鐵路大型養路機械防火監測系統探究

李志偉

摘 要：我國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。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。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。

關鍵詞：大型養路機械；發動機；防火監測系統

隨著我國鐵路運輸密度的加大，繁忙干線的維修工作采用手工、小型養路機械和非標準自制設備的修理手段已無法完成。與此同時，軌道結構的日益現代化也向養路機械的作業質量提出了更高的要求。因此，為了做出高質量軌道結構，適應提高行車速度、高運量、高密度和安全的要求，唯一的辦法就是改善養路作業手段，采用高效的大型養路機械和相應的檢測設備，鐵路養護走向大型機械化成為必然。

一、鐵路大型公路養護機械火災監測系統總體設計

根據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。

二、快速打磨車防火監測系統方案設計

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。

2.報警方式。（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）工作狀態，如表2：

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。

4.線路的維修，對鐵路軌道進行起、撥道和抄平作業，使鐵路軌道的方向、水平以及前后高低，全部達到線路要求的維修標準。搗固車的運用提高了道床石碴的密實性，增加了軌道的穩定性，確保列車安全運行。搗固車在公司大型養路機械設備中數量最多、使用率最高。因此，首先在搗固車上安裝了視頻監控系統。本文以大型養路機械中的搗固車為例，表述相關研究成果。1 特種監控系統框架安裝在搗固車上的特種視頻監控系統，分為現場操作監控子系統與數據中心子系統兩部分，現場操作監控子系統用于監測記錄各工作裝置工況情況，數據中心子系統用于調控現場工況的實時數據流。采用了6 組紅外攝像機監測搗固車左搗固頭、右搗固頭、左夾鉗、右夾鉗、前端、后端等位置，在作業操作位置，前、后端司機室均可實時查看，即在子系統實現了多路監控。各子系統把視頻主機的信息及采集到的視頻流數據，經數據調制形成統一數據格式，經 4G 網絡傳輸至數據中心。數據中心將數據解調成一般數據供計算機使用，計算機具有添加注冊、注銷各子系統ID、讀取、記錄、視頻等功能

5.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。此外，視頻系統還設置了自動跳轉功能，當火警監測系統發出報警信號給視頻主機后，監視器會自動跳轉到報警點的監控畫面。

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1所示：

圖1中，L+及M為模塊供電、-DOA為A車數字量輸出模塊、-KA1為中轉繼電器、-ALA1/2為報警燈柱，當火警系統監測有溫度報警或者煙霧報警時，DQa的0點和1點輸出高電平使對應繼電器閉合，從而使報警燈柱的爆閃單元工作。

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。

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。

總之，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。在不久的將來，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]高秀英.淺談鐵路大型養路機械防火監測系統探究.2017.

[2]李曉西.鐵路大型養路機械運用檢修管理系統的設計與實現.2017.