举高类消防车冗余安全控制设计与预防维修研究

高春峰

摘要：举高类消防车在高层火灾扑救、抢险救援、社会救助等方面应用广泛，发挥着及其重要的作用。国家对消防事业的资金投入逐年增多，人们对消防车性能也提出了更高的要求。首先简述了举高类消防车的分类和特点，设计了基于安全PLC的举高消防车冗余安全控制系统，实现了电气控制系统内部故障自检测功能。与传统消防车控制系统相比，极大的提高了举高类消防车的可靠性与安全性。液压系统是消防车的重要组成，对消防车的工作性能起着关键作用，最后总结了其预防维修策略。

Abstract： The high type of fire truck is widely used in high-rise fire fighting， rescue， social rescue and other aspects， play an important role. The national investment in fire fighting is increasing year by year， and people put forward higher requirements on the performance of fire trucks. Firstly， the classification and characteristics of the lifting fire truck are briefly described， and the redundant safety control system of the lifting fire truck based on safety PLC is designed， and the internal fault self-detection function of the electrical control system is realized. Compared with the traditional fire truck control system， it greatly improves the reliability and safety of the lift type fire truck. Hydraulic system is an important component of fire engine and plays a key role in the performance of fire engine.

關键词：举高消防车;多重故障自检测;冗余安全控制;预防维修

Key words： lift fire truck;multiple fault self-detection;redundant safety control;preventive maintenance

中图分类号：TU998.13+1                                文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2021）21-0148-02

0  引言

随着我国城市化进程的不断推进，高楼大厦逐渐增多，同时为了预防和应对高层火灾事故，举高类消防车的应用也更加广泛。举高消防车在实际救援行动中，不仅可以对高楼进行灭火作业，也可向高层输送消防人员和设备，救援高层被困人员，因此，对于举高消防车的可靠性和安全性要求非常高。基于安全PLC设计了冗余安全控制系统，增加了对举高消防车电气控制系统的自身故障诊断功能，以便第一时间检测出电气系统的故障，总结了几点液压系统的预防维修建议，以综合提高举高类消防车的实战效能和维护保养工作[1]。

1  举高类消防车简述

1.1 举高类消防车的定义分析

举高类消防车作为高层建筑火灾扑救期间应用的重要装备之一，是当今一种新型的消防车。尤其是在现代城市中，举高类消防车发挥着重要的作用。如果按照用途来划分，具体可分为三种，分别是举高喷射消防车、云梯消防车以及登高平台消防车。

1.2 举高类消防车的特点与性能分析

通过对举高类消防车的进一步分析可知，因为举高类消防车类型不同，所以在特点和性能上有着较大差异。首先，针对云梯消防车来说，主要是对伸缩式臂架结构进行高效利用，整体的重量比较轻便，动作很快，操作起来简单便利，能够直接达到目标。但是，该类消防车的作业高度不高，平台没有太大的承重，工作臂的伸展度不大。同时，在应用期间，为了可以最大限度地减少车辆伸缩臂重量，有时还会应用固定管路，平台承载最多可以容纳两个人。然后，针对登高平台类消防车，其机动灵活性很高，工作十分平稳，跨度很大，范围很广，工作平台的面积比较大，平台的承重要优于云梯消防车，能为灭火救援工作的开展提供非常多的便利。最后，对于举高喷射类消防车，举高喷射消防车主要是利用曲臂结构，在顶端位置，装有消防炮，其液控炮不仅能喷射出水，也可以喷射出泡沫，整体的射程非常远，流量很大，很容易占据高空并向下喷射灭火剂。但是，也有一定的缺点，由于会消耗非常多的灭火剂，在现代高喷车中，没有设置水箱，如果地表有水，能单独地进行使用。如果没有水源作为支撑，那么借助大型供水车才能发挥其强大功能[2]。

2  冗余安全系统功能设计

2.1 多重检测输入设计

冗余安全理念简单理解就是通过双重甚至多重的分析、管理以及控制措施，有效降低错误检测的几率。为提升各控制器中检测元器件对信号检测的精确性，可结合冗余安全的设计理念以及冗余控制器应用到实际的安全生产事业中，在一些至关重要的信号信息收集与检测环节采用冗余控制器安全信号检测功能，主要通过以下两种方式实现：

①对于一个关键信号的检测，采用两个相同的检测元件对其进行信号采集，相当于将信号的检测进行了两次，此时得到的检测结果就具有非常高的可靠性，有效避免了单个检测元件对信号的误检测风险。在此系统中开关量的设计上，会得到来自相同检测元件对于信号的双重检测，通过对比两路传感器分别将检测结果传递给控制器的时间，来判断该检测信号是否可取，需要对此设定一个范围，假如传递超时，就判定该路信号检测存在故障。类似地，对于模拟量的判断，则通过对这两路传感器分别输出的模拟量数据之间的误差度，来判断控制器接收的信号是否有效。

②上车臂架重心在规定的区域内才能确保消防车的安全，需要对消防车臂架长度和角度进行实时的测量，在上述方法的基础上，还有对油缸缩回位置设计行程开关，以检测油缸是否收回到位。将冗余安全控制系统下相应的传感器和油缸收回状态信息进行综合分析，并采集实时运动速度，将速度与对应臂架动作电控比例阀门开口进行比对。通过冗余安全控制系统的设计，可将传感器采集信息进行对比，提高检测可靠性，也可以实现系统自身故障的快速检测和定位，有效提高了举高消防车安全控制系统的可靠性、实用性[3]。

2.2 冗余输出设计

在此系统中，安全可编程控制器模块拥有自带的两个独立中央处理，共同参与到判断输出逻辑是否允许的过程，在没有出现故障的情况下，经过相同的判定条件，得到两个相同的结果，此两路输出信号才能视为有效信号，之后就可传递给下一步的安全继电器。由于冗余安全系统的设计，安全继电器与普通继电器的区别在于，只有在设定的时间范围内安全继电器同时收到来自两路的输出信号才能吸合线圈，改变触点的状态，其他情况判定为非正常状态，则会锁死输出，有效地避免了普通继电器短路或系统线路短路的安全隐患。

2.3 安全PLC

普通的可编程控制器通常会存在多种故障，例如，处理器的不规则、硬件设备和功能模块的损坏以及传输线路的故障等，在实际的应用中，具有较大的安全风险。此举高类消防车冗余安全控制系统在控制器选择上，采用德国IFM公司的CR7201型号安全控制器，此型号控制器符合举高消防车安全控制系统的冗余设计理念，因其内核控制方式为双独立CPU，这样可满足系统双重、多样性的控制要求。在自身故障检测方面，加入其中一个处理器出现了故障，系统会立即进入故障安全状态。当数据信号进入安全PLC后，在冗余设计理念下，会有多个输入寄存器参与工作，再经多个核心处理器进行分析、计算、处理，最后输出给多个输出寄存器。此过程，在安全PLC模块下，构建了多个信号传输通道。安全PLC模块的暂存装置，会对来自不同处理器的众多信号状态和处理结果进行对比，如果对比数据不相同，则进入故障安全状态，在众多传感器和传输通道的检测下很容易将故障检测出来。安全PLC模块的内部电路也可采用了冗余的设计方式，安全PLC通过切断集电极电源或者切断基极信号两种不同的方式，将输出信号由1转变为0。因此，即使其中一种出现故障，另外一种方式拥有能力独立完成安全功能[4]。

3  举高消防车液压系统预防维修策略

液压系统在举高消防车结构中发挥着重要作用，主要是为该车辆提供控制机器动作和动力。若液压系统出现故障时，严重影响了该车辆的抢险作业效果和运行可靠性。在工程机械相关领域，经过调查研究显示，液压系统故障的发生率普遍升高，占据所有故障的70%左右。因此，优化举高消防车液压及安全系统的维修策略，具有积极的现实理论意义。

3.1 正确应用清洁液压油

为了保证举高消防车啦液压系统和液压轴正常作业，必须对其进行定期清洁，防止油液中混入杂质，影响元件运动及堵塞元件小孔等。举高消防车辆清洁重点需要对其系统、管路、元件、液压缸、阀以及泵等重要组件进行清洁，尤其是封闭邮箱入口处的过滤器，若发现液压油有异味且颜色变深时，说明已经混入了杂质，导致其氧化，需要立即更换。

3.2 防止空气进入液压系统

当举高消防车辆作业出现颤抖，且元件执行缓慢时，需对液压系统进行检查。当空气进入液压系统时，不但会影响液压油的运行，还会出现气泡，导致油液不连续，从而出现故障。为了有效防止空气进入作业中的消防车辆，需时常关注液压存油量，防止缺油和通气孔堵塞。

加注液压油后，需要将液压机构升降几次，这样可以使整个系统充满油液，系统内可能积存的空气也会被排出。装配液压油泵时，应先注入适量的液压油到液压泵进油口，以达到密封和润滑的效果。安装好柱塞泵后，应给泵体加满液压油，以消除空气弹簧现象。液压系统的密封圈要确保性能良好，强化液压系统橡胶油封的检查和维护[5]。

3.3 定期对液压系统进行维修养护

举高消防车辆使用寿命的长短，與其工作状态有密切关系，尤其是举高消防车辆在进行抢险工作时，运行动作不能过快、过猛，一定要保持平稳，准确，严禁避免执行机构出现突然关闭或打开等情况的发生。同时，还要时刻关注液压泵和溢流阀的声音，若出现噪声时，应立即停止作业，查明原因并排除故障。

4  结语

全文通过对举高消防车安全系统分析、设计及维修的主要原因是保证该车辆在抢险工作中能够充分发挥自身的作用，严禁避免冗余安全系统在输入、输出时出现故障，这也是为了促使举高消防车的可靠性得以有效提升。安全系统的设计与优化除了提升自身品牌影响力外，也需要满足举高消防车辆的工作需求。液压系统是举高消防车辆重要的组成部分，车辆运行的优良情况，充分体现了消防队员对该车辆液压系统的日常预防维护。

参考文献：

[1]韩淞宇.分析举高消防车的结构、性能及使用维护[J].低碳世界，2017（35）：358-359.

[2]孙占瑞，张勇，张鑫，等.举高消防车支腿反力及安全作业范围计算[J].工程机械，2018，49（11）：36-39，8.

[3]邓鹏飞，苏亮.基于安全PLC的举高消防车冗余安全控制系统设计[J].电气自动化，2014，36（02）：95-98.

[4]盖春林.举高消防车液压系统预防维修策略[J].中国科技信息，2019（15）：65-66.

[5]叶金辉.举高消防车日常维护和保养分析关键[J].建设科技，2017（05）：87.