论文部分内容阅读
摘 要：我国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。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。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。
关键词：大型养路机械；发动机；防火监测系统
随着我国铁路运输密度的加大，繁忙干线的维修工作采用手工、小型养路机械和非标准自制设备的修理手段已无法完成。与此同时，轨道结构的日益现代化也向养路机械的作业质量提出了更高的要求。因此，为了做出高质量轨道结构，适应提高行车速度、高运量、高密度和安全的要求，唯一的办法就是改善养路作业手段，采用高效的大型养路机械和相应的检测设备，铁路养护走向大型机械化成为必然。
一、铁路大型公路养护机械火灾监测系统总体设计
根据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。
二、快速打磨车防火监测系统方案设计
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。
2.报警方式。（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）工作状态，如表2：
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。
4.线路的维修，对铁路轨道进行起、拨道和抄平作业，使铁路轨道的方向、水平以及前后高低，全部达到线路要求的维修标准。捣固车的运用提高了道床石碴的密实性，增加了轨道的稳定性，确保列车安全运行。捣固车在公司大型养路机械设备中数量最多、使用率最高。因此，首先在捣固车上安装了视频监控系统。本文以大型养路机械中的捣固车为例，表述相关研究成果。1 特种监控系统框架安装在捣固车上的特种视频监控系统，分为现场操作监控子系统与数据中心子系统两部分，现场操作监控子系统用于监测记录各工作装置工况情况，数据中心子系统用于调控现场工况的实时数据流。采用了6 组红外摄像机监测捣固车左捣固头、右捣固头、左夹钳、右夹钳、前端、后端等位置，在作业操作位置，前、后端司机室均可实时查看，即在子系统实现了多路监控。各子系统把视频主机的信息及采集到的视频流数据，经数据调制形成统一数据格式，经 4G 网络传输至数据中心。数据中心将数据解调成一般数据供计算机使用，计算机具有添加注册、注销各子系统ID、读取、记录、视频等功能
5.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。此外，视频系统还设置了自动跳转功能，当火警监测系统发出报警信号给视频主机后，监视器会自动跳转到报警点的监控画面。
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準确及时送达大机系统。部分电气系统原理如图1所示：
图1中，L+及M为模块供电、-DOA为A车数字量输出模块、-KA1为中转继电器、-ALA1/2为报警灯柱，当火警系统监测有温度报警或者烟雾报警时，DQa的0点和1点输出高电平使对应继电器闭合，从而使报警灯柱的爆闪单元工作。
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。
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。
总之，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。在不久的将来，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]高秀英.浅谈铁路大型养路机械防火监测系统探究.2017.
[2]李晓西.铁路大型养路机械运用检修管理系统的设计与实现.2017.
关键词：大型养路机械；发动机；防火监测系统
随着我国铁路运输密度的加大，繁忙干线的维修工作采用手工、小型养路机械和非标准自制设备的修理手段已无法完成。与此同时，轨道结构的日益现代化也向养路机械的作业质量提出了更高的要求。因此，为了做出高质量轨道结构，适应提高行车速度、高运量、高密度和安全的要求，唯一的办法就是改善养路作业手段，采用高效的大型养路机械和相应的检测设备，铁路养护走向大型机械化成为必然。
一、铁路大型公路养护机械火灾监测系统总体设计
根据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。
二、快速打磨车防火监测系统方案设计
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。
2.报警方式。（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）工作状态，如表2：
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。
4.线路的维修，对铁路轨道进行起、拨道和抄平作业，使铁路轨道的方向、水平以及前后高低，全部达到线路要求的维修标准。捣固车的运用提高了道床石碴的密实性，增加了轨道的稳定性，确保列车安全运行。捣固车在公司大型养路机械设备中数量最多、使用率最高。因此，首先在捣固车上安装了视频监控系统。本文以大型养路机械中的捣固车为例，表述相关研究成果。1 特种监控系统框架安装在捣固车上的特种视频监控系统，分为现场操作监控子系统与数据中心子系统两部分，现场操作监控子系统用于监测记录各工作装置工况情况，数据中心子系统用于调控现场工况的实时数据流。采用了6 组红外摄像机监测捣固车左捣固头、右捣固头、左夹钳、右夹钳、前端、后端等位置，在作业操作位置，前、后端司机室均可实时查看，即在子系统实现了多路监控。各子系统把视频主机的信息及采集到的视频流数据，经数据调制形成统一数据格式，经 4G 网络传输至数据中心。数据中心将数据解调成一般数据供计算机使用，计算机具有添加注册、注销各子系统ID、读取、记录、视频等功能
5.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。此外，视频系统还设置了自动跳转功能，当火警监测系统发出报警信号给视频主机后，监视器会自动跳转到报警点的监控画面。
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準确及时送达大机系统。部分电气系统原理如图1所示：
图1中，L+及M为模块供电、-DOA为A车数字量输出模块、-KA1为中转继电器、-ALA1/2为报警灯柱，当火警系统监测有温度报警或者烟雾报警时，DQa的0点和1点输出高电平使对应继电器闭合，从而使报警灯柱的爆闪单元工作。
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。
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。
总之，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。在不久的将来，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]高秀英.浅谈铁路大型养路机械防火监测系统探究.2017.
[2]李晓西.铁路大型养路机械运用检修管理系统的设计与实现.2017.