基于NDJC系列機車高壓報警裝置的改進設計

梁慧麗

摘要：NDJC系列機車高壓報警裝置是由蘭州鐵路局蘭州西機務段研制的，主要安裝在該局所有內電機車上，用于相關作業(yè)操作人員登頂作業(yè)時判斷接觸網(wǎng)是否已斷電和高壓預警，減少高壓意外觸電事故發(fā)生。然而，NDJC系列機車高壓報警裝置在技術上存在著部分缺陷，導致該裝置后期維護不方便、功能單一、使用壽命短。本文提出了針對NDJC系列高壓報警裝置的一些改進方法。

關鍵詞：NDJC系列;高壓;報警;改進設計

1 引言

截止2019年，我國電氣化鐵路里程已超過10萬公里，躍居世界第一。近年，又新建通車了多條高鐵、動車組線路，隨著我國電氣化鐵路的快速延伸，如何運用科技手段，提供給用戶安全可靠的產品，貫徹“安全第一、預防為主、綜合治理”的安全生產方針，保障鐵路從業(yè)人員人身安全是鐵路裝備供應商的一大職責。

為滿足機車車輛高效運行的要求，機車檢修人員或乘務人員經常需要攀爬車頂作業(yè)，偶有在電氣化區(qū)段高壓人身傷害事故發(fā)生。為避免在電氣化區(qū)段高壓觸電事故發(fā)生，迫切需要研制一種安全可靠的車頂高壓預警系統(tǒng)，從技術手段上提醒或杜絕類似事故發(fā)生，給通往車頂?shù)牡缆吩黾右坏腊踩琳?。因此，涌現(xiàn)了多種機車車頂高壓報警裝置，本文針對蘭州西機務段研制的NDJC系列機車高壓報警裝置提出了一些改進設計方法。

2 NDJC系列高壓報警裝置簡介

2.1 組成結構

NDJC系列機車高壓報警裝置由高壓報警裝置主機、車頂高壓感應接收器、車頂門狀態(tài)檢測行程開關組成。圖1為該裝置外觀圖。

（1）主機安裝在機車車頂門梯附近，由機車蓄電池提供DC110V工作電源，檢測車頂接觸網(wǎng)帶電情況及車頂門開閉狀態(tài)，當輸入信號滿足報警條件時發(fā)出聲光報警，語音提示“有電危險，禁止攀登”，主機“有電”指示燈點亮。

（2）車頂高壓感應接收器安裝在機車車頂門附近縱軸線上，接收車頂高壓接觸網(wǎng)的電磁場信號，并傳送給車內主機進行識別。

（3）車頂門狀態(tài)檢測采用LX19系列行程開關，主機發(fā)出DC110V信號，通過行程開關常閉觸頭，車頂門關閉狀態(tài)下DC110V信號斷開，車頂門打開狀態(tài)下DC110V信號導通并送入主機，從而完成車頂門開閉狀態(tài)檢測功能。

2.2 工作原理

NDJC系列高壓報警裝置工作原理如圖2所示。當車頂高壓感應接收器接收到接觸網(wǎng)的電磁場信號，主機進行信號識別，若接觸網(wǎng)帶電，則進行濾波調整放大，驅動聲光報警，“有電”指示燈點亮，并發(fā)出報警提示音;若接觸網(wǎng)不帶電，則“無電”指示燈點亮。另外，當“自檢”按鈕按下，裝置也能發(fā)出聲光報警，可判斷裝置輸出部分工作是否良好。

3 幾點改進設計

通過現(xiàn)場檢修、安裝及試驗發(fā)現(xiàn)，NDJC系列車頂作業(yè)安全報警裝置主要存在著以下幾點問題：①采用了5節(jié)1.2V串聯(lián)的DC6V/1200mAh鎳鎘蓄電池組，未設計電池組安裝座，擠壓在電路板與外殼之間，容易造成電路板發(fā)熱，或晃動導致元件損壞，并且無電池充放電管理電路，外接DC110V電路接通后一直充電，影響電池的使用壽命，導致續(xù)航能力差，需要經常更新蓄電池。②未設置“檢測”功能，只有在操作者遺忘在高壓網(wǎng)下作業(yè)盲目登頂時才能報警，不能進行車頂接觸網(wǎng)帶電狀態(tài)測試。③裝置功能單一，無報警歷史記錄轉儲等功能，人機界面簡單。④通往車頂?shù)陌踩琳虾唵?，僅限于聲光報警。

針對上述問題，通過調研、試驗，對NDJC系列車頂作業(yè)安全報警裝置提出了以單片機為控制核心、改用性能更高的鋰電池做自備電源、設置高壓“檢測”功能、用數(shù)碼管動態(tài)顯示網(wǎng)壓、系統(tǒng)時間調用存儲查詢轉儲報警歷史記錄、智能電控鎖控制車頂門等改進措施。改進后的硬件結構如圖3所示。

3.1 電源改進

裝置外電源取自機車蓄電池前級，增加自動開關控制主機的得電，保證裝置時刻獲得工作電源。主機將DC110V電源變換成DC12V給模擬部分供電，再采用美國VICOR公司生產的DC-DC電源模塊將DC12V變換成DC3.3V穩(wěn)壓電源供給微處理器系統(tǒng)工作?？紤]到該系統(tǒng)應在切斷蓄電池的狀態(tài)下能正常工作，系統(tǒng)需自備DC3.3V/2000mA續(xù)航鋰電池，在系統(tǒng)外部電源正常時及時給鋰電池充電，使用TI公司生產的BQ2057鋰電池充放電管理芯片解決鋰電池過充等問題，提高鋰電池使用效率。并在電路板上設計鋰電池安裝座，保證電池的安裝方便牢固。

3.2 設置“檢測”功能

操作者登車頂作業(yè)前，按下“檢測”按鈕，進行車頂接觸網(wǎng)帶電狀況檢查，當車頂接觸網(wǎng)帶電時，發(fā)出聲光報警?！皺z測”功能可直接使用獨立按鍵輸入單片機P00口，并通過軟件去抖方式消除按鍵抖動。程序流程如圖4所示。

3.3 基于單片機的數(shù)字功能設計

高壓感應接收器采集車頂網(wǎng)壓信號、鍵盤輸入采集用戶輸入功能選擇信號，經過信號識別、濾波、轉換，通過微處理器分析輸出相應的動作，數(shù)碼管顯示網(wǎng)壓值、調用實時時鐘記錄報警歷史信息。

網(wǎng)壓值由4位七段數(shù)碼管實時動態(tài)顯示，選用MAX7219芯片驅動，單片機IO口P10、P12作為MAX7219的串行數(shù)據(jù)輸入信號DIN端和時鐘信號CLK端，P11作為LOAD信號。網(wǎng)壓數(shù)碼顯示電路如圖5所示。

實時時鐘采用DS1302芯片，經過一個簡單的串行接口與單片機通信，實時提供年月日時分秒信息，與時鐘RAM通信只需3根線：復位RST、數(shù)據(jù)線IO和串行時鐘SCLK，使用32768Hz晶振，并接入補償電容，Vcc1為備用電源、Vcc2為主電源。實時時鐘芯片與微處理器連接電路如圖6所示。

3.4 增加車頂門電控鎖

車頂門上安裝電控鎖，接觸網(wǎng)帶電的情況下，通過技術手段鎖死車頂門，禁止高壓網(wǎng)下登頂作業(yè)。并在主機上設置“開鎖”鍵，登頂作業(yè)時，按下開鎖鍵，若接觸網(wǎng)不帶電，則電控鎖打開，否則鎖閉。

4 結論

通過以上改進設計，NDJC系列車頂作業(yè)安全報警裝置可具備更加豐富的功能，實現(xiàn)實時顯示接觸網(wǎng)壓信號、記錄歷史報警時間，并且增加“檢測”功能及電控鎖，增加了系統(tǒng)可靠性，電源改進設計，可大幅提高備用電池的使用壽命。綜上，以上改進措施能使車頂作業(yè)安全報警裝置更好地發(fā)揮作用，給乘務及檢修人員有效地增加了一道安全屏障。

參考文獻：

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