地鐵站臺門設備智能運維系統探索

王金峰 丁樹森 劉思緲

（青島地鐵集團有限公司運營分公司 山東青島 266000）

地鐵系統中，站臺門設備是一種特殊的機電一體化設備，為達到提升乘客的候車舒適性、降低列車行駛噪聲和活塞風對站臺候車乘客影響的目的，站臺門設備安裝在站臺邊緣，將軌行區與站臺候車區進行分隔，確保乘客乘坐安全的同時，也是運營安全的重要保障措施［1］。

全自動運行技術是一項在現代通信、控制、計算機和系統集成等技術基礎上實現列車運行全程自動化的新一代城市軌道交通系統，該系統是一項系統工程，涉及列車車輛、車輛基地、信號系統、綜合監控、通信系統、站臺門在內的機電專業系統多個專業層面［2］。城市軌道交通采用全自動運行系統后，自動化程度顯著提高的同時，也對設備運行穩定性提出了新要求［3］。全自動運行模式與傳統線路運營模式相比有較大不同，在這種情況下，需要全方面兼顧考慮傳統線路運營人員正常操作的過程，及新系統下對各種設備異常場景的處置處理過程。

城市軌道交通在實現全自動運行、基于網絡化運營時代的同時，隨著城市居民對乘坐地鐵出行的認可、客流強度持續增大、服務要求將不斷提升，隨之而來的安全運營壓力、設備維修壓力、維護成本壓力等也將與日俱增，這就對設備的維修質量和運維管理提出了更高的要求。如何利用好智能技術手段，在基于網絡化運營提升設備維修維護水平、保證設備運行穩定性的同時應對網絡化運營挑戰，是亟待解決的現實問題。隨著大數據系統的逐漸成熟、人工智能系統的突破性發展，移動通信、云計算、物聯網技術等各類智能技術在軌道交通領域的應用逐漸成熟，軌道交通行業的車輛專業、信號專業、通信專業、供電專業、機電專業等相關專業系統設備正逐步進行網絡化、智能化的升級?？茖W技術的更新和設備系統的升級，為提升設備維護水平和提升設備智能化管控奠定了良好的基礎條件，新技術、新設備與既有設備的匹配應用為智能化發展提供了有力支撐［4］。

智能運維技術將成為國內軌道交通行業向更高水平發展的堅固基石，成熟的智能技術足以加強設備安全風險管控能力、實現智能算法下的設備重要決策、提高設備資產更換時效性，全方位支撐地鐵智能化服務需求，高度提升乘客幸福感［5］。

1 站臺門智能運維系統簡介

為加強對站臺門系統設備的運營及維護管理，通過對站臺門關鍵部件（包括但不限于電機、門控器、PEDC、電磁鎖、行程開關、電源系統）的基本信息的數據采集及分析，對站臺門運行狀態、故障報警進行遠程實時監控。同時，基于PHM（故障預測與健康管理）理論，利用物聯網技術和深度學習算法，研究故障預警趨勢，建立站臺門智能運維系統。

1.1 工作原理

通過上傳設備機械安裝數據、尺寸，對比梳理運營以來的設備故障臺賬，確定需要監測的設備重點點位、運行狀態數據［6］。通過對需要監測的設備重點點位、運行狀態數據進行持續（長時間、大批量）收集，運用背景建模法、點檢測法等智能算法，實現對站臺門設備的實時動態監測，根據數據對比，對設備運行的亞健康狀態進行預警，實現設備維護保養從人工到智能的跨越。

1.1.1 數據采集

通過加裝傳感器，對現場信息進行采集，協議采集、臺賬數據錄入等。

1.1.2 特征提取

對獲取到的數據進行初步分析，利用一定的算法將故障特征提取出來，同時將系統拆分為多個模塊，進行故障特征細化。

1.1.3 建模分析

利用提取出來的故障特征，進行建模分析，建立故障與特征之間的計算模型，對細分模塊進行同樣的建模，建立各模塊的獨立評價指標。

1.1.4 在線監測

模型驗證后，系統在線部署使用，根據使用情況反向指導優化整個流程。

1.2 主要構成

站臺門智能運維系統獨立于站臺門監控系統（所有增設硬件、軟件均只監不控，不影響站臺門的正常運行），智能運維系統能對站臺門驅動電機、行程開關、電源系統等的運行狀態進行監測，可以預測主要部件故障發展趨勢，且可以向用戶提供報警信息和故障診斷結論，并對站臺門設備情況進行分析統計，優化設備管理。站臺門設備系統感知見表1。

表1 站臺門設備系統感知

站臺門智能運維系統主要由采集模塊、通信模塊和管理模塊組成，現場使用分中心級系統和車站級系統。

中心級智能運維系統負責接收車站站臺門系統上傳的數據，對站臺門的狀態、報警信息進行匯總、分析，對站臺門設備部件的正常特征數據進行信息融合，并自學習算法模型。利用故障模型、壽命試驗數據，對站臺門進行故障診斷及健康評估，對維保信息進行登記、統計、管理，對預警消息進行推送，對各種圖譜信息進行展示。

車站級站臺門智能運維系統主要中心級系統形成雙向聯動，車站級系統由對站臺門設備重點部件主要參數進行采集，經處理后完成儲存，最后發送至中心集系統。

采集模塊主要是通過傳感器等設備提取站臺門重要運動部件的狀態數據，通信模塊實現采集模塊到管理模塊的數據傳輸，最后由管理模塊利用智能算法對采集到的數據進行計算，根據數據對比及計算結果，完成站臺門設備的可靠性分析及故障預診斷。目前，常用于軌道交通的智能算法主要包括點檢測法、背景建模法等，在智能運維支持下，站臺門系統可實現以下功能。

1.2.1 智能診斷功能

基于站臺門DCU（門控單元）及電源監控系統采集的監控數據，通過數據庫記錄數據，計算、設置閾值并建立故障數據模型和算法；根據關鍵部件監測到的參數變化特征，判斷設備部件運行狀態；根據站臺門正常運行狀態，自學習一個站臺門運行狀態模型。在設備長期運轉過程中，任何偏離這個模型的狀態都定義為非正常狀態，智能運維系統能對非正常狀態給出預警提示，并推送相關信息，提醒維保人員及時進行維修與維護。

常規線路僅能采集滑動門開關門、操作等信息，并在PSC 工控機上進行反饋，需前往現場進行查看設備狀態。常規線路無相關非正常狀態定義，出現報警時，設備已無法正常使用，影響正常運營服務。通過該功能，能夠豐富點位信息，通過遠程查看可進行實時監控，且能夠完成多次全覆蓋式巡視，提高巡視效率；通過狀態預警，能夠在設備偏離正常狀態時預警，達到減少實際運營期間的故障概率、提高設備可用性、減輕人員工作壓力的目的。

1.2.2 運動部件運行狀態監測與預警

站臺門智能運維系統可以遠程實時監測各個車站的站臺門運行狀態、故障信息，結合滑動門故障次數及平均故障周期，對后續可能發生故障時間進行預判，且可通過門控單元（DCU）對電機實時電流值及運行溫度是否超出標準范圍極限值進行監測報警，提醒維保人員現場檢查門體阻力是否異常。

常規線路出現設備故障為門體已退出運行，直接影響正常運營服務。通過該功能，能夠及時發現異常運行門體，通過自檢等方式對其進行檢查、調整，避免出現無法聯動的極端情況，降低運營期間的故障概率。

1.2.3 對PEDC的狀態監測與報警

PEDC 為站臺門系統的核心設備，負責收發命令，通過對PEDC 接口電壓狀態信息的監測，能夠完成與信號接口邏輯命令的監測，IBP/PSL 使能命令、操作指令監測、互鎖解除操作監測及閉鎖信號監測等多項重要信息的監測完成全面的信息采集記錄。智能運維系統通過對監測信息的分析，能夠量化各模塊工作狀態，對設備維護、故障處理提供數據支持。

常規線路無相關電壓監測，對于出現信號接口壓降、IBP/PSL 操作異常等情況無法監測反饋，引發整側不聯動故障，檢修排查費時費力，無法有效對現場提供數據支持。

監測SIG 開關門命令輸入電壓值，明確設備可正常動作的電壓值，通過實時監測與數據分析，可以提前發現開關門信號電壓衰減情況，提前對回路進行檢修，避免因電壓衰減導致開關門命令接收失敗故障，保障設備正常運行。

監測閉鎖信號與互鎖解除輸出電壓值，明確設備閉鎖信號正常的電壓值，通過實時監測與數據分析，可以通過預警提前發現閉鎖信號電壓衰減情況，提前對閉鎖信號回路進行檢查，避免功能失效，造成更大影響。

監測IBP/PSL 使能命令、操作命令，上述命令為按鈕操作，控制中間繼電器動作來完成指令發出，通過明確繼電器動作有效的電壓值，設定預警值，對IBP/PSL使能命令、操作命令進行監測與數據分析，可以通過預警發現電壓衰減或異常操作狀態，通過預警對對應回路進行檢查或檢查操作情況，避免功能失效不能及時發現，確保運營質量。

1.2.4 對安全回路的狀態監測和報警

門控單元監測功能可直接反饋安全回路斷點位置反饋上傳系統，便于快速處置，減輕對運營的影響。

常規線路安全回路斷點檢測為應急門，滑動門出現行程開關不能正常觸發導致的安全回路不能閉合，當出現其他斷點情況時，無法實現定位，排查工作量大，難度大。

1.2.5 電源系統運行狀態監測和預警

系統通過監視軟件對電源系統的運行狀態、故障報警等信息進行監測及統計，采集各站電源系統的重要報警信息，并通過通信模塊將采集信息進行傳輸，分析生成數據報表，發送至車站級工作站，運維人員根據工作站反饋信息開展運營維護工作。

電源系統報警信息主要包括供電模塊過欠壓、斷電、缺相，以及UPS模塊過欠壓、各模塊通信故障、蓄電池組過欠壓、母線過欠壓、蓄電池投入使用、各開關狀態及故障單節蓄電池過欠壓、內阻變大、溫度過高、各饋線回路絕緣情況等信息。

系統配置便攜式蓄電池快速診斷放電儀，檢修人員可以在不影響運營的狀態下快速完成蓄電池的放電及相關狀態診斷，大幅度提高運營維護效率。同時，在正線配置的移動式應急站臺門電源設備，能夠在電源系統故障時臨時替代故障車站電源系統，可使站臺門系統快速恢復正常工作狀態，將電源系統故障對運營的影響降到最低。

1.3 統計功能

站臺門系統軟件建立數據庫以后，能記錄重要元器件（如繼電器、行程開關）的使用次數或使用時間，根據技術參數設置閾值，可實時與預設值進行對比判斷，到達臨界使用次數時，提前預警，完成更換，一是確保設備運行的穩定性，二是能夠達到設備全生命周期管理的效果。

常規線路目前無此功能，僅能做到出故障進行更換，設備管理相對被動。

1.4 維保管理功能

站臺門運維管理系統平臺向相關維保人員派發工單，反饋維保情況，完成維保業務閉環管理，并結合運營維修規程，觸發相關系統的計劃性維護、自動排定維護計劃（關鍵部件可根據維修情況維修履歷更新）。

2 站臺門智能運維應用效果展望

2.1 維保模式轉變

現有站臺門系統的故障處理方式為在故障發生之后再進行故障的排查、診斷及整改，在智能運維狀態下，可對故障進行預判，提前發出預警信息，提醒維修人員更換或預處理，逐步由故障維修和計劃維修過渡為狀態維修，能夠降低維護成本。

2.2 節約成本

根據狀態參數及大數據分析，提前判斷設備部件生命周期，并按需更換易損件，節約大量物資成本及物資存儲帶來的次生費用。

2.3 安全運營

通過提前對設備故障預判及設備狀態預知，有利于及時消除設備風險，提高設備運行穩定性，減少安全事故的發生，降低地鐵晚點率。

3 站臺門智能運維帶來的挑戰

3.1 新技術、新設備帶來的轉變

相對原來的站臺門設備，在智能運維架構下，設備增加了許多新的設備及技術，對于現場設備維護保養工班、技術人員提出了更高的要求。如何適應新設備、新技術的使用方式，做到事半功倍，會成為智能運維模式下的一個重大挑戰。

3.2 設備穩定性及數據可靠性帶來的挑戰

智能運維系統目前應用城市不多，應用時間較短，應用反饋較少。目前，設備的智能運維由各子系統供應商提供，數據分散、監測終端過多，運營人員在巡視過程中需要花費大量的時間進行終端巡視，相應地也需要大量的人工成本來支持終端的巡視工作，數據分散、監測終端過多也會使運營工作增加行車故障隱患未及時發現的風險。各系統海量報警、無法區分關鍵信息、遺漏關鍵故障，各供應商從自身角度設計報警等級，沒有統一的標準，造成大量的運維成本增加，相應地還會增加運營風險，無形中增加了更多的故障點位，對設備穩定性是一個較大的挑戰。如何實現智能運維系統的高穩定性、數據報送的高可靠性，成為實現設備智能運維的關鍵。

4 結語

為加強對站臺門系統設備的運營及維護管理，通過對站臺門關鍵部件（包括但不限于電機、DCU、PEDC、安全回路、電源系統）的基本信息的數據采集及分析，對站臺門運行狀態、故障報警進行遠程實時監控。

智能運維系統能對站臺門驅動電機、行程開關、電源系統等的運行狀態進行監測，可以預測主要部件故障發展趨勢，并且可以為各專業提供報警信息和故障診斷結論，并對站臺門設備情況進行分析統計，優化設備管理，為加強站臺門設備的運營及維護提供優質的技術保障。