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  • 减速器检测设备

    1  项目背景

    研发的驼峰车辆减速器健康状态智能监测系统,包括项目背景、必要性、功能需求、关键技术和预期效果等。该系统为全路首创,主要由室内操作终端、电力载波通信网络、采集器三部分构成,实现在减速器设备端直接监测减速器的状态信息,包括控制阀各工作腔气压变化、电磁阀电参数、表示接点信号等。操作终端软件通过分析采集到的状态信息可及时发出故障报警,指导设备维修,使设备维修方式从传统计划修和故障修,升级为状态修,节省人力、财力,提高设备运维水平。

    2  项目必要性

    由于减速器在现场设备端没有监测手段,维修方式则采用计划修加故障修,人力资源调配难度高。对于设备的健康状态无从量化,只能大致依靠年限判定,有些站场管理偏于保守,更新换代过快,造成资源浪费;有些管理粗放,导致风险水平偏高。减速器维护时间紧张,信息化手段欠缺成为一个突出问题。要解决必须依靠设备状态的信息化和故障诊断的智能化。随着科技的进步,这些工作的实现具备了充分条件。经技术查新,项目所提及设备现场端的减速器健康状况监测属国内首创。

    3  项目系统架构

    减速器健康状态监测系统总体分为三大部分,见图1。

    (1)室内操作终端:存储和分析现场采集的实时数据;用户查询操作;故障报警和发出辅助维修信息;配置和调试功能等。

    (2)室内外通信:由交换机和载波模块构成,不同站场根据具体条件,实现的方式有所不同。

    (3)采集器:围绕阀箱采集需要的数据,配置了多个气压传感器、电压电流传感器、温湿度传感器等,实现数据采集、临时存储和数据上传。

    图1  监测系统总体架构示意图

    室内操作终端设在电务维修车间的值班室,提供现场数据和维修指导。

    室内操作终端与室外采集器通信通过交换机和载波模块实现,借助既有的控制系统备用电缆,实现电力供应和通信功能,电力载波通信网络可实现多节点挂接以及500米远距离稳定传输,满足监测系统的数据传输需求。见图2。

    图2  通信部分结构示意图

    采集器安装在车辆减速器控制阀箱内,是实现系统采集功能的核心硬件。如图3所示为采集器组成,主要功能包括传感器数据采集、临时存储、数据上传以及辅助维修等。传感器主要包括与控制阀各工作腔相连的气压传感器、制动/缓解电磁阀电压电流传感器、制动/缓解表示接点、温湿度传感器等。采集器采用了FPGA并行处理ADC采集到的传感器数据,保证了数据在时间上的同步性,使得数据中所包含的时间信息也可用于后续分析中,比如动作时间计算等。

    图3  采集器结构示意图

    4  核心技术

    4.1  控制阀气压监测

    采集器输入包括制动/缓解表示接点、5个气压传感器、制动/缓解电磁阀电流传感器(指令电流主要作为计时触发和终止信号)等,采集器实物见图4。技术方案的核心思路是,控制阀5个接口位置高频采集的气压数据,不同的工况下其数据特征是不同的,而且每种工况下数据特征是稳定的、可重复的,因此可以将该数据特征作为判断工况状态的依据。这是一个重要的创新点,经多次验证,测试数据理想,该方案可行。

    图4 减速器控制阀监测模块

        该模块可以实时采集控制阀的气压变化曲线和动作时间等关键数据,既为后期人工智能AI诊断提供大量实时动态数据,也为维修人员直接判断减速器关键参数提供依据,以便初步判断减速器的健康状态。

    5  试验效果

    目前已经完成的研发和试验测试结果表明,实现了系统的设计预期,具备相关功能。具体的内容包括:

    1. 控制阀各接口的气压数据可以采集到,而且采样频率足够高,达到了后续处理的信息密度要求;
    2. 样机在试验平台采集的数据表明,控制阀压力数据的重复性、一致性和可辨识性非常好;
    3. AI故障识别软件的模拟故障数据识别准确率达到95%以上,随着经验数据的不断积累,准确率还能持续提升;

    该系统成熟后,可实现以下功能:

    1. 在线监测控制阀各接口的气压数据、减速器动作时间、动作频次、阀箱内温湿度等;
    2. 实现健康状态预警。设备健康状态数据变化缓慢,但是可以借助统计分析发现状态劣化的蛛丝马迹,及时给出预警信息,提前消除健康隐患;
    3. 及时报警和辅助维修。出现异常情况,根据阈值判断或AI模块判断,可以给出报警信息,要求维修人员及时处理;由于故障分类的细化,在报警的同时,可以给出初步判断和维修建议;
    4. 辅助故障分析和设备改进。当发生故障时,监测系统记录的设备数据可为故障分析提供详实的证据,方便查找确定故障原因。这些数据也为日后改进设备提供第一手的资料;
    5. 该平台成熟应用后,还可以扩展其他维修工作的信息化需要,应用前景广阔。




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