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1   目標和概述

高速鐵路牽引供電系統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，對供電系統的安全性造成威脅。補償裝置的高度是一個動態值，一天24小時都會發生變化，特別是遇到外界特殊天氣（狂風暴雨、冰凍雨雪等），極有可能導致補償裝置出現問題，如果不及時發現處理，就可能造成惡劣影響。

截至目前，國內外對于下錨補償裝置都是人工定期巡檢，查看是否出現超出標準值、卡滯、落地等現象。 這種定期巡檢最大的缺點就是獲取信息不及時，因為在 發現問題時，問題已經產生了。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，公司研發了一種下錨補償裝置在線云平臺監控系統，實現24小時不間斷實時監測，出現極端情況馬上觸發報警。

2　系統解決方案詳細介紹

2.1　方案介紹

該系統可以監測下錨裝置的高度變化，避免下錨裝置出現卡滯、落地等威脅行車安全的情況。該系統通過太陽能供電，采用GPRS實時數據傳輸，可充分利用現有資源——中國移動全國范圍的電信網絡，方便、快 速、低建設成本為數據終端提供遠程接入部署。云平臺 不僅可以監測每小時的高度變化，還可以將采集到的數據可視化，有效地傳達監測信息。適用于城市軌道交 通、高速鐵路等領域，尤其在距離遠的線路上優勢更加 明顯。

2.2　系統組成

該系統主要包括硬件數據采集系統和監測系統，通過傳感器實時監測補償裝置的高度，將采集到的外界環境參數比如溫濕度、風速等數據一并傳到后臺服務器，后臺通過數據處理，監測平臺以統計圖表的形式將變量展現出來，可以清楚地看到每個補償裝置的變化率和歷史數據，進而有針對性地處理超出標準值或有發展趨勢的補償裝置，達到健康管理的效果。 核心設備介紹

（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）邊緣智能數據采集主板

該主板緊貼項目應用需求，采用32位處理器可以在本地實現一定的數據換算和分析功能，具備10種不同的數據接口，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個傳感器數據，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，還可根據計算結果實現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

· 專為傳感器數據采集供電設計，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設計；

· 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軌

該裝置采用高強度國標鋼材設計，外表面采用鍍鋅處理，具備較好的抗氧化能力，設計可移動式軌道槽，可以自由移動傳感器的安裝位置，并配有緊固裝置，方便在不同桿體結構的基礎上調整激光傳感器的對應角度，該導軌還設計有太陽能固定裝置、探測主機固定裝置，整體設計牢固美觀，適用性強。

（5）數據管理平臺

數據管理平臺是本次設計的重點環節，該平臺采用最新的微服務架構，模塊化設計，支持兩級授權、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，同時具備大數據分析功能，可以通過歷史數據分析每個區段、每個設備的報警數據、故障數 據、隱患排名等，還可以對上傳的監測數據進行特征值設置，超過設置值后，系統會自動發出報警提示，并可關聯對應的聯動裝置，及時作出反饋。

2.3　系統創新

（1）下錨補償裝置實時監測系統是國內首例將補償裝置與物聯網結合的案例，符合牽引供電系統整體的發展方向；

（2）利用前沿的智能算法及大數據進行健康管理，預判該補償裝置下一步可能出現的情況，防患于未然；

（3）該系統的監測平臺，通過界面切換和調取數據庫可以監控多條線，完全滿足城市軌道交通的運營模式和需求。

2.4　技術優勢

（1）獲取下錨補償裝置信息及時、準確，不受環境影響；

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

（3）信息反應更加直觀和立體。不僅可以看到每個下錨補償裝置實時監測值，通過圖形反應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）可以挖掘數據，結合歷史數據和外界環境因素等利用智能算法分析數據走向，判斷該補償裝置下一步的情況，達到健康管理的目的；

（5）應用范圍廣，可以應用在高速鐵路牽引供電系統，也可以應用在城市軌道交通牽引供電系統中。

3　代表性及推廣價值

該系統的首套裝置已在高鐵線路中得到應用，結合采集的數據和曲線圖，符合下錨裝置一天的動態變化，經過實測，精度誤差維持在0.5~1cm，在標準范圍內。目前已在44個監測點長期運行采集，該領域目前尚屬空白，根據中鐵推廣計劃，全國高鐵里程目前已經超過2.9萬公里，按照每兩公里有4個，至少5.8萬 個，預計未來市場預期將突破10億產值，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保證。

摘自《自動化博覽》2021年5月刊