電力機(jī)車整備作業(yè)安全監(jiān)控系統(tǒng)使用探索與分析

李占福

（廣州局集團(tuán)公司龍川機(jī)務(wù)段，廣東 龍川 517300）

1 系統(tǒng)概況

廣東鐵路有限公司龍川機(jī)務(wù)段整備場(chǎng)電力機(jī)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(yùn)行的作業(yè)安全卡控設(shè)備，在過去10年多的使用過程中對(duì)機(jī)務(wù)運(yùn)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(shè)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(cuò)辦股道隔離事件，系統(tǒng)的安全卡控經(jīng)受住了實(shí)踐檢驗(yàn)；該系統(tǒng)與人工牽車系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比，在用人成本上節(jié)省2/3，同時(shí)大幅提高系統(tǒng)的自動(dòng)化程度和作業(yè)效率，符合當(dāng)今自動(dòng)化信息化智能化技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。

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

2 設(shè)備組成及故障分析

2.1 系統(tǒng)組成及故障統(tǒng)計(jì)

電力機(jī)車整備作業(yè)安全系統(tǒng)是為保障電力機(jī)車整備作業(yè)過程中人身和設(shè)備安全而設(shè)計(jì)的一套典型的機(jī)電一體化系統(tǒng)，主要用于實(shí)現(xiàn)高壓隔離開關(guān)的遠(yuǎn)動(dòng)分合操作、電網(wǎng)接地線的自動(dòng)掛車、股道的安全防護(hù)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(jī)械部分組成（系統(tǒng)配置見圖1），硬件配置較為復(fù)雜，機(jī)電設(shè)備較多且安裝在機(jī)務(wù)段整備庫(kù)現(xiàn)場(chǎng)，工作環(huán)境較為惡劣，所以其日常維護(hù)和保養(yǎng)就顯得尤為重要。從該設(shè)備日常運(yùn)用維修統(tǒng)計(jì)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(shè)計(jì)欠缺或不足之處。通過對(duì)該套設(shè)備技術(shù)組成的研究，發(fā)現(xiàn)該套系統(tǒng)隔離開關(guān)與接地機(jī)構(gòu)、防護(hù)機(jī)構(gòu)、安全門等設(shè)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(jìn)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(jī)房工控機(jī)則作為整套系統(tǒng)的操控大腦，進(jìn)行數(shù)據(jù)匯總、邏輯判斷和指令下達(dá)。

表1 電力機(jī)車整備作業(yè)安全監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)用維護(hù)事項(xiàng)統(tǒng)計(jì)表（2019.01－2020.12）

圖1 系統(tǒng)配置簡(jiǎn)圖

2.2 故障分析

2.2.1 機(jī)械系統(tǒng)故障

機(jī)械故障是末端機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)不能滿足設(shè)計(jì)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(yùn)行較頻繁，又位于室外站場(chǎng)，機(jī)車過往震動(dòng)，自身運(yùn)行磨損，造成鉸銷間隙過大。如機(jī)械臂關(guān)節(jié)松脫、變形，安全門經(jīng)常開關(guān)碰撞變形關(guān)不嚴(yán)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(shè)備較多地配置于室外，工作環(huán)境惡劣。如機(jī)車往來震動(dòng)、溫度、濕度、灰塵、腐蝕性空氣酸堿超標(biāo)等因素；另外處于接觸網(wǎng)下，機(jī)車引弓拉弧、雷電高壓干擾因素較多；還有就是設(shè)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(chǎng)環(huán)境振動(dòng)較大及安裝制造工藝防震不足有關(guān)。執(zhí)行機(jī)構(gòu)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(hù)器件損壞造成。各類繼電器、接觸器或空氣開關(guān)失效主要原因除產(chǎn)品質(zhì)量外，還與現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣，接觸器觸點(diǎn)易打火或氧化，然后發(fā)熱變形直至失效有關(guān)。

2.2.3 控制信息系統(tǒng)故障

該部分設(shè)備位于中央控制機(jī)房，設(shè)備運(yùn)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(jī)、PLC、電源等，設(shè)備質(zhì)量過硬，因此該部分設(shè)備故障率較低。經(jīng)分析原因主要是突然斷電或意外強(qiáng)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(duì)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(guān)，如對(duì)于正常的因連鎖互鎖關(guān)系引起的報(bào)錯(cuò)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(jìn)行，但新升級(jí)系統(tǒng)會(huì)有信息提示，同時(shí)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)復(fù)位。

2.3 故障的處理

2.3.1 機(jī)械故障的處理方法

機(jī)械故障的處理方法主要是設(shè)備更換或調(diào)整，方法簡(jiǎn)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(duì)復(fù)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(duì)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(huì)直接影響整備安全系統(tǒng)的使用，因此對(duì)此類故障的處理步驟如下：

(1)對(duì)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(bào)錯(cuò)”“安全鑰匙不再工作位”之類，操作人員應(yīng)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(duì)于系統(tǒng)的偶爾程序鎖死，可選擇退出控制程序，關(guān)機(jī)后重啟系統(tǒng)。平時(shí)對(duì)系統(tǒng)需要關(guān)機(jī)操作，切忌突然斷電式關(guān)機(jī)，應(yīng)當(dāng)退出控制程序，再通過程序關(guān)閉計(jì)算機(jī)。

(2)對(duì)于控制信息系統(tǒng)硬件損壞的，要停用該股道遠(yuǎn)動(dòng)操作，切換為近動(dòng)或手動(dòng)應(yīng)急操作來完成該股道的整備作業(yè)。然后停用設(shè)備，將股道操作模式切換為停用模式或?qū)⒄麄€(gè)系統(tǒng)完全停用。最后更換損壞設(shè)備，如PLC 或者控制主機(jī)，并備份下載控制程序，配置通信參數(shù)、運(yùn)行參數(shù)，配置控制數(shù)據(jù)庫(kù)等軟件恢復(fù)工作。完成這些工作之后，測(cè)試硬件互鎖條件是否滿足，在滿足的條件下，進(jìn)行加電調(diào)試。當(dāng)全部測(cè)試功能完成后重新啟用遠(yuǎn)動(dòng)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(biāo)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(yuǎn)動(dòng)近動(dòng)操作模式切換，快速縮小故障判斷范圍

本系統(tǒng)的機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制，如隔離開關(guān)、防護(hù)機(jī)構(gòu)、自動(dòng)接地機(jī)構(gòu)都具有遠(yuǎn)動(dòng)、近動(dòng)（就地）、手搖控制三種模式，整個(gè)系統(tǒng)正常運(yùn)行模式是遠(yuǎn)動(dòng)控制。當(dāng)某股道遠(yuǎn)動(dòng)控制模式出現(xiàn)故障時(shí)，原因可能是執(zhí)行機(jī)構(gòu)本身故障、控制系統(tǒng)故障等。但當(dāng)切換為近動(dòng)操作模式，也無法操作時(shí)，則是執(zhí)行機(jī)構(gòu)本身故障；否則才是本系統(tǒng)控制部分問題。

2.4.3 對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)問題，要逐段測(cè)試，查找故障節(jié)點(diǎn)

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

2.4.4 對(duì)于設(shè)備故障，排查接線接觸是否良好是第一步

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

3 升級(jí)改進(jìn)建議

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

其一，作為該套系統(tǒng)的關(guān)鍵核心部件，自動(dòng)接地裝置的機(jī)械結(jié)構(gòu)還有改進(jìn)空間，如作為活動(dòng)關(guān)節(jié)使用強(qiáng)度較高的材料，活動(dòng)銷軸可以選用軸承結(jié)構(gòu)，接地臂桿的安裝調(diào)整需要改用帶有調(diào)整余量的長(zhǎng)孔，以適應(yīng)平行四桿機(jī)構(gòu)的安裝要求，避免機(jī)械卡滯。其二，自動(dòng)接地裝置安全維修平臺(tái)，設(shè)計(jì)不合理，應(yīng)設(shè)計(jì)為四面圍欄結(jié)構(gòu)或者可臨時(shí)組裝圍欄結(jié)構(gòu)，方便接地裝置高空維修。其三，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信在整個(gè)系統(tǒng)中充當(dāng)了傳輸神經(jīng)的作用，很多通信問題會(huì)造成后續(xù)操作無法繼續(xù)，建議該系統(tǒng)應(yīng)將RS485 模式的雙絞線傳輸介質(zhì)升級(jí)為光纖網(wǎng)絡(luò)，并選用知名可靠網(wǎng)絡(luò)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(gè)重要部件就是電控鎖及其安全門檢測(cè)裝置，目前使用的設(shè)備還是傳統(tǒng)的通用鎖具和行程開關(guān)，嚴(yán)格意義上講，安全門的檢測(cè)是間接檢測(cè)，建議電控鎖升級(jí)為電機(jī)鎖；安全門行程開關(guān)門框檢測(cè)升級(jí)為鎖舌檢測(cè)，這樣將大大降低安全門行程開關(guān)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(shè)備安全控制措施的補(bǔ)強(qiáng)，在每條股道上新增股道狀態(tài)“有電無電”站場(chǎng)態(tài)勢(shì)LED 顯示屏，提醒現(xiàn)場(chǎng)登頂作業(yè)人員，提高設(shè)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(jī)電設(shè)備較多且安裝在機(jī)務(wù)段整備場(chǎng)，整備場(chǎng)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(hù)和保養(yǎng)就顯得尤為重要，按照安全關(guān)鍵重點(diǎn)設(shè)備要求進(jìn)行管理，加強(qiáng)設(shè)備日常巡檢和小修質(zhì)量，確保日常設(shè)備維護(hù)和保養(yǎng)到位。

4.1.1 根據(jù)設(shè)備組成和特點(diǎn)制定詳細(xì)的設(shè)備巡檢頂點(diǎn)，每周安排設(shè)備維修人員對(duì)設(shè)備進(jìn)行巡檢。

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

4.2 大修方案制訂

該套系統(tǒng)使用時(shí)間已達(dá)到10年，根據(jù)設(shè)備運(yùn)用維護(hù)的浴盆曲線，老舊的器件及系統(tǒng)給設(shè)備安全運(yùn)行帶來了潛在隱患，這就需要實(shí)施大修，根據(jù)設(shè)備各部件重要性和狀態(tài)制訂有針對(duì)性的大修實(shí)施方案尤為重要。根據(jù)近10年來設(shè)備故障情況，大修需要對(duì)整套電氣控制柜中的PLC、控制繼電器、接觸器、開關(guān)電源、空氣開關(guān)等關(guān)鍵器件進(jìn)行更換；需要對(duì)安全門禁控制板進(jìn)行更換，結(jié)合技術(shù)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(qiáng)電站場(chǎng)的抗干擾性能；需要對(duì)接地機(jī)構(gòu)機(jī)械臂進(jìn)行全面檢查整治，特別是折臂關(guān)節(jié)，磨耗大的要求更換新的整套接地臂，并進(jìn)行設(shè)備調(diào)校。針對(duì)地面防護(hù)機(jī)構(gòu)做整治保養(yǎng)，對(duì)于防護(hù)指示燈進(jìn)行檢查，對(duì)于老化損壞的要進(jìn)行更換，對(duì)折臂關(guān)節(jié)進(jìn)行檢查和油潤(rùn)保養(yǎng)。同時(shí)，結(jié)合其他段同類設(shè)備的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，增加新增股道狀態(tài)“有電無電”站場(chǎng)態(tài)勢(shì)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(yùn)行的作業(yè)安全卡控設(shè)備，對(duì)于機(jī)務(wù)整備作業(yè)不可或缺，同時(shí)相比于其他機(jī)務(wù)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(jià)格優(yōu)勢(shì)，從這個(gè)角度看，對(duì)于系統(tǒng)大修方案，應(yīng)當(dāng)宜大不宜小，最好將整備系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)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(fù)。另外，也要考慮機(jī)務(wù)系統(tǒng)有關(guān)規(guī)劃改革的影響，選擇出相對(duì)最優(yōu)方案。

5 結(jié)語

電力機(jī)車整備作業(yè)安全系統(tǒng)作為一種安全保障設(shè)備，若出現(xiàn)故障會(huì)對(duì)運(yùn)輸安全生產(chǎn)造成很大影響。本文結(jié)合系統(tǒng)構(gòu)成特點(diǎn)、投入使用以來故障的統(tǒng)計(jì)分析以及使用維修總結(jié)，對(duì)該系統(tǒng)存在的問題提出了改進(jìn)方案，同時(shí)根據(jù)設(shè)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(zhǎng)期運(yùn)行，其性能好壞與其日常維護(hù)保養(yǎng)水平密不可分，維護(hù)保養(yǎng)得當(dāng)，系統(tǒng)才能減少故障。所以，在設(shè)備日常的保養(yǎng)方面也要狠下功夫，這樣才能提高設(shè)備的使用壽命。