一种铁路真空卸污设备数据采集系统的制作方法

本实用新型涉及一种铁路真空卸污设备数据采集系统，用于铁路真空卸污设备远程运行维护系统，属于铁路设备智能化技术领域。

背景技术：

远程运行维护系统，简称远程运维系统，是在设备整个寿命周期内，通过智能化和网络，实现对设备运行状态的监控，主零部件周期性维护，故障预警。

近几年，以欧美为首的一些发达国家，制造业开始出现一些新的技术趋势，即设备产品智能化、网络化。有效的改善获取的信息质量，以及信息共享方式，提高设备运行效率、揭示生产过程中全过程控制。

随着国家经济实力的增强，大家对环境保护的要求也逐步提高。铁路客运列车的车厢的厕所，已逐渐由原来直接排放向真空集便发展，由此配套的铁路真空卸污设备，拥有量大增，其维护和监控需求，随之而来。

目前铁路真空卸污系统已经覆盖全国18个铁路局，在动车段、客整所、车站等全国100多个站点得到广泛深入应用。现有的真空卸污系统分为2大类，6种类型，且每一类所需要采集的数据具有很大差异，绝大部分卸污中心不具备远程监测管理功能，为后期运营维护管理工作提出了更高的要求。

由于这些设备数量多、分布广，目前无法及时、准确的监控掌握设备的日常运行状态，一旦发生故障，都是通过客户电话报修描述故障现象，客户对故障现象描述不准确、不全面的情况时有发生，导致维护工程师难以对设备故障进行准确诊断，从而增加维护工作的难度，使维修替换备品备件的准备和到现场实施维修工作人员的安排工作无法有针对性的组织和进行。传统的人工报修、现场维护的售后管理模式显然已不能满足竞争越来越激励的市场环境。

因此，为了解决真空卸污系统运行、维护中存在的问题，加强设备运行状态监视；提高维修、维护的及时性和有效性；提高售后服务水平和满意度，确保系统的正常运行，为铁路运营提供有力的保障，针对不同类型的真空卸污设备开展远程运行维护系统研究，提供一种铁路真空卸污设备远程运行维护系统用的铁路真空卸污设备数据采集系统就成为该技术领域急需解决的技术难题。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种可以收集和分析设备运行状态信息，及时发现运行问题，利用信息平台实现数据高效、快速处理分析，保证设备正常运行的铁路真空卸污设备远程运行维护系统用的铁路真空卸污设备数据采集系统。

为实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案：

一种铁路真空卸污设备数据采集系统，其特征在于：主要由数据转换器、采集控制单元、传感装置、嵌入式工控机、GPRS DTU模块和报警器组成，所述嵌入式工控机通过数据转换器和铁路真空卸污设备的数据输出口连接，嵌入式工控机与采集控制单元相连接，所述采集控制单元分别与所述传感装置和报警器相连接，嵌入式工控机与GPRS DTU模块相连，所述数据转换器、采集控制单元、传感装置、嵌入式工控机和报警器组成前端数据采集终端。

嵌入式工控机通过GPRS DTU模块与数据处理中心通讯连接，上传采集数据，接收控制指令，数据处理中心接收前端数据采集终端的上传的数据，分析、处理、存储。

优选地，所述传感装置包括温度传感器、湿度传感器、振动传感器、气压传感器、电压传感器或电流传感器等。

优选地，所述铁路真空卸污设备的数据输出口为RS232、RS485或RJ45网络接口。

优选地，所述铁路真空卸污设备数据采集系统还设有本地数据存储装置。

优选地，所述采集控制单元包括采集终端模块。

优选地，所述采集终端模块兼容设备层RJ45、RS-485接口。

优选地，所述采集终端模块对铁路真空卸污设备接口为RJ45。

优选地，所述采集终端模块对铁路真空卸污设备通讯协议为TCP/IP。

本实用新型的优点在于：

(1).本实用新型的铁路真空卸污设备数据采集系统自动采集卸污单元及真空管道的关键部件的运行状态数据以及设备初始状态数据(温度、湿度、震动、气压等)，保存至采集终端设备本地，实时分析状态数据，当其状态数据达到系统设置阀值后，设备发出告警提示。定时通过公共网络(GPRS、3G、4G)或铁路内网(T-MIS网络)将设备状态数据上传至数据处理中心服务器。

(2).通过数据处理中心智能分析系统分析前端数据采集设备上传回来的设备状态数据，定期对真空卸污设备和关键部件的运行状态做健康诊断，及时预报潜在故障，并制定相应维修方案。

(3).通过设备历史故障信息，从设备故障发生地点、时间、部件、参数状态值、故障类型、故障现象等维度进行分析总结，掌握故障发生的诱因，为设备升级改造以及维修提供有力的数据支撑和依据。

(4).通过设备维修更换配件历史数据，从配件种类、更换时间、数量、地点、原因的角度分析总结，掌握配件更换趋势和发展态势，为建立备品备件动态管理机制提供决策支撑。

(5).实现数据采集设备对外统一接口和通讯协议，对设备提供多样化的接口。

本实用新型的铁路真空卸污设备数据采集系统不仅能够实现对既有真空机组远程监测集中管理系统的兼容，还可以帮助收集和分析设备运行状态信息，及时发现运行问题，利用信息平台实现数据高效、快速处理分析，保证设备正常运行。

下面通过附图和具体实施方式对本实用新型做进一步说明，但并不意味着对本实用新型保护范围的限制。

附图说明

图1是应用本实用新型铁路真空卸污设备数据采集系统的铁路真空卸污设备远程运行维护系统的结构示意图。

主要零部件名称：

1 数据中心处理服务器 2 真空卸污系统主机智能控制中心

3 数据转换器 4 嵌入式工控机

5 电量传感器 6 温度传感器

7 湿度传感器 8 振动传感器

9 前端数据采集控制单元 10 报警器

11 第n卸污单元状态 12 Internet公网或铁路内网

13 GPRS DTU模块 14 第一真空管道数据

15 第n真空管道数据 16 第一卸污单元状态

具体实施方式

实施例1

如图1所示，是应用本实用新型铁路真空卸污设备数据采集系统的铁路真空卸污设备远程运行维护系统的结构示意图，其中，1为数据中心处理服务器，2为真空卸污系统主机智能控制中心，3为数据转换器，4为嵌入式工控机，5为电量传感器，6为温度传感器，7为湿度传感器，8为振动传感器，9为前端数据采集控制单元，10为报警器，11为第n卸污单元状态，12为Internet公网或铁路内网，13为GPRS DTU模块(GPRS DTU是一种物联网无线数据终端，利用公用运营商网络GPRS网络(又称G网)为用户提供无线长距离数据传输功能.采用高性能的工业级8/16/32位通信处理器和工业级无线模块，以嵌入式实时操作系统为软件支撑平台，同时提供RS232和RS485(或RS422)接口，可直接连接串口设备，实现数据透明传输功能)，14为第一真空管道数据，15为第n真空管道数据，16为第一卸污单元状态；铁路真空卸污设备远程运行维护系统由铁路真空卸污设备数据采集系统，GPRS DTU模块13、Internet公网12(数据传输网络系统)和数据中心处理服务器1(数据处理系统)组成；铁路真空卸污设备数据采集系统与GPRS DTU模块13(数据传输网络系统)连接，GPRS DTU模块13通过Internet公网12与数据中心处理服务器1连接；铁路真空卸污设备数据采集系统包括嵌入式工控机4、数据转换器3、前端数据采集控制单元9、真空卸污系统主机智能控制中心2、振动传感器8、温度传感器6、湿度传感器7、电量传感器5和报警器10，嵌入式工控机4通过数据转换器3与铁路真空卸污系统主机中的真空卸污系统主机智能控制中心2的数据输出口连接，嵌入式工控机4与前端数据采集控制单元9相连接，前端数据采集控制单元9与报警器10相连接，前端数据采集控制单元9分别与铁路真空卸污系统的振动传感器8、温度传感器6、湿度传感器7、电量传感器5等相连接；嵌入式工控机4通过GPRS DTU模块13和Internet公网12与数据中心处理服务器1(数据处理系统)相连。

数据中心处理服务器1(数据处理系统)包括服务器和与之相连接的数据处理中心局域网，数据中心处理服务器(数据处理系统)设有防火墙，铁路真空卸污设备数据采集系统的数据输出口为RS232、RS485或RJ45网络接口，铁路真空卸污设备数据采集系统设有本地数据存储装置，数据传输网络系统可以是GPRS、3G或4G无线数据传输网络系统，也可以是铁路计算机网在具有铁路计算机网接入条件的地方，优先采用铁路计算机网。

前端数据采集控制单元9包括采集终端模块，兼容设备层RJ45、RS-485接口，采集终端模块对铁路真空卸污设备接口为RJ45，采集终端模块对铁路真空卸污设备通讯协议为TCP/IP，采集终端模块通过GPRS DTU模块经由4G移动通信网以MODBUS协议与数据中心处理服务器(数据处理系统)通信，采集终端模块集数据采集、数据存储、数据传输于一体。

铁路真空卸污设备数据采集系统通过RS485接口与GPRS DTU模块(无线数据传输网络系统)连接，GPRS DTU模块(无线数据传输网络系统)在一个网段内容纳多个(少于127个)远程传输站点，可设置多个网段，同时并行进行数据远程传输，铁路真空卸污系统中的设备层包括进口双泵大机、进口单泵机组、进口双泵大机小机组、国产双泵机组、国产单泵机组以及真空灌式中心。

如图1所示，嵌入式工控机4可以远程采集：第一真空管道数据14，第n真空管道数据15；第一卸污单元状态16，第n卸污单元状态11；或其它远程设备的数据。

铁路真空卸污设备远程运行维护系统依托铁路计算机网，动车段、客整所、车站分别建设本地局域网，所有计算机终端连接本地局域网，通过专线通道接入铁路计算机网；同时动车段、客整所、车站部署无线访问接入点(AP，Access Point)，铁路真空卸污设备数据采集系统中的终端采集模块通过无线AP连接本地局域网，通过专线通道接入铁路计算机网。

除非特别说明，本实用新型中所用零部件均应用市场上可购的工业级常规零部件。

本实施例中，嵌入式工控机是现场采集的主控设备，卸污单元及真空管道的关键部件如振动传感器、温度传感器、湿度传感器、报警器等(用于采集运行状态数据以及设备初始状态数据如电压、电流、温度、湿度、振动、气压等)采用市场上可购的工业现场传感器，各传感器具有和真空卸污设备现场工业运行环境相匹配的防护等级和安全可靠性。

嵌入式工控机与GPRS DTU模块通过485总线连接，数据通过GPRS网络系统上传至数据处理中心服务器。

本实用新型实施例的GPRS模块DTU(数据传输网络系统)使用的是GDS310D网络数据传输电台，是一款使用GPRS网络进行串口对串口数据传输的无线网络数据传输电台，集成TCP/IP协议栈，为用户提供全透明点对点及点对多点的数据传输通道，GPRS数传站点，与主机无通信距离限制，采用普通手机卡，无需固定IP，串口到串口双向实时通信，支持一对一及一对多通信，无需申请频点，方便组网，数据保密性高，不易受到干扰，几乎没有通信死角，给用户带来极大方便，在串口设备之间实现数据透明传输，系统集成了TCP/IP协议栈，全透明无线传输，使用RS485接口与嵌入式工控机连接。

本实用新型的GPRS DTU模块(数据传输网络系统)，由于真空卸污设备分布在全国18个铁路局的100多个站点(动车段、客整所、车站)，考虑到采集监测的真空卸污设备还会增加，必须考虑数据传输系统能具备足够多的远程网络站点，具备良好的可扩展性和性价比，为此，本实用新型在具备连入铁路内网时优先选用铁路内网，优点是无需支付运行费用，传输带宽可以满足要求；在不具备条件时，优先选用GPRS DTU模块(数据传输网络系统)，最大的优点是充分利用手机运营商的无线网络系统，信号覆盖全国，建站成本低，网络传输速率满足要求。理论上可以在一个网段内容纳127个远程传输站点，但为了提高传输速率，减少系统等待时间，系统可设置多个网段，同时并行进行数据远传。在本系统内，以每增加20-30GPRS远程传输站点，增加一个网段性价比最高，具体配置，可根据实际采集效果调整。

数据转化器：不同的真空卸污系统可能有不同的232、485、422输出口，通过信号转换器可以转换为485接口、统一数据格式，方便工控机接收。

真空卸污设备远程检测站点的前端数据采集设备安装在真空卸污设备主机内，主要由以下部分构成：电源模块、嵌入式工控主机、ZKA-8088-RS、ZKD-12I12O-RS、现场采集传感器，通讯采用485接口，协议为MODBUS-RTU协议。

真空卸污设备主机采集信号：真空卸污设备主机采集模块使用工控机的485接口，选用的工控机有6个串口，其中232口5个，485口一个，485口是com2口。

真空管路采集PT202近端真空度、PT203中间段真空度、PT204远端真空度共3点信号，由于3点信号位置是分离的，因此每点信号需要1套采集模块，每个模块仅需要一点AI输入，由主机侧一个LORA无线模块2R1L和3个ZKA-4088-LORA模块组成。

每点真空管道数据采集设备，主要由以下部分构成：24V电源模块、压力变送器、ZKA-8088-LORA、现场防水控制箱，主机侧的LORA无线模块2R1L和工控主机通过COM1口(RS232)连接，协议为MODBUS-RTU协议。

真空卸污单元对应一个客车车厢一套，根据车站规模，每个站有几十到几百套卸污单元。采用1个LORA总线模块，10个LORA-2R1L子站模块,每个子站模块转485输出，其下接10套ZKD-8I8O-RS 485串口采集模块。

每100套卸污单元，采用1个LORA总线模块占用工控机一个串口，所选工控机有6个串口，协议为MODBUS-RTU协议。

由于本实用新型采用嵌入式工控机作为前端采集设备主控单元，所有模拟量输入的采集信号均通过4-20mA的标准模拟量输入模块采集输入，所采集的温度传感器、湿度传感器、震动传感器、气压传感器等有现成的工业传感器可供选型购买，其品质可靠，无需自行研发。

当GPRS通讯中断时，数据发送接收暂停，自动搜索连接，连上后启动数据发送接收功能。系统在GPRS前端设备上设置定时狗，当一个正常的数据传送结束，通讯数据校验通过，程序自动重置定时狗。当长时间没有成功的通讯时，定时狗动作，自动启动通讯连接，检查通讯是否正常，保证系统在线。

本实用新型的铁路真空卸污设备数据采集系统可以对设备运行数据进行分析，比如真空泵、凸轮泵等设备运行时间，可以发出提醒事件，进行润滑油加注，机械密封检查，过滤器更换，定期保养等。尤其是罐式卸污系统设备组成复杂，故障点多，系统运行中的故障报警信息，可以直接反应出设备运行的状态或者设备故障的预警，如：真空罐液位超高，排污泵无过载故障，可以判断出排污泵堵塞、管路堵塞，一旦出现管路堵塞，很可能造成系统功能完全丧失。这样的情况下，设备运行数据，尤其是报警信息的准确性、及时性、有效性尤其重要。

本实用新型的铁路真空卸污设备数据采集系统通过数据采集终端自动采集卸污单元及真空管道的关键部件的运行状态数据以及设备初始状态数据(温度、湿度、震动、气压等)，通过数据传输网络系统上传保存至数据处理系统，供数据处理系统处理分析设备运行状态，由于远程通讯存在短时通讯失败的可能性，前端采集系统具备一定的本地数据存储能力，当通讯握手信号未返回通讯成功时，系统会自动重发数据。

本实用新型的有益效果：

(1).加强设备运行状态监视。

(2).通过网络对目前铁路真空卸污系统进行状态数据实时采集。

(3).通过BI系统对设备状态数据进行挖掘分析，对其运行状态进行健康诊断，实现潜在故障进行预判、告警，及时发现运行问题，减少甚至消除故障/反应式维护的售后管理模式存在。

(4).通过对故障数据的分析，实现通过网络对目前铁路真空卸污系统进行远程诊断和维护，可以减少维护工程师到现场的时间和费用，不仅节约了大量的人力和物力成本，同时也能为客户提供更为快捷的服务，减少客户的损失。

(5).通过对故障现象分析，建立故障维修专家库；建立备品备件动态管理机制，减少品备件动态管理库存积压以及缩短调配周期。

本实用新型通过铁路真空卸污设备数据采集系统对目前铁路真空卸污系统进行远程诊断和维护，可以减少维护工程师到现场的时间和费用，不仅节约了大量的人力和物力成本，同时也能为客户提供更为快捷的服务，减少客户的损失。