用于在轨道上进行作业的系统的制作方法

1.本发明涉及一种用于通过轨道维护机在轨道上作业的系统，该系统包括：机器控制器和由该控制器控制的作业单元，其中设置有用于监测作业参数的传感器。此外，本发明涉及一种用于操作所述系统的方法。


背景技术：

2.专利at 520698 a1已经公开了一种通用系统，该系统用于监测正在轨道上作业时捣固单元上的负载。为实现此目的，设置有记录一段时间内的测量数据并将测量数据转发给评估设备的传感器。基于该测量数据，可以得出捣固单元周期作业序列的负载时间进度。由此，可以得到关于捣固单元的负载情况的结论，并可以基于该结论来明确维护措施或维护间隔。


技术实现要素：

3.本发明的目的是扩大可适用于上文所述那类系统的传感器的优点。此外，本文还提供一种相应改进的用于操作该系统的方法。
4.根据本发明，这些目的是通过独立权利要求1和11的特征实现的。从属权利要求示出了本发明的有利实施例。
5.根据本发明，传感器耦合到用于单独记录传感器数据的数据采集模块，该数据采集模块与计算单元相连，在该计算单元中，设置有用于根据传感器数据计算出结果数据的第一算法。这样，该系统包括用于处理传感器信号的附加结构部件。借助于数据采集模块和其中设置有特定应用算法的计算单元，可以独立于现有的监测功能对作业模式进行差异化评估。本发明的具体优势在于灵活配置传感器数据的记录，以及选择性地调整对结果数据的计算。
6.在另一改进中，所述计算单元被设置成根据在作业序列中记录的传感器数据计算出至少一个参数，其中该计算单元特别地耦合到该机器控制器，以自动指定优化的作业参数。这实现了对使用作业单元所进行的作业序列的持续改进。所计算出的参数根据使用中的作业单元进行调整，并表征相应作业序列的质量。根据上述改进，有利于在分布式控制系统的层面上建立一个更高层次的闭环控制系统。
7.有利地，数据采集模块被设置用于多通道数据记录，并且作为从动装置耦合到设计为主动装置的所述计算单元。这种系统结构能够将若干传感器有效地连接到由数据采集模块和计算单元组成的子系统。
8.在另一改进中，设置有用于监测作业单元的监测设备，所述监测设备以比数据采集模块(例如其采样率在khz范围内)低的采样率(例如1hz)记录传感器数据。这有助于进行简单但充分的数据处理，以便进行监测。此外，对于通过计算单元进行的额外传感器评估，还可以使用具有高时间分辨率的数据集。
9.根据所述系统的有益扩展，该计算单元通过通信装置耦合到数据库，以便接收用
于修改所述第一算法或用于设置第二算法的程序数据。这样，可以以简单的方式修改通过计算单元所进行的评估。通过该系统，可以对作业序列进行新的分析，而无需改变结构。此外，在得出对作业序列的调整之前，可以用该系统测试新的评估算法。
10.在此情形下，有利的是，通信装置包括vpn路由器。如此，连接到该vpn路由器的所有设备都可以使用安全的vpn隧道。这涉及计算单元和与数据库交换数据的其他系统部件。系统集成的vpn路由器可以为各种数据的安全传输创造更多的可能性。
11.根据另一改进，计算单元与存储设备相连，所述存储设备用于存储传感器数据和/或结果数据。有利的是，该存储设备的尺寸设计成能够存储所有的结果数据以及如有必要所有的传感器数据直到指定的读出间隔结束。例如，该读出间隔与所监测的作业单元的服务间隔相对应。此外，可以在任何时候远程访问存储在存储设备上的数据，优选的是通过vpn隧道进行访问。特别地，通过远程访问来传输结果数据是有用的。另一方面，在存储设备中备份大量的传感器数据，并在系统修改时读出所述传感器数据。
12.为了使结果数据和如有必要传感器数据集中可用，有利的是，计算单元通过调制解调器耦合到计算机网络(云)以进行数据传输。这样，可以在任何时候通过在线应用程序(网络应用程序)访问数据。
13.该系统的有利实施例包括作为作业单元的捣固单元和/或稳定单元。这些作业单元包括振动工具，所述振动工具用于将振动引入到已在其上进行过作业的有碴轨道上。设置在作业单元上的传感器允许得出关于轨道道碴床的质量和轨道道碴的压实的质量的结论。因此，该系统不仅提供关于作业单元本身的状况和功能的信息，而且还提供关于轨道的状况和作业的信息。
14.有利的是，设置有运动传感器，作为用于记录振动周期的传感器。在振捣单元和稳定单元两者中，可以使用在振动周期中的运动模式和力的曲线来获得压实过程的参数。
15.在根据本发明的用于操作上述系统的方法中，通过传感器生成用于监测作业单元的传感器信号，其中将所述传感器信号提供给用于单独记录传感器数据的数据采集模块，并且其中通过在计算单元中设置的第一算法根据所述传感器数据计算出结果数据。根据该过程序列，在监测作业单元的同时，根据传感器数据得出结果数据。最初，重点并不是结果数据的特征或质量，而是在于通过专门为实现此目的而提供的系统部件使用可自由定义的算法，这些系统部件是数据采集模块和计算单元。
16.根据本方法的另一有利改进，将作业序列的参数计算为所述结果数据并传输到机器控制器。在系统的这种实际应用中，控制回路能够自动改进通过作业单元执行的作业序列。
17.通过易于执行的算法调整改进上述方法，其中将程序数据传输到计算单元，用于修改上述第一算法或用于设置第二算法。这通过经由vpn隧道与其上提供有程序数据的计算机的连接或通过与其上提供有程序数据的计算机的直接连接来完成。
18.在此情形下，有利的是，在第一步骤中，将新程序数据加载至该计算单元的存储器中，并且在第二步骤中，在重新启动该计算单元之后，激活所述新程序数据。这两步式更新过程保证任何错误程序数据都不会导致系统故障。由于新程序只有在重新启动后才会被激活，因此计算单元(处理器)总是处于限定状态。
19.通过vpn隧道或通过离线连接将结果数据从计算单元传输到外部计算机是有用
的。因此，可以集中或分散地将这些数据用于进一步处理，并且可以以多种方式进一步使用和存档这些数据。
附图说明
20.下文将参照附图以示例的方式阐释本发明。在附图中示意地示出了：
21.图1示出了轨道维护机；
22.图2示出了系统的框图；
23.图3示出了程序数据的处理；并且
24.图4示出了传感器数据和结果数据的处理。
具体实施方式
25.该系统包括例如用于在轨道2上作业的作为轨道维护机1的捣固机。这样的轨道维护机1具有作为作业单元3的捣固单元和起拨道单元。此外，也可以设置稳定单元作为作业单元3。通过机器控制器4来控制作业单元3。此外，轨道维护机1包括测量系统5，该测量系统5用于记录轨道2的实际几何形状。
26.传感器6设置为监测被设计为捣固单元的作业单元3。本技术人的奥地利专利申请a290/2018中公开了示例性传感器6。安装在捣固单元上或其他作业单元3上的传感器6测量作用在单个作业单元部件上的加速度和/或力。为了监测作业单元3的状况，温度测量也是有用的。
27.相应传感器6生成传感器信号ss，所述传感器信号ss通过数据采集模块(daq)7记录，并进一步处理为传感器数据sd。为实现此目的，数据采集模块7与计算单元8相连。在该计算单元8中，设置有第一算法p1(程序)，用于根据传感器数据sd计算出结果数据ed。该结果数据ed用于评估作业单元3所执行的作业序列或评估对在其上进行作业的轨道2的状况。为实现此目的，结果数据ed包括相应的参数。
28.有利的是，计算单元8和数据采集模块7是以主从结构相互连接的。数据采集模块7包括例如若干具有12至16个通道的daq单元，其中，每个通道均分配有传感器信号ss。数据采集模块7以在几千赫兹范围内的高采样率记录传感器信号ss，以生成具有高时间分辨率的传感器数据sd，用于后续处理。
29.然而，对于纯粹的监测功能来说，分辨率较低的传感器数据sd已经够用。通常情况下，每个时间单位内，仅需少量的传感器数据sd(例如，采样率为1hz)来跟踪作业单元部件的磨损进度并评估可能的维修措施。因此，对于监测功能而言，通过专门的数据采集单元9来进行单独的数据处理是很有用的。监测设备10包括其他部件，例如微处理器11和调制解调器12，用于将监测数据ud传输至计算网络(云)13。本技术人的专利at 520 698a1公开了这样的监测设备10。
30.此外，使用监测设备10的调制解调器12或单独的调制解调器来传输利用计算单元8所生成的结果数据ed是有用的。由此，可以在计算机网络13中集中使用结果数据ed和必要时也会传输的传感器数据sd。例如，可以通过能够连接网络的计算机14上的安全在线应用程序(网络应用程序)来显示和进一步处理(网络访问)数据sd和ed。
31.轨道维护机1包括例如高性能linux服务器作为计算单元8。这使得可以实时处理
以高采样率记录的信号数据sd。在任何情况下，有用的是，调整数据采集模块7的采样率以匹配计算单元8的处理能力，以确保实时计算出结果数据ed。因此，可以直接在轨道维护机1上确定作业序列的各种特征参数。
32.此外，有利的是，按如下方式设计计算单元8：cpu能力也可用于处理高级数学算法。这些数学算法是用于评估机器部件的状态和调整作业参数的模型和计算算法。在计算单元8中设置的所有算法都作为任务t1、t2、tn(进程)执行。具体而言，在计算单元8上运行主应用程序m，计算单元8以协调的方式启动和发起各个任务t1、t2、tn(图3)。
33.附加地或替代地，除了将传感器数据sd和结果数据ed传输到计算机网络13之外，也可以将这些数据sd、ed存储在与计算单元8相连的存储设备15中。例如，在计算单元8中实现专门的处理器(服务器)，其结合各种系统变量并将所请求的数据sd、ed存储在存储设备15的大容量存储器中。也可以例如在轨道维护机1的校准期间，通过数据接口16将存储的数据sd、ed传输到计算机14。
34.在图2所示的设计方案中，该系统包括用于将程序数据与数据库18进行比对的通信装置17。例如，为实现此目的，提供vpn路由器，该路由器与计算单元8相连。这样，也可以通过vpn隧道19传输传感器数据sd和结果数据ed。
35.有利的是，vpn隧道19也可用于计算单元8的软件更新(图3)。为此，发起的任务tn检查数据库18中是否有新算法可用。例如，为此，与运行任务t1、t2的当前版本进行比对。如有必要，通过vpn隧道19加载修改后的算法p1或新算法p2，并将修改后的算法p1或新算法p2进行编译并将其附加至任务列表t。而后，通过重启计算单元8来启动和处理新任务。
36.这种更新也可用于分析轨道维护机1上的之前未被注意到的序列。首先，将与待分析的问题定义相适配的新算法p2加载到计算单元8中并进行编译。例如，如果指定事件发生，则相应的任务t2将一些选定的传感器6的传感器数据sd写入存储设备15中。在记录足够的时间段后，将收集的数据sd、ed上传到计算机网络13并进行分析。
37.图4示出了该系统的另一改进。通过各种传感器6对作业单元3进行监控。这些传感器6和布置在轨道维护机1上的其他传感器6(惯性测量单元、激光切割传感器、液压表等)通过数据采集模块7向计算单元8提供传感器数据sd。借助于各种算法p1、p2、pn，将与控制相关的参数计算为结果数据ed。将相应参数反馈至机器控制器4中，这随后引发对作业过程的主动干预。
38.为实现此目的，机器控制器4(轨道维护机1的控制系统)包括中央控制器20，通过中央控制器20，协调若干个分散的子系统21。这些子系统21例如是用于调整产生振动的振动驱动装置的速度的子系统21、用于捣固单元的捣固镐开口宽度的子系统21、用于捣固镐的自动穿透系统的子系统21、和用于定位作业单元的子系统21。
39.因此，记录和测量受影响的作业序列的物理参数。将所记录的参数作为数据流馈送到计算单元8，其中所有的任务t1、t2、tn完全访问该传感器数据sd。在任务t1、t2、tn的执行过程中，确定作业序列的特征参数。然后，将这些参数反馈到中央控制器20，以便为子系统21预设优化的作业参数。由此，在分布式控制系统的层面上建立一个更高层次的闭环系统，该闭环系统具有基于观察的控制器。
40.在另一有益改进中，直接在计算单元8中计算优化的作业参数。为实现此目的，在计算单元8中设置有相应的算法p1、p2、pn。为中央控制器20指定新计算的作业参数。因此，机
器控制器4本身不进行参数计算。这样，适用于机器控制器4的安全要求不会受到影响。
41.下文将以通过捣固单元进行多次捣固为例更详细地解释新作业参数的指定。在多次捣固中，振动捣固镐会在同一地点降至道碴床中，并且它们多次挤压以提高道碴的压实。
42.对于参数优化，首先，在较长的观察期内记录传感器数据sd。例如，记录捣固单元的挤压缸的压力和冲程。针对每个所记录的捣固周期，计算特征参数，将其作为下一步骤中的基本数据。
43.可离线使用由本系统记录的基本数据来训练预测模型。具体而言，将所记录的数据和相应的目标变量(每个捣固周期的捣固插入次数)用作训练数据。训练好的预测模型对应于新算法p2，该新算法p2能够对目标变量进行预测。
44.可以通过测试和验证来进一步改进新算法p2。所使用的测试数据与之前使用的训练数据不同。将对目标变量的预测调整为指定的目标值，以评估预测模型的质量。如有必要，对算法p2进行新训练步骤以提高预测质量。
45.利用完成的算法p2，直接在轨道维护机1上实时指定相应的作业参数(目标变量)。一旦捣固镐穿透道碴床，传感器6就会提供有意义的传感器数据sd，用于计算针对道碴床的状况的参数。在任何情况下，在第一次捣固插入结束时，有足够的传感器数据sd可用于计算出可靠的结果数据ed。在本示例中，机器控制器4的结果数据ed实时说明是否有必要在同一地点进行进一步的捣固插入，以达到预期的压实效果。
46.本系统的另一优点在于多轨枕捣固单元，其中，若干个捣固单元一个接一个地布置。这些捣固单元一起下降至道碴床中，以同时捣固若干个轨枕。在本文中，实时记录和处理的传感器数据sd用于差异化控制各个捣固单元。具体来说，当捣固镐穿透道碴床时确定的道碴床状况用于指定不同的压紧压力。如有必要，针对各个捣固单元指定不同的挤压时间。在同时捣固若干个轨枕的情况下，有时会出现道碴床在其初始状态下在每个轨枕下的道碴压实不同的问题。
47.对于每个捣固单元，根据分配的传感器数据sd所计算的参数已经指示出在穿透过程期间在道碴床的相关位置处的相应压实程度。借助相应的算法p2，针对相应的子控制器指定适配的挤压压力以及必要时适配的挤压时间。在压实程度已被增加的位置处，通过降低挤压压力和挤压时间，使得引入道碴床中的捣固能较少。然而，在压实程度较低的穿透位置处，会随着压力的增加和持续时间的延长而发生挤压。由此，对于使用多轨枕捣固单元进行作业的道碴床部段实现了道碴的均匀压实。