電力機車整備作業安全監控系統使用探索與分析

李占福

（廣州局集團公司龍川機務段，廣東 龍川 517300）

1 系統概況

廣東鐵路有限公司龍川機務段整備場電力機車整備作業安全監控系統是原廣鐵科研所2012年承建的，作為全天候運行的作業安全卡控設備，在過去10年多的使用過程中對機務運輸生產保障安全、節省生產成本發揮了很大作用。自該套設備使用后，未發生整備作業高壓人身傷害事故和接觸網、掛地線間短路放炮事件，未發生錯辦股道隔離事件，系統的安全卡控經受住了實踐檢驗；該系統與人工牽車系統進行對比，在用人成本上節省2/3，同時大幅提高系統的自動化程度和作業效率，符合當今自動化信息化智能化技術發展趨勢。

目前在用的該套設備使用時間基本上達到十多年，根據設備管理浴盆曲線，老舊的器件及系統給設備安全運行帶來了潛在隱患；在實際運行中也多次發生網絡通信不良，關鍵設備調整、損壞頻次增多，現場設備狀態老化等現象。因此提高設備的安全性和穩定性就顯得十分必要。

2 設備組成及故障分析

2.1 系統組成及故障統計

電力機車整備作業安全系統是為保障電力機車整備作業過程中人身和設備安全而設計的一套典型的機電一體化系統，主要用于實現高壓隔離開關的遠動分合操作、電網接地線的自動掛車、股道的安全防護以及登車頂安全通道的聯鎖控制及人數記錄等功能。系統由中央控制部分、電氣部分和機械部分組成（系統配置見圖1），硬件配置較為復雜，機電設備較多且安裝在機務段整備庫現場，工作環境較為惡劣，所以其日常維護和保養就顯得尤為重要。從該設備日常運用維修統計分析（見表1）中，得出易損部件、易發故障、慣性故障、處理難度大的故障隱患、系統設計欠缺或不足之處。通過對該套設備技術組成的研究，發現該套系統隔離開關與接地機構、防護機構、安全門等設備之間的聯鎖主要依靠西門子PLC 和電氣繼電器、接觸器等工控器件進行保證；登頂安全通道則由定制的安全門禁系統與工控系統管控；而機房工控機則作為整套系統的操控大腦，進行數據匯總、邏輯判斷和指令下達。

表1 電力機車整備作業安全監控系統運用維護事項統計表（2019.01－2020.12）

圖1 系統配置簡圖

2.2 故障分析

2.2.1 機械系統故障

機械故障是末端機械執行機構不能滿足設計規定的某一功能要求的狀態。原因主要是安裝精度不高所引起。另外就是該系統運行較頻繁，又位于室外站場，機車過往震動，自身運行磨損，造成鉸銷間隙過大。如機械臂關節松脫、變形，安全門經常開關碰撞變形關不嚴或電磁鎖卡死等故障原因皆是如此。

2.2.2 電氣系統故障

電氣系統故障主要原因是電氣控制設備較多地配置于室外，工作環境惡劣。如機車往來震動、溫度、濕度、灰塵、腐蝕性空氣酸堿超標等因素；另外處于接觸網下，機車引弓拉弧、雷電高壓干擾因素較多；還有就是設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，就與站場環境振動較大及安裝制造工藝防震不足有關。執行機構控制電路板、安全門禁控制器、讀卡頭及安全門頂股道狀態指示器故障，經檢查多是由于過流浪涌、過壓保護器件損壞造成。各類繼電器、接觸器或空氣開關失效主要原因除產品質量外，還與現場環境惡劣，接觸器觸點易打火或氧化，然后發熱變形直至失效有關。

2.2.3 控制信息系統故障

該部分設備位于中央控制機房，設備運行環境較好；另外該系統采用的都是工業控制產品中的著名品牌，特別是核心部件如工控機、PLC、電源等，設備質量過硬，因此該部分設備故障率較低。經分析原因主要是突然斷電或意外強電侵入，如接觸網爬電或雷擊引入系統，造成PLC 系統I/O 口損壞、通信端口損壞。對于軟件的故障則主要和操作熟練程度、系統配置是否正確有關，如對于正常的因連鎖互鎖關系引起的報錯信息，是系統正常的提示；而整備作業安全系統的早期產品存在軟件通信故障，主要是門禁控制系統數據采集與組態控制軟件間OPC 通信故障，數據交換無法進行，但新升級系統會有信息提示，同時系統會自動復位。

2.3 故障的處理

2.3.1 機械故障的處理方法

機械故障的處理方法主要是設備更換或調整，方法簡單。

2.3.2 電氣系統故障的處理方法

電氣系統故障的處理方法則相對復雜，出現電氣故障，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，通過故障現象模式，判斷可能的原因，有針對性地查器件。最后，更換故障器件或調整器件狀態。

2.3.3 控制信息系統故障的處理方法

控制信息系統故障并不常見，但若出現將會直接影響整備安全系統的使用，因此對此類故障的處理步驟如下：

(1)對于故障提示屬于狀態提示的（操作過程的提示），如“發卡器發卡報錯”“安全鑰匙不再工作位”之類，操作人員應熟悉操作程序，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。對于系統的偶爾程序鎖死，可選擇退出控制程序，關機后重啟系統。平時對系統需要關機操作，切忌突然斷電式關機，應當退出控制程序，再通過程序關閉計算機。

(2)對于控制信息系統硬件損壞的，要停用該股道遠動操作，切換為近動或手動應急操作來完成該股道的整備作業。然后停用設備，將股道操作模式切換為停用模式或將整個系統完全停用。最后更換損壞設備，如PLC 或者控制主機，并備份下載控制程序，配置通信參數、運行參數，配置控制數據庫等軟件恢復工作。完成這些工作之后，測試硬件互鎖條件是否滿足，在滿足的條件下，進行加電調試。當全部測試功能完成后重新啟用遠動系統。

2.4 故障檢查處理的技巧

2.4.1 充分利用系統自身故障提示功能，快速判斷故障部位

系統自檢故障提示包括語音提示、操作提示、控制畫面圖標或文字提示等等。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 遠動近動操作模式切換，快速縮小故障判斷范圍

本系統的機械執行機構的控制，如隔離開關、防護機構、自動接地機構都具有遠動、近動（就地）、手搖控制三種模式，整個系統正常運行模式是遠動控制。當某股道遠動控制模式出現故障時，原因可能是執行機構本身故障、控制系統故障等。但當切換為近動操作模式，也無法操作時，則是執行機構本身故障；否則才是本系統控制部分問題。

2.4.3 對于現場總線網絡問題，要逐段測試，查找故障節點

如對于RS485 協議下的各個節點，在本系統中的攝像頭云臺和各個股道安全通道處布置的安全門禁系統，都是長距離組網。當出現通信不暢時，可以停用部分節點，檢查通信效果，逐步查找影響通信的故障節點。

2.4.4 對于設備故障，排查接線接觸是否良好是第一步

由于設備使用環境、條件等原因，出現故障時應首先排查是否是接線問題，在保證接線無錯后，再判斷其他問題。實踐中常常會出現檢查了所有可能出現的問題，也調整了很多設備，但最后才發現是一個端子熱熔膠松動，造成了大量時間的浪費。

3 升級改進建議

通過對該系統的使用故障分析和使用維修過程的總結，從工藝、技術創新角度，該系統還有一些待改進升級的地方。

其一，作為該套系統的關鍵核心部件，自動接地裝置的機械結構還有改進空間，如作為活動關節使用強度較高的材料，活動銷軸可以選用軸承結構，接地臂桿的安裝調整需要改用帶有調整余量的長孔，以適應平行四桿機構的安裝要求，避免機械卡滯。其二，自動接地裝置安全維修平臺，設計不合理，應設計為四面圍欄結構或者可臨時組裝圍欄結構，方便接地裝置高空維修。其三，系統網絡通信在整個系統中充當了傳輸神經的作用，很多通信問題會造成后續操作無法繼續，建議該系統應將RS485 模式的雙絞線傳輸介質升級為光纖網絡，并選用知名可靠網絡器件，將能徹底根除控制信息傳輸故障。其四，該系統中另一個重要部件就是電控鎖及其安全門檢測裝置，目前使用的設備還是傳統的通用鎖具和行程開關，嚴格意義上講，安全門的檢測是間接檢測，建議電控鎖升級為電機鎖；安全門行程開關門框檢測升級為鎖舌檢測，這樣將大大降低安全門行程開關和電控鎖調整的精度要求，保證安全登頂通道卡控可靠。其五，考慮設備安全控制措施的補強，在每條股道上新增股道狀態“有電無電”站場態勢LED 顯示屏，提醒現場登頂作業人員，提高設備的安全可靠性。

4日常維修及大修方案

4.1日常維修和保養

該套系統室外機電設備較多且安裝在機務段整備場，整備場上方掛有25kV 接觸網，工作環境較為惡劣，所以其日常維護和保養就顯得尤為重要，按照安全關鍵重點設備要求進行管理，加強設備日常巡檢和小修質量，確保日常設備維護和保養到位。

4.1.1 根據設備組成和特點制定詳細的設備巡檢頂點，每周安排設備維修人員對設備進行巡檢。

4.1.2 根據設備組成和特點制定適合設備本身的小修范圍，每季度安排設備維修人員按照小修范圍進行維修，由車間管理人員全程現場盯控。

4.2 大修方案制訂

該套系統使用時間已達到10年，根據設備運用維護的浴盆曲線，老舊的器件及系統給設備安全運行帶來了潛在隱患，這就需要實施大修，根據設備各部件重要性和狀態制訂有針對性的大修實施方案尤為重要。根據近10年來設備故障情況，大修需要對整套電氣控制柜中的PLC、控制繼電器、接觸器、開關電源、空氣開關等關鍵器件進行更換；需要對安全門禁控制板進行更換，結合技術的發展，建議采用光纜作為數據傳輸通道，取代原RS485 雙絞線銅電纜模式，可大大提高系統在強電站場的抗干擾性能；需要對接地機構機械臂進行全面檢查整治，特別是折臂關節，磨耗大的要求更換新的整套接地臂，并進行設備調校。針對地面防護機構做整治保養，對于防護指示燈進行檢查，對于老化損壞的要進行更換，對折臂關節進行檢查和油潤保養。同時，結合其他段同類設備的技術標準，增加新增股道狀態“有電無電”站場態勢LED 顯示屏，控制程序采用最新的穩定版本。

該套系統使用年限已經超過了大修期，但是作為7×24 全天候運行的作業安全卡控設備，對于機務整備作業不可或缺，同時相比于其他機務段的無電區牽車模式，該套系統在節省生產成本上毋庸置疑，具有顯著的價格優勢，從這個角度看，對于系統大修方案，應當宜大不宜小，最好將整備系統的現場管路、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、生產影響成本，大修方案難以批復。另外，也要考慮機務系統有關規劃改革的影響，選擇出相對最優方案。

5 結語

電力機車整備作業安全系統作為一種安全保障設備，若出現故障會對運輸安全生產造成很大影響。本文結合系統構成特點、投入使用以來故障的統計分析以及使用維修總結，對該系統存在的問題提出了改進方案，同時根據設備故障情況，制訂了符合本段系統大修的方案。但通過6～10年的使用發現該系統長期運行，其性能好壞與其日常維護保養水平密不可分，維護保養得當，系統才能減少故障。所以，在設備日常的保養方面也要狠下功夫，這樣才能提高設備的使用壽命。