鐵路大型養(yǎng)路機(jī)械防火監(jiān)測系統(tǒng)探究

李志偉

摘 要：我國對鐵路事業(yè)的投資逐漸加大，使得鐵路事業(yè)得到了迅猛發(fā)展。在現(xiàn)代鐵路養(yǎng)護(hù)管理中，鐵路大型養(yǎng)路機(jī)械是非常核心的設(shè)備，目前，在我國鐵路維修養(yǎng)護(hù)中得到了有效應(yīng)用。為了進(jìn)一步提高大型養(yǎng)路機(jī)械的防火安全性，研發(fā)出了應(yīng)用于大型養(yǎng)路機(jī)械的防火監(jiān)測系統(tǒng)，隨時隨地了解機(jī)械車附近的動態(tài)狀況，為安全生產(chǎn)創(chuàng)造了條件?；诖?，本文從大型養(yǎng)路機(jī)械存在的火災(zāi)隱患入手，提出了大型養(yǎng)路機(jī)械防火監(jiān)測系統(tǒng)方案，以供參考。鐵路安全關(guān)系著車輛行駛安全、乘客安全，做好鐵路的質(zhì)量管控工作十分重要。大型養(yǎng)路機(jī)械是鐵路維修養(yǎng)護(hù)非常重要的設(shè)備，是實(shí)現(xiàn)鐵路運(yùn)輸、保障行車安全非常重要的工具，而發(fā)動機(jī)是其核心設(shè)備，同時也是主要的火災(zāi)來源點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：大型養(yǎng)路機(jī)械；發(fā)動機(jī)；防火監(jiān)測系統(tǒng)

隨著我國鐵路運(yùn)輸密度的加大，繁忙干線的維修工作采用手工、小型養(yǎng)路機(jī)械和非標(biāo)準(zhǔn)自制設(shè)備的修理手段已無法完成。與此同時，軌道結(jié)構(gòu)的日益現(xiàn)代化也向養(yǎng)路機(jī)械的作業(yè)質(zhì)量提出了更高的要求。因此，為了做出高質(zhì)量軌道結(jié)構(gòu)，適應(yīng)提高行車速度、高運(yùn)量、高密度和安全的要求，唯一的辦法就是改善養(yǎng)路作業(yè)手段，采用高效的大型養(yǎng)路機(jī)械和相應(yīng)的檢測設(shè)備，鐵路養(yǎng)護(hù)走向大型機(jī)械化成為必然。

一、鐵路大型公路養(yǎng)護(hù)機(jī)械火災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

根據(jù)鐵路大型養(yǎng)路機(jī)械的實(shí)際工況，該防火監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)該具備以下功能：可以實(shí)時監(jiān)控發(fā)動機(jī)關(guān)鍵部位的溫度；可以實(shí)時監(jiān)測整機(jī)火源點(diǎn)可能出現(xiàn)的煙霧、火焰情況；在火源點(diǎn)有視頻監(jiān)控，并在發(fā)出火災(zāi)報(bào)警信號后能夠自動切換到報(bào)警點(diǎn)的實(shí)時監(jiān)控視頻；數(shù)據(jù)收集、狀態(tài)監(jiān)控相關(guān)軟件能夠完成數(shù)據(jù)信息的采集、處理、分析及儲存等。其主要的防火監(jiān)測對象比較多，如發(fā)動機(jī)歧管溫度、渦輪增壓器溫度、排氣管溫度、動力包煙霧、燃料動力間煙霧、打磨車煙霧、磨石間煙霧等；監(jiān)測系統(tǒng)傳感器涉及到攝像頭，溫度、煙霧、火焰等傳感器；硬件平臺包含數(shù)據(jù)采集模塊、視頻存儲硬盤等；軟件平臺包含數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)存儲等功能。

二、快速打磨車防火監(jiān)測系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

1.功能描述。設(shè)置快速打磨車火警系統(tǒng)，可以檢測快速打磨車工作時可能出現(xiàn)的溫度超限、溫度突變、煙霧等異常情況，并對檢測的異常情況進(jìn)行報(bào)警。極大程度上的保障了系統(tǒng)設(shè)備及工作人員的安全。

2.報(bào)警方式。（1）報(bào)警級別。一級報(bào)警：出現(xiàn)溫度預(yù)警、單個感煙探測器報(bào)警（兩種情況出現(xiàn)其一）。二級報(bào)警：出現(xiàn)溫度預(yù)警且同時出現(xiàn)單個感煙探測器報(bào)警。三級報(bào)警：出現(xiàn)一個以上感煙探測器報(bào)警、溫度報(bào)警、或兩種狀況同時出現(xiàn)（三種情況出現(xiàn)其一）。

（3）工作狀態(tài)，如表2：

3.系統(tǒng)拓?fù)?。本系統(tǒng)在A車及C車各設(shè)有一個火警主機(jī)箱，對所有火警數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、處理、分析、顯示報(bào)警等。兩臺主機(jī)箱內(nèi)各含一塊西門子S7-1200 CPU，該CPU除了對數(shù)據(jù)處理、分析外，還自帶有16點(diǎn)DI及16點(diǎn)DO，DI點(diǎn)可以采集煙感及面板按鈕信息，DO點(diǎn)可以驅(qū)動一些面板上小功率的指示燈及蜂鳴器。主機(jī)箱內(nèi)還帶有一塊16點(diǎn)DO模塊、一塊8點(diǎn)AI模塊、一塊5口工業(yè)交換機(jī)、一塊7寸觸摸屏，DO模塊用于驅(qū)動報(bào)警燈柱顯示，AI模塊用于采集溫度探頭數(shù)據(jù)，A車及C車的主機(jī)通過Profinet通信，CPU及觸摸屏也通過Profinet電纜連接到本端的交換機(jī)上?？紤]到三節(jié)車會拆分，所以在A車及C車各設(shè)有一個快速對接箱。

4.線路的維修，對鐵路軌道進(jìn)行起、撥道和抄平作業(yè)，使鐵路軌道的方向、水平以及前后高低，全部達(dá)到線路要求的維修標(biāo)準(zhǔn)。搗固車的運(yùn)用提高了道床石碴的密實(shí)性，增加了軌道的穩(wěn)定性，確保列車安全運(yùn)行。搗固車在公司大型養(yǎng)路機(jī)械設(shè)備中數(shù)量最多、使用率最高。因此，首先在搗固車上安裝了視頻監(jiān)控系統(tǒng)。本文以大型養(yǎng)路機(jī)械中的搗固車為例，表述相關(guān)研究成果。1 特種監(jiān)控系統(tǒng)框架安裝在搗固車上的特種視頻監(jiān)控系統(tǒng)，分為現(xiàn)場操作監(jiān)控子系統(tǒng)與數(shù)據(jù)中心子系統(tǒng)兩部分，現(xiàn)場操作監(jiān)控子系統(tǒng)用于監(jiān)測記錄各工作裝置工況情況，數(shù)據(jù)中心子系統(tǒng)用于調(diào)控現(xiàn)場工況的實(shí)時數(shù)據(jù)流。采用了6 組紅外攝像機(jī)監(jiān)測搗固車左搗固頭、右搗固頭、左夾鉗、右夾鉗、前端、后端等位置，在作業(yè)操作位置，前、后端司機(jī)室均可實(shí)時查看，即在子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了多路監(jiān)控。各子系統(tǒng)把視頻主機(jī)的信息及采集到的視頻流數(shù)據(jù)，經(jīng)數(shù)據(jù)調(diào)制形成統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式，經(jīng) 4G 網(wǎng)絡(luò)傳輸至數(shù)據(jù)中心。數(shù)據(jù)中心將數(shù)據(jù)解調(diào)成一般數(shù)據(jù)供計(jì)算機(jī)使用，計(jì)算機(jī)具有添加注冊、注銷各子系統(tǒng)ID、讀取、記錄、視頻等功能

5.視頻監(jiān)控系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)。攝像頭作為現(xiàn)場監(jiān)測的視頻元件，其質(zhì)量、性能關(guān)系著所獲得的視頻畫面的清晰度、可靠性。綜合對攝像頭視角、空間及溫度分布等各方面狀況的考慮，本方案選擇了滿足系統(tǒng)要求的彩色紅外防水半球防爆攝像機(jī)。其成像圖像清晰，具備彩轉(zhuǎn)黑功能，能夠晝夜進(jìn)行監(jiān)控。因動力間工作時溫度較高，故，對動力間內(nèi)的攝像頭加裝了風(fēng)冷系統(tǒng)，以保證攝像頭正常工作。該風(fēng)冷系統(tǒng)是經(jīng)過直徑Φ25的風(fēng)管，將冷風(fēng)送到相應(yīng)的風(fēng)冷護(hù)罩中，由排風(fēng)口來出風(fēng)，將攝像裝置中的熱量帶走，以降低攝像頭及各元件設(shè)備的溫度?；跀z像頭風(fēng)冷系統(tǒng)功率大的原因，應(yīng)對風(fēng)冷系統(tǒng)啟動條件進(jìn)行設(shè)置。啟動連鎖條件為：當(dāng)發(fā)動機(jī)正常啟動后，發(fā)動機(jī)發(fā)電信號D+得電，則控制風(fēng)冷系統(tǒng)供電繼電器閉合，使風(fēng)冷系統(tǒng)工作，反之則斷開。此外，視頻系統(tǒng)還設(shè)置了自動跳轉(zhuǎn)功能，當(dāng)火警監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號給視頻主機(jī)后，監(jiān)視器會自動跳轉(zhuǎn)到報(bào)警點(diǎn)的監(jiān)控畫面。

6.電氣原理圖設(shè)計(jì)?；鹁到y(tǒng)整機(jī)功率大約為100W，在B5箱設(shè)一路8A空開給其供電。視頻系統(tǒng)整機(jī)功率大約為280W，在B7箱設(shè)一路15A空開給其供電?；鹁到y(tǒng)采集到的所有信息除了在本系統(tǒng)控制、顯示外，還要通過Profinet通信傳輸?shù)酱髾C(jī)的PLC系統(tǒng)，大機(jī)系統(tǒng)采集到火警信息后，可以在上位機(jī)做一些顯示及整機(jī)控制連鎖，如：有火警時不允許啟動發(fā)動機(jī)等。另外，火警系統(tǒng)還要輸出一路系統(tǒng)故障的硬接點(diǎn)信號給大機(jī)系統(tǒng)，以防網(wǎng)絡(luò)出故障時火警信息不能準(zhǔn)確及時送達(dá)大機(jī)系統(tǒng)。部分電氣系統(tǒng)原理如圖1所示：

圖1中，L+及M為模塊供電、-DOA為A車數(shù)字量輸出模塊、-KA1為中轉(zhuǎn)繼電器、-ALA1/2為報(bào)警燈柱，當(dāng)火警系統(tǒng)監(jiān)測有溫度報(bào)警或者煙霧報(bào)警時，DQa的0點(diǎn)和1點(diǎn)輸出高電平使對應(yīng)繼電器閉合，從而使報(bào)警燈柱的爆閃單元工作。

7.主機(jī)箱監(jiān)測界面設(shè)計(jì)?；鹁鳈C(jī)箱監(jiān)測界面應(yīng)包含以下功能：（1）測試功能：系統(tǒng)可以通過PLC觸摸屏進(jìn)行設(shè)備的功能測試。（2）設(shè)定報(bào)警溫度功能：系統(tǒng)可以通過PLC觸摸屏對任意感溫?zé)犭娮桀A(yù)警溫度及報(bào)警溫度進(jìn)行具體設(shè)定，方便工作人員根據(jù)大機(jī)實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行調(diào)整。（3）查看溫度趨勢：系統(tǒng)可以通過PLC觸摸屏對監(jiān)測溫度運(yùn)行趨勢進(jìn)行查看，方便工作人員分析大機(jī)運(yùn)行中發(fā)動機(jī)狀況。（4）查看操作記錄：系統(tǒng)可以通過PLC觸摸屏對歷史操作記錄進(jìn)行查看，方便工作人員了解火警監(jiān)測系統(tǒng)歷史運(yùn)行情況。

8.下位軟件設(shè)計(jì)?；鹁到y(tǒng)下位軟件要實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、處理、分析及輸出報(bào)警等功能，對應(yīng)的設(shè)計(jì)就應(yīng)該包含數(shù)據(jù)采集功能塊、數(shù)據(jù)處理功能塊、數(shù)據(jù)分析功能塊、輸出報(bào)警功能塊等。編程采用順序功能圖（SFC-Seauential Fuction Chart）、梯形圖（LAD-LAdder Diagram）、語句表（STL-STatement List）等多種語言實(shí)現(xiàn)。

總之，隨著科技手段不斷進(jìn)步，防火監(jiān)測系統(tǒng)也應(yīng)該要不斷優(yōu)化升級，向著網(wǎng)絡(luò)化、智能化發(fā)展。在不久的將來，鐵路大型養(yǎng)路機(jī)械的防火監(jiān)測系統(tǒng)能做到自動監(jiān)測、自動識別、自動滅火等，從而更大程度地減少大機(jī)施工的風(fēng)險源、提高大機(jī)作業(yè)效率、減少大機(jī)財(cái)產(chǎn)損失。

參考文獻(xiàn)

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