移動(dòng)脫軌器監(jiān)控系統(tǒng)的研制

趙萬(wàn)民 上海鐵路局南京東車輛段

為保障列檢作業(yè)人員的人身安全，列檢作業(yè)場(chǎng)的作業(yè)線路現(xiàn)已設(shè)置電動(dòng)脫軌器作為防護(hù)措施，但隨著鐵路貨物運(yùn)輸大編組、重載的變化，長(zhǎng)大貨物列車有效長(zhǎng)度不斷增加，致使電動(dòng)脫軌器無(wú)法使用，列檢作業(yè)時(shí)只能使用移動(dòng)紅牌脫軌器進(jìn)行作業(yè)安全防護(hù)。對(duì)移動(dòng)脫軌器的使用，一般由現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員進(jìn)行插撤，并通過(guò)值班室進(jìn)行聯(lián)系確認(rèn)，由值班員進(jìn)行移動(dòng)紅牌脫軌器的使用登記和銷號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)移動(dòng)脫軌器使用的監(jiān)控。這種方法存在很大的隨意性，不能保證移動(dòng)紅牌脫軌器使用的安全性，為列檢作業(yè)留下安全隱患，這一問(wèn)題一直困擾著車輛運(yùn)用部門。通過(guò)運(yùn)用無(wú)線通信、計(jì)算機(jī)技術(shù)和智能識(shí)別技術(shù)實(shí)現(xiàn)列檢移動(dòng)脫軌器管理裝置的人機(jī)互控，可確保列檢檢車作業(yè)防護(hù)安全。

1 系統(tǒng)構(gòu)成

移動(dòng)脫軌器監(jiān)控系統(tǒng)由上位機(jī)、無(wú)線數(shù)傳和移動(dòng)脫軌器存放采集終端三部分構(gòu)成。

1.1 上位機(jī)

上位機(jī)包括主機(jī)、顯示器、無(wú)線數(shù)據(jù)接收和上位機(jī)軟件四個(gè)部分。上位機(jī)接收信號(hào)中繼器轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)來(lái)的現(xiàn)場(chǎng)移動(dòng)脫軌器存放信息，將其顯示在液晶顯屏上并語(yǔ)音提示，使值班人員通過(guò)該顯示器掌握全場(chǎng)移動(dòng)脫軌器使用的狀況。超時(shí)告警，提示值班員安排撤除移動(dòng)脫軌器。

1.2 無(wú)線數(shù)傳

無(wú)線數(shù)傳包括無(wú)線數(shù)傳模塊、天線。接收移動(dòng)脫軌器存放采集終端的信息并發(fā)送給值班室的上位機(jī)。

1.3 移動(dòng)脫軌器存放采集終端

移動(dòng)脫軌器存放采集終端包括脫軌器存放采集器、微功耗控制器、無(wú)線數(shù)傳機(jī)和太陽(yáng)能電源。采集移動(dòng)脫軌器離架、回架信息。

2 工作原理

現(xiàn)場(chǎng)移動(dòng)脫軌器的存放架底部分別安裝脫軌器存放采集器，每?jī)晒傻酪欢斯灿靡粋€(gè)微功耗控制器、無(wú)線數(shù)傳機(jī)和太陽(yáng)能電源，當(dāng)脫軌器的存放信息發(fā)生變化時(shí)，移動(dòng)脫軌器存放采集終端（見(jiàn)圖1）自動(dòng)發(fā)送一次狀態(tài)信息，經(jīng)上位機(jī)接收處理后直觀顯示在上位機(jī)界面上，此時(shí)值班員可根據(jù)移動(dòng)脫軌器離開(kāi)存放架的信息在上位機(jī)上編制移動(dòng)脫軌器使用計(jì)劃，當(dāng)移動(dòng)脫軌器回位后值班員與現(xiàn)場(chǎng)檢車員進(jìn)行呼喚確認(rèn)。當(dāng)移動(dòng)脫軌器離開(kāi)存放架45 min 后還沒(méi)有歸位，上位機(jī)自動(dòng)提醒值班員與現(xiàn)場(chǎng)檢車員確認(rèn)下軌操作。

圖1 監(jiān)控系統(tǒng)存放采集終端

3 系統(tǒng)布局及控制流程

3.1 系統(tǒng)平面布局圖

移動(dòng)脫軌器監(jiān)控系統(tǒng)的平面布局見(jiàn)圖2 所示。每個(gè)列檢作業(yè)場(chǎng)裝設(shè)1 個(gè)上位機(jī)，根據(jù)作業(yè)股道情況對(duì)線路兩端各裝設(shè)1 套脫軌器采集器、無(wú)線數(shù)傳、采集器控制機(jī)箱及電源，并對(duì)每條線路兩端使用的移動(dòng)脫軌器進(jìn)行配對(duì)編號(hào)。針對(duì)到達(dá)或始發(fā)列車的性質(zhì)，移動(dòng)脫軌器的插設(shè)應(yīng)同時(shí)能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)使用，到達(dá)列車配對(duì)脫軌器的監(jiān)控系統(tǒng)具有連鎖功能，必須同時(shí)使用、放回，否則將進(jìn)行聲光報(bào)警。

3.2 系統(tǒng)控制流程

列檢移動(dòng)脫軌器管理裝置的最終目標(biāo)是杜絕錯(cuò)插和漏撤現(xiàn)象的發(fā)生，為移動(dòng)脫軌器的安全管理提供一種科學(xué)的管理手段，不論是錯(cuò)插還是漏撤，一個(gè)共同點(diǎn)是移動(dòng)脫軌器已經(jīng)離開(kāi)存放架，因此移動(dòng)脫軌器的監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)從存放架入手，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)移動(dòng)脫軌器離架和回架信息，并對(duì)離架的脫軌器以軟件作為輔助手段加強(qiáng)使用管理，以使值班員掌握移動(dòng)脫軌器何時(shí)離開(kāi)存放架，用于哪個(gè)股道，而且又是什么時(shí)候撤除的，形成安全管理的閉環(huán)控制。其具體的信息流轉(zhuǎn)及控制流程見(jiàn)圖3。

圖2 系統(tǒng)平面布局圖

圖3 系統(tǒng)控制流程

4 系統(tǒng)技術(shù)運(yùn)用

移動(dòng)脫軌器監(jiān)控系統(tǒng)主要運(yùn)用了：抗干擾、高穩(wěn)定的無(wú)線數(shù)傳技術(shù)，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)脫軌器狀態(tài)的實(shí)時(shí)顯示和動(dòng)態(tài)管理；移動(dòng)脫軌器存放架檢測(cè)技術(shù)，實(shí)時(shí)檢測(cè)移動(dòng)脫軌器的狀態(tài)；太陽(yáng)能供電技術(shù)，解決站場(chǎng)間供電困難的的問(wèn)題；用軟件程序?qū)崿F(xiàn)移動(dòng)脫軌器使用管理由人工方式提升為人機(jī)結(jié)合的安全聯(lián)控模式。

4.1 太陽(yáng)能供電技術(shù)

運(yùn)用太陽(yáng)能技術(shù)主要解決移動(dòng)脫軌器采集終端供電問(wèn)題。由于線路間沒(méi)有供電條件，因此，站場(chǎng)股道間安裝移動(dòng)脫軌器采集終端的供電施工成本較高，而原用于航天設(shè)備的太陽(yáng)能供電技術(shù)在可靠性方面已發(fā)展成熟，并在很多民用領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，比較經(jīng)濟(jì)。經(jīng)技術(shù)論證和樣機(jī)試驗(yàn)，由單片機(jī)控制的太陽(yáng)能電源可以做到只要有一天光照（正常晴到多云天氣），即可供移動(dòng)脫軌器采集終端使用10 天，解決了站場(chǎng)移動(dòng)脫軌器采集終端供電成本高的問(wèn)題。同時(shí)，太陽(yáng)能電源屬于清潔、環(huán)保型能源，符合國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策。

4.2 數(shù)字無(wú)線通信技術(shù)

本系統(tǒng)采用數(shù)字無(wú)線通信技術(shù)，它與模擬無(wú)線通信技術(shù)相比，有如下特點(diǎn)：

⑴數(shù)字傳輸?shù)目垢蓴_能力強(qiáng)。數(shù)字通信在傳輸過(guò)程中，在信噪比較差的情況下能對(duì)傳輸脈沖的取值進(jìn)行判定，可利用再生中繼技術(shù)使傳輸信號(hào)再生，從而消除噪聲干擾對(duì)傳輸質(zhì)量的影響。

⑵數(shù)字通信可通過(guò)校驗(yàn)編碼，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并改正差錯(cuò)，使誤碼率提高兩個(gè)數(shù)量級(jí)。

⑶由于數(shù)字集成電路技術(shù)日益成熟，無(wú)線數(shù)字通信設(shè)備越來(lái)越穩(wěn)定、功耗低、體積小、易于使用。

4.3 故障自檢技術(shù)

本系統(tǒng)使用微功耗單片機(jī)作為控制芯片，因此很容易實(shí)現(xiàn)故障檢測(cè)和系統(tǒng)自檢。當(dāng)移動(dòng)脫軌器采集終端出現(xiàn)通信、電源等故障時(shí)，會(huì)向上位機(jī)發(fā)送故障信息；系統(tǒng)通信自檢時(shí)，移動(dòng)脫軌器采集終端正常離架時(shí)向上位機(jī)發(fā)送信道校驗(yàn)碼，上位機(jī)接收到后除正常發(fā)送移動(dòng)脫軌器離架或回架報(bào)文外亦表示信道良好。

4.4 信號(hào)中繼技術(shù)

無(wú)線通信中繼器采用ATMEL 微處理芯片98C8051 對(duì)無(wú)線傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行中繼，無(wú)線通信中繼器實(shí)時(shí)接受移動(dòng)脫軌器采集終端發(fā)出的數(shù)據(jù)，當(dāng)滿足一個(gè)數(shù)據(jù)包條件時(shí)，無(wú)變化發(fā)射原始數(shù)據(jù)。

5 系統(tǒng)功能

⑴值班員可通過(guò)上位接收機(jī)的顯示器直接觀察到作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)移動(dòng)紅牌脫軌器的存放情況。

⑵值班員利用計(jì)算機(jī)平臺(tái)對(duì)移動(dòng)紅牌脫軌器的使用信息進(jìn)行維護(hù)和管理。

⑶移動(dòng)紅牌脫軌器上軌超時(shí)報(bào)警，提示值班員安排現(xiàn)場(chǎng)職工撤除移動(dòng)脫軌器。

6 運(yùn)用效果

本系統(tǒng)于2010 年9 月1 日交付于南京東到達(dá)作業(yè)場(chǎng)進(jìn)行試用，經(jīng)運(yùn)用，列檢移動(dòng)脫軌器管理裝置設(shè)計(jì)合理、功能實(shí)用、性能穩(wěn)定，較好地解決了移動(dòng)脫軌器使用的安全監(jiān)控難題，實(shí)現(xiàn)了站場(chǎng)移動(dòng)脫軌器狀態(tài)直觀實(shí)時(shí)顯示，充分體現(xiàn)了勞動(dòng)安全的自控、互控和他控。移動(dòng)脫軌器一旦離開(kāi)存放架，上位機(jī)直接彈出使用計(jì)劃輸入界面，值班員完成使用計(jì)劃的輸入后開(kāi)通股道，并核對(duì)現(xiàn)場(chǎng)插設(shè)股道信息，有效防止移動(dòng)脫軌器錯(cuò)插；上軌時(shí)間超過(guò)技檢時(shí)間系統(tǒng)將報(bào)警，警示值班員某某股道某某號(hào)移動(dòng)脫軌器超時(shí)，請(qǐng)及時(shí)安排現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員撤除移動(dòng)脫軌器，杜絕了移動(dòng)脫軌器漏撤現(xiàn)象的發(fā)生，確保列檢作業(yè)場(chǎng)作業(yè)安全和行車安全。