精準(zhǔn)性不足，導(dǎo)致過(guò)度維修和欠維修形成的成本過(guò)高。故障維修是一種事后維修，其發(fā)生機(jī)理和時(shí)間規(guī)律應(yīng)與計(jì)劃性預(yù)防維修時(shí)空數(shù)據(jù)息息相關(guān)，但目前缺乏狀態(tài)檢測(cè)和數(shù)據(jù)分析手段，僅靠人工分析難度較大且效率低，導(dǎo)致維修項(xiàng)目對(duì)設(shè)備故障和狀態(tài)變化針對(duì)性不強(qiáng)，以至于長(zhǎng)期投入無(wú)效維修活動(dòng)。機(jī)電設(shè)備的操作已經(jīng)實(shí)現(xiàn)完全遠(yuǎn)程自動(dòng)化，常見(jiàn)的操控功能也基本實(shí)現(xiàn)模式群組控制和時(shí)間表控制，但設(shè)備管理卻仍然采用傳統(tǒng)的人工臺(tái)賬記錄模式，無(wú)法有效利用維修數(shù)據(jù)資源，無(wú)法快速響應(yīng)設(shè)備新變化，無(wú)法進(jìn)行設(shè)備生命周期高效管理。

3.2　技術(shù)難點(diǎn)

需要機(jī)電設(shè)備數(shù)據(jù)的全息集成采集，形成基于時(shí)空、狀態(tài)和檢修活動(dòng)的機(jī)電設(shè)備大數(shù)據(jù)，而傳統(tǒng)綜合監(jiān)控系統(tǒng)雖然具備大多數(shù)數(shù)據(jù)采集條件，但原設(shè)計(jì)是基于工業(yè)控制設(shè)計(jì)，僅保存報(bào)警數(shù)據(jù)、操作日志數(shù)據(jù)和部分傳感器數(shù)據(jù)，對(duì)設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)和衍生數(shù)據(jù)用于顯示和運(yùn)算邏輯控制后并沒(méi)有保存，因此，需明確基于綜合監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)存儲(chǔ)范圍和格式。綜合監(jiān)控系統(tǒng)是軌道交通車站重要設(shè)備實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，與服務(wù)環(huán)境品質(zhì)、災(zāi)害模式和設(shè)備安全性密切相關(guān)，有嚴(yán)格的接口協(xié)議控制和網(wǎng)域隔離。而機(jī)電設(shè)備智能運(yùn)維系統(tǒng)是輔助管理系統(tǒng)，服務(wù)于維修技術(shù)人員和企業(yè)管理人員，需要與工單和資產(chǎn)管理系統(tǒng)接口，以及員工移動(dòng)端應(yīng)用交互，往往設(shè)置在管理網(wǎng)。因此，如何將不同網(wǎng)域之間數(shù)據(jù)單向安全轉(zhuǎn)發(fā)是必須解決的另一技術(shù)難題。數(shù)據(jù)的應(yīng)用協(xié)同和綜合利用是最為關(guān)鍵的問(wèn)題，如何利用基于綜合監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)輔助決策維修保養(yǎng)周期的制定，如何利用故障數(shù)據(jù)分析指導(dǎo)保養(yǎng)項(xiàng)目的動(dòng)態(tài)優(yōu)化，如何利用典型狀態(tài)參數(shù)變化評(píng)估檢修作業(yè)質(zhì)量，是決定技術(shù)方案成敗的關(guān)鍵，也是價(jià)值所在。

4深圳地鐵基于綜合監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)的智能運(yùn)維實(shí)踐

4.1　綜合監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)上云和數(shù)據(jù)共享服務(wù)方案

4.1.1　綜合監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)上云技術(shù)方案

本文以深圳地鐵11號(hào)線機(jī)場(chǎng)站智慧車站功能升級(jí)科研項(xiàng)目為例，通過(guò)在NOCC中央級(jí)綜合監(jiān)控系統(tǒng)新增M3數(shù)據(jù)接口服務(wù)器，將各車站實(shí)時(shí)I/O數(shù)據(jù)服務(wù)器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行集中清洗處理，并轉(zhuǎn)發(fā)至測(cè)試中心過(guò)渡云平臺(tái)智慧車站數(shù)據(jù)共享服務(wù)器，不同網(wǎng)域之間采用防火墻實(shí)現(xiàn)共享服務(wù)器和數(shù)據(jù)接口服務(wù)器之間點(diǎn)對(duì)點(diǎn)路由控制和隔離，另外，云平臺(tái)側(cè)采用業(yè)務(wù)定向發(fā)布機(jī)制，生產(chǎn)側(cè)采用軟件接口控制，拓?fù)淙鐖D1所示。

4.1.2　數(shù)據(jù)共享服務(wù)技術(shù)方案

通過(guò)在測(cè)試中心過(guò)渡云平臺(tái)安裝虛擬數(shù)據(jù)共享服務(wù)器，搭建數(shù)據(jù)共享服務(wù)軟件平臺(tái)，提供綜合監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口服務(wù)器和智慧車站各第三方運(yùn)維子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接入，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和服務(wù)治理，并提供統(tǒng)一的通用數(shù)據(jù)接口服務(wù)。實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的用戶管理、應(yīng)用管理、數(shù)據(jù)管理、服務(wù)管理，其中，應(yīng)用管理指對(duì)所有接入平臺(tái)的第三方系統(tǒng)庫(kù)表及訪問(wèn)地址等進(jìn)行集中信息管理，服務(wù)管理包括平臺(tái)服務(wù)、外部服務(wù)、路由管理、服務(wù)授權(quán)，數(shù)據(jù)管理包括數(shù)據(jù)庫(kù)和數(shù)據(jù)表的統(tǒng)一管理。本課題已向機(jī)場(chǎng)站區(qū)協(xié)同管理系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)健康管理系統(tǒng)、智慧車站系統(tǒng)和智繪深鐵App（客一通）提供數(shù)據(jù)服務(wù)，功能架構(gòu)如圖2所示。

4.2　基于綜合監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)的智能運(yùn)維實(shí)踐案例

基于綜合監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)主要包括報(bào)警數(shù)據(jù)、操作日志、狀態(tài)數(shù)據(jù)和衍生數(shù)據(jù)4類，本文利用時(shí)空大數(shù)據(jù)和場(chǎng)景大數(shù)據(jù)的理念，共推導(dǎo)驗(yàn)證出18種智能運(yùn)維數(shù)據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景，如圖3所示。本文以區(qū)間排水泵故障智能診斷及健康管理應(yīng)用為例，利用水泵啟停狀態(tài)、運(yùn)行時(shí)間、水位變化、流量值、電流等動(dòng)態(tài)參數(shù)，以及集水坑長(zhǎng)寬高和水泵額定值等靜態(tài)參數(shù)，對(duì)給排水系統(tǒng)進(jìn)行多維數(shù)據(jù)融合分析，加載特征算法，計(jì)算輸出平均入水流量、單泵平均排水流量、單泵平均排水時(shí)間、單泵平均運(yùn)行電流、啟泵間隔等特征參數(shù)，實(shí)現(xiàn)水泵故障診斷、水泵健康度診斷、傳感器異常自診斷及維檢修異常數(shù)據(jù)排查以及綜合診斷功能。在算法流程設(shè)計(jì)及部署過(guò)程中，對(duì)實(shí)時(shí)性要求不高的故障判斷部署于車站服務(wù)器，對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高的故障判斷部署在邊緣智能控制器，診斷完成后結(jié)果直接上傳至服務(wù)器。其中9類故障智能診斷如下：泵輪換機(jī)制故障；浮球卡阻；電氣故障；水泵堵塞/止逆閥堵塞；水泵電機(jī)易損件磨損；消防水管破裂/防洪預(yù)警；止逆閥破損；水泵運(yùn)行實(shí)時(shí)電流異常報(bào)警；水泵控制系統(tǒng)異常報(bào)警。水泵健康度算法采用“啟泵水位，停泵水位，累積運(yùn)行時(shí)間，平均運(yùn)行功率，平均抽水流量，啟泵間隔”作為數(shù)據(jù)輸入，水泵健康度診斷采用參數(shù)加權(quán)重的方法，將權(quán)重分為靜態(tài)權(quán)重和動(dòng)態(tài)權(quán)重2種類型。其中，靜態(tài)權(quán)重說(shuō)明了各個(gè)參數(shù)對(duì)健康度的固定貢獻(xiàn)，一般根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值或者某種機(jī)制來(lái)決定，比如該參數(shù)的變化程度（方差）、某個(gè)時(shí)間內(nèi)該參數(shù)超界發(fā)生故障的次數(shù)等。針對(duì)水泵的運(yùn)行健康度，靜態(tài)權(quán)重一開(kāi)始由專家打分確定，然后在運(yùn)行過(guò)程中，自動(dòng)不斷修正，以反映水泵運(yùn)行的實(shí)際情況。不同參數(shù)在取值不同時(shí)對(duì)設(shè)備健康程度影響有很大差別。當(dāng)參數(shù)值在健康區(qū)域周圍時(shí)，參數(shù)靜態(tài)權(quán)重起主要作用。但是當(dāng)采樣參數(shù)值偏離正常區(qū)域越大，越接近報(bào)警區(qū)間，其對(duì)設(shè)備健康狀態(tài)的影響也越大，呈指數(shù)關(guān)系。區(qū)間排水泵屬軌道交通正線區(qū)間重要設(shè)備設(shè)施，尤其在南方防汛防洪形勢(shì)較為嚴(yán)峻的城市，與列車運(yùn)行安全息息相關(guān)，而且區(qū)間設(shè)備維護(hù)維修不便，因此，通過(guò)技術(shù)手段使健康管理和智能運(yùn)維更加具有現(xiàn)實(shí)意義。

4.3　基于綜合監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)的機(jī)電智能運(yùn)維價(jià)值及趨勢(shì)展望

（1）基于綜合監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)的機(jī)電設(shè)備智能運(yùn)維技術(shù)方案無(wú)需增加太多的傳感設(shè)備，無(wú)須重新增加傳輸設(shè)備，子系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集較為全面，只需在中央級(jí)增加存儲(chǔ)和計(jì)算設(shè)備，逐步開(kāi)展業(yè)務(wù)建模和應(yīng)用開(kāi)發(fā)，整體投入成本較低，后期維護(hù)成本也不高，易于推廣落地。

（2）該方案是對(duì)現(xiàn)有綜合監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)的有效利用，避免數(shù)據(jù)資源浪費(fèi)，而且可對(duì)跨系統(tǒng)、跨網(wǎng)域智能業(yè)務(wù)獲取綜合監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)提供通用統(tǒng)一數(shù)據(jù)和接口服務(wù)，減少接口開(kāi)發(fā)費(fèi)用，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)業(yè)務(wù)的增值價(jià)值。

（3）該方案將加速機(jī)電智能運(yùn)維技術(shù)的推廣落地，將對(duì)下一代綜合監(jiān)控系統(tǒng)功能升級(jí)和技術(shù)架構(gòu)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響，一方面在邊緣接入層將逐步形成兼顧傳統(tǒng)監(jiān)控和智能運(yùn)維的統(tǒng)一數(shù)據(jù)需求及接入標(biāo)準(zhǔn)，另一方面技術(shù)架構(gòu)將向“云邊協(xié)同的運(yùn)控運(yùn)維一體化系統(tǒng)”迭代演進(jìn)，以及數(shù)據(jù)的開(kāi)放性、友好性會(huì)大幅提升。

（4）隨著綜合監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享服務(wù)技術(shù)的成熟推廣，傳統(tǒng)封閉的綜合監(jiān)控系統(tǒng)與設(shè)備檢修管理系統(tǒng)的業(yè)務(wù)閉環(huán)將成為可能，將大大提升管理效率和質(zhì)量。

5結(jié)語(yǔ)

當(dāng)前針對(duì)單專業(yè)設(shè)備和單業(yè)務(wù)場(chǎng)景的城市軌道交通車站機(jī)電設(shè)備智能運(yùn)維技術(shù)方案較多，前期投入和后期維護(hù)成本過(guò)高無(wú)法規(guī)?；茝V。本文提出基于綜合監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)的機(jī)電設(shè)備智能運(yùn)維方案，以綜合監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)上云及共享服務(wù)方案為基礎(chǔ)，利用時(shí)空大數(shù)據(jù)和場(chǎng)景大數(shù)據(jù)的核心理念，創(chuàng)新性地提出機(jī)電設(shè)備智能運(yùn)維18種數(shù)據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景和4項(xiàng)價(jià)值及趨勢(shì)展望，可為城市軌道交通業(yè)主單位和業(yè)界承包商提供參考。作者簡(jiǎn)介：羅昌權(quán)（1978-），男，四川仁壽人，深圳市地鐵集團(tuán)有限公司工程師，研究方向：軌道交通控制技術(shù)和企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型技術(shù)應(yīng)用及趨勢(shì)研究。

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作者:羅昌權(quán) 單位:深圳市地鐵集團(tuán)有限公司