調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綜合開發有限公司

調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綜合開發有限公司

通過對調車現場出現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，并提出解決調車防擠岔方案。

背景；目標；內容；接口

鐵路行車安全控制是鐵路人的一項永恒追求目標。上海鐵路局各機務段調車站場有道岔上千個，“擠、脫、撞”問題還偶有發生，據統計因擠岔引發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域。

1 立項背景

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

2 研究目標

應用2.4 G射頻技術，實現車下（信號機的燈信號）、車上（機車控制）信息交流和閉環控制（運行與制動）。

3 主要研究內容

3.1 地面設備、原理、接口

3.1.1 地面設備構成

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

3.1.2 工作原理

光傳感器感應調車信號機的燈光顯示（或手動道岔的定、反位）狀態，并傳輸給地面控制器。地面控制器根據調車信號機的燈光顯示（手動道岔的定、反位）狀態改寫地面標簽卡的標簽編碼。規定調車信號機顯示藍燈時，地面標簽卡發出尾號為“01”停車的編碼；調車信號機顯示白燈時，地面標簽卡發出尾號為“00”通過的編碼。

圖1 地面設備構成

3.1.3 接口

（1）信號設備為信號機的接口方式

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

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

圖2 地面信號示意圖

（2）信號設備為手動道岔的接口方式

信號設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，電源可使用太陽能電源，示意圖如圖3所示。

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

圖3 手動道岔接口示意圖

在設備大批量應用后，可協調接入電務供電，免去電源設備的投資和維護。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 車載設備

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

3.2.1 方案一

機車制動利用機車監控裝置完成，優點是無需機車再增加設備。缺點是需要與電務協調。

（1）設備構成

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。設備及接口關系如圖5所示。

圖5 車載設備與LKJ接口關系

（2）工作原理

①車載設備工作原理

當機車車輛越過地面標簽卡時，車上閱讀器接受地面標簽卡發出的編碼，并輸送給LKJ，LKJ向其執行機構發出停車指令，使用機車車輛放風停車。

車載主機接到標簽卡和GPS信息后，進行記錄、處理，一是在顯示屏上進行顯示；二是將放風時的調車信號機編號、通過時間、信號機狀態和放風時間等信息，通過3G無線模塊將相關信息實時發送給遠程數據庫，以便管理人員及時發現，進行事后管理。

②監控設備（LKJ）工作原理

監控裝置在“調車”狀態下，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，連續報警7 s后速度與規定速度（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），此時司機應采取制動調整列車速度。機車運行規定距離（50 m）后，限速降到10 km/h。

當接收到兩個相距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 監控設備（LKJ）工作原理

根據機車監控裝置（LKJ）在調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間需要減速的區段，如調車機在調車時超速（大于15 km/h），車載主機可向機車監控裝置（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車信號機前10 m-15 m范圍內，機車接進處于關閉的調車信號機狀態時，車載主機向機車監控裝置（LKJ）接口輸出2個連續脈沖信號，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，調車機車運行速度超過15 km時，10 s內語音報警，持續10 s，20 s連續超速控制常用制動閥防風減速。

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閥組（緊急制動閥+常用制動

閥）完成，優點是無需與電務協調，便于機務使用、管理和維護。缺點是要單獨增加放風閥設備。

（1）設備構成

由閱讀器、車載主機、顯示屏、3G通訊模塊、GPS模塊、電源、放風閥等組成。設備構成如圖7所示。

圖7 設備構成圖

（2）工作原理

①車載設備工作原理

當機車車輛越過地面標簽卡時，車上閱讀器接受地面標簽卡發出的編碼，并輸送給車載主機，車載主機向放風閥發出停車指令，使機車放風停車。

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；二是將放風時的調車信號機編號、通過時間、信號機狀態和機車放風時間等信息，通過3G無線模塊將相關信息實時發送給遠程數據庫，以便管理人員及時發現，進行事后管理。

②放風閥工作原理

放風閥組由緊急放風閥和常用制動放風閥組成，在需要緊急停車時，啟動緊急放風閥，使機車在3m以內停車（機車單機）；在需要常用制動時啟動常用制動放風閥，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，調車機車運行速度超過15 km/h時，10 s內語音報警，持續10 s，20 s連續超速控制常用制動閥防風減速。

4 結束語

通過對擠岔問題的思考，提出利用調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[ISBN].北京：電子工業出版社，2009.

[2]張順海.監控系統研究[M].江蘇：南京大學出版社，1999.

責任編輯：宋飛 余鐵

來稿時間：2015-01-27