铁路大型养路机械防火监测系统探究

吴忧

【摘 要】在现代铁路养护管理中，铁路大型养路机械是非常核心的设备，目前，在我国铁路维修养护中得到了有效应用。为了进一步提高大型养路机械的防火安全性，研发出了应用于大型养路机械的防火监测系统，随时随地了解机械车附近的动态状况，为安全生产创造了条件。基于此，本文从大型养路机械存在的火灾隐患入手，提出了大型养路机械防火监测系统方案，以供参考。

【关键词】大型养路机械;发动机;防火监测系统

中图分类号： U216.6 文献标识码： A文章编号： 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，国家对铁路事业的投资逐渐加大，使得铁路事业得到了迅猛发展。铁路安全关系着车辆行驶安全、乘客安全，做好铁路的质量管控工作十分重要。大型养路机械是铁路维修养护非常重要的设备，是实现铁路运输、保障行车安全非常重要的工具，而发动机是其核心设备，同时也是主要的火灾来源点。

大型养路机械发动机防火监测系统主要是使用传感器采集动力间的各类物理信号，借助相应的状态监测软件完成数据的采集、分析、报警等[1]。本方案以铁建装备生产的KGM80II快速打磨车为对象进行探究设计。方案主要包含：火源点加装烟雾报警传感器、温度探头、视频监控系统进行监测，火警信息的显示、报警及存储等。

1 铁路大型养路机械防火监测系统总体设计

结合铁路大型养路机械的实际工况，该防火监测系统应该具备以下功能：可以实时监控发动机关键部位的温度;可以实时监测整机火源点可能出现的烟雾、火焰情况;在火源点有视频监控，并在发出火灾报警信号后能够自动切换到报警点的实时监控视频;数据收集、状态监控相关软件能够完成数据信息的采集、处理、分析及储存等。其主要的防火监测对象比较多，如发动机歧管温度、涡轮增压器温度、排气管温度、动力包烟雾、燃料动力间烟雾、打磨车烟雾、磨石间烟雾等;监测系统传感器涉及到摄像头，温度、烟雾、火焰等传感器;硬件平台包含数据采集模块、视频存储硬盘等;软件平台包含数据处理、数据分析、数据存储等功能[2]。

2 快速打磨车火灾源分析

快速打磨车的火灾主要源于：

（1）发动机热源与易燃物接触后引起的燃烧。而发动机间易燃物主要有：进入发动机间的柴油管或者液压油管破裂而喷洒出的油、隔热棉、其它遗留在发动机间的易燃物等。发动机的热源主要包括：发动机歧管、涡轮增压器、排气管等。

（2）打磨小车打磨过程中产生的火花引起的燃烧。

3 快速打磨车防火监测系统方案设计

3.1 功能描述

设置快速打磨车火警系统，可以检测快速打磨车工作时可能出现的温度超限、温度突变、烟雾等异常情况，并对检测的异常情况进行报警。极大程度上的保障了系统设备及工作人员的安全。

系统详细功能见下表1：

3.2 报警方式

3.2.1 报警级别

一级报警：出现温度预警、单个感烟探测器报警（两种情况出现其一）。

二级报警：出现温度预警且同时出现单个感烟探测器报警。

三级报警：出现一个以上感烟探测器报警、温度报警、或两种状况同时出现（三种情况出现其一）。

3.2.2 报警方式，如表2：

3.2.3 工作状态，如表3：

3.3 系统拓扑

本系统在A车及C车各设有一个火警主机箱，对所有火警数据进行采集、处理、分析、显示报警等。两台主机箱内各含一块西门子S7-1200 CPU，该CPU除了对数据处理、分析外，还自带有16点DI及16点DO，DI点可以采集烟感及面板按钮信息，DO点可以驱动一些面板上小功率的指示灯及蜂鸣器。主机箱内还带有一块16点DO模块、一块8点AI模块、一块5口工业交换机、一块7寸触摸屏，DO模块用于驱动报警灯柱显示，AI模块用于采集温度探头数据，A车及C车的主机通过Profinet通信，CPU及触摸屏也通过Profinet电缆连接到本端的交换机上。考虑到三节车会拆分，所以在A车及C车各设有一个快速对接箱。系统拓扑图如图1所示：

3.4 视频监控系统方案设计

摄像头作为现场监测的视频元件，其质量、性能关系着所获得的视频画面的清晰度、可靠性。综合对摄像头视角、空间及温度分布等各方面状况的考虑，本方案选择了满足系统要求的彩色红外防水半球防爆摄像机。其成像图像清晰，具备彩转黑功能，能够昼夜进行监控。

因动力间工作时温度较高，故，对动力间内的摄像头加装了风冷系统，以保证摄像头正常工作。该风冷系统是经过直径Φ25的风管，将冷风送到相应的风冷护罩中，由排风口来出风，将摄像装置中的热量带走，以降低摄像头及各元件设备的温度。基于摄像头风冷系统功率大的原因，应对风冷系统启动条件进行设置。启动连锁条件为：当发动机正常启动后，发动机发电信号D+得电，则控制风冷系统供电继电器闭合，使风冷系统工作，反之则断开。

3.5 系统布置方案

3.6 电气原理图设计

火警系统整机功率大约为100W，在B5箱设一路8A空开给其供电。视频系统整机功率大约为280W，在B7箱设一路15A空开给其供电。火警系统采集到的所有信息除了在本系统控制、显示外，还要通过Profinet通信传输到大机的PLC系统，大机系统采集到火警信息后，可以在上位机做一些显示及整机控制连锁，如：有火警时不允许启动发动机等。另外，火警系统还要输出一路系统故障的硬接点信号给大机系统，以防网络出故障时火警信息不能准确及时送达大机系统。部分电气系统原理如图3所示：

3.7 主机箱监测界面设计

火警主机箱监测界面应包含以下功能：

（1）测试功能：系统可以通过PLC触摸屏进行设备的功能测试。

（2）设定报警温度功能：系统可以通过PLC触摸屏对任意感温热电阻预警温度及报警温度进行具体设定，方便工作人员根据大机实际运行情况进行调整。

（3）查看温度趋势：系统可以通过PLC触摸屏对监测温度运行趋势进行查看，方便工作人员分析大机运行中发动机状况。

（4）查看操作记录：系统可以通过PLC触摸屏对历史操作记录进行查看，方便工作人员了解火警监测系统历史运行情况[3]。

部分监测界面如图4所示：

3.8 下位软件设计

火警系统下位软件要实现对数据进行采集、处理、分析及输出报警等功能，对应的设计就应该包含数据采集功能块、数据处理功能块、数据分析功能块、输出报警功能块等。编程采用顺序功能图（SFC-Seauential Fuction Chart）、梯形图（LAD-LAdder Diagram）、语句表（STL-STatement List）等多种语言实现。功能块如图5所示：

4 结束语

本文以KGM80II快速打磨車为研究对象，根据其实际作业工况，对整机的防火监测系统进行了探究分析，以期提高铁路大型养路机械施工安全和效率，尽管从来没有获得百分之百的保险，但火警早期预防系统可以阻止一场火灾的突发和蔓延。随着科技手段不断进步，防火监测系统也应该要不断优化升级，向着网络化、智能化发展。期望不就的将来，铁路大型养路机械的防火监测系统能做到自动监测、自动识别、自动灭火等，从而更大程度地减少大机施工的风险源、提高大机作业效率、减少大机财产损失。

【参考文献】

[1]高娴.铁路大型养路机械车载监控系统软件设计与实现[D].湖南大学，2010.

[2]余泽西.铁路大型养路机械运用检修管理系统的设计与实现[J].铁路计算机应用，2009，18（04）：42-44.

[3]戴懋，夏瑞平.铁路大型养路机械设备管理信息系统研究与设计[J].上海铁道科技，2013（02）：26-27+76.