高速铁路牵引供电微机化维修管理系统的开发

杨庆和，李占领，张四海

（北京铁路局 北京客运专线基础设施维修基地，北京 100070）

牵引供电微机化维修管理系统是高速铁路牵引供电设备维修管理的客观需要，是开通运营后运营维修的支撑平台。该系统对于保障高速铁路牵引供电系统安全、高效的运营，保证维修质量、降低运营成本以及设备维修现代化、信息化起到关键的作用。牵引供电微机化维修管理系统采用了计算机和网络技术，实现设备台帐履历管理、检测数据处理、维修管理、物资管理和故障统计分析等功能。

1 系统组成

1.1 硬件组成及分布

牵引供电微机化维修管理系统的硬件由系统服务器、磁带机、客户计算机、路由器、打印机等组成。分布在系统机房、维修中心和维修工区。

1.1.1 系统机房

采用2 M铁路骨干网与铁路局、客专公司、调度所进行数据交换，机房内设备由服务器、路由器和工程控制台组成。

服务器包括MS Office服务器、开发服务器和生产用服务器，路由器均有防火墙和专用通讯协议，包括连接数据采集与监视控制（SCADA）系统的服务器、连接CTC系统的路由器、连接时钟系统的服务器。

1.1.2 维修中心

在基础设施维修中心（基地）设立工作终端，通过专用网络与系统机房进行通讯。终端工作人员包括维护经理、商务经理、质保经理、安全经理、维修系统分析师、采购经理、接触网工程师、变电工程师、SCADA工程师和生产调度等。

1.1.3 维修工区

在维修工区设置接触网终端、变电终端、SCADA终端以及库管员终端。通过延伸到现场的2 M铁路骨干网与维修中心进行通讯联系。

1.2 系统软件

服务器：操作系统为Windows NT，数据库为Database Oracle V 7.3。

客户机：操作系统为Windows XP。

开发软件：SAP R/3软件具有良好的人机界面和扩展性，系统使用了SAP R/3中的车间维护模块（PM）和材料管理模块（MM）。车间维护模块（PM）能够完成预防性维护、安全改进维护、库存管理、故障记录系统及分析等功能。材料管理模块（MM）能够完成包括与材料购买和管理的功能。

1.3 网络传输

网络传输包括局域网和广域网技术。局域网采用TCP/IP协议和铁路专网协议，局域网与广域网之间的数据交换采用专用IP高速链接协议。

2 系统功能

按照功能划分，主要模块有：台帐履历管理，检测数据录入及分析，维修管理，物资管理，故障统计分析，设备及设施监视等，见图1。

2.1 台帐履历管理

建立台帐履历管理数据库，对各主要设备建立管理台帐。方便查找、汇总和分析，系统的所有设备按照接触网、牵引变电和电力设备分为3个子系统。按照树状结构，分7级分别建立台帐和履历。

图1 牵引供电微机化维修管理系统功能模块

查找功能：依树状结构代码查找台帐或设备。依故障代码查找再次发生的故障。依树状结构代码查找连续发生的故障。

汇总统计功能：依据树状结构统计及显示其下所有设备台帐及履历。依设备类别，统计同型设备之故障状况。依故障代码，统计故障原因、统计所有材料发放和接收。

2.2 检测及维修数据处理

检测及维修数据的来源主要有检测中心的接触网动态检测数据、SCADA子系统的状态监测数据、维修和试验数据。对于这些数据，软件系统能够完成下载、统计、分析处理、存储和转发等功能。

2.2.1 接触网动态检测数据的处理

当接触网测量值上传维修管理系统时，维修管理系统产生测量记录。分别按照接触压力、空间几何参数以及导线磨耗的判断标准分析是否超限，确定超限的严重等级，从而产生通知单。维修人员也可以通过本系统数据的积累，按照测量值的变化趋势分析设备状态。处理流程如图2。

图2 接触网动态检测数据的处理流程

2.2.2 S CADA状态监测数据的处理

从SCADA系统的EAV数据库messages.db表产生通知单1W21、状态表ZPMSCA01；在通知单1W21中，根据故障定位SCADA系统EAV数据库的Faultloc文件，形成故障代码、故障时间，产生通知单的优先级，管理人员根据通知单安排维修任务，或取消自动生成的故障通知。状态表ZPMSCA01中产生设备地点、名称、安装及运行的履历信息及故障原因，这些信息被存储在服务器， 使维修人员可以核实某时间点牵引变电设备的状态，利用这些信息可以进行原因判断分析。

从SCADA系统的EAV数据库获取当前测量值MEASVALS、小时测量值HMEASVAL、日测量值DMEASVAL、月测量值MMEASVAL、当前计数值METEVALS、小时计数值HMETEVAL、日计数值DMETEVAL、月计数值MMETEVAL文件，经过数据转换形成测量记录1K11。在测量记录1K11中包括地点、设备名称、编号、测量点、测量时间等信息，可支持维修人员进行趋势分析，通过定义测量值的上下限，如果测量值超出限制，系统产生一个故障通知单。

公告ZPMSCA02、注释ZPMSCA03、提示ZPMSCA04这3个表根据SCADA系统EAV数据库的ANNOUNCE、COMMENTS和HINTS文件，经过数据的对应字段转换后产生。

2.2.3 检修和试验数据的处理

无论接触网、变电还是电力、SCADA设备，经过人工维修和测量后，由维修工区录入管理系统，设定边界值就可以形成故障通知单，产生通知单的优先级，形成维修工作命令，也可以根据已知故障取消这个计划维修任务。

2.3 维修管理

维修管理在本系统中由SAP R/3中的车间维修模块（PM）基础上进行开发，维修管理支持计划性预防维修和故障维修两种方式。维修管理通过通知及命令来实现，通知是用来通知故障，然后根据故障情况安排维修，命令用于计划性预防维修的安排。

维修管理完成维修计划的编制、维修命令的确认下达、执行及完成情况反馈、物资管理、安全提示等任务。维修命令被分成5种不同的命令种类，在维修部门中有7类维修处理。见表1。

2.3.1 预防性维修

牵引供电及电力供电系统的管理人员使用本系统进行计划、安排进度、控制及分析维护任务。维修计划由部门管理人员在管理系统中建立并保存，它包括规定维修任务的清单及维修的周期。该计划建立在设备供应商提供的维护运营手册、维修策略及历史纪录信息的基础上。维修部门管理人员按照维修周期安排任务，自动生成来自维修计划的工作命令，安排优先等级，将命令下达给工人，同时提供物资计划和相应的物资管理功能。

表1 维修处理分类

2.3.2 故障维修

当牵引供电系统及配电系统产生故障后，或者根据检测数据、维修数据、SCADA状态监测数据判断出的故障，管理系统生成故障通知，给每个通知分配一个优先权，按照故障位置、故障原因等，分派给相应管理人员，由管理人员安排故障维修，安排所需要的材料、工具及人力并确认。

紧急故障维修是在没有维修命令和通知的情况下进行维修，属于故障抢修，该系统提供抢修完成后的内容填写。

2.3.3 命令执行和人工干预

命令执行：根据维护计划的主体数据库，一旦到了指定日期，管理系统便会自动产生信号，则系统会紧接着预先规定的维护计划自动生成维护命令，会为维护组提供所有的信息，如哪个零件，哪种特殊工具等，让维护管理人员决定是否要进行维护工作。

人工干预：如果不进行维护，则必须说明原因，例如没有足够的零件储备。

2.3.4 确认

确认主要是评估维护工作的估计时间和实际时间、维修后的参数、成本。以计划需求作为标准对实际维修工作进行评估，例如进行实际成本和估计的成本计算做比较。确认过程中需要的信息包括工作开始时间、日期、途中时间、等待时间、实际工作时间以及工作类型等。

2.4 物资管理

物资管理模块由SAP R/3中的材料管理（MM）模块基础上进行开发，材料的消耗和申请来自维修管理功能，由系统根据输入自动生成，物资管理模块根据消耗和申请开始实时进行物资管理，时刻保证能够满足维修的需要。

2.4.1 库存等级及清单

库存水平、存货所有备件和耗材记录在管理系统中作为材料主记录。材料主记录包括：材料的详细技术资料、可用信息、存货信息（库存水平、存货地点、存货状态等）、采购信息和材料价格。

材料发放和预定：物资管理模块记录所有材料发放和接收。发放可分为发放给特定维护任务、特定人员，也可以另外预定材料，并记录每笔预定的理由。

材料调拨记录：如果使用了一个以上的仓库（如车站仓库），物资管理模块允许材料记录从一个存储位置转移到其他的位置。

材料需求规划：为了减少缺少材料、无法维修的风险，物资管理模块具有计算材料库存水平、与补货点比较的功能。定货点必须根据实际材料消耗经常进行调整。如果预计的库存水平低于补货点，会自动生成一个采购申请。

2.4.2 材料计价

物资管理模块运用动态平均价格原理计算备品备件的价格，也可以指定一个标准价格，该模块提供自动生成的材料清单并能在盘存手续结束后调整库存水平。

2.4.3 备品备件采购定单

采购申请：可以手动或自动生成。

采购定单：采购定单可以打印并交予卖方。定单编号、价格、交付地址取自采购申请。

采购信息记录：提示可以从哪个卖方定购何种材料，包括定单数量、价格和其他相关采购信息。生成一个采购通知书，这些信息自动转入采购通知书中，减少数据输入时间。

发票验证：如果收到备品备件或耗材发票，就可以检查何时以何种价格定购材料，是完全收到还是部分收到，这些信息帮助用户决定是否支付货款。

2.4.4 存货周转量

库存分析可以显示出备件库存的利用效率。这个报告显示是否有太多不必要的零件被积蓄或是否有库存短缺导致没有备用或降低工作效率。

2.5 故障管理

2.5.1 故障优先级

故障优先级按照表2所列。

表2 故障优先级

2.5.2 故障追踪

故障追踪通过运行报告实现，该报告提供故障维修过程状态信息以及设备故障状态信息。使用故障追踪可实现识别再次发生的故障、识别连续的故障、控制故障维修工作的进程、监督设备故障状态。

2.5.3 故障统计分析

故障统计可以提供特定时期或某个周期内对整个牵引供电子系统或特定牵引供电设备的长期故障统计。可以显示一个设备或一项功能的故障平均间隔时间，用MTBF来表示平均无故障时间。

2.5.4 损坏分析

损坏分析显示单个设备或一项功能故障的频率。最小的报告时间是1天，可以选择更长的期间（如1周、1月、1年）。主要的用途是识别缺陷设备并检讨执行维修策略的功效。

2.5.5 位置分析

位置分析显示的是特定位置（车站、区段等）故障的频率。它考虑与该位置相关的所有设备而不管它们属于哪个子系统。最小的报告时间是1天，也可以选择更长的期间（如1周、1月、1年）。主要的用途是识别比其他地方故障率高的位置，从而说明故障原因是环境因素而非设备质量问题。

2.6 设备及设施监视

2.6.1 通过SCADA监视牵引供电及电力设备运行状态

通过SCADA系统，实现对牵引供电及电力供电系统的运行状态监测，实现远方复示功能，管理功能与控制中心的功能基本一致，不具有控制功能、不具有控制权。

2.6.2 通过CTC监视维修作业轨道车辆位置

通过CTC系统的信息交换，取得所有作业车辆在天窗封闭前后、天窗内车辆的位置信息，使管理人员、调度人员实时掌握接触网作业车辆的位置，并形成记录，可以用于维修分析和故障分析。

2.6.3 实现安全视频监控系统的复示

与安全视频监控系统联网，实现有权监控人员通过自己的终端监控牵引变电所、配电室的视频，帮助了解运行状态和协助处理设备故障。

2.7 其它

系统预留了与财务管理方面的接口，通过数据文件的交换来实现。

3 关键技术

3.1 与SCADA的连接和数据交换

SCADA 和 维修管理系统通过一个有防火墙的路由器连接，这个路由器允许维修管理系统服务器访问 SCADA EVA数据库。服务器把 SCADA消息存档于 EVA数据库，维修管理系统按预定的周期查询 EVA数据库，如果检测到有新的 SCADA消息，就会传递到维修管理系统的对应位置。

3.2 与CTC（车辆位置）的数据交换

与CTC接口的用途是向维修人员提供接触网作业车的位置信息。

CTC服务器提交列车行程安排数据到接口转换器，维修管理系统通过中间协议从接口转换器接收维修车辆位置数据包，接口转换器使用418协议（TDCS数据通讯标准）通过TCP/IP局域网提交数据包。中间件接收、处理并且向维修管理系统传输经过处理后的维修车辆位置信息。通过一个功能模块存储这些数据到数据库表里，利用一个查询程序在屏幕上显示维修车辆的信息。

4 结束语

牵引供电微机化维修管理系统的主要技术特点是：设备台帐的编码采用树状结构，具有良好的可扩展性，便于查找、统计、汇总和查询。能够处理和转入各种检测数据，对其进行综合分析。维修策略完全按照德国维修标准制定。物料管理在SAP R/3中材料管理（MM）模块的基础上进行开发。在与SCADA、CTC系统的数据交换中，采用专有的技术，保证了不对调度终端系统产生不良影响，较好地解决了不同系统间数据交换的难题。

牵引供电微机化维修管理系统对于转变传统的维修管理模式、实现维修组织扁平化、开发我国的微机化维修管理系统具有一定的借鉴意义。

[1]Friedrich KieBling.中铁电气化铁道接触网[M]. 中铁电化局集团有限公司. 北京：中国电力出版社，2004.