平面調(diào)車系統(tǒng)存在問題分析及改進(jìn)

楊方遒 劉 鋒 文 濱

深圳地鐵三號線投資有限公司 518054 深圳

*工程師 **助理工程師

平面調(diào)車系統(tǒng) (簡稱平調(diào)系統(tǒng))是防止調(diào)車作業(yè)擠、碰、沖事故和調(diào)車作業(yè)人員人身傷亡事故的重要安全設(shè)備。深圳地鐵三號線投資有限公司自2006年使用 HF-5B型平面調(diào)車系統(tǒng)以來,由于管理機(jī)制、維修和設(shè)備自身等方面的原因,平調(diào)設(shè)備的性能、作用得不到充分的發(fā)揮,設(shè)備性能不穩(wěn)導(dǎo)致故障頻發(fā),影響了運(yùn)輸生產(chǎn)效率。根據(jù) HF-5B平面調(diào)車系統(tǒng)和 LKJ2000型監(jiān)控裝置平調(diào)接口盒的實(shí)際使用情況、設(shè)備電路原理,分析 DF4B型機(jī)車電路特性及電氣線路結(jié)構(gòu),對現(xiàn)場使用中存在的安全隱患和在 DF4B型本務(wù)機(jī)車安裝使用中存在的問題制定相應(yīng)措施。

1 問題的提出及分析

1.1 平調(diào)系統(tǒng)存在的問題

1.進(jìn)行推進(jìn)調(diào)車作業(yè)時(shí),由調(diào)車長發(fā)出推進(jìn)信令,以后每隔 5 s,調(diào)車長臺自動發(fā)一測機(jī)信號,機(jī)控器綠燈由該測機(jī)信號維持。如果調(diào)車長電臺出現(xiàn)故障,機(jī)控器會報(bào)出 “故障停車”,但是,如果領(lǐng)車人員電臺故障,機(jī)控器上沒有任何反應(yīng),系統(tǒng)故障不能導(dǎo)向安全實(shí)施停車。今年以來,現(xiàn)場作業(yè)已發(fā)生多起因領(lǐng)車員電臺故障, “十、五、三車”指令信息不能及時(shí)發(fā)送而差點(diǎn)撞土檔、重鉤的險(xiǎn)情,很容易發(fā)生事故。

2.調(diào)車組之間的竄擾防護(hù) 。由于無線信道的固有特點(diǎn),不同頻點(diǎn)的調(diào)車組因頻組偏頻造成信號竄擾現(xiàn)象。當(dāng) 2臺機(jī)車在同一車站作業(yè)時(shí),一臺調(diào)車組的調(diào)車指令控制了另一臺機(jī)車的平調(diào)系統(tǒng),危及行車作業(yè)安全。例:2008年 9月 11日,7193機(jī)車在深圳西站場作業(yè)時(shí),發(fā)出的調(diào)車停車指令,造成了 7194出庫機(jī)車的自停動作。

1.2 TDJ-Ⅱ型平調(diào)接口盒存在的問題

1.平調(diào)語音系統(tǒng)與監(jiān)控控車指令不同步,控車指令滯后時(shí)間過長,經(jīng)常出現(xiàn)提示語音報(bào)出后,監(jiān)控指令 5 s后才能正?？剀嚨默F(xiàn)象。例如,在停車狀態(tài),調(diào)車長發(fā)啟動信號,平調(diào)語音提示啟動,但監(jiān)控裝置滯后 5 s后才能解除停車控制,極易使乘務(wù)員因操作不當(dāng)而造成監(jiān)控裝置的放風(fēng)動作。經(jīng)統(tǒng)計(jì),僅 2009年 9月和 10月期間乘務(wù)員就因平調(diào)設(shè)備操作不當(dāng)造成監(jiān)控放風(fēng)達(dá) 18次之多。

2.TDJ-Ⅱ型調(diào)車信號接口盒采用 AT89C52單片機(jī)作為計(jì)算控制中心,使用繼電器進(jìn)行調(diào)車信號和機(jī)車信號的切換,與 LKJ2000設(shè)備連接時(shí)采用CAN通信方式。但在實(shí)際使用中,因機(jī)車上安裝有 2臺 HF-5B機(jī),作業(yè)時(shí),2臺機(jī)控器同時(shí)接收平調(diào)作業(yè)指令,經(jīng)常出現(xiàn)信息 “堵塞”死機(jī)現(xiàn)象,監(jiān)控運(yùn)行文件出現(xiàn) “多燈”顯示。

1.3 系統(tǒng)運(yùn)用質(zhì)量存在的問題

1.設(shè)備失修嚴(yán)重,平調(diào)系統(tǒng)性能不穩(wěn)定,平調(diào)電臺故障頻繁。平調(diào)設(shè)備投入使用以來,用、管、修制度沒有得到落實(shí),設(shè)備故障基本以報(bào)廠家故障修為主,缺少必要的日常檢測和保養(yǎng),以至設(shè)備質(zhì)量每況日下。

2.抗干擾能力差。機(jī)車電氣干擾是造成平調(diào)機(jī)控器和平調(diào)接口盒死機(jī)、燒毀的主要原因。HF-5B型機(jī)控器是固定式,使用機(jī)車電源或 LKJ監(jiān)控系統(tǒng)平調(diào)接口設(shè)備供電,主要適用于固定調(diào)車機(jī)(東風(fēng)-5專調(diào)機(jī)車)。而現(xiàn)場使用的東風(fēng) 4B型機(jī)車的電磁干擾遠(yuǎn)大于東風(fēng)-5型機(jī)車,機(jī)車Ⅰ、Ⅱ端駕駛室各安裝機(jī)控器 1臺。由于設(shè)備較多,長期處于溫差大、磁場強(qiáng)、振動頻、腐蝕性高的環(huán)境中,干擾源相對復(fù)雜。而平調(diào)設(shè)備主要采用的是工業(yè)單片機(jī)作為核心器件,對機(jī)車上各種干擾相當(dāng)敏感,部分元器件參數(shù)不穩(wěn)定,受到電氣干擾的機(jī)會增加。這些電氣干擾源包括:①機(jī)車本身的電源干擾;②有觸點(diǎn)電器通斷過電壓干擾;③插件接觸不良干擾;④強(qiáng)電磁場干擾;⑤高頻脈沖干擾。在信號處理過程中,這些干擾非?？赡苁箶?shù)字信號發(fā)生電平突變、模擬量信號產(chǎn)生誤差,從而造成設(shè)備故障。

1.4 故障實(shí)例

7192機(jī)車電臺由于受到車內(nèi)的電磁干擾,導(dǎo)致平調(diào)設(shè)備從安裝起至今無法正常工作,機(jī)控器頻繁死機(jī)且主控板經(jīng)常燒壞,廠家多次進(jìn)行處理,更換了多種器件,故障依舊。經(jīng)對機(jī)車進(jìn)行全面測試,發(fā)現(xiàn)駕駛室內(nèi)存在著頻率為 150M～170 MHz的較強(qiáng)高頻輻射信號,而此頻段范圍正好涵蓋平調(diào)設(shè)備的受信頻點(diǎn) (151.000 MHz、162.850 MHz、162.950 MHz、163.100 MHz)。平調(diào)機(jī)控器與 LKJ監(jiān)控裝置間的控制電纜,與機(jī)車電氣電纜并行走線,周圍產(chǎn)生了高頻干擾信號源,該干擾信號的強(qiáng)度平均最大值為 26.7 dBμ。這些較強(qiáng)的高頻干擾信號被平調(diào)電臺接收電路接收,使其長期處于長發(fā)狀態(tài),不能正常通話,也是機(jī)控器主控板燒毀的主要原因。

2 平調(diào)系統(tǒng)技術(shù)改造方案

對機(jī)控器的安全指令程序進(jìn)行技術(shù)升級改造,軟件系統(tǒng)需求分析如下。

2.1 行進(jìn)指令安全防護(hù)

當(dāng)調(diào)車員發(fā)出行進(jìn)指令 (綠燈)后,系統(tǒng)能自動發(fā)出測機(jī)信號,一旦調(diào)車員電臺故障或其他原因造成指令發(fā)送不出去時(shí),機(jī)車控制器可檢測出故障,發(fā)出 “故障停車”。測機(jī)信號間隔時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)值為 5 s,如果機(jī)控器連續(xù) 2個測機(jī)信號收不到,系統(tǒng)發(fā)出 “注意、注意”,第 3個測機(jī)信號仍未收到,則發(fā)出 “故障停車”。

新系統(tǒng)在推進(jìn)時(shí),可將測機(jī)信令放給頭鉤的電臺去發(fā),一旦頭鉤電臺故障,機(jī)控器就會顯示“故障停車”,從而解決了頭鉤領(lǐng)車的通信安全問題。其他作業(yè)過程與現(xiàn)有作業(yè)進(jìn)程相同。調(diào)車作業(yè)推進(jìn)時(shí)的示意圖如圖1所示。

圖1 調(diào)車作業(yè)推進(jìn)示意圖

新系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)過程是:推進(jìn)作業(yè)時(shí),先由調(diào)車長發(fā)推進(jìn)信令,這時(shí)頭鉤按 2次黃鈕發(fā)申請領(lǐng)車信令,機(jī)控器收到后,回示 “某號領(lǐng)車”,同時(shí)自動關(guān)閉調(diào)車長的測機(jī)信令,改為頭鉤連接員發(fā)測機(jī)信令。推進(jìn)作業(yè)完成后,調(diào)車長發(fā)出 “停車”信令,機(jī)控器收到后,提示 “停車”,并自動切斷頭鉤連接員的測機(jī)信號。在推進(jìn)過程中,如果頭鉤連接員電臺出現(xiàn)故障 (或電池沒電),機(jī)控器會提示 “故障停車”,系統(tǒng)故障導(dǎo)向安全。

2.2 調(diào)車組之間的竄擾防護(hù)

在平調(diào)指令中加入調(diào)車組的組碼并對每個調(diào)車組人員賦予不同的人員編碼。萬一發(fā)生信號竄擾,或當(dāng)某一制動員發(fā)出制動指令后,只有該制動員發(fā)解鎖指令才能解鎖,而其他制動員不能解鎖該制動員發(fā)出的制動指令,也不可能使這個調(diào)車組的推進(jìn)指令點(diǎn)亮另一個調(diào)車組的綠燈,以確保行車安全。制動員所發(fā)出的制動及解鎖指令,均伴有語音回示。司機(jī)及調(diào)車組人員都可聽見 “X號緊急停車”或 “X號解鎖”。這樣當(dāng)多個制動員同時(shí)發(fā)令時(shí),不會產(chǎn)生誤會,司機(jī)可隨時(shí)查詢沒有解鎖的停車信號是由哪位制動員發(fā)出的。

3 機(jī)車電氣干擾的整治措施

1.對主要電磁繼電器線圈加裝電壓保護(hù)裝置。針對機(jī)車頭燈拉弧時(shí)間長,易產(chǎn)生高頻諧波干擾平調(diào)設(shè)備的現(xiàn)狀,在頭燈電源輸入端加裝過壓吸收片過濾高頻諧波,抑制頭燈啟動時(shí)對車載設(shè)備的干擾。

對機(jī) 車 YC、 QC、 LC、 FLC、 QBC、 RBC、GFC、GLC、LLC等接觸器、繼電器,以及1-6ZJ、DJ、LJ、1-3KJ,電空閥 、風(fēng)笛電空閥 、撒砂電空閥等與平調(diào)設(shè)備共源的線圈,都加裝過壓吸收片,棄用原裸露膠母板長聯(lián)接導(dǎo)線型吸收片,改用塑料外殼封裝短導(dǎo)線型吸收片,以避免其燒損造成的鄰線接地和短路現(xiàn)象。

2.將機(jī)控器與 LKJ2000監(jiān)控裝置平調(diào)接口盒之間連接的普通電纜,更換為抗干擾能力強(qiáng)的屏蔽電纜,大大減少線間電容干擾,提高線路整體抗干擾能力。

3.合理布線減少干擾。平調(diào)設(shè)備車上布線合理與否,很大程度上也影響著平調(diào)設(shè)備的使用質(zhì)量。DF4B機(jī)車上平調(diào)設(shè)備的接線都長出了很多,多余部分廠家安裝時(shí)不但沒有剪掉,而且盤繞在啟動發(fā)電機(jī)、Ⅰ室及Ⅱ室地板下,并且靠近機(jī)車其他電線,再加上其他外接線全都放進(jìn)線盒內(nèi),極易產(chǎn)生電磁干擾。因此必須對平調(diào)設(shè)備相關(guān)線路進(jìn)行清理,鋪線避免打圈,盡量不靠近熱管。每次修程絕緣測量時(shí),確保導(dǎo)線線間及導(dǎo)線與地之間電阻在10MΩ以上,把平調(diào)設(shè)備線纜移出機(jī)車線盒,或走獨(dú)立線槽避開機(jī)車大線以防干擾。

4 平調(diào)機(jī)控器與 LKJ監(jiān)控接口盒的電路改進(jìn)

1.切斷 LKJ2000監(jiān)控裝置平調(diào)接口盒對機(jī)控器的供電電源電路,并對機(jī)控器供電電路進(jìn)行改造,作業(yè)時(shí)只允許乘務(wù)員操控端機(jī)控器處于得電狀態(tài),另一端機(jī)控器處于斷電狀態(tài),換室作業(yè)由乘務(wù)員手動切換機(jī)控器的工作狀態(tài)。

2.在機(jī)控器與 LKJ監(jiān)控裝置調(diào)車接口盒的通信線上加裝 CAN總線通信濾波器,抑制平調(diào)控制電纜因電氣干擾造成的平調(diào)語音系統(tǒng)與監(jiān)控控車指令不同步,控車指令滯后時(shí)間過長的現(xiàn)象,提高整機(jī)靈敏度。

5 對機(jī)車供電電源的改進(jìn)

DF4型機(jī)車電器的感性負(fù)載多,機(jī)車電器的頻繁開斷而產(chǎn)生的反電勢干擾了機(jī)車電源,有的機(jī)車發(fā)電機(jī)工作不穩(wěn)定,有時(shí)會出現(xiàn)強(qiáng)脈沖干擾,造成機(jī)控器電源保護(hù)。從平調(diào)設(shè)備電源電路原理圖可以看出,電源到各通信入口及其后面電路處理都存在一定的電路設(shè)計(jì)缺陷,使其抗干擾能力相當(dāng)差,不能濾掉高頻脈沖、峰波電壓,對瞬間高電壓也無法抑制。所以,外界干擾電動勢能直接進(jìn)入到內(nèi)部。因此必須給平調(diào)機(jī)控器加裝電源濾波器,有效抑制共模干擾、差模干擾和高頻干擾。對機(jī)車供電電源加裝電源濾波器,提升平調(diào)設(shè)備抗干擾能力。電源濾波器改進(jìn)電路原理如圖 2所示。

圖2 電源濾波器改進(jìn)電路原理

圖2中:110V經(jīng)過順向二極管 V12(2BF5E)送入 L11和 C11、C12、C13組成的低通濾波電路進(jìn)行濾波,抑制共模干擾和差模干擾信號;再經(jīng) C1、C2、C3、L1、C4濾波器二次濾波后,使帶有毛刺和不穩(wěn)定的機(jī)車電源變得比較平滑穩(wěn)定。V11(5kP180A)是硅瞬變電壓吸收二極管,具有極快的響應(yīng)速度和非常高的電涌吸收能力,可用于保護(hù)設(shè)備和電路免受靜電、電感負(fù)載切換過程以及感應(yīng)雷擊等所產(chǎn)生的瞬間過電壓,它使危險(xiǎn)的電壓尖峰以箝位方式被限制在電路可以允許的范圍內(nèi)。TVS9用于吸收高于 200V的瞬間干擾電壓信號。

6 取得的效果

2008年實(shí)施技術(shù)改造以來,經(jīng)質(zhì)量分析跟蹤發(fā)現(xiàn),平調(diào)系統(tǒng)機(jī)控器死機(jī)的故障現(xiàn)象基本得到根治,調(diào)車控車指令滯后時(shí)間由原來的 10 s縮短到5 s以內(nèi),平調(diào)設(shè)備的運(yùn)用質(zhì)量得到了顯著提高,因平調(diào)設(shè)備作用不良造成的 LKJ監(jiān)控放風(fēng)現(xiàn)象,得到了明顯改變。確保了調(diào)車作業(yè)安全,提高了運(yùn)輸生產(chǎn)效率,達(dá)到了預(yù)期的目的。