內燃機車冬季打溫監控系統的研究

楊帆

摘 要：在冬季，內燃機車需要持續進行打溫作業，使機車的油溫、水溫處于正常狀態。如果機車的動力裝置不被凍裂，機車就可以在其投入運行時正常啟動。由于目前的打溫手段存在燃油消耗量大、運動件磨損加劇、人力資源浪費嚴重等缺點，所以，特針對這種情況研發了內燃機車冬季打溫監控系統。

關鍵詞：內燃機車；冬季打溫；監控系統；動力裝置

中圖分類號：U262 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.23.096

針對北方個別地區冬季經常遇到極寒天氣，地區氣溫低、持續時間長的情況，為了保證內燃機車的油溫和水溫，防止動力裝置被凍裂損壞，縮短機車的使用壽命，影響其正常使用，內燃機車在冬季必須進行打溫作業。目前，機務段采用的是柴油機空轉來提高機車冷卻水溫度的打溫方法。當油溫、水溫低于25 ℃時，啟動機器為機車打溫；當溫度升至70 ℃左右時，停機。由于不能及時掌握內燃機車的油溫、水溫，機務段在安排打溫司機作業時，很容易出現人員浪費、工作效率不高、燃油成本消耗過大的情況。我國原有的內燃機車設有預熱鍋爐擔負冬季室外打溫的任務，但是，該設備存在結構復雜、可靠性差、熱效率低和加熱速度慢等缺點，并且還消耗了大量的蓄電池能量，使蓄電池冬季虧電現象更加突出，影響柴油機的正常啟動，所以，現在它已基本停用了。目前，機車冬季打溫主要采用柴油機惰轉打溫，但是，這種打溫方式的不足之處是會消耗大量的燃油。同時，機車長時間打溫會加劇運動件的磨損，縮短機車的使用壽命。另外，在惰轉打溫時，由于柴油機處于低速、低負荷的工況下，噴油壓力降低，燃油霧化不良，導致燃燒狀態不佳、熱效率降低、氣門和燃燒室積炭增加、機油稀釋等不良后果，嚴重磨損了柴油機的運動件，增加了運行機車的臨修件數，縮短了機車的中修周期。而燃油不完全燃燒排出的有害氣體還會嚴重污染環境。

運用內燃機車冬季打溫監控系統能夠實時監控打溫作業過程和打溫效果，進一步提高打溫作業效率，規范打溫作業流程，有效監督和管理打溫司機的工作流程。

1 系統組成和功能

內燃機車冬季打溫檢測系統主要是由便攜式GPRS數據發送裝置（可多臺）、便攜式GPRS數據接收裝置和工控機服務器3部分組成。

1.1 便攜式GPRS數據發送裝置

便攜式GPRS數據發送裝置是由DATA-6106GPRS數據傳輸模塊（內含移動APN專網通訊卡）、可充電DC24 V供電電池、智能儀表、18B20吸附式溫度傳感器和電源充電器5部分組成。

1.2 便攜式GPRS數據接收裝置

便攜式GPRS數據接收裝置主要是由DATA-6107GPRS數據傳輸模塊（內含移動APN專網通訊卡）組成。它的主要功能是與DATA-6106GPRS數據傳輸模塊通訊、發送指令和上傳數據。

1.3 工控機服務器

工控機服務器主要是由工控機（辦公用計算機）和上位機控制軟件組成。它的主要功能是提取、判斷、顯示和篩選傳送過來的各種數據。

上位機軟件主要包括開機歡迎界面和模式選擇界面。其中，模式選擇界面又分為測試界面、歷史記錄界面和參數設置界面。進入系統后，默認為測試界面。

2 系統的工作原理

內燃機車冬季打溫監測系統主要是通過便攜式GPRS數據發送裝置，利用吸附式傳感器采集機車油溫、水溫等狀態信息。該系統利用無線傳輸技術將機車參數實時傳輸到GPRS數據接收裝置中，再由GPRS數據接收裝置將信息傳送給工控機服務器，從而自動判斷水溫等狀況，并適時發出報警信號提醒監控人員進行打溫作業。通過計算機管理，可以實現對打溫司機作業過程的監控、記錄和管理。

3 關鍵技術

利用無線傳輸方式與GPRS數據接收裝置實行雙向數據通信，有效采集和監控無線覆蓋范圍內的內燃機車的水溫、油溫等機車信息，并將采集到的信息傳送回工控機服務器中。

利用計算機軟件可以全面監控和記錄打溫司機的作業過程，包括司機登記、車號、操作起止時間等。

利用計算機可以自動判斷水溫、油溫等狀態信息，并適時發出報警信號。當水溫低于設定的下限值時，提示打溫司機啟動柴油機；當水溫高于設定的上限值時，提醒監控人員告知打溫作業人員停止運行中的柴油機。

4 主要技術參數

便攜式GPRS數據發送裝置：電源電壓為DC110 V±30%，額定功率為10 W，絕緣電阻>20 MΩ，無線傳輸頻率為425～525 MHz，最大傳輸功率為+20 dBm，數據傳輸速率為100～500 bps，無線通訊距離為500 m，溫度檢測范圍為0～100 ℃。

便攜式GPRS數據接收裝置：電源電壓為DC24 V±30%，額定功率為10 W，絕緣電阻>20 MΩ，無線傳輸頻率為425～525 MHz，最大傳輸功率為+20 dBm，數據傳輸速率為100～500 bps，無線通訊距離為500 m。

工控機服務器：計算機規格為研華工控機IPC-610MB，工作電源為AC220 V-50 Hz，額定功率為300 W，測試間隔為1 min（默認）、2 min、5 min、10 min、20 min、30 min，打溫上、下限溫度可調，默認為75 ℃、25 ℃。

5 注意事項

出于對設備安全性、可靠性的考慮，對內燃機車冬季打溫監控系統作了如下設計：①冬季打溫監控系統便攜式GPRS數據發送裝置采用磁鐵吸附式方法測量機車各項打溫指標的信息采集情況，不要在水管、油管等處打孔、下探頭，避免破壞機車原設計；②冬季打溫監控系統便攜式GPRS數據發送裝置自帶電源過流保護、機殼接地保護等保護電路，有效提高了設備的質量及其穩定性。

6 結論

采用內燃機車冬季打溫監控系統后，現場采集相關數據得出以下結論：①內燃機車冬季打溫的日均燃油消耗量約為400 L。安裝了該監控系統后，能夠有效控制和縮短打溫作業時間，進一步提高打溫作業效率——日均燃油消耗量約為320 L，打溫用油量減少了20%.②內燃機車冬季打溫作業為雙人作業。安裝了打溫監控系統后，能夠合理、高效地安排打溫作業，減少了打溫司機的作業次數。利用計算機集中監控，可以實現單人作業、雙人盯控的效果，使人員成本降低了50%.③提高了打溫作業效率后，柴油機惰轉工況時間縮短，緩解了運動件的磨損情況。機車100 000 km的臨修件數下降了0.2%，進一步延長了機車的使用壽命。

該系統能夠實時監控打溫作業過程和打溫效果，進一步提高打溫作業效率，規范打溫作業流程，并監控和管理打溫司機的工作流程，減少打溫作業中的資源消耗和人力資源浪費。

〔編輯：白潔〕

Abstract： In the winter， internal combustion engines need to be continued warming up operation， the temperature of the oil， water temperature in the normal state of locomotive. If the power device of the locomotive is not the cracking， the locomotive can be a normal start in its investment operation. Because of the present method of beating temperature， the fuel consumption is large， the wear and tear of the moving parts and the waste of human resources are serious， and so the paper has developed a temperature monitoring system for diesel locomotive in winter.

Key words： internal combustion engine； winter temperature； monitoring system； power plant