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《OPCUA技术在高速铁路起重机械远程运维中应用》：本论文为免费优秀的关于起重机械论文范文资料，可用于相关论文写作参考。

摘要：针对高速铁路建设的特点,提出了起重机械远程运维的思路.OPC UA技术具有良好的系统兼容性,能够实现多点、多设备的数据采集传输,实现了起重机械远程运维的可操作性.高速铁路起重机械远程运维的使用大大提高了运维便捷性,进一步保障了高速铁路建设的工程进度和安全性.

关键词：OPC UA,起重机械,远程运维

先进轨道交通装备是《中国制造2025》十大重点突破发展领域之一,包括架桥机、提梁机、运架一体机等起重机械是高速铁路建设的核心装备；根据2016年修订的《铁路中长期发展规划》,预计到2025年,我国高铁总长将达到3.8万公里,其中起重机械需求稳步增加[1].起重机械在铁路施工的过程中经常遇到偏僻恶劣的工况环境,一旦设备发生故障,维修人员需要花费大量的时间、人力和物力到达工程地点进行现场抢修,成本费用很高.面对现阶段高速铁路起重机械施工过程中的运维迫切需求,亟需开发出一种起重机械远程运维系统,实现技术人员远程指导现场人员对起重设备的运行维护[2].

1 OPC UA技术介绍

OPC（Object Linking and Embedding for Process Control）被称为多设备系统的“中间件”技术,在过程控制方面有着广泛的应用,是为工业现场设备、主机控制软件之间实现快速连接的通信接口技术.然而,大部分的工业现场设备没有嵌入式系统,无法实现通过COM接口实现远程数据的传输.为了统一杂乱的设备接口协议,实现多系统软件的有效整合,OPC UA应运而生,其面向服务的架构实现了包括Windows、Linux等多操作系统的兼容桥梁,使数据的传输不限于特定系统,实现了数据信息的共享.

2 OPC UA技术应用场景

OPC UA作为一个数据兼容傳输的中转技术,可以实现多设备终端和多台服务器的连接.设备终端可以是传感器、监控设备、执行设备等,这些设备终端可将数据信息通过OPC UA定义的统一传输协议传输给指定的服务器,服务器通过对数据的处理,将信息分发给相应的指令终端,实现对设备终端的可控可操作功能.

3 高速铁路起重机械运维特点

高速铁路起重机械主要用于在高速铁路路网建设中,对大型预制件等体积重量大的建设材料进行移位、吊装,并且这些起重机械会随着工程进度,不断的变换工作地点.在这种工况环境下,高速铁路起重机械的运维有以下几个特点：

1.作业流动性大,工况复杂,运维人员不便进行维护保养；

2.起重机械存量大,技术人员不能满足需求；

3.起重机械作额定载荷大,外形尺寸大,型式特殊,非标设计,动作复杂,安全性要求高,需要不同专业技术人员协作进行故障判定；

4.通信协议不统一,集成困难,设备运营商难以对多厂家的起重机械集中管控,无法形成有效全面的大数据分析基础.

鉴于高速铁路起重机械运维的特点,采用运维人员远赴现场进行设备维修的救火方式,既浪费了大量的人力、物力,又造成了工程施工进度的延迟.相比较而言,采用技术专家远程获取设备参数来诊断设备故障发生的原因,通过远程指导现场操作人员进行设备维修的方式,是一种较为经济、便捷高效的运维方式.

4 OPC UA技术应用实例

4.1 OPC UA 体系架构

基于OPC UA,在远程运维系统中实现交互信息、使用指令和执行控制.OPC UA是一个平台无关的标准,使用该标准可在位于不同类型网络上的客户端和服务器间发送消息,以实现不同类型系统和设备间的通信.它支持健壮、安全的通信,可确保客户端和服务器的识别并抵御攻击.OPC UA可被映射到不同的通信协议,并对数据可按照不同方式进行以平衡可移植性性和效率.

OPC UA系统结构主要由OPC服务器和客户端两个部分组成,每个系统可以包括多个客户端和服务器.每个客户端可同时和一个或多个服务器交互,每个服务器可以和一个或多个客户端交互.一个应用客户将服务器和客户端部件组合在一起,以允许和其他服务器和客户端交互[3].

在高速铁路施工现场的远程运维现场端软件中同时包括两个OPC UA客户端,其中一个OPC UA客户端和起重机械控制系统的PLC内置OPC Server进行实时数据采集和本地的数据监控[4]；另外一个OPC UA客户端和远程监控中心的OPC UA服务端进行数据交换[5].在远程运维监控中心中可以包括多个服务端,每个服务器可以管理服务多个起重机械远程运维的客户端,实现区域内的数据传输交换和信息互联互通[6].OPC UA系统结构如图1所示.

OPC UA提供了一致和完整的地址空间、服务模型和安全模型,允许一个个单一的OPC UA服务器把数据、报警和事件和历史信息统一到它的地址空间里[7],这些包括数据、报警、事件和历史数据的地址空间可以用一套统一的服务为它们向外提供接口,以实现其他系统对数据访问的一致性和便捷性.

网络通信和数据编码模块（通信栈）可实现数据的编码、加密和传输,安全及配置模块可实现服务器启动时配置各项参数,建立起服务器和客户端之间的唯一数据传输方式.系统的地址空间和数据存储模块构建和现实对象相对应的地址空间,并根据不同的任务创建相应的视域,采集并保存现场设备的实时数据和历史数据以及服务器的配置[8].

4.2 远程运维系统

远程运维最为主要的功能是实现技术人员和现场操作人员的远程沟通,也就是实现信息的互联互通和信息对等.信息对等是进行远程运维的第一步,假如技术人员不能全面、准确的了解设备出现的问题以及出现问题的原因,就无法制定详细并符合现场实际情况的维修方案.依赖OPC UA技术,还原现场实时和历史工况数据,为远程故障诊断和远程控制修复提供了通道.

在远程运维的现场端软件中,利用OPC UA技术,实现对不同传感器和现场层传输原始数据和预处理的信息的统一采集方式,实现了数据的统一性.在远程运维的监控中心,通过搭建OPC UA服务的方式,面向服务的架构的（SOA）设计范例方式实现和多系统的数据交换.

5 结语

基于OPC UA技术的远程运维系统,可使起重机械技术人员像在现场一样随时随地对设备状态进行了解,制定相关维修方案；同时,该系统能够记录设备在正常情况下的运行状态,实现对其能耗、温度、压力等数据的实时监测,为高速铁路机械设备的远程运维、故障报警和预警功能提供数据基础,避免在故障发生后由于技术人员不能第一时间获取故障信息所带来的巨大损失.更为重要的是,在实现设备远程监控、远程维护的过程中所收集到的大量的设备运行参数,能够为设备制造商对后续产品的升级优化提供大量的数据支持,使企业根据现有数据成功预测未来市场的发展动向和关键技术,并进行相应的改革升级,给起重机械技术的创新带来更快的速度、更高的效率、更高的成本、更具远见的洞察能力.

参考文献

[1]佚名. 铁路设备面临巨大发展机遇[J]. 机械工程师, 2006（12）：6-7.

[2]秦亚邦. 论安装企业起重机械安全管理[C]// 2011中国安装行业高层论坛. 2011.

[3]李东风. 嵌入式高清视频前端及其远程控制的设计和实现[D]. 南京邮电大学, 2011.

[4]南京铁路运输学校编. 通信电源[M]. 中国铁道出版社, 1980.

[5]李涵, 吕英杰. 实验室屏幕安全监控系统软件[J]. 中国科技信息, 2015（11）：59-60.

[6]刘桦. 互联互通的管制机理研究[D]. 北京邮电大学, 2005.

[7]秦硕硕. 支持EDDL技术的OPU UA服务器地址空间及设备集成模型的研究及开发[D]. 华北电力大学, 2012.

[8]陆会明, 阎志峰. OPC UA服务器地址空间关键技术研究和开发[J]. 电力自动化设备, 2010, 30（7）：109-113.

作者简介

许俊杰,男,郑州大学机械工程学院研究生,主要研究方向为机械电子技术及工业物联网.

雷超帆,男,郑州大学机械工程学院研究生,主要研究方向为机械设计及理论.