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1   目標和概述

高速鐵路牽引供電系統(tǒng)中下錨補償裝置的重要性不言而喻，如果超出標準值（極限值），將影響行車安全，對供電系統(tǒng)的安全性造成威脅。補償裝置的高度是一個動態(tài)值，一天24小時都會發(fā)生變化，特別是遇到外界特殊天氣（狂風暴雨、冰凍雨雪等），極有可能導(dǎo)致補償裝置出現(xiàn)問題，如果不及時發(fā)現(xiàn)處理，就可能造成惡劣影響。

截至目前，國內(nèi)外對于下錨補償裝置都是人工定期巡檢，查看是否出現(xiàn)超出標準值、卡滯、落地等現(xiàn)象。 這種定期巡檢最大的缺點就是獲取信息不及時，因為在 發(fā)現(xiàn)問題時，問題已經(jīng)產(chǎn)生了。為了彌補獲取信息的不及時，以及避免人為定期巡檢帶來的麻煩，公司研發(fā)了一種下錨補償裝置在線云平臺監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)24小時不間斷實時監(jiān)測，出現(xiàn)極端情況馬上觸發(fā)報警。

2　系統(tǒng)解決方案詳細介紹

2.1　方案介紹

該系統(tǒng)可以監(jiān)測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)通過太陽能供電，采用GPRS實時數(shù)據(jù)傳輸，可充分利用現(xiàn)有資源——中國移動全國范圍的電信網(wǎng)絡(luò)，方便、快 速、低建設(shè)成本為數(shù)據(jù)終端提供遠程接入部署。云平臺 不僅可以監(jiān)測每小時的高度變化，還可以將采集到的數(shù)據(jù)可視化，有效地傳達監(jiān)測信息。適用于城市軌道交 通、高速鐵路等領(lǐng)域，尤其在距離遠的線路上優(yōu)勢更加 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)測系統(tǒng)，通過傳感器實時監(jiān)測補償裝置的高度，將采集到的外界環(huán)境參數(shù)比如溫濕度、風速等數(shù)據(jù)一并傳到后臺服務(wù)器，后臺通過數(shù)據(jù)處理，監(jiān)測平臺以統(tǒng)計圖表的形式將變量展現(xiàn)出來，可以清楚地看到每個補償裝置的變化率和歷史數(shù)據(jù)，進而有針對性地處理超出標準值或有發(fā)展趨勢的補償裝置，達到健康管理的效果。 核心設(shè)備介紹

（1）高精度激光測距傳感器

· 該項目采用高精度的激光測距傳感器作為感知單元；

· 該傳感器支持高精度定時位移測距，支持本地 LED距離顯示；

· 測量量程：0.3m~30m、80m、200m可選；

·測量精度：±1cm和±1mm兩種精度可選；

· 測量頻率：100Hz；

· 自帶繼電器報警輸出；

· 探測角度：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

該主板緊貼項目應(yīng)用需求，采用32位處理器可以在本地實現(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，可同時支持6種不同信號采集形式的傳感器，最多可同時處理8個傳感器數(shù)據(jù)，如：位移、 溫濕度、風力、風速、PM2.5等，該主板還自帶一路繼 電器控制輸出功能，可以通過云平臺進行遠程手動控制，還可根據(jù)計算結(jié)果實現(xiàn)云端或本地自動控制功能， 如聲光報警燈、電機、除濕機、排風扇等自動控制。

（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，支持多種電池類型；

· 提供DC4.2V標準充電接口；

· 支持18V標準太陽能供電；

· 自帶一體化戶外防水機殼；

· 自帶防雷及防水電源開關(guān)設(shè)計；

· 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)備標準容量）

· 輸出電壓：DC12V；

· 輸出最大電流450mA。

（4）高強度一體化移動導(dǎo)軌

該裝置采用高強度國標鋼材設(shè)計，外表面采用鍍鋅處理，具備較好的抗氧化能力，設(shè)計可移動式軌道槽，可以自由移動傳感器的安裝位置，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)整激光傳感器的對應(yīng)角度，該導(dǎo)軌還設(shè)計有太陽能固定裝置、探測主機固定裝置，整體設(shè)計牢固美觀，適用性強。

（5）數(shù)據(jù)管理平臺

數(shù)據(jù)管理平臺是本次設(shè)計的重點環(huán)節(jié)，該平臺采用最新的微服務(wù)架構(gòu)，模塊化設(shè)計，支持兩級授權(quán)、三級 訪問，支持電子地圖和GIS地圖兩種形式，可進行公有云和私有云布署，同時具備大數(shù)據(jù)分析功能，可以通過歷史數(shù)據(jù)分析每個區(qū)段、每個設(shè)備的報警數(shù)據(jù)、故障數(shù) 據(jù)、隱患排名等，還可以對上傳的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行特征值設(shè)置，超過設(shè)置值后，系統(tǒng)會自動發(fā)出報警提示，并可關(guān)聯(lián)對應(yīng)的聯(lián)動裝置，及時作出反饋。

2.3　系統(tǒng)創(chuàng)新

（1）下錨補償裝置實時監(jiān)測系統(tǒng)是國內(nèi)首例將補償裝置與物聯(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)進行健康管理，預(yù)判該補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)測平臺，通過界面切換和調(diào)取數(shù)據(jù)庫可以監(jiān)控多條線，完全滿足城市軌道交通的運營模式和需求。

2.4　技術(shù)優(yōu)勢

（1）獲取下錨補償裝置信息及時、準確，不受環(huán)境影響；

（2）節(jié)省人力和時間，不用現(xiàn)場巡檢，通過人機界面可以在PC端實時監(jiān)測查看，清晰明了；

（3）信息反應(yīng)更加直觀和立體。不僅可以看到每個下錨補償裝置實時監(jiān)測值，通過圖形反應(yīng)24小時的變化情況，還能反映出近期每個補償裝置的整體走 向，對于超出標準值補償裝置，可以通過告警來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，判斷該補償裝置下一步的情況，達到健康管理的目的；

（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態(tài)變化，經(jīng)過實測，精度誤差維持在0.5~1cm，在標準范圍內(nèi)。目前已在44個監(jiān)測點長期運行采集，該領(lǐng)域目前尚屬空白，根據(jù)中鐵推廣計劃，全國高鐵里程目前已經(jīng)超過2.9萬公里，按照每兩公里有4個，至少5.8萬 個，預(yù)計未來市場預(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擔，為鐵路運營安全提供可靠的技術(shù)保證。

摘自《自動化博覽》2021年5月刊