李占福

（廣州局集團公司龍川機務段，廣東 龍川 517300）

1 系統(tǒng)概況

廣東鐵路有限公司龍川機務段整備場電力機車整備作業(yè)安全監(jiān)控系統(tǒng)是原廣鐵科研所2012年承建的，作為全天候運行的作業(yè)安全卡控設備，在過去10年多的使用過程中對機務運輸生產(chǎn)保障安全、節(jié)省生產(chǎn)成本發(fā)揮了很大作用。自該套設備使用后，未發(fā)生整備作業(yè)高壓人身傷害事故和接觸網(wǎng)、掛地線間短路放炮事件，未發(fā)生錯辦股道隔離事件，系統(tǒng)的安全卡控經(jīng)受住了實踐檢驗；該系統(tǒng)與人工牽車系統(tǒng)進行對比，在用人成本上節(jié)省2/3，同時大幅提高系統(tǒng)的自動化程度和作業(yè)效率，符合當今自動化信息化智能化技術發(fā)展趨勢。

目前在用的該套設備使用時間基本上達到十多年，根據(jù)設備管理浴盆曲線，老舊的器件及系統(tǒng)給設備安全運行帶來了潛在隱患；在實際運行中也多次發(fā)生網(wǎng)絡通信不良，關鍵設備調(diào)整、損壞頻次增多，現(xiàn)場設備狀態(tài)老化等現(xiàn)象。因此提高設備的安全性和穩(wěn)定性就顯得十分必要。

2 設備組成及故障分析

2.1 系統(tǒng)組成及故障統(tǒng)計

電力機車整備作業(yè)安全系統(tǒng)是為保障電力機車整備作業(yè)過程中人身和設備安全而設計的一套典型的機電一體化系統(tǒng)，主要用于實現(xiàn)高壓隔離開關的遠動分合操作、電網(wǎng)接地線的自動掛車、股道的安全防護以及登車頂安全通道的聯(lián)鎖控制及人數(shù)記錄等功能。系統(tǒng)由中央控制部分、電氣部分和機械部分組成（系統(tǒng)配置見圖1），硬件配置較為復雜，機電設備較多且安裝在機務段整備庫現(xiàn)場，工作環(huán)境較為惡劣，所以其日常維護和保養(yǎng)就顯得尤為重要。從該設備日常運用維修統(tǒng)計分析（見表1）中，得出易損部件、易發(fā)故障、慣性故障、處理難度大的故障隱患、系統(tǒng)設計欠缺或不足之處。通過對該套設備技術組成的研究，發(fā)現(xiàn)該套系統(tǒng)隔離開關與接地機構、防護機構、安全門等設備之間的聯(lián)鎖主要依靠西門子PLC 和電氣繼電器、接觸器等工控器件進行保證；登頂安全通道則由定制的安全門禁系統(tǒng)與工控系統(tǒng)管控；而機房工控機則作為整套系統(tǒng)的操控大腦，進行數(shù)據(jù)匯總、邏輯判斷和指令下達。

表1 電力機車整備作業(yè)安全監(jiān)控系統(tǒng)運用維護事項統(tǒng)計表（2019.01－2020.12）

圖1 系統(tǒng)配置簡圖

2.2 故障分析

2.2.1 機械系統(tǒng)故障

機械故障是末端機械執(zhí)行機構不能滿足設計規(guī)定的某一功能要求的狀態(tài)。原因主要是安裝精度不高所引起。另外就是該系統(tǒng)運行較頻繁，又位于室外站場，機車過往震動，自身運行磨損，造成鉸銷間隙過大。如機械臂關節(jié)松脫、變形，安全門經(jīng)常開關碰撞變形關不嚴或電磁鎖卡死等故障原因皆是如此。

2.2.2 電氣系統(tǒng)故障

電氣系統(tǒng)故障主要原因是電氣控制設備較多地配置于室外，工作環(huán)境惡劣。如機車往來震動、溫度、濕度、灰塵、腐蝕性空氣酸堿超標等因素；另外處于接觸網(wǎng)下，機車引弓拉弧、雷電高壓干擾因素較多；還有就是設備制作工藝和安裝工藝問題。如接線盒、線端子、螺栓螺母等處松脫占該類故障較大比例，就與站場環(huán)境振動較大及安裝制造工藝防震不足有關。執(zhí)行機構控制電路板、安全門禁控制器、讀卡頭及安全門頂股道狀態(tài)指示器故障，經(jīng)檢查多是由于過流浪涌、過壓保護器件損壞造成。各類繼電器、接觸器或空氣開關失效主要原因除產(chǎn)品質(zhì)量外，還與現(xiàn)場環(huán)境惡劣，接觸器觸點易打火或氧化，然后發(fā)熱變形直至失效有關。

2.2.3 控制信息系統(tǒng)故障

該部分設備位于中央控制機房，設備運行環(huán)境較好；另外該系統(tǒng)采用的都是工業(yè)控制產(chǎn)品中的著名品牌，特別是核心部件如工控機、PLC、電源等，設備質(zhì)量過硬，因此該部分設備故障率較低。經(jīng)分析原因主要是突然斷電或意外強電侵入，如接觸網(wǎng)爬電或雷擊引入系統(tǒng)，造成PLC 系統(tǒng)I/O 口損壞、通信端口損壞。對于軟件的故障則主要和操作熟練程度、系統(tǒng)配置是否正確有關，如對于正常的因連鎖互鎖關系引起的報錯信息，是系統(tǒng)正常的提示；而整備作業(yè)安全系統(tǒng)的早期產(chǎn)品存在軟件通信故障，主要是門禁控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集與組態(tài)控制軟件間OPC 通信故障，數(shù)據(jù)交換無法進行，但新升級系統(tǒng)會有信息提示，同時系統(tǒng)會自動復位。

2.3 故障的處理

2.3.1 機械故障的處理方法

機械故障的處理方法主要是設備更換或調(diào)整，方法簡單。

2.3.2 電氣系統(tǒng)故障的處理方法

電氣系統(tǒng)故障的處理方法則相對復雜，出現(xiàn)電氣故障，首先要查線，線路是否接通，線路端子松脫，斷線在電氣故障中還是占很大比例的。其次，查器件，通過故障現(xiàn)象模式，判斷可能的原因，有針對性地查器件。最后，更換故障器件或調(diào)整器件狀態(tài)。

2.3.3 控制信息系統(tǒng)故障的處理方法

控制信息系統(tǒng)故障并不常見，但若出現(xiàn)將會直接影響整備安全系統(tǒng)的使用，因此對此類故障的處理步驟如下：

(1)對于故障提示屬于狀態(tài)提示的（操作過程的提示），如“發(fā)卡器發(fā)卡報錯”“安全鑰匙不再工作位”之類，操作人員應熟悉操作程序，重新校正各類操作，如重新放正IC 卡，把安全鑰匙插入并置于工作位即可。對于系統(tǒng)的偶爾程序鎖死，可選擇退出控制程序，關機后重啟系統(tǒng)。平時對系統(tǒng)需要關機操作，切忌突然斷電式關機，應當退出控制程序，再通過程序關閉計算機。

(2)對于控制信息系統(tǒng)硬件損壞的，要停用該股道遠動操作，切換為近動或手動應急操作來完成該股道的整備作業(yè)。然后停用設備，將股道操作模式切換為停用模式或將整個系統(tǒng)完全停用。最后更換損壞設備，如PLC 或者控制主機，并備份下載控制程序，配置通信參數(shù)、運行參數(shù)，配置控制數(shù)據(jù)庫等軟件恢復工作。完成這些工作之后，測試硬件互鎖條件是否滿足，在滿足的條件下，進行加電調(diào)試。當全部測試功能完成后重新啟用遠動系統(tǒng)。

2.4 故障檢查處理的技巧

2.4.1 充分利用系統(tǒng)自身故障提示功能，快速判斷故障部位

系統(tǒng)自檢故障提示包括語音提示、操作提示、控制畫面圖標或文字提示等等。如刷卡后不能打開安全門的故障，原因可能是讀卡頭失效、門禁控制器失效以及電磁鎖吸合問題等。但依據(jù)刷卡語音提示功能，有“登頂”或“下車”語音提示的，說明門禁部分正常，問題出在電磁鎖的吸合上；如無語音提示，問題則在門禁部分。

2.4.2 遠動近動操作模式切換，快速縮小故障判斷范圍

本系統(tǒng)的機械執(zhí)行機構的控制，如隔離開關、防護機構、自動接地機構都具有遠動、近動（就地）、手搖控制三種模式，整個系統(tǒng)正常運行模式是遠動控制。當某股道遠動控制模式出現(xiàn)故障時，原因可能是執(zhí)行機構本身故障、控制系統(tǒng)故障等。但當切換為近動操作模式，也無法操作時，則是執(zhí)行機構本身故障；否則才是本系統(tǒng)控制部分問題。

2.4.3 對于現(xiàn)場總線網(wǎng)絡問題，要逐段測試，查找故障節(jié)點

如對于RS485 協(xié)議下的各個節(jié)點，在本系統(tǒng)中的攝像頭云臺和各個股道安全通道處布置的安全門禁系統(tǒng)，都是長距離組網(wǎng)。當出現(xiàn)通信不暢時，可以停用部分節(jié)點，檢查通信效果，逐步查找影響通信的故障節(jié)點。

2.4.4 對于設備故障，排查接線接觸是否良好是第一步

由于設備使用環(huán)境、條件等原因，出現(xiàn)故障時應首先排查是否是接線問題，在保證接線無錯后，再判斷其他問題。實踐中常常會出現(xiàn)檢查了所有可能出現(xiàn)的問題，也調(diào)整了很多設備，但最后才發(fā)現(xiàn)是一個端子熱熔膠松動，造成了大量時間的浪費。

3 升級改進建議

通過對該系統(tǒng)的使用故障分析和使用維修過程的總結，從工藝、技術創(chuàng)新角度，該系統(tǒng)還有一些待改進升級的地方。

其一，作為該套系統(tǒng)的關鍵核心部件，自動接地裝置的機械結構還有改進空間，如作為活動關節(jié)使用強度較高的材料，活動銷軸可以選用軸承結構，接地臂桿的安裝調(diào)整需要改用帶有調(diào)整余量的長孔，以適應平行四桿機構的安裝要求，避免機械卡滯。其二，自動接地裝置安全維修平臺，設計不合理，應設計為四面圍欄結構或者可臨時組裝圍欄結構，方便接地裝置高空維修。其三，系統(tǒng)網(wǎng)絡通信在整個系統(tǒng)中充當了傳輸神經(jīng)的作用，很多通信問題會造成后續(xù)操作無法繼續(xù)，建議該系統(tǒng)應將RS485 模式的雙絞線傳輸介質(zhì)升級為光纖網(wǎng)絡，并選用知名可靠網(wǎng)絡器件，將能徹底根除控制信息傳輸故障。其四，該系統(tǒng)中另一個重要部件就是電控鎖及其安全門檢測裝置，目前使用的設備還是傳統(tǒng)的通用鎖具和行程開關，嚴格意義上講，安全門的檢測是間接檢測，建議電控鎖升級為電機鎖；安全門行程開關門框檢測升級為鎖舌檢測，這樣將大大降低安全門行程開關和電控鎖調(diào)整的精度要求，保證安全登頂通道卡控可靠。其五，考慮設備安全控制措施的補強，在每條股道上新增股道狀態(tài)“有電無電”站場態(tài)勢LED 顯示屏，提醒現(xiàn)場登頂作業(yè)人員，提高設備的安全可靠性。

4日常維修及大修方案

4.1日常維修和保養(yǎng)

該套系統(tǒng)室外機電設備較多且安裝在機務段整備場，整備場上方掛有25kV 接觸網(wǎng)，工作環(huán)境較為惡劣，所以其日常維護和保養(yǎng)就顯得尤為重要，按照安全關鍵重點設備要求進行管理，加強設備日常巡檢和小修質(zhì)量，確保日常設備維護和保養(yǎng)到位。

4.1.1 根據(jù)設備組成和特點制定詳細的設備巡檢頂點，每周安排設備維修人員對設備進行巡檢。

4.1.2 根據(jù)設備組成和特點制定適合設備本身的小修范圍，每季度安排設備維修人員按照小修范圍進行維修，由車間管理人員全程現(xiàn)場盯控。

4.2 大修方案制訂

該套系統(tǒng)使用時間已達到10年，根據(jù)設備運用維護的浴盆曲線，老舊的器件及系統(tǒng)給設備安全運行帶來了潛在隱患，這就需要實施大修，根據(jù)設備各部件重要性和狀態(tài)制訂有針對性的大修實施方案尤為重要。根據(jù)近10年來設備故障情況，大修需要對整套電氣控制柜中的PLC、控制繼電器、接觸器、開關電源、空氣開關等關鍵器件進行更換；需要對安全門禁控制板進行更換，結合技術的發(fā)展，建議采用光纜作為數(shù)據(jù)傳輸通道，取代原RS485 雙絞線銅電纜模式，可大大提高系統(tǒng)在強電站場的抗干擾性能；需要對接地機構機械臂進行全面檢查整治，特別是折臂關節(jié)，磨耗大的要求更換新的整套接地臂，并進行設備調(diào)校。針對地面防護機構做整治保養(yǎng)，對于防護指示燈進行檢查，對于老化損壞的要進行更換，對折臂關節(jié)進行檢查和油潤保養(yǎng)。同時，結合其他段同類設備的技術標準，增加新增股道狀態(tài)“有電無電”站場態(tài)勢LED 顯示屏，控制程序采用最新的穩(wěn)定版本。

該套系統(tǒng)使用年限已經(jīng)超過了大修期，但是作為7×24 全天候運行的作業(yè)安全卡控設備，對于機務整備作業(yè)不可或缺，同時相比于其他機務段的無電區(qū)牽車模式，該套系統(tǒng)在節(jié)省生產(chǎn)成本上毋庸置疑，具有顯著的價格優(yōu)勢，從這個角度看，對于系統(tǒng)大修方案，應當宜大不宜小，最好將整備系統(tǒng)的現(xiàn)場管路、埋地線纜等一并更換；但是考慮到目前的大修人工成本和材料成本、生產(chǎn)影響成本，大修方案難以批復。另外，也要考慮機務系統(tǒng)有關規(guī)劃改革的影響，選擇出相對最優(yōu)方案。

5 結語

電力機車整備作業(yè)安全系統(tǒng)作為一種安全保障設備，若出現(xiàn)故障會對運輸安全生產(chǎn)造成很大影響。本文結合系統(tǒng)構成特點、投入使用以來故障的統(tǒng)計分析以及使用維修總結，對該系統(tǒng)存在的問題提出了改進方案，同時根據(jù)設備故障情況，制訂了符合本段系統(tǒng)大修的方案。但通過6～10年的使用發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)長期運行，其性能好壞與其日常維護保養(yǎng)水平密不可分，維護保養(yǎng)得當，系統(tǒng)才能減少故障。所以，在設備日常的保養(yǎng)方面也要狠下功夫，這樣才能提高設備的使用壽命。