鐵路大型養路機械防火監測系統探究

吳憂

【摘 要】在現代鐵路養護管理中，鐵路大型養路機械是非常核心的設備，目前，在我國鐵路維修養護中得到了有效應用。為了進一步提高大型養路機械的防火安全性，研發出了應用于大型養路機械的防火監測系統，隨時隨地了解機械車附近的動態狀況，為安全生產創造了條件。基于此，本文從大型養路機械存在的火災隱患入手，提出了大型養路機械防火監測系統方案，以供參考。

【關鍵詞】大型養路機械;發動機;防火監測系統

中圖分類號： U216.6 文獻標識碼： A文章編號： 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，國家對鐵路事業的投資逐漸加大，使得鐵路事業得到了迅猛發展。鐵路安全關系著車輛行駛安全、乘客安全，做好鐵路的質量管控工作十分重要。大型養路機械是鐵路維修養護非常重要的設備，是實現鐵路運輸、保障行車安全非常重要的工具，而發動機是其核心設備，同時也是主要的火災來源點。

大型養路機械發動機防火監測系統主要是使用傳感器采集動力間的各類物理信號，借助相應的狀態監測軟件完成數據的采集、分析、報警等[1]。本方案以鐵建裝備生產的KGM80II快速打磨車為對象進行探究設計。方案主要包含：火源點加裝煙霧報警傳感器、溫度探頭、視頻監控系統進行監測，火警信息的顯示、報警及存儲等。

1 鐵路大型養路機械防火監測系統總體設計

結合鐵路大型養路機械的實際工況，該防火監測系統應該具備以下功能：可以實時監控發動機關鍵部位的溫度;可以實時監測整機火源點可能出現的煙霧、火焰情況;在火源點有視頻監控，并在發出火災報警信號后能夠自動切換到報警點的實時監控視頻;數據收集、狀態監控相關軟件能夠完成數據信息的采集、處理、分析及儲存等。其主要的防火監測對象比較多，如發動機歧管溫度、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;監測系統傳感器涉及到攝像頭，溫度、煙霧、火焰等傳感器;硬件平臺包含數據采集模塊、視頻存儲硬盤等;軟件平臺包含數據處理、數據分析、數據存儲等功能[2]。

2 快速打磨車火災源分析

快速打磨車的火災主要源于：

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

（2）打磨小車打磨過程中產生的火花引起的燃燒。

3 快速打磨車防火監測系統方案設計

3.1 功能描述

設置快速打磨車火警系統，可以檢測快速打磨車工作時可能出現的溫度超限、溫度突變、煙霧等異常情況，并對檢測的異常情況進行報警。極大程度上的保障了系統設備及工作人員的安全。

系統詳細功能見下表1：

3.2 報警方式

3.2.1 報警級別

一級報警：出現溫度預警、單個感煙探測器報警（兩種情況出現其一）。

二級報警：出現溫度預警且同時出現單個感煙探測器報警。

三級報警：出現一個以上感煙探測器報警、溫度報警、或兩種狀況同時出現（三種情況出現其一）。

3.2.2 報警方式，如表2：

3.2.3 工作狀態，如表3：

3.3 系統拓撲

本系統在A車及C車各設有一個火警主機箱，對所有火警數據進行采集、處理、分析、顯示報警等。兩臺主機箱內各含一塊西門子S7-1200 CPU，該CPU除了對數據處理、分析外，還自帶有16點DI及16點DO，DI點可以采集煙感及面板按鈕信息，DO點可以驅動一些面板上小功率的指示燈及蜂鳴器。主機箱內還帶有一塊16點DO模塊、一塊8點AI模塊、一塊5口工業交換機、一塊7寸觸摸屏，DO模塊用于驅動報警燈柱顯示，AI模塊用于采集溫度探頭數據，A車及C車的主機通過Profinet通信，CPU及觸摸屏也通過Profinet電纜連接到本端的交換機上。考慮到三節車會拆分，所以在A車及C車各設有一個快速對接箱。系統拓撲圖如圖1所示：

3.4 視頻監控系統方案設計

攝像頭作為現場監測的視頻元件，其質量、性能關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要求的彩色紅外防水半球防爆攝像機。其成像圖像清晰，具備彩轉黑功能，能夠晝夜進行監控。

因動力間工作時溫度較高，故，對動力間內的攝像頭加裝了風冷系統，以保證攝像頭正常工作。該風冷系統是經過直徑Φ25的風管，將冷風送到相應的風冷護罩中，由排風口來出風，將攝像裝置中的熱量帶走，以降低攝像頭及各元件設備的溫度。基于攝像頭風冷系統功率大的原因，應對風冷系統啟動條件進行設置。啟動連鎖條件為：當發動機正常啟動后，發動機發電信號D+得電，則控制風冷系統供電繼電器閉合，使風冷系統工作，反之則斷開。

3.5 系統布置方案

3.6 電氣原理圖設計

火警系統整機功率大約為100W，在B5箱設一路8A空開給其供電。視頻系統整機功率大約為280W，在B7箱設一路15A空開給其供電。火警系統采集到的所有信息除了在本系統控制、顯示外，還要通過Profinet通信傳輸到大機的PLC系統，大機系統采集到火警信息后，可以在上位機做一些顯示及整機控制連鎖，如：有火警時不允許啟動發動機等。另外，火警系統還要輸出一路系統故障的硬接點信號給大機系統，以防網絡出故障時火警信息不能準確及時送達大機系統。部分電氣系統原理如圖3所示：

3.7 主機箱監測界面設計

火警主機箱監測界面應包含以下功能：

（1）測試功能：系統可以通過PLC觸摸屏進行設備的功能測試。

（2）設定報警溫度功能：系統可以通過PLC觸摸屏對任意感溫熱電阻預警溫度及報警溫度進行具體設定，方便工作人員根據大機實際運行情況進行調整。

（3）查看溫度趨勢：系統可以通過PLC觸摸屏對監測溫度運行趨勢進行查看，方便工作人員分析大機運行中發動機狀況。

（4）查看操作記錄：系統可以通過PLC觸摸屏對歷史操作記錄進行查看，方便工作人員了解火警監測系統歷史運行情況[3]。

部分監測界面如圖4所示：

3.8 下位軟件設計

火警系統下位軟件要實現對數據進行采集、處理、分析及輸出報警等功能，對應的設計就應該包含數據采集功能塊、數據處理功能塊、數據分析功能塊、輸出報警功能塊等。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）等多種語言實現。功能塊如圖5所示：

4 結束語

本文以KGM80II快速打磨車為研究對象，根據其實際作業工況，對整機的防火監測系統進行了探究分析，以期提高鐵路大型養路機械施工安全和效率，盡管從來沒有獲得百分之百的保險，但火警早期預防系統可以阻止一場火災的突發和蔓延。隨著科技手段不斷進步，防火監測系統也應該要不斷優化升級，向著網絡化、智能化發展。期望不就的將來，鐵路大型養路機械的防火監測系統能做到自動監測、自動識別、自動滅火等，從而更大程度地減少大機施工的風險源、提高大機作業效率、減少大機財產損失。

【參考文獻】

[1]高嫻.鐵路大型養路機械車載監控系統軟件設計與實現[D].湖南大學，2010.

[2]余澤西.鐵路大型養路機械運用檢修管理系統的設計與實現[J].鐵路計算機應用，2009，18（04）：42-44.

[3]戴懋，夏瑞平.鐵路大型養路機械設備管理信息系統研究與設計[J].上海鐵道科技，2013（02）：26-27+76.