平面調車系統存在問題分析及改進

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

平面調車系統 (簡稱平調系統)是防止調車作業擠、碰、沖事故和調車作業人員人身傷亡事故的重要安全設備。深圳地鐵三號線投資有限公司自2006年使用 HF-5B型平面調車系統以來,由于管理機制、維修和設備自身等方面的原因,平調設備的性能、作用得不到充分的發揮,設備性能不穩導致故障頻發,影響了運輸生產效率。根據 HF-5B平面調車系統和 LKJ2000型監控裝置平調接口盒的實際使用情況、設備電路原理,分析 DF4B型機車電路特性及電氣線路結構,對現場使用中存在的安全隱患和在 DF4B型本務機車安裝使用中存在的問題制定相應措施。

1 問題的提出及分析

1.1 平調系統存在的問題

1.進行推進調車作業時,由調車長發出推進信令,以后每隔 5 s,調車長臺自動發一測機信號,機控器綠燈由該測機信號維持。如果調車長電臺出現故障,機控器會報出 “故障停車”,但是,如果領車人員電臺故障,機控器上沒有任何反應,系統故障不能導向安全實施停車。今年以來,現場作業已發生多起因領車員電臺故障, “十、五、三車”指令信息不能及時發送而差點撞土檔、重鉤的險情,很容易發生事故。

2.調車組之間的竄擾防護 。由于無線信道的固有特點,不同頻點的調車組因頻組偏頻造成信號竄擾現象。當 2臺機車在同一車站作業時,一臺調車組的調車指令控制了另一臺機車的平調系統,危及行車作業安全。例:2008年 9月 11日,7193機車在深圳西站場作業時,發出的調車停車指令,造成了 7194出庫機車的自停動作。

1.2 TDJ-Ⅱ型平調接口盒存在的問題

1.平調語音系統與監控控車指令不同步,控車指令滯后時間過長,經常出現提示語音報出后,監控指令 5 s后才能正常控車的現象。例如,在停車狀態,調車長發啟動信號,平調語音提示啟動,但監控裝置滯后 5 s后才能解除停車控制,極易使乘務員因操作不當而造成監控裝置的放風動作。經統計,僅 2009年 9月和 10月期間乘務員就因平調設備操作不當造成監控放風達 18次之多。

2.TDJ-Ⅱ型調車信號接口盒采用 AT89C52單片機作為計算控制中心,使用繼電器進行調車信號和機車信號的切換,與 LKJ2000設備連接時采用CAN通信方式。但在實際使用中,因機車上安裝有 2臺 HF-5B機,作業時,2臺機控器同時接收平調作業指令,經常出現信息 “堵塞”死機現象,監控運行文件出現 “多燈”顯示。

1.3 系統運用質量存在的問題

1.設備失修嚴重,平調系統性能不穩定,平調電臺故障頻繁。平調設備投入使用以來,用、管、修制度沒有得到落實,設備故障基本以報廠家故障修為主,缺少必要的日常檢測和保養,以至設備質量每況日下。

2.抗干擾能力差。機車電氣干擾是造成平調機控器和平調接口盒死機、燒毀的主要原因。HF-5B型機控器是固定式,使用機車電源或 LKJ監控系統平調接口設備供電,主要適用于固定調車機(東風-5專調機車)。而現場使用的東風 4B型機車的電磁干擾遠大于東風-5型機車,機車Ⅰ、Ⅱ端駕駛室各安裝機控器 1臺。由于設備較多,長期處于溫差大、磁場強、振動頻、腐蝕性高的環境中,干擾源相對復雜。而平調設備主要采用的是工業單片機作為核心器件,對機車上各種干擾相當敏感,部分元器件參數不穩定,受到電氣干擾的機會增加。這些電氣干擾源包括:①機車本身的電源干擾;②有觸點電器通斷過電壓干擾;③插件接觸不良干擾;④強電磁場干擾;⑤高頻脈沖干擾。在信號處理過程中,這些干擾非常可能使數字信號發生電平突變、模擬量信號產生誤差,從而造成設備故障。

1.4 故障實例

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

2 平調系統技術改造方案

對機控器的安全指令程序進行技術升級改造,軟件系統需求分析如下。

2.1 行進指令安全防護

當調車員發出行進指令 (綠燈)后,系統能自動發出測機信號,一旦調車員電臺故障或其他原因造成指令發送不出去時,機車控制器可檢測出故障,發出 “故障停車”。測機信號間隔時間標準值為 5 s,如果機控器連續 2個測機信號收不到,系統發出 “注意、注意”,第 3個測機信號仍未收到,則發出 “故障停車”。

新系統在推進時,可將測機信令放給頭鉤的電臺去發,一旦頭鉤電臺故障,機控器就會顯示“故障停車”,從而解決了頭鉤領車的通信安全問題。其他作業過程與現有作業進程相同。調車作業推進時的示意圖如圖1所示。

圖1 調車作業推進示意圖

新系統的實現過程是:推進作業時,先由調車長發推進信令,這時頭鉤按 2次黃鈕發申請領車信令,機控器收到后,回示 “某號領車”,同時自動關閉調車長的測機信令,改為頭鉤連接員發測機信令。推進作業完成后,調車長發出 “停車”信令,機控器收到后,提示 “停車”,并自動切斷頭鉤連接員的測機信號。在推進過程中,如果頭鉤連接員電臺出現故障 (或電池沒電),機控器會提示 “故障停車”,系統故障導向安全。

2.2 調車組之間的竄擾防護

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

3 機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裝置。針對機車頭燈拉弧時間長,易產生高頻諧波干擾平調設備的現狀,在頭燈電源輸入端加裝過壓吸收片過濾高頻諧波,抑制頭燈啟動時對車載設備的干擾。

對機 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 、風笛電空閥 、撒砂電空閥等與平調設備共源的線圈,都加裝過壓吸收片,棄用原裸露膠母板長聯接導線型吸收片,改用塑料外殼封裝短導線型吸收片,以避免其燒損造成的鄰線接地和短路現象。

2.將機控器與 LKJ2000監控裝置平調接口盒之間連接的普通電纜,更換為抗干擾能力強的屏蔽電纜,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。平調設備車上布線合理與否,很大程度上也影響著平調設備的使用質量。DF4B機車上平調設備的接線都長出了很多,多余部分廠家安裝時不但沒有剪掉,而且盤繞在啟動發電機、Ⅰ室及Ⅱ室地板下,并且靠近機車其他電線,再加上其他外接線全都放進線盒內,極易產生電磁干擾。因此必須對平調設備相關線路進行清理,鋪線避免打圈,盡量不靠近熱管。每次修程絕緣測量時,確保導線線間及導線與地之間電阻在10MΩ以上,把平調設備線纜移出機車線盒,或走獨立線槽避開機車大線以防干擾。

4 平調機控器與 LKJ監控接口盒的電路改進

1.切斷 LKJ2000監控裝置平調接口盒對機控器的供電電源電路,并對機控器供電電路進行改造,作業時只允許乘務員操控端機控器處于得電狀態,另一端機控器處于斷電狀態,換室作業由乘務員手動切換機控器的工作狀態。

2.在機控器與 LKJ監控裝置調車接口盒的通信線上加裝 CAN總線通信濾波器,抑制平調控制電纜因電氣干擾造成的平調語音系統與監控控車指令不同步,控車指令滯后時間過長的現象,提高整機靈敏度。

5 對機車供電電源的改進

DF4型機車電器的感性負載多,機車電器的頻繁開斷而產生的反電勢干擾了機車電源,有的機車發電機工作不穩定,有時會出現強脈沖干擾,造成機控器電源保護。從平調設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計缺陷,使其抗干擾能力相當差,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入到內部。因此必須給平調機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。對機車供電電源加裝電源濾波器,提升平調設備抗干擾能力。電源濾波器改進電路原理如圖 2所示。

圖2 電源濾波器改進電路原理

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

6 取得的效果

2008年實施技術改造以來,經質量分析跟蹤發現,平調系統機控器死機的故障現象基本得到根治,調車控車指令滯后時間由原來的 10 s縮短到5 s以內,平調設備的運用質量得到了顯著提高,因平調設備作用不良造成的 LKJ監控放風現象,得到了明顯改變。確保了調車作業安全,提高了運輸生產效率,達到了預期的目的。