調(diào)車防擠岔自動停車控制裝置研究

張 利 上海鐵路局上海鐵路機務(wù)綜合開發(fā)有限公司

調(diào)車防擠岔自動停車控制裝置研究

張 利 上海鐵路局上海鐵路機務(wù)綜合開發(fā)有限公司

通過對調(diào)車現(xiàn)場出現(xiàn)的擠道岔問題進行分析，提出防擠道岔自動停車控制裝置原理，并提出解決調(diào)車防擠岔方案。

背景；目標(biāo)；內(nèi)容；接口

鐵路行車安全控制是鐵路人的一項永恒追求目標(biāo)。上海鐵路局各機務(wù)段調(diào)車站場有道岔上千個，“擠、脫、撞”問題還偶有發(fā)生，據(jù)統(tǒng)計因擠岔引發(fā)的事故仍占較高比例，解決擠岔問題是鐵路人多年來研究的重點領(lǐng)域。

1 立項背景

行車安全一般涉及列車、調(diào)車兩大類運行方式。列車運行由于使用了列車運行監(jiān)控記錄裝置（LKJ）、CTCS-2、3等列控系統(tǒng)技術(shù)進行控制，其安全控制問題基本得到解決。但機車在檢修庫的調(diào)車和在車站的調(diào)車作業(yè)中發(fā)生的"擠、脫、撞"問題還偶有發(fā)生，始終沒有在硬件上得到較好的控制，由此引發(fā)出對本技術(shù)方案的研究。

2 研究目標(biāo)

應(yīng)用2.4 G射頻技術(shù)，實現(xiàn)車下（信號機的燈信號）、車上（機車控制）信息交流和閉環(huán)控制（運行與制動）。

3 主要研究內(nèi)容

3.1 地面設(shè)備、原理、接口

3.1.1 地面設(shè)備構(gòu)成

由太陽能電源、光感應(yīng)器、地面控制器、地面標(biāo)簽卡（2.4 G射頻技術(shù)）等組成（如圖1所示）。

3.1.2 工作原理

光傳感器感應(yīng)調(diào)車信號機的燈光顯示（或手動道岔的定、反位）狀態(tài)，并傳輸給地面控制器。地面控制器根據(jù)調(diào)車信號機的燈光顯示（手動道岔的定、反位）狀態(tài)改寫地面標(biāo)簽卡的標(biāo)簽編碼。規(guī)定調(diào)車信號機顯示藍(lán)燈時，地面標(biāo)簽卡發(fā)出尾號為“01”停車的編碼；調(diào)車信號機顯示白燈時，地面標(biāo)簽卡發(fā)出尾號為“00”通過的編碼。

圖1 地面設(shè)備構(gòu)成

3.1.3 接口

（1）信號設(shè)備為信號機的接口方式

信號設(shè)備為信號機時采用光傳感器采集藍(lán)、白燈信號，在接口方式上與電務(wù)的電信號完全隔離，電源采用太陽能供電，以解決本裝置與電務(wù)接口困難問題。

隨著時間的推移和本設(shè)備的大批量推廣應(yīng)用，將來地面設(shè)備可采取光電隔離的方式接入信號機（電務(wù)設(shè)備）的點燈電源；有源標(biāo)簽卡耗電量不大（12 V，100 mA），也可接引用電務(wù)的信號機電源。這樣把地面設(shè)備歸屬為電務(wù)維護的設(shè)備更為合理。信號機接口示意圖如圖2所示。

圖2 地面信號示意圖

（2）信號設(shè)備為手動道岔的接口方式

信號設(shè)備為手動道岔時采用霍爾傳感器采集手動道岔的定、反位狀態(tài)，電源可使用太陽能電源，示意圖如圖3所示。

3.1.4 電源地面設(shè)備的供電采用太陽能電源，解決設(shè)備供電問題。太陽能電源采用了智能充放電管理技術(shù)，使電源可在連續(xù)陰天的情況下，長期保持地面設(shè)備的可靠供電。

圖3 手動道岔接口示意圖

在設(shè)備大批量應(yīng)用后，可協(xié)調(diào)接入電務(wù)供電，免去電源設(shè)備的投資和維護。太陽能電源及控制箱如圖4所示。

圖4 太陽能電源及控制箱

3.2 車載設(shè)備

車載設(shè)備的技術(shù)方案有兩套可供選擇，一是利用機車監(jiān)控（LKJ）進行停車控制；二是增加一套放風(fēng)閥進行停車控制，敘述如下：

3.2.1 方案一

機車制動利用機車監(jiān)控裝置完成，優(yōu)點是無需機車再增加設(shè)備。缺點是需要與電務(wù)協(xié)調(diào)。

（1）設(shè)備構(gòu)成

由閱讀器、車載主機、顯示屏、3G通訊模塊、GPS模塊、電源、LKJ控制器等組成。設(shè)備及接口關(guān)系如圖5所示。

圖5 車載設(shè)備與LKJ接口關(guān)系

（2）工作原理

①車載設(shè)備工作原理

當(dāng)機車車輛越過地面標(biāo)簽卡時，車上閱讀器接受地面標(biāo)簽卡發(fā)出的編碼，并輸送給LKJ，LKJ向其執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出停車指令，使用機車車輛放風(fēng)停車。

車載主機接到標(biāo)簽卡和GPS信息后，進行記錄、處理，一是在顯示屏上進行顯示；二是將放風(fēng)時的調(diào)車信號機編號、通過時間、信號機狀態(tài)和放風(fēng)時間等信息，通過3G無線模塊將相關(guān)信息實時發(fā)送給遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫，以便管理人員及時發(fā)現(xiàn)，進行事后管理。

②監(jiān)控設(shè)備（LKJ）工作原理

監(jiān)控裝置在“調(diào)車”狀態(tài)下，其“接口”接收到一個點式脈沖信息時，若機車運行速度大于規(guī)定速度（15 km/h），語音報警“注意超速”，提示司機列車減速，要求司機控制速度，連續(xù)報警7 s后速度與規(guī)定速度（15 km/h）相比≥3 km/h時實施緊急制動、≥2 km/h時實施常用制動、≥1 km/h時實施卸載（按【解鎖】鍵可切除此功能），此時司機應(yīng)采取制動調(diào)整列車速度。機車運行規(guī)定距離（50 m）后，限速降到10 km/h。

當(dāng)接收到兩個相距2 m－4 m的點式脈沖信息，若速度大于3 km/h則立即實施緊急制動。工作原理如圖6所示。

圖6 監(jiān)控設(shè)備（LKJ）工作原理

根據(jù)機車監(jiān)控裝置（LKJ）在調(diào)車模式下的工作原理，我們制定出機車防擠岔的制動模式如下：

常用制動模式（C1模式）：適用于機車運行在線路區(qū)間需要減速的區(qū)段，如調(diào)車機在調(diào)車時超速（大于15 km/h），車載主機可向機車監(jiān)控裝置（LKJ）接口輸出1個脈沖信號，語音提示司機7s后速度仍未減到15 km/h以下，則令其自動停車。

緊急制動模式（C2模式）:適用于機車運行在線路盡頭的調(diào)車信號機前10 m-15 m范圍內(nèi)，機車接進處于關(guān)閉的調(diào)車信號機狀態(tài)時，車載主機向機車監(jiān)控裝置（LKJ）接口輸出2個連續(xù)脈沖信號，令其緊急停車，防止機車沖擠道岔。

④GPS測速與定位原理

車載GPS模塊可及時檢測機車運行速度，調(diào)車機車運行速度超過15 km時，10 s內(nèi)語音報警，持續(xù)10 s，20 s連續(xù)超速控制常用制動閥防風(fēng)減速。

利用GPS的定位功能可大致定位機車所在位置。

3.2.2 方案二

機車制動利用加裝的放風(fēng)閥組（緊急制動閥+常用制動

閥）完成，優(yōu)點是無需與電務(wù)協(xié)調(diào)，便于機務(wù)使用、管理和維護。缺點是要單獨增加放風(fēng)閥設(shè)備。

（1）設(shè)備構(gòu)成

由閱讀器、車載主機、顯示屏、3G通訊模塊、GPS模塊、電源、放風(fēng)閥等組成。設(shè)備構(gòu)成如圖7所示。

圖7 設(shè)備構(gòu)成圖

（2）工作原理

①車載設(shè)備工作原理

當(dāng)機車車輛越過地面標(biāo)簽卡時，車上閱讀器接受地面標(biāo)簽卡發(fā)出的編碼，并輸送給車載主機，車載主機向放風(fēng)閥發(fā)出停車指令，使機車放風(fēng)停車。

車載主機接到信息后，進行記錄、處理，一是在顯示屏上進行顯示；二是將放風(fēng)時的調(diào)車信號機編號、通過時間、信號機狀態(tài)和機車放風(fēng)時間等信息，通過3G無線模塊將相關(guān)信息實時發(fā)送給遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫，以便管理人員及時發(fā)現(xiàn)，進行事后管理。

②放風(fēng)閥工作原理

放風(fēng)閥組由緊急放風(fēng)閥和常用制動放風(fēng)閥組成，在需要緊急停車時，啟動緊急放風(fēng)閥，使機車在3m以內(nèi)停車（機車單機）；在需要常用制動時啟動常用制動放風(fēng)閥，使機車（列車）平緩減速停車。

③GPS測速與定位原理

車載GPS模塊可及時檢測機車運行速度，調(diào)車機車運行速度超過15 km/h時，10 s內(nèi)語音報警，持續(xù)10 s，20 s連續(xù)超速控制常用制動閥防風(fēng)減速。

4 結(jié)束語

通過對擠岔問題的思考，提出利用調(diào)車防擠岔自動控制裝置解決擠岔問題的方案。

[1]（美國）菲特.射頻和無線技術(shù)[ISBN].北京：電子工業(yè)出版社，2009.

[2]張順海.監(jiān)控系統(tǒng)研究[M].江蘇：南京大學(xué)出版社，1999.

責(zé)任編輯：宋飛 余鐵

來稿時間：2015-01-27