救援起重機安全監(jiān)控系統(tǒng)支腿傳感信號改進方案探討

王 浩 上海鐵路局合肥機務段

1 我局鐵路救援起重機安全監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)狀分析

目前，上海局鐵路救援起重機主要有N100型、NS125型、NS125型、N160型、NS160型、NS進口160型六種型號起重機，除N100型無安全監(jiān)控裝置外，其他都安裝了安全監(jiān)控裝置。自2008年以來，上海鐵路局進廠大、中修的5臺國產鐵路起重機，廠方對其安全控制系統(tǒng)進行了改造和技術革新。如支腿跨距傳感信號，對下車支腿跨距狀態(tài)進行監(jiān)控，系統(tǒng)根據(jù)采集到的支腿跨距信號，做出各種判斷，實現(xiàn)起重機安全控制功能。改造后的起重機支腿跨距檢測均采用了行程開關，共12個，每個支腿有三種跨距（視車型不同，跨距不同，現(xiàn)以3.5 m、4.8 m、6.0 m三種跨距為例），分別用一個行程開關檢測，相同跨距檢測的四個行程開關為一組，相互串聯(lián)，當四個行程開關均閉合后，電路導通，將+24 V信號傳遞給系統(tǒng)主機。有的廠家無下車主機，信號直接傳遞給上車主機系統(tǒng)；有的廠家設有下車主機系統(tǒng)，信號則傳遞給下車主機系統(tǒng)，然后下車主機系統(tǒng)通過CAN通訊方式將支腿跨距狀態(tài)傳遞給上車系統(tǒng)主機。

2 改用行程開關后在使用中存在的主要問題

（1）不利于故障判斷和排除

行程開關主要工作過程為：行程開關觸頭抵擋鐵塊時，觸電閉合，電路導通，將電信號傳輸?shù)街鳈C進行判斷。但在實際使用過程中，容易造成當行程開關得電時無指示，動作時亦無指示，不能從表象上快速排除電路故障。一是行程開關觸頭抵擋鐵塊時，連桿機構回縮，但內部機械觸點有時候雖然閉合，但屬于虛接狀態(tài)，造成一種閉合假象；二是由于是四個行程開關串聯(lián)起來，如果某一個行程開關不閉合或虛接，就會造成該路信號不到位，無法迅速判斷是哪一個行程開關出現(xiàn)問題。

（2）無法消除支腿機構機械間隙誤差

比如4個支腿跨距均到6.0 m后，此時行程開關仍無動作，必須等到支腿垂直油缸下壓后，才能碰觸到行程開關觸頭。當起重機吊重回轉時，各個支腿壓力發(fā)生變化，不受力支腿的行程開關又會由于檢測距離變大而斷開，造成信號中斷。如果將行程開關觸頭與鐵塊距離調近，支腿展開后鐵塊碰到行程開關觸頭，電路導通，但當支腿垂直油缸下壓后或下壓后吊重回轉后，受力支腿的行程開關又會由于檢測距離變小，鐵塊把行程開關連桿機構碰壞，造成信號中斷。在起重機吊重回轉時，支腿跨距信號一旦中斷，系統(tǒng)將退出當前工況，這對起重機安全監(jiān)控非常不利。

（3）存在檢測盲區(qū)

支腿跨距檢測采用的是點對點檢測，只有在3.5 m、4.8 m、6.0 m三個點處，凸起鐵塊碰觸到行程開關觸頭，電路信號才導通。若凸起鐵塊處于6.0 m、4.8 m兩行程開關中間部分時，則無信號，系統(tǒng)就認為沒打支腿。給作業(yè)人員帶來難度，耗費時間多。

（4）無法實現(xiàn)人機界面功能

司機室內安控系統(tǒng)的顯示器主界面不能單獨顯示各個支腿跨距信號。如果支腿跨距信號中斷，司機無法判斷究竟是哪個支腿的行程開關出現(xiàn)問題，地面監(jiān)護人員也很難查找出問題所在，將會拖延救援時間。

（5）不能實現(xiàn)支腿混打

比如，四個支腿跨距必須同時達到6.0 m，系統(tǒng)才認為作業(yè)工況為6.0 m支腿；如果有三個支腿打到6.0 m，一個支腿打4.8 m，系統(tǒng)仍認為下車未打好支腿，起重機就無法開始作業(yè)。起重機作業(yè)受到地理環(huán)境的限制，很多情況下四個支腿的跨距無法實現(xiàn)混打，極大地限制了鐵路救援起重機的適應性，不利于快速開展救援工作。

3 安全監(jiān)控系統(tǒng)傳輸信號的改進方案

NS160進口起重機的投入使用，給我們如何提高國產起重機安全監(jiān)控性能提供了很好的范例。通過市場調研和現(xiàn)場試驗，我們對國產起重機傳感信號進行了重新改進。

（1）檢測設備的改進，將行程開關改為接近開關。我們采用接近開關檢測，選用日本歐姆龍產的接近開關，穩(wěn)定性高、可靠性強、防護等級高(IP65-防塵及任意角度噴射水)，可以滿足鐵路救援起重機在惡劣工作條件下對于控制系統(tǒng)傳感器的要求。

傳感器參數(shù)如下：工作電壓：18-35 VDC/200 mA；PNP常開（NO）；感應距離Sn=5 mm；外形尺寸：M18螺紋；燈光指示：綠燈代表電源指示燈（綠燈在接頭上）；黃燈代表動作指示燈（黃燈在開關體和接頭上均有）。如圖1、2所示。

接近開關工作原理：接近開關未檢測到鐵物時，接近開關不動作，僅是電源指示燈綠色亮（接頭體上）；當檢測到鐵物時，接近開關動作，黑色線（sw）輸出高電平信號至電腦主機，同時動作指示燈黃色亮。

（2）檢測對象的改進，將檔鐵改為環(huán)形鋼板。檔鐵焊接在支腿旋轉座上，是否存在對支腿承載力及鋼結構不造成任何影響，我們將其去掉，在支腿轉動銷外側加焊一個厚度為5 mm的環(huán)形鐵板，作為距離傳感器器檢測的對象，同時由于受到距離的限制，傳感器不會感應到鋼轉動銷。

（3）采用模塊化布線傳輸信號方式，實現(xiàn)更好的人機界面。國產起重機除N100起重機外，全部有顯示器界面，具有中央處理器系統(tǒng)，有的上車和下車各一個，為采用電信號的傳輸和分析提供了良好的環(huán)境，通過軟件編程，可以實現(xiàn)對各個支腿工作狀況的判斷和監(jiān)控。

4 改進后的優(yōu)越性及達到的效果

（1）實現(xiàn)單個傳感器發(fā)生故障的快速判斷；接近開關帶有電源指示和動作指示，一但電路或傳感器發(fā)生故障，可以從燈光指示上就可以迅速判斷出，而且接近開關采用PACK接頭插接件連接，維修更換方便。

（2）將接觸動作改為光電感應；接近開關檢測鐵物是非碰觸式感應，而且感應距離是5 mm，這樣就能很好的消除支腿機構機械間隙誤差，首次安裝調整好距離后，即使支腿支撐臂固定軸銷存在一定間隙況量，在起重機工作時鐵物與傳感器感應面的距離發(fā)生一定變化時，傳感器仍然能正常工作，不會造成信號中斷，傳感器也不會被碰壞掉，保證了起重機作業(yè)安全。

（3）實現(xiàn)無盲區(qū)傳輸信號；每個支腿有三個接近開關（假設分別為1號、2號、3號），在6 m支腿時，三個接近開關都亮；4.8 m-6 m之間，1號、2號兩個接近開關亮；3.5 m-4.8 m之間，1號接近開關亮。當支腿展開時，首先是1號接近開關感應到環(huán)型鐵板后，輸出高電平信號至系統(tǒng)時，系統(tǒng)認為支腿跨距是3.5 m；支腿繼續(xù)展開，當1號、2號接近開關都感應到環(huán)型鐵板后，均輸出高電平信號至系統(tǒng)時，系統(tǒng)認為支腿跨距是4.8 m；支腿繼續(xù)展開，當1號、2號、3號接近開關都感應到環(huán)型鐵板后，三個接近開關都輸出高電平信號至系統(tǒng)時，系統(tǒng)認為支腿跨距是6.0 m?？梢姡瓤缇鄼z測是連續(xù)的，不存在檢測盲區(qū)。

（4）建立良好的人機界面；通過人機界面，可以快速判斷故障點，顯示器顯示各個傳感器的接觸情況，司機通過顯示器即可發(fā)現(xiàn)哪個傳感器發(fā)生故障，可以快速排除。

（5）克服了救援現(xiàn)場環(huán)境的制約；支持各個支腿混打，避免了受到地理環(huán)境的限制，提高起重機性能的發(fā)揮。通過軟件編程，系統(tǒng)首先分別判斷出各個支腿的跨距狀態(tài)，然后綜合判斷確定起重機支腿跨距形式，并根據(jù)最終結果進行工況選擇，選擇相應吊重性能曲線進行吊重作業(yè)。比如三個支腿跨距是6.0 m，一個支腿跨距是4.8 m，系統(tǒng)就認為起重機支腿跨距形式是4.8 m，進而選擇相應的工況及性能曲線表進行吊重作業(yè)。這樣，不僅滿足了起重機在復雜邊界地理環(huán)境下的正常作業(yè)，也保證了起重機的安全。

5 結束語

鐵路救援起重機新型支腿跨距檢測方式，采用了高性能的接近開關，通過科學合理的安裝，同時在系統(tǒng)內部進行軟件編程，有效地解決了原用行程開關檢測支腿跨距的缺陷。現(xiàn)在已經(jīng)完成對南京東救援列車配屬的NS1602-4005和金華救援列車配屬的NS1252-2012兩臺鐵路起重機進行了更新改造，經(jīng)過救援、施工現(xiàn)場實際運用，新型支腿跨距檢測方式，運行穩(wěn)定、安全可靠，操作維護簡便，達到了預期的目標，既有國產鐵路起重機均可安裝使用，對路外一些起重機械應用前景廣闊。