機車出入庫防擠岔安全聯控系統設計

陳慧蓉 段爭光

（蕪湖職業技術學院電氣工程系，安徽 蕪湖 241006）

隨著鐵路發展日新月異，機車出入庫頻次的不斷加大，對調車安全提出了更高要求。目前，大多數機務段機車出入庫作業還是通過調度員接發指令、扳道員進行道岔操作來完成，這種由調度（值班）員、板道員、機車乘務員通過單一、松散的方式進行聯系控制，已經無法完全避免誤操作和誤認信號等因素引發的擠岔、碰撞等調車安全事故。由于現有的微機系統無法將某些股道影響行車安全的因素考慮到出入庫安排中，機車出入庫不能進行動態直觀顯示；機車股道預存量不明確；股道操作不能實時檢測、判斷；現場與外勤室相互脫節、不能實時聯控。這些問題的存在使機車出、入庫作業的安全性及效率得不到有效的保障。從解決該問題的角度出發，研發機車出入庫防擠岔安全聯控系統并推廣使用，使原來外勤室、扳道房和道岔作業區單一、松散、脫節、死板的狀態，轉變為整體、關聯、互控、形象生動的狀態，實現盯住關鍵崗位，卡住關鍵點，控制易錯點，防安全隱患于未然。所設計的系統真正做到防、控、卡、盯于一體，可以大大減少由于調度（值班）員、扳道員及機車乘務員之間誤操作或誤認信號等引起的安全事故的發生，能將事故發生率控制到零程度，從技術層面實現機車出入庫運行的安全性、可靠性、經濟性，推廣應用前景廣闊。

1 機車出入庫防擠岔安全聯控系統設計的要求

為了確保外勤室、道岔區作業現場、機車乘務員實現同步聯控，系統應具有對道岔和指令進行實時檢測、比較、判斷、提示、報警等功能，確保機車出、入庫的唯一正確性。具體要求細則如下：

（1）輸入機車出、入庫指令后，檢測到道岔未通或出錯時，室內外顯示屏顯示紅色字符并報警，停止機車出、入庫。待道岔正確開通或修正正確后，顯示屏字符轉為綠色，允許機車出、入庫。

（2）輸入機車出、入庫指令后，若檢測到有同股道上對向機車同時出、入庫時，應及時報警并顯示出錯信息且顯示字符為紅色，停止機車出、入庫。待指令修正正確后，顯示屏字符轉為綠色，允許機車出、入庫。

（3）輸入機車出、入庫指令后，若檢測到道岔位置發生異動時，室內外顯示屏顯示紅色字符并報警，停止機車出、入庫。待道岔正確修正后，顯示屏字符轉為綠色，允許機車出、入庫。

（4）當同時排列不同股道機車出、入庫時，且道岔和指令信息都正確，室內外顯示屏同時顯示不同股道出、入庫信息且顯示屏字符為綠色。若有差錯，應及時報警，并顯示對應出錯信息且顯示屏字符為紅色，停止對應出錯股道上的機車出、入庫。待道岔和指令修正正確后，顯示屏字符轉為綠色，允許機車出、入庫。

（5）當同股道機車同時有出、入庫時，應遵循先出后入的原則。道岔和指令都正確，顯示屏顯示出庫信息且字符為綠色，允許機車出庫。待機車出庫完畢后顯示屏顯示入庫信息字符也為綠色，允許機車入庫。若有差錯，應即時報警并顯示對應出錯信息且字符為紅色，停止機車出、入庫。待道岔和指令修正正確后，顯示屏顯示字符為綠色，允許機車出、入庫。

（6）若需滿足機車連續入庫的要求時，應保證前臺機車入庫完畢后，再排后續機車入庫，機車入庫時顯示信息為“前車正入庫請后車等待”。入庫完畢且確認后，顯示信息為 “后車允許入庫”。后車啟動超過停靠點則顯示信息轉換為“前車正入庫請后車等待”。若檢測到道岔和指令信息有差錯則室內外顯示屏顯示紅色字符并報警，待道岔和指令修正正確后，顯示屏字符轉為綠色，允許機車繼續入庫。若需滿足機車連續出庫的要求時，其要求與連續入庫要求相同。

2 系統組成與工作原理

2.1 系統組成

本系統由信號采集部分、信號處理部分、控制部分和顯示部分組成，系統框圖如圖1所示。

圖1 系統框圖

系統的放置也是分散的，具體安裝放置如圖2所示。信號采集部分安裝在岔道處，扳道員扳動股道后，能夠實時采集岔道位置信號并判斷是否正確。信號處理部分具有防雷電的要求，安放在扳道房內，對采集到的股道信號進行處理傳輸。控制器部分放置在調度室供調度人員發布命令、接收信息。顯示器部分豎立在軌道醒目位置，供調度員、扳道員和火車司機等人員進行相應操作或執行任務使用。

圖2 系統硬件的放置

2.2 工作原理

如圖1所示，系統控制部分監測采集道岔狀態，由采樣傳感器把道岔狀態信號送入信號處理模塊，處理模塊把傳感器信號收集、檢測、判斷、處理后，轉換為處理器可接收的信號送入控制器，控制器把接收到的信號顯示出來，供用戶使用。控制器由硬件和軟件部分組成，軟件部分為可操作的交互界面，由調度員操作。硬件部分為控制器和臺式電腦。當調度人員發出調度命令后，顯示器顯示出可使用的岔道或錯誤的信息。顯示部分為LED顯示屏。

3 系統設計

3.1 系統硬件設計

圖3 RS485接口電路

信號由LG8-S18系列接近開關采集；采集出道岔信號送入信號處理器，信號處理模塊主要芯片為AT89C51單片機。主要完成傳感器信號的收集和傳輸送給上位機。傳感器信號通過繼電器送入單片機實現電磁隔離，消除外部干擾。單片機把信號進行變換加入道岔信息送入上位機做好準備。單片機通過設置RS485通信協議把信號送入上位機，上位機通過RS485轉RS232轉換器接收信號。其中單片機與RS485的接口電路如圖3所示，采用芯片75716實現RS485協議[1]。上位機對接收到的信號送入軟件顯示并進行相關操作。信號根據操作要求控制LED顯示屏，顯示屏可顯示出、入庫信息和錯誤提示。

3.2 系統軟件設計

信號的人機交互以及信息的發布主要是通過上位機的軟件進行[2-3]。軟件采用Delphi實現，基本功能包括：機車調度、機車調度收發指令和操作日志查詢、機車股道庫存信息等。其中機車調度具體可實現入庫、出庫、調庫等功能。機車調度收發通過LED顯示屏使接收方接收。日志查詢可查詢操作記錄，并可以導出為EXCEL表格，供打印存檔。軟件操作界面如圖4所示，可以看出非常直觀，方便操作者使用，具有多種附加功能，使本設備更具人性化。如機車調度時間設定，提示音開啟，操作時間顯示等功能。其中出入庫子程序流程圖如圖5所示。根據出入庫子程序可以看出具體實現流程。

圖4 軟件操作界面

圖5 出入庫子程序流程圖

4 系統設計關鍵技術

本系統采樣RS485串口通信進行數據的傳輸，數據由終端傳感器采集信號送入電腦存儲、顯示。操作信息由軟件送出在LED屏顯示。關鍵技術為：

（1）將采集的岔道位置信號轉化為數字信號及信號的轉化、處理、傳輸；

（2）軟件功能的實現；

（3）顯示控制技術。

攻克的技術難點：

（1）信號采集精度高；

（2）信號輸入與傳輸隔離，輸出精度高，輸出電壓穩定及波紋噪聲小；

（3）具有較好的過壓、過流、短路等多重保護功能；

（4）防雷擊；

（5）強電磁干擾環境下的信息傳輸。

5 結束語

機車出入庫防擠岔安全聯控系統的研發，將會采用立體的控制方式，使機車出入庫作業區域統一結合起來。實現整體、關聯、互控的格局，避免任何事故的發生，達到防范關鍵崗位、關鍵點、易錯點事故的發生，防安全隱患于未然，真正做到防、控、卡、盯一體。該裝置具有可視化的特點，電腦操作簡單，對使用者要求不高。系統實現實時對岔道檢測并判別岔道與指令信息是否相符、指令信息是否沖突、股道和道岔及指令是否為唯一性、差錯報警顯示等功能，為機車出入庫安全提供了有效保證。

[1]林伸茂.8052單片機徹底研究——實習篇[M].北京：中國電力出版社，2007：188-197.

[2]曹曦,夏安邦，趙書紅.基于 Delphi的多功能電表人機界面的數據處理[J].工業控制計算機，2007，（9）：49-50.

[3]呂振洪，周全.Delphi與 Excel的快速數據接口[J].自動化技術與應用，2001，（2）：39-41.