吳憂

【摘 要】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(guó)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(cè)系統(tǒng)，隨時(shí)隨地了解機(jī)械車附近的動(dòng)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(cè)系統(tǒng)方案，以供參考。

【關(guān)鍵詞】大型養(yǎng)路機(jī)械;發(fā)動(dòng)機(jī);防火監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

中圖分類號(hào)： U216.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A文章編號(hào)： 2095-2457（2019）06-0001-004

【Abstract】In the maintenance and management of modern railways， railway large maintenance machinery is a very core equipment. At present， it has been effectively applied in railway maintenance and repair in China. In order to further improve the fire safety of railway large maintenance machinery， a fire prevention monitoring system for railway large maintenance machinery is developed to understand the dynamic situation near the mechanical vehicle anytime and anywhere， creating conditions for safe production. This paper starts with the hidden dangers of railway large maintenance machinery， and proposes a railway large maintenance machinery fire monitoring system program for reference.

【Key words】Railway large maintenance machinery; Engine; Fire detection system

0 前言

近幾年，國(guó)家對(duì)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。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(dòng)機(jī)是其核心設(shè)備，同時(shí)也是主要的火災(zāi)來(lái)源點(diǎn)。

大型養(yǎng)路機(jī)械發(fā)動(dòng)機(jī)防火監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要是使用傳感器采集動(dòng)力間的各類物理信號(hào)，借助相應(yīng)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)軟件完成數(shù)據(jù)的采集、分析、報(bào)警等[1]。本方案以鐵建裝備生產(chǎn)的KGM80II快速打磨車為對(duì)象進(jìn)行探究設(shè)計(jì)。方案主要包含：火源點(diǎn)加裝煙霧報(bào)警傳感器、溫度探頭、視頻監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，火警信息的顯示、報(bào)警及存儲(chǔ)等。

1 鐵路大型養(yǎng)路機(jī)械防火監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

結(jié)合鐵路大型養(yǎng)路機(jī)械的實(shí)際工況，該防火監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)該具備以下功能：可以實(shí)時(shí)監(jiān)控發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵部位的溫度;可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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(hào)后能夠自動(dòng)切換到報(bào)警點(diǎn)的實(shí)時(shí)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(chǔ)存等。其主要的防火監(jiān)測(cè)對(duì)象比較多，如發(fā)動(dòng)機(jī)歧管溫度、渦輪增壓器溫度、排氣管溫度、動(dòng)力包煙霧、燃料動(dòng)力間煙霧、打磨車煙霧、磨石間煙霧等;監(jiān)測(cè)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(tái)包含數(shù)據(jù)采集模塊、視頻存儲(chǔ)硬盤等;軟件平臺(tái)包含數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等功能[2]。

2 快速打磨車火災(zāi)源分析

快速打磨車的火災(zāi)主要源于：

（1）發(fā)動(dòng)機(jī)熱源與易燃物接觸后引起的燃燒。而發(fā)動(dòng)機(jī)間易燃物主要有：進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)間的柴油管或者液壓油管破裂而噴灑出的油、隔熱棉、其它遺留在發(fā)動(dòng)機(jī)間的易燃物等。發(fā)動(dòng)機(jī)的熱源主要包括：發(fā)動(dòng)機(jī)歧管、渦輪增壓器、排氣管等。

（2）打磨小車打磨過(guò)程中產(chǎn)生的火花引起的燃燒。

3 快速打磨車防火監(jiān)測(cè)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

3.1 功能描述

設(shè)置快速打磨車火警系統(tǒng)，可以檢測(cè)快速打磨車工作時(shí)可能出現(xiàn)的溫度超限、溫度突變、煙霧等異常情況，并對(duì)檢測(cè)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。

系統(tǒng)詳細(xì)功能見(jiàn)下表1：

3.2 報(bào)警方式

3.2.1 報(bào)警級(jí)別

一級(jí)報(bào)警：出現(xiàn)溫度預(yù)警、單個(gè)感煙探測(cè)器報(bào)警（兩種情況出現(xiàn)其一）。

二級(jí)報(bào)警：出現(xiàn)溫度預(yù)警且同時(shí)出現(xiàn)單個(gè)感煙探測(cè)器報(bào)警。

三級(jí)報(bào)警：出現(xiàn)一個(gè)以上感煙探測(cè)器報(bào)警、溫度報(bào)警、或兩種狀況同時(shí)出現(xiàn)（三種情況出現(xiàn)其一）。

3.2.2 報(bào)警方式，如表2：

3.2.3 工作狀態(tài)，如表3：

3.3 系統(tǒng)拓?fù)?/p>

本系統(tǒng)在A車及C車各設(shè)有一個(gè)火警主機(jī)箱，對(duì)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(tái)主機(jī)箱內(nèi)各含一塊西門子S7-1200 CPU，該CPU除了對(duì)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(dòng)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(dòng)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(guò)Profinet通信，CPU及觸摸屏也通過(guò)Profinet電纜連接到本端的交換機(jī)上。考慮到三節(jié)車會(huì)拆分，所以在A車及C車各設(shè)有一個(gè)快速對(duì)接箱。系統(tǒng)拓?fù)鋱D如圖1所示：

3.4 視頻監(jiān)控系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

攝像頭作為現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的視頻元件，其質(zhì)量、性能關(guān)系著所獲得的視頻畫(huà)面的清晰度、可靠性。綜合對(duì)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(dòng)力間工作時(shí)溫度較高，故，對(duì)動(dòng)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(guò)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(lái)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(duì)風(fēng)冷系統(tǒng)啟動(dòng)條件進(jìn)行設(shè)置。啟動(dòng)連鎖條件為：當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)正常啟動(dòng)后，發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電信號(hào)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(kāi)。

3.5 系統(tǒng)布置方案

3.6 電氣原理圖設(shè)計(jì)

火警系統(tǒng)整機(jī)功率大約為100W，在B5箱設(shè)一路8A空開(kāi)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(kāi)給其供電。火警系統(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(guò)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(shí)不允許啟動(dòng)發(fā)動(dòng)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(hào)給大機(jī)系統(tǒng)，以防網(wǎng)絡(luò)出故障時(shí)火警信息不能準(zhǔn)確及時(shí)送達(dá)大機(jī)系統(tǒng)。部分電氣系統(tǒng)原理如圖3所示：

3.7 主機(jī)箱監(jiān)測(cè)界面設(shè)計(jì)

火警主機(jī)箱監(jiān)測(cè)界面應(yīng)包含以下功能：

（1）測(cè)試功能：系統(tǒng)可以通過(guò)PLC觸摸屏進(jìn)行設(shè)備的功能測(cè)試。

（2）設(shè)定報(bào)警溫度功能：系統(tǒng)可以通過(guò)PLC觸摸屏對(duì)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(shì)：系統(tǒng)可以通過(guò)PLC觸摸屏對(duì)監(jiān)測(cè)溫度運(yùn)行趨勢(shì)進(jìn)行查看，方便工作人員分析大機(jī)運(yùn)行中發(fā)動(dòng)機(jī)狀況。

（4）查看操作記錄：系統(tǒng)可以通過(guò)PLC觸摸屏對(duì)歷史操作記錄進(jìn)行查看，方便工作人員了解火警監(jiān)測(cè)系統(tǒng)歷史運(yùn)行情況[3]。

部分監(jiān)測(cè)界面如圖4所示：

3.8 下位軟件設(shè)計(jì)

火警系統(tǒng)下位軟件要實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、處理、分析及輸出報(bào)警等功能，對(duì)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(yǔ)句表（STL-STatement List）等多種語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)。功能塊如圖5所示：

4 結(jié)束語(yǔ)

本文以KGM80II快速打磨車為研究對(duì)象，根據(jù)其實(shí)際作業(yè)工況，對(duì)整機(jī)的防火監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行了探究分析，以期提高鐵路大型養(yǎng)路機(jī)械施工安全和效率，盡管從來(lái)沒(méi)有獲得百分之百的保險(xiǎn)，但火警早期預(yù)防系統(tǒng)可以阻止一場(chǎng)火災(zāi)的突發(fā)和蔓延。隨著科技手段不斷進(jìn)步，防火監(jiān)測(cè)系統(tǒng)也應(yīng)該要不斷優(yōu)化升級(jí)，向著網(wǎng)絡(luò)化、智能化發(fā)展。期望不就的將來(lái)，鐵路大型養(yǎng)路機(jī)械的防火監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能做到自動(dòng)監(jiān)測(cè)、自動(dòng)識(shí)別、自動(dòng)滅火等，從而更大程度地減少大機(jī)施工的風(fēng)險(xiǎn)源、提高大機(jī)作業(yè)效率、減少大機(jī)財(cái)產(chǎn)損失。

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