鐵路救援起重機司機已越來越不滿足于起重機 僅僅擁有力矩限制功能，他們希望獲得更多關(guān)于起 重機狀態(tài)的準確信息，并希望起重機具有一定的自 動控制功能及自診斷能力，以減輕他們的操縱負擔 并保證起重機的安全。在研究分析國內(nèi)外現(xiàn)有起重 機安全監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，利用現(xiàn)代電子技術(shù)、計算 機、傳感測控技術(shù)等方面的技術(shù)成果，開發(fā)了新一代 鐵路起重機智能安全控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)除具有力矩 限制等常規(guī)功能外，還可以自動選擇工況，有效地對 下車部分進行監(jiān)控，向司機提供全面的起重機狀態(tài) 信息，限動功能靈活多樣，可實時存儲起重機狀態(tài)數(shù) 據(jù)，具有黑匣子功能。為提高系統(tǒng)的先進性與可靠 性，上車系統(tǒng)與下車系統(tǒng)采用了現(xiàn)場總線技術(shù)（CAN 總線）進行通信；下車電氣系統(tǒng)采用了模塊化設(shè)計 安裝。系統(tǒng)采用12"中文LED顯示器，人機界面友 好，提供信息全面，方便司機操作。

一、鐵路起重機安全控制系統(tǒng)現(xiàn)狀分析

1.1 國產(chǎn)安全控制系統(tǒng)

目前，國產(chǎn)鐵路起重機的安全控制系統(tǒng)均屬于 力矩限制器系統(tǒng)范疇，在安全控制功能上，只有采集 和處理起重機的吊臂長度、吊臂角度、回轉(zhuǎn)角度（僅 提供±10。、±30。四個限位臨界角度）、變幅油缸壓 力等信息,僅在起重機超載作業(yè)時發(fā)出報警及限動信 號。國產(chǎn)起重機的安全控制系統(tǒng)主要存在以下問題：

(1)系統(tǒng)缺少安全監(jiān)控功能，不能檢測支腿跨距狀態(tài)、均載（彈簧閉鎖）油缸狀態(tài)、配重狀態(tài)，司機 只能根據(jù)地面操作人員的匯報手動選擇工況，由于 司機手動選擇的工況往往與實際情況不符合而產(chǎn)生 危險，致使起重機傾翻；

(2) 系統(tǒng)向司機提供的起重機狀態(tài)信息不全 面，不能檢測支腿支撐壓力，不能檢測起重機前后、 左右兩個方向的傾斜角度，不能顯示起重機偏離軌 道中心距離；

(3) 系統(tǒng)控制功能單一，超載限動后5個危險 動作（吊鉤升、臂桿伸、變幅降、左/右回轉(zhuǎn)）均不能 動作，解除安全限動采用單獨鑰匙開關(guān)方式，解鎖后 起重機還能任意動作，不利于安全控制；

(4) 系統(tǒng)不完備，無臂桿高度限動不利于電網(wǎng) 下作業(yè)，無左、右侵界限動，不利于起重機安全作業(yè)；

(5) 系統(tǒng)無數(shù)據(jù)記錄功能，不能記錄起重機工 作時的狀態(tài)數(shù)據(jù)，不能進行事故后的技術(shù)分析。

1.2 進口安全控制系統(tǒng)

目前，國內(nèi)引進的進口鐵路起重機均為德國 KIROW公司生產(chǎn)的KRC1680型起重機，其安全控 制系統(tǒng)采用的是德國赫斯曼（Hirschmann)公司為其 開發(fā)的智能控制系統(tǒng)，它對起重機各機構(gòu)的工作狀 態(tài)進行了全方位的智能安全連鎖保護。司機發(fā)出的 操作指令通過該系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)解算和邏輯分析后， 再控制起重機動作，進而在非允許動作狀態(tài)發(fā)出報 警及限動信號，使起重機只能向安全方向動作，實現(xiàn) 了全面的安全智能聯(lián)鎖控制功能。但進口起重機在 國內(nèi)的使用過程中也暴露出以下不足：

(1)操縱和控制系統(tǒng)因其智能聯(lián)鎖控制方式導 致系統(tǒng)操作程序復雜、動作較慢，對起重機司機操作水平要求過高，對設(shè)備維修水平要求也很高；

(2) 安全控制系統(tǒng)限制因素繁瑣，不利于查找 排除故障，特別是在救援現(xiàn)場，出現(xiàn)小問題而不能快 速判斷處理,從而影響鐵路救援工作快速開展；

(3) 安全控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)記錄儀采用非實時記錄 的數(shù)據(jù)存儲形式，即僅記錄超載作業(yè)數(shù)據(jù)，不超載作 業(yè)則不記錄，所以同樣存在數(shù)據(jù)記錄盲區(qū)，不利于事 故后數(shù)據(jù)分析；

(4) 價格昂貴，系統(tǒng)復雜，不適用于既有國產(chǎn)鐵 路起重機的改造。

1.3 對比分析

根據(jù)鐵道部運裝機設(shè)[2008] 165號文件要求，以及對起重機安全控制系統(tǒng)的要求，對國內(nèi)外及擬 設(shè)計的起重機控制功能進行了分析對比，結(jié)果如表 1所示。從表1中可以看出，在起重機吊重作業(yè)過 程中，進口鐵路起重機能夠根據(jù)起重機狀態(tài)自動選 擇工況，能夠?qū)崿F(xiàn)對起重機各種作業(yè)狀態(tài)的智能化 保護，但存在操作復雜、動作遲緩、記錄數(shù)據(jù)不全面 等缺點，而且價格昂貴；而國產(chǎn)的起重機需要由司機 確認支腿、均載（閉鎖）油缸、配重等機構(gòu)的實時狀 態(tài)，系統(tǒng)無法自動選擇工況，而且下車缺乏有效監(jiān) 控，不能檢測支腿壓力、起重機水平傾斜角度和橫滾 角度，起重機狀態(tài)信息提供不全面，與進口起重機存 在很大差距。

二、智能安全控制系統(tǒng)目標與功能

目前，國內(nèi)鐵路局各機務段配屬的救援起重機 多為國產(chǎn)伸縮臂起重機，其安全控制系統(tǒng)均是力矩 限制器系統(tǒng)，功能單一,存在安全隱患。因此急需開 發(fā)功能完備、價格適中、操作簡便的安全控制系統(tǒng)， 以滿足鐵路起重機對救援安全作業(yè)的要求。

2.1 系統(tǒng)目標

基于上述分析，確定系統(tǒng)的總體目標為：開發(fā)一 套功能先進、價格適中、操作簡便的全智能鐵路起重 機安全控制系統(tǒng)。系統(tǒng)能自動選擇工況，不需要司 機手動選擇，能有效對下車部分進行監(jiān)控，向司機提 供全面的起重機狀態(tài)信息，限動功能靈活多樣，并對 工作數(shù)據(jù)進行實時記錄和分析，確保鐵路起重機作 業(yè)安全。

2.2系統(tǒng)主要功能

2.2.1系統(tǒng)可根據(jù)需要進行多種形式的限動

① 吊鉤過卷限動：系統(tǒng)自動切斷上卷揚、吊臂伸 動作。

② 左/右侵界限動：司機可自行設(shè)定臂桿端部、 配重尾部偏離軌道中心的限動距離，超過該范圍系 統(tǒng)切斷起重機左或右回轉(zhuǎn)動作。

③ 臂桿高度限動：高度值可由司機確定，系統(tǒng)默 認為4.8 m高度限動，限動時系統(tǒng)切斷變幅升、吊臂 外伸動作。此高度限動功能能滿足在隧道內(nèi)、接觸 網(wǎng)下工作的需要。

④ 超載限動：系統(tǒng)切斷臂桿伸、吊鉤升、變幅降 危險動作，同時根據(jù)起重機回轉(zhuǎn)角度做出判斷切斷 左或右回轉(zhuǎn)動作。

⑤ 水平傾斜限動：系統(tǒng)預設(shè)限動角度為±4°，超過該范圍系統(tǒng)切斷起重機所有危險動作。

⑥ 支腿壓力超過工作范圍限動：系統(tǒng)預設(shè)支腿 壓力工作范圍為5 MPa ~ 30 MPa，超過該范圍系統(tǒng) 切斷起重機所有危險動作。

⑦ 系統(tǒng)一旦發(fā)生限動，均進行聲光報警，給地面 人員發(fā)出警示信號。7

2.2.2系統(tǒng)具有黑匣子功能

能實時存儲起重機狀態(tài)數(shù)據(jù)，每1〇 s存儲一 次，保存72 h內(nèi)的工作數(shù)據(jù)（如起重機當前工況、吊 重，臂桿長度、幅度，回轉(zhuǎn)角度、支腿狀態(tài)等），可通 過筆記本電腦連接將起重機工作數(shù)據(jù)讀出，以數(shù)據(jù) 庫表格形式保存，可以打印和顯示。

2.2.3顯示功能

采用12"中文圖形液晶顯示屏，起重機全面狀 態(tài)信息可在一屏內(nèi)以圖表、文字的形式同時顯示。 2.2.4自動選擇工況

系統(tǒng)工況選擇分為自動和手動兩種方式。自動 選擇情況下，系統(tǒng)根據(jù)實時檢測到的信號自動進行 工況和性能曲線的切換；手動工況下，司機根據(jù)起重 機具體狀態(tài)情況，對照起重機工況表進行工況選擇。 手動選擇工況是自動工況的一種應急補充，在系統(tǒng) 信號采集部分發(fā)生故障時，起重機仍能工作，而且還 能起到力矩保護作用。

三、起重機智能安全控制系統(tǒng)構(gòu)成

起重機智能安全控制系統(tǒng)由上車控制系統(tǒng)與下 車控制系統(tǒng)兩部分組成。上車控制系統(tǒng)負責上車監(jiān) 控數(shù)據(jù)采集及限制功能的實現(xiàn)，上車系統(tǒng)包括上車 系統(tǒng)主機、12”液晶顯示器、一體式長度/角度傳感 器1套、變幅油缸油壓傳感器2個、回轉(zhuǎn)角度傳感器 1個、車體水平傾斜角度傳感器1個、吊鉤高度限位 開關(guān)及重錘1套、配重檢測傳感器2個。系統(tǒng)構(gòu)成 如圖1所示。

下車控制系統(tǒng)負責下車監(jiān)控數(shù)據(jù)采集與相關(guān)數(shù) 據(jù)上傳功能的實現(xiàn)。下車系統(tǒng)包括下車系統(tǒng)主機、 支腿跨距檢測傳感器12個、支腿油壓傳感器4個、 閉鎖油缸壓力傳感器4個。下車系統(tǒng)構(gòu)成如圖2所 示。下車控制系統(tǒng)通過CAN總線與上車控制系統(tǒng) 進行通信，電信號通過安裝在回轉(zhuǎn)中心上的導電環(huán) 傳輸，力矩限制器主機和顯示器之間的數(shù)據(jù)傳輸也 使用CAN總線通信。同時，CAN總線上含有起重 機相關(guān)的參數(shù)信息，以備起重機控制器使用。

與原有起重機力矩限制系統(tǒng)相比，智能安全控 制系統(tǒng)采用了一些新型傳感器，

主要有：

(1) 回轉(zhuǎn)角度傳感器：該傳感器安裝在起重機 回轉(zhuǎn)中心導電環(huán)上，系統(tǒng)根據(jù)回轉(zhuǎn)角度傳感器提供 的信號實時顯示起重機回轉(zhuǎn)的角度值（〇 ~ 360°), 并根據(jù)回轉(zhuǎn)角度自動進行工況和性能曲線的切換；

(2) 水平傾斜角度傳感器：該傳感器安裝在上 車回轉(zhuǎn)中心處，給系統(tǒng)提供2路模擬量輸人信號，系 統(tǒng)根據(jù)輸人信號可分別顯示起重機順軌方向傾斜角 度、垂直方向傾斜角度；

(3) 支腿跨距檢測傳感器與配重檢測傳感器均 為同一型號傳感器，采用了性能可靠的電感式接近 開關(guān)，尾部帶工作指示燈，PACK接頭連接，利于現(xiàn) 場維護。傳感器在動作時，輸出高電平信號至下車 系統(tǒng)主機，系統(tǒng)根據(jù)其提供的信號自動進行工況和

性能曲線的切換； 根據(jù)提供的信號自動進行工況和性能曲線的切換。

(4)閉鎖油缸壓力傳感器:每個轉(zhuǎn)向架均裝有2 下車系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計安裝（見圖3)，布線個壓力開關(guān),當均載油缸無桿腔達到設(shè)定壓力后，壓 簡單，便于維修。

力開關(guān)動作，輸出高電平信號至下車系統(tǒng)主機，系統(tǒng)4智能安全控制功能的實現(xiàn)系統(tǒng)采用C語言編程，具有自診斷功能；程序 采用模塊化設(shè)計，易于維護，便于功能擴充。系統(tǒng)工 作流程圖如圖4所示。

四、人機界面介紹

采用中文圖形液晶顯示屏，在同一屏內(nèi)可同時 顯示工況、倍率、工作幅度、額定起重量、實際起重 量、臂長、最大起升高度、吊臂仰角及力矩百分比 (條形碼）、故障代碼、時間、支腿狀態(tài)、均載油缸狀 態(tài)、回轉(zhuǎn)角度、配重狀態(tài)、是否使用強制開關(guān)、左/右侵限距離等，如圖5所示。

五、結(jié)束語

對上海鐵路局南京東機務段NS1602型鐵路起 重機進行更新改造后，經(jīng)過救援、施工現(xiàn)場實際運 用，整個系統(tǒng)運行穩(wěn)定、安全可靠，人機界面友好、直 觀，達到了預期的目標。該系統(tǒng)價格適中，功能完 備，操練簡單，國內(nèi)既有鐵路伸縮臂起重機均可安 裝，值得推廣。