浅析铁路客车快速上水控制系统的应用

徐文华 上海铁路局阜阳枢纽工程建设指挥部

随着铁路快速发展，城际、高速和普速铁路的建成。客车运行列数越来越多、时速越来越快，在到发站、中间车站停车时间也越来越短，这给客车上水作业增加了难度，不仅客车上水时间缩短而且任务量增加。现行站场股道间客车上水完成依靠人工作业，由于时间紧、任务重往往无法及时了解上水栓状态、上水压力、上水量等信息，有时可能由于作业不到位，造成客车离站带失胶管、客栓低温冻结、客栓失压、客栓水漏失等事故发生。如何消除以上事故隐患，在工程实施前发挥前瞻性，优化设计方案、选型过程控制，保证系统竣工运行后彻底改变铁路到发站、中间车站与动车段整备线完全依靠人工上水、现场设备检测等作业，人工统计数据的现状，真正实现上水管理智能化、自动化，提升上水管理平台，使设备真正发挥作用并长期正常稳定的使用，这是摆在铁路建设者面前的一个课题。

1 铁路站场上水现状分析

目前铁路站场股道间上水作业除极少数站（如北京站）场近期采用快速上水控制系统试用外，基本上采用人工上水作业。由于列车调度科学化水平提升，每趟客车开行相邻之间的时间间隙减少，客车时速提高。造成站场给单趟列车上水作业时间缩短，每日上水任务量增加。而所有客车上水工作都在人工作业方式下完成。如：上水栓状态、上水压力、上水量等信息必须派专人到现场人工进行查询、检测和统计；各种日、月、年的生产报表靠人工进行填写、统计、汇总；在站场上水作业等生产调度信息上传下依靠人工电话方式进行。日常管理存在着以下困难：一是上水客栓及给水管网水漏失不易发现，水量损耗大；二是设备隐患不易发现；三是设备出现故障及客栓低温冻结不能及时报警；四是单列水量、水压等参数不能准确统计。针对以上现象，可在既有客车上水系统上加装快速上水监控系统，用自动化监控和作业方式，改变这一落后现状，满足运输生产需要。

2 铁路快速上水监控系统分析

2.1 快速上水监控系统工作原理

快速上水控制系统是客车到达车站时，车站上水作业人员首先完成上水系统对接后（将股道上水栓接头连接上列车上水接口），整个上水系统工艺流程实现自动化控制的设备、计算机软硬件系统。它主要有四个子系统组成：一是分布在站场股道间的各种具体上水操作设备，即上水作业子系统；二是负责执行各种作业管理辅助设施，即上水监控子系统；三是各种数据处理、监控管理信息和显示的中央系统，即集控中心子系统。四是负责三个子系统之间转换信息的数据通道及设备，即通信子系统。其中：

（1）上水作业子系统包括快速上水栓、快速上水结头、上水管理机，控制具体上水操设备将水加入停靠在站场的客车上。

（2）上水监控子系统由上水监控终端、智能双向计量装置、智能电动阀、压力变送器组成，用于自动计量上水量、水压和开闭阀门。

（3）集控中心子系统包含工业控制机、壁挂式大屏幕、上水监视器、外围设备以及监控管理信息系统软件，是上水系统中枢，与车站客服系统交换信息并远程控制整个上水过程。

（4）通信系统主要由线通信线路、通信设备和通讯基站组成，负责交换信息。

2.2 快速上水监控系统的具体对象

上水控制的具体对象是整个上水工艺流程中的上水栓、上水接头、上水管理机、智能双向计量、智能电动阀和压力变送器等设备，为其确定各项工艺参数和设备参数，并在设备运行过程中进行自动化监测和控制。

（1）自动化监测的对象为：

①工艺参数：流量、压力等；

②设备参数：工作电流、工作电压、开停状态。

（2）自动化控制的的对象为：

①各种上水栓、上水接头；

②各种电动阀和电磁阀；

③双向计量装置、上水管理机等其它用电设备。

2.3 快速上水监控系统实现的功能

按照系统控制要求，系统通过机电一体化和管控一体化措施技术措施，使开始上水、停止上水、余水排空、上水接头脱落、胶管回收到位等一系列客车上水全过程实现电控化，使监测上水栓状态、上水压力、上水量等上水管理工作实现信息化，最大限度杜绝客车离站带失胶管、客栓低温冻结、客栓失压、客栓水漏失等事故发生。应具有以下八种功能。

（1）无线遥控功能。遥控器与上水设备具有自动对码功能，操作人员可遥控上水栓开始或停止上水、锁紧或脱落快速上水接头、开始或停止回卷胶管。

（2）自动控制功能。快速上水栓可设定自动上水时间，到时自动停止，自动排空管内余水，胶管回卷到位后自动停止。

（3）手动控制功能。在实现遥控的同时，可通过操作面板手动电控快速上水栓；当停电或者出现上水栓电气出现故障时可机械手动操作上水并回卷胶管。

（4）密码保护功能。设备可通过操作面板组合按键实现加锁控制，杜绝无关人员的上水操作。

（5）防寒保暖功能。当站场环境温度达到设定值时，上水栓可自动启动或停止电加热，防止冰冻故障。

（6）集中控制功能。集控中心与车站客服系统交换信息，自动根据客车到发时刻控制客栓是否有水，可实时监测上水栓的工作状态，当客车离站前30s自动停止该股道所有上水设备，同时在上水压力超出设定范围时自动报警。

（7）计量计费功能。集控中心可根据环状管网水流方向，精确统计单列客车上水量，自动实现各股道上水列车的计量、计费，汇总并打印生产报表，自动绘制上水量及上水压力趋势变化图，同时可将上水管理及监控信息通过网络上传运营管理单位。

（8）系统扩展功能。

3 站场快速上水监控系统设计方案

为实现以上功能，按照该系统的工作原理，可将快速上水控制系统结构设计划分成4个子系统：即上水作业子系统、上水监控子系统、集控中心子系统和通信子系统。示意图见图1。

（1）上水作业子系统包括上水栓、上水结头、上水管理机。

①上水栓包含电动卷管器、电源箱、控制箱、遥控器、操作面板和附属管道及阀门。其中电动卷管器用于上水软管的拉出与自动回收，主要由卷筒、电机及传输装置、旋转接头、胶皮等元件组成；防水电机采用24 V安全电压，以保障设备的稳定性、可靠性；设备断电时，也可以手动上水及收管。

②上水接头是体积小、重量轻的气动胶头，具有快速锁紧、自动脱落、防冻、防摔。

③上水管理机除可以控制整个股道间快速上水栓紧急收管外，还能实时显示该股道间上水栓的状态和流量信息；能储存和显示该股道上水量的历史信息及数据等。

（2）上水监控子系统由上水监控终端、智能双向计量装置、智能电动阀、压力变送器组成。

①上水监控终端在站场内共设置两套，分别安装于上水管网的两侧，每一个上水监控终端负责监控同侧的智能双向计量装置和智能电动阀。

②考虑到客车上水多采用环状管网，水流方向不定，智能双向计量装置安装于每排客栓干管两侧，可自动判断水流方向，分别累计，从而准确计量上水量。

③智能电动阀安装于每排客栓干管两侧，可根据客车到发自动开闭，做到客车进站客栓有水，客车离站客栓无水，从而实现节水、节能。

（3）集控中心子系统。值班人员可通过大屏幕实时看到客车到发信息、监控上水设备、监测上水流量及最不利点压力、客车离站前30 s自动所靠股道中仍在工作的上水设备，实现单列客车上水计量、跨局结算等功能。

（4）通信子系统。利用数据通道及设备实现其他三个子系统之间转换信息的沟通。

图1 控制系统结构示意图

4 快速上水监控系统产品的选型考虑

快速上水控制系统产品选型时，应充分考虑了以下因素：

（1）系统的先进性。采用国际自动化领域的主流技术-可编程控制器（PLC）所生产的RTU；控制结构模式采用集散控制结构，即"集中管理，分散测控"。

（2）系统的可靠性。采用技术先进，功能强大，性能可靠和高质量、模块化、免维护的产品。

（3）系统合理的投资水平。系统初建时全面考虑系统的总体成本。即总体成本＝直接投资成本+运行成本+维护成本+系统扩展成本。合理考虑成本，抛弃那种"初期投资越低越好"的思路。

（4）系统的可扩展性。因自动化系统的建设不可能一步到位，应充分考虑到系统的可扩展性。

5 快速上水控制系统实施前后比较

通过北京站、重庆达州站、天津站等客站股道间加装快速上水控制系统并进行正常的运行，对系统实施前后跟踪比较（见表 1）。

表1 系统实施前后跟踪情况比较

6 结束语

在城际、高速和普速铁路客车站场股道间加装快速上水控制系统，系统的实用和可靠不仅提高了上水效率也减少了上水工的劳动强度，同时，也使站场环境愈加整齐美观。将实现客车的到发与上水设备开停联动、上水计量管理及上水班组管理等功能，使上水设备与上水工的综合管理水平上了新的台阶，也使与铁路运输业直接相关的客车上水工作达到新的水平。