鐵路作業(yè)庫進出路自動信息提示系統(tǒng)設計

劉舉平，余為清，葉江陵

（1.華東交通大學載運工具與裝備省部共建教育部重點實驗室，江西南昌330013；2.上海鐵路局合肥機務段，安徽合肥230000）

在無電氣聯(lián)鎖道岔線路整備場作業(yè)時，列車進路依靠扳道人員及乘務員目視確認開通狀態(tài)，一旦作業(yè)人員錯誤確認或不慎有閑雜人員扳動，極易造成擠岔子、脫軌等事故，給安全生產(chǎn)帶來隱患［1-2］。為解決這一問題，根據(jù)某折返段的具體情況，設計了由傳感器、現(xiàn)場控制器、現(xiàn)場顯示屏以及由計算機構成的復示屏等組成的機車進出庫信息提示系統(tǒng)，用于消除無電氣聯(lián)鎖道岔、人工道岔多的機車出庫線咽喉部位的不穩(wěn)定因素。

系統(tǒng)調(diào)裝完畢后，能夠輔助調(diào)度、乘務及扳道人員確認道岔狀態(tài)，直觀地顯示列車進路的股道號，既減輕了作業(yè)人員的工作量和壓力，又防止了因誤認信號、扳錯股道或扳道不到位等事故的發(fā)生，保障了調(diào)車作業(yè)的安全。

1 道岔的正反位檢測及信息處理

由手動扳道器的機械結構，可通過檢測扳道器轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)位置，獲取道岔正、反位信息［3］。為檢測道岔是否密貼，應能準確獲得扳道器的角度信息［4］，為此系統(tǒng)對每個扳道器設置兩個磁電角度傳感器，共9個監(jiān)測點，18只傳感器，選用磁電式傳感器并以樹脂進行密封，具有比較高的機械強度，抗振動、耐腐蝕，能夠滿足室外環(huán)境下的工作要求。

傳感器布置：J1，J1`—13#岔，J2，J2`—19#岔，J3，J3`—21#岔，J4，J4`—15#岔，J5，J5`—17#岔，J6，J6`—2#岔，J7，J7`—4#岔，J8，J8`—6#岔，J9，J9`—8#岔。

根據(jù)現(xiàn)場道岔的空間布局知傳感器輸出電平與顯示的進路邏輯關系（B代表電平1，b表示電平0）：

表1 道岔邏輯關系Tab.1 The logical relationship of turnouts

J1BJ1`bJ2bJ2`BJ3BJ3`b2B2`b，示值1，1道通；J1bJ1`BJ2bJ2`BJ3BJ3`b2B2`b，示值2，2道通；J4BJ4`bJ5BJ5`bJ 2BJ2`bJ3BJ3`bJ6BJ6`b，示值3，3道通；J4bJ4`BJ5BJ5`bJ2BJ2`bJ3BJ3`bJ6BJ6`b，示值4，4道通；J5bJ5`BJ2BJ2`bJ3 BJ3`bJ6BJ6`b，示值5，5 道通；J7BJ7`bJ6bJ6`BJ3bJ3`B，示值6，6 道通；J8BJ8`bJ7bJ7`BJ6bJ6`BJ3bJ3`B，示值7，7 通道；J9BJ9`bJ8bJ8`BJ7bJ7`BJ6bJ6`BJ3bJ3`B，示值8，8 道通；J9bJ9`BJ8bJ8`BJ7bJ7`BJ6bJ6`BJ3bJ3`B，示值9，9 道通。

2 現(xiàn)場控制器設計

2.1 控制系統(tǒng)硬件設計

現(xiàn)場控制器的主要任務是采集道岔傳感器的信號，分析處理后，驅(qū)動安裝在室外的點陣顯示屏，進行顯示；此外，現(xiàn)場控制器通過串行口向調(diào)度室發(fā)送復示信息。控制系統(tǒng)的構成如圖1所示。

圖1 控制系統(tǒng)構成圖Fig.1 The configuration diagram of control system

現(xiàn)場控制器采用STC10F08單片機，該單片機具有強抗干擾能力，強抗靜電特性［5］，且自帶硬件看門狗（WDT），在程序異常情況下，能夠自動重啟系統(tǒng)。傳感器的輸出信號經(jīng)過信號調(diào)理，并做光電隔離后（傳感器電源與單片機測控電源彼此獨立）送入到單片機的P0，P2口，實現(xiàn)信號的實時監(jiān)測；P1口用于驅(qū)動紅色高亮LED點陣屏幕，保證在強光、雨、霧及夜間情況下顯示信息可被清晰識別。STC10F08通過全雙工異步串行口（P3.0，P3.1 腳）與遠程計算機進行通訊?？紤]到調(diào)度室與現(xiàn)場距離較遠，為了增大通訊距離，做RS232到RS485的轉(zhuǎn)換，并做光電隔離［6-7］。以上措施，一方面保障了信號傳輸?shù)馁|(zhì)量，一方面可防止雷擊對設備及人員造成傷害。

2.2 現(xiàn)場控制器軟件流程

現(xiàn)場控制器軟件設計充分考慮了系統(tǒng)運行的可靠性問題。首先，開放STC10F08的硬件看門狗，在軟件跑飛后，硬件看門狗對單片機進行復位操作；此外，在程序存儲器的空白段，全部填充了長跳轉(zhuǎn)指令，用于返回主程序入口處?，F(xiàn)場控制器的軟件流程如圖2所示。

圖2 現(xiàn)場控制器軟件流程圖Fig.2 The software flowchart of scene controller

3 復視屏設計

為及時準確地了解調(diào)車現(xiàn)場股道開通的狀況，調(diào)度人員需要利用復視屏對調(diào)車信息進行確認。Labview具有豐富的控件資源，圖形顯示豐富直觀［8］，利用Labview開發(fā)了復視屏軟件，實時讀取來自串行口的數(shù)據(jù)。

通信參數(shù)：9 600 b·s-1，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位，無奇偶校驗。

數(shù)據(jù)格式：0xED+道岔信息+道岔信息。

其中0xED作為引導頭，表示數(shù)據(jù)發(fā)送開始，后面接收的兩個數(shù)據(jù)為道岔信息，當此兩數(shù)據(jù)相同時，表示接收數(shù)據(jù)有效，否則做丟棄處理。

3.1 Labview前面板設計

Labview前面板設計主要目的是清晰醒目的顯示道路開通狀態(tài)。以自定義控件（LED燈）方式，布爾類型，構建線路平面圖。不開通時，默認為淺灰色，開通時以高亮紅色呈現(xiàn)，同時屏幕上以阿拉伯數(shù)字形式對開通道路進行顯示，如圖3，圖3所示為3道開通時的股道圖，圓形節(jié)點為道岔點。

在程序運行狀態(tài)下，連續(xù)5 s未接收到來自現(xiàn)場控制器的有效數(shù)據(jù)就表示現(xiàn)場控制器或通訊線路出現(xiàn)異常，程序?qū)l(fā)出警告信息，伴隨計算機的Beep警報。

3.2 Labview后面板程序

Labview的后面板程序如圖4，主要是對串行口數(shù)據(jù)的處理。驅(qū)動自定義的LED控件完成顯示，程序運行后，首先初始化計算機串口，使之與單片機通訊格式一致，循環(huán)對串口數(shù)據(jù)進行檢測和判斷［6］，利用時間控件和復示屏空間，對正常工況進行顯示，異常情況下實現(xiàn)錯誤輸出。

圖3 復視屏前面板圖Fig.3 The front panel diagram of multiplexing screen

圖4 后面板程序圖Fig.4 The program diagram of the back panel

4 系統(tǒng)測試

該系統(tǒng)在某機務折返段安裝運行后，能夠準確檢測道岔正反位信息及道岔是否密貼，根據(jù)道岔邏輯關系，對進出路信息正確顯示；同時現(xiàn)場控制器能夠向復視計算機發(fā)送信息，實現(xiàn)調(diào)度的復視確認。人為脫開連接到復視計算機的串口線，復視屏產(chǎn)生報警信息，伴隨蜂鳴報警。系統(tǒng)安裝完畢后，連續(xù)運行已6個多月，未出現(xiàn)運行錯誤及不穩(wěn)定現(xiàn)象，表明系統(tǒng)設計可靠。

5 結語

利用磁電角度傳感器能夠準確地對無電氣聯(lián)鎖的手動道岔正反位信息進行檢測，且能夠反映道岔的密貼程度。道岔信息經(jīng)過信號處理及光電隔離后被STC10F08采樣，經(jīng)分析處理后，驅(qū)動LED屏進行顯示；現(xiàn)場控制器通過RS485與PC機進行遠程通訊，結合Labview軟件，對道岔信息實現(xiàn)了復視。

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