道岔缺口報警系統(tǒng)在地鐵車輛段信號中的應用

朱光文

（中鐵第一勘察設計院通信信號設計處，710043，西安∥工程師）

道岔缺口的大小是反映道岔密貼程度的一項重要指標。缺口是否超限將直接影響列車的行車安全。在地鐵信號系統(tǒng)中，道岔缺口的監(jiān)測一直是轉轍機監(jiān)測中的薄弱環(huán)節(jié)，基本上靠人工定期觀測，無法及時預告故障隱患，達不到安全要求。為此，實時監(jiān)測道岔缺口位置，及時、準確預告超標狀況，將故障消滅在發(fā)生之前，就成了目前信號專業(yè)亟待解決的問題。

1 道岔缺口報警系統(tǒng)的原理

道岔缺口報警系統(tǒng)是信號維護輔助監(jiān)測的一項重要技術，其采用先進的計算機技術及可靠的通信方式，快速、準確、不間斷地對道岔缺口狀態(tài)進行自動監(jiān)測；系統(tǒng)通過在室外加裝道岔缺口報警傳感器、道岔采集分機以及室內(nèi)加裝主機的方式，完成對道岔缺口的實時監(jiān)測。

1.1 道岔缺口報警傳感器的工作原理

道岔缺口報警傳感器安裝在道岔轉轍機內(nèi)的檢查柱位置上。正常情況下，傳感器兩側碰珠的弦高與道岔轉轍機表示桿上的檢查塊有0.6mm±0.1 mm間隙，不會碰在一起，從而使通過道岔采集分機供加到傳感器與轉轍機外殼的5V電源處于開路狀態(tài)。當?shù)啦砣笨陂g隙變化時，轉轍機表示桿上的檢查塊會發(fā)生位移。道岔缺口間隙在≥2.4mm或≤0.6mm時，傳感器碰珠的弦高與道岔轉轍機表示桿上的檢查塊將碰撞在一起。這時，加在傳感器與轉轍機外殼兩端的5V電壓構成回路，信息采集分機輸入端電位降低（小于2V），呈現(xiàn)低電位，傳感器導通（開關量由原 “1”變?yōu)?“0”），信息采集分機輸入端的電平發(fā)生變化，發(fā)出報警信息。

1.2 道岔采集分機工作原理

道岔采集分機接收主機查詢命令，并將傳感器信息進行轉換，經(jīng)調(diào)制上傳到主機。原理如圖1。

1.3 室內(nèi)主機工作原理

室內(nèi)主機是信息傳遞的中心，主要完成對道岔采集分機的供電、管理與查詢，信號的調(diào)制與解調(diào)，報警信息處理、顯示，以及上微機的通信。室內(nèi)主機由主控單元、檢測單元、CAN（網(wǎng)絡）通信單元以及電源單元組成。其原理如圖2所示。

圖1 道岔采集分機工作原理

圖2 道岔主機工作原理

室內(nèi)主機通過缺口電纜與室外的道岔采集分機相連接，并按設定程序控制各電路完成信息的接收和發(fā)送。

2 道岔缺口報警系統(tǒng)的構成

道岔缺口報警系統(tǒng)由道岔缺口監(jiān)測室內(nèi)主機（簡稱主機）、道岔采集分機（簡稱分機）、道岔缺口報警傳感器（簡稱傳感器）及防浪涌單元組成。其連接示意圖如圖3。

圖3 道岔缺口報警系統(tǒng)

2.1 道岔缺口監(jiān)測主機

道岔缺口監(jiān)測主機采用成熟的工業(yè)級單片機及信號迭加技術，實行集中控制、分散管理模式，完成系統(tǒng)的自檢、巡檢以及對采集信號的分析、存儲和處理，并向分機提供28～32V直流工作電源。用戶通過鍵盤操作，可以查詢分機歷史報警信息，通過CAN通信單元可與信號微機監(jiān)測系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)。

2.2 道岔采集分機

道岔采集分機安裝在室外的電纜盒內(nèi)，實時接收道岔缺口監(jiān)測主機的查詢，并向主機上報采集到的道岔表示缺口信息。

2.3 缺口傳感器

道岔缺口傳感器為機電一體化、點接觸、零動程碰珠式傳感器。當缺口間隙≥2.4mm或≤0.6mm時，檢查柱上嵌裝的碰珠與檢查塊導通，向分機發(fā)出報警信息，實現(xiàn)監(jiān)測道岔缺口間隙變化狀態(tài)。

3 缺口報警監(jiān)測系統(tǒng)設計

缺口報警監(jiān)測系統(tǒng)的設計依據(jù)道岔類型、牽引點以及電纜分束等，合理配置主機、分機以及進行系統(tǒng)設計。

3.1 室內(nèi)主機設計

室內(nèi)主機一般設置于信號設備室組合柜內(nèi)，占用一個組合的位置。主機使用交流220V工作電源，可利用信號電源屏的穩(wěn)壓備用電源或直接從電源屏單獨設置的交流220V電源模塊取電。

每臺主機可滿足12束道岔主干電纜中全部道岔缺口監(jiān)測，傳輸距離不小于1 500m。每臺主機最大容量為120臺分機，超過120臺需另增設一臺主機。

3.2 室外分機設計

室外每臺電動轉撤機均設置1臺分機。分機號碼（地址碼）在主機中從2號開始順序排列，中間不能有跳號、漏號和重號。

3.3 道岔缺口報警電纜設計

從一束主干電纜中選取其中一對電纜芯線作為道岔缺口報警芯線連接到室內(nèi)分線柜，通過兩根軟線與主機上設定的一組端子連接。室外分支電纜報警芯線在方向盒內(nèi)主干并接。

3.4 系統(tǒng)的防雷設計

為防止雷電以及電氣化區(qū)段軌道產(chǎn)生的浪涌對道岔缺口監(jiān)測系統(tǒng)的損害，本系統(tǒng)采取多項預防措施。

（1）傳感器的采樣信息輸入分機后設計了光電隔離單元（隔離度為直流1 000V），隔離電氣化軌道產(chǎn)生的浪涌對分機電路的損害。

（2）分機電源經(jīng)電源隔離單元（隔離度為直流1 000V）隔離后，為采樣電路提供工作電源，防止采樣電路中的浪涌通過信號電纜對監(jiān)測主機的損害。

（3）分機和主機的輸入電路中均增加入了過流保護元件使主機與分機均具有自動保護功能。

（4）為防止外界強電的浪涌干擾對監(jiān)測系統(tǒng)的沖擊，在分機輸入端的線與線之間、每線與大地之間設計了ZQB－FL防浪涌單元（標稱電壓為75V，放電電流2.5kVA，響應時間≤20ns）。

（5）電纜金屬外套兩端及穿線蛇管外套均接地。

（6）按《信號維護規(guī)則》的技術標準，使用單位應在室內(nèi)分線盤處并聯(lián)接入標稱電壓為60V、放電電流5kVA、響應時間≤25ns的回路防雷模塊單元。

經(jīng)過以上多項防護措施，使系統(tǒng)具備了良好的防雷性能。防雷措施框如圖4。

圖4 道岔缺口系統(tǒng)防雷措施框圖

3.5 與微機監(jiān)測系統(tǒng)的接口設計

道岔缺口報警系統(tǒng)與微機監(jiān)測系統(tǒng)通過RS485或CAN總線連接。信號微機監(jiān)測系統(tǒng)對上傳來的道岔缺口監(jiān)測報警信息有進行區(qū)分、報警、屏蔽、記錄、統(tǒng)計及打印等功能。

4 道岔缺口報警系統(tǒng)的使用

道岔缺口報警系統(tǒng)有獨立顯示、存儲信息，以及發(fā)出聲、光報警功能。它可以獨立報警，也可作為信號微機監(jiān)測系統(tǒng)的一個組成部分，納入信號微機監(jiān)測系統(tǒng)管理。當?shù)啦砣笨谄瞥瑯撕?，可通過微機監(jiān)測報警窗口或報警主機及時給出故障報警。維修人員按照信息及時對有關道岔進行整治和缺口調(diào)整。

道岔缺口報警系統(tǒng)應按以下原則使用：

（1）微機監(jiān)測和缺口報警系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)正常時，值班人員應每天早上查看微機監(jiān)測報警信息，并記下發(fā)生缺口報警的道岔號碼和報警時段；隨后利用微機監(jiān)測的回放功能，對發(fā)生報警的時段進行回放，了解報警前5min至報警解除時刻的行車情況。

（2）缺口報警系統(tǒng)與微機監(jiān)測無法聯(lián)網(wǎng)時，值班人員可查看缺口報警主機上的歷史紀錄，并紀錄發(fā)生缺口報警的序號（根據(jù)序號再核對道岔號碼）和報警時段。

（3）對不經(jīng)常扳動的道岔，值班人員應利用列車運行間隙，與調(diào)度員聯(lián)系后，要5min天窗時間，將全部道岔換位并停留3min以上；隨后將道岔恢復原位，進室內(nèi)查看是否有報警信息。

（4）報警信息基本分為3種情況：一是列車通過道岔時發(fā)生缺口報警，列車通過后消失；二是道岔更換位置后發(fā)生報警，過一段時間后自動消失；三是平時有報警，但在列車通過時報警消失。對第一種情況，重點要檢查道岔是否假密貼、限位塊調(diào)整是否適當?shù)龋粚Φ诙N情況，重點要檢查工務各部是否符合規(guī)定、道岔各部螺絲是否緊固或曠動等；第三種情況特別危險，說明道岔的缺口已經(jīng)變化很大，隨時會發(fā)生故障，需馬上進行檢查。

5 結語

西安地鐵2號線渭河車輛段開通道岔缺口監(jiān)測報警系統(tǒng)，近半年來，切實解決了長期以來運營維修人員用目測的方法檢查和調(diào)整道岔缺口的落后手段，降低了運營維修人員的維修難度，縮短了維修時間，實現(xiàn)了狀態(tài)修；同時也確保了轉轍機設備能長周期、高效率地穩(wěn)定運行，滿足了運輸生產(chǎn)需要，防止了道岔設備不良引發(fā)的行車事故，使安全生產(chǎn)上了一個新臺階。

［1］張少夫，張輝程，李烏江，等.DCQK—B型轉轍機表示缺口監(jiān)測報警系統(tǒng)［J］.鐵道通信信號，2005（5）：34.

［2］楊義偉，蔣大明.在道岔缺口超標報警系統(tǒng)中的軟件設計［J］.信息技術，2004（3）：88.

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