基于安全雙冗余技術的機車整備作業安全聯鎖監控系統

吳凡

(中國鐵路南寧局集團有限公司，廣西 南寧 530000)

電力機車車輛的日常維護及定期檢修需要檢修人員在車頂上進行相關作業，這些作業稍有不慎就會釀成事故，因此，必須采取有效措施來確保作業人員的人身安全和機務有關設備的安全。安全聯鎖監控系統具有對隔離開關遠程邏輯控制、作業股道電網網壓檢測、電網自動接地、作業股道自動防護、登頂作業人員身份及權限管理、作業過程語音提示、作業過程數據記錄等功能，實現登頂作業人員身份識別、隔離開關、網壓檢測、電網接地、三層作業平臺活動渡板狀態等作業安全互鎖，防止由工作失誤、精神疲倦、聯系不周等人為因素造成人身傷亡事故的發生，確保登車頂作業人員的人身和設備安全。并預留與檢修管理系統、車號識別系統及股道自動化管理系統等的信息化接口。

1 機車整備作業安全風險分析

目前采用的作業安全防護系統，在使用過程中有如下缺陷還需要改進：（1）已有的安全聯鎖監控系統存在缺乏冗余采集、運算和控制，系統無法保證自身的安全可靠以及故障導向安全。（2）聯鎖系統故障后，可能導致接觸網帶電情況下打開門禁，對檢修人員造成安全威脅；（3）操作效率不高，檢修人員的安全防護操作未進行統一管理和控制，作業效率低；（4）存在安全隱患：檢修人員的安全防護操作未實現安全聯鎖控制，誤操作、誤動作的情況時有發生；（5）現場提醒不足：庫內各作業情況不明了，不便對車場的管理，同時，缺乏對作業人員有效的提醒和警示。為保障登頂作業人員的人身安全，實現系統的絕對可靠，改進后的系統在數據采集上采用抗混線設計和雙冗余數據傳輸設計保證采集數據可靠；在數據運算處理上采用雙處理器進行故障導向安全的運算設計保證數據運算結果的安全性；在控制命令執行上采用冗余控制設計保證命令執行的安全可靠性，保證系統各個環節安全可靠。對于人員進出車頂的門禁系統，改進后的系統通過增加一套完全獨立的門禁控制系統——驗電-門禁控制系統，此系統中的門禁電控鎖與驗電裝置的驗電結果進行聯鎖控制，實現對登頂門的雙系統冗余控制，保證登頂人員無電登頂。

2 基于安全雙冗余技術的機車整備作業安全聯鎖監控系統架構

機車檢修作業安全聯鎖監控系統以PLC邏輯控制為核心，包含計算機顯示與調度單元、自動化安全聯鎖控制單元、門禁單元、安全防護單元、視頻語音單元。（1）顯示與調度單元，綜合顯示各設備狀態，實現對室外設備的監控。其功能主要包括：在中央控制室的顯示、記錄和查詢車輛停留、臺位占用、隔離開關位置、接地狀態、接觸網是否帶電、車頂有無人員及人員具體情況等信息；中央控制室操作員通知設備操作員對指定臺位斷送電，并根據車頂作業狀況和受電弓的視頻圖像信息等，批準或拒絕設備操作員對隔離開關分合閘操作的申請。（2）自動化安全聯鎖控制單元，基于PLC的邏輯運算實現對隔離開關、自動驗電裝置、自動接地裝置、自動防護設備、門禁、信號燈、道閘機等設備的聯鎖邏輯控制，提供系統的核心運算功能。每股道應設置以PLC為核心控制器的現場操作端，各股道PLC的狀態通過通訊總線和調度室進行通訊，在計算機上實時顯示各股道設備的狀態。（3）門禁單元，實現對登頂人員身份識別、登頂人數監控、門禁防尾隨等功能。各登頂門處設指示燈，指示燈綠燈亮表示允許作業人員進出作業門，作業人員可以通過刷卡/指紋等方式進、出作業門，確保每次只能通過一個人，且系統具有防反潛功能；指示燈滅時門禁斷電鎖閉。此狀態通過通訊總線輸入到調度室計算機進行顯示和記錄。（4）安全防護單元，通過車位傳感器、庫門檢測裝置、信號燈、聲光報警等反饋信號實現車輛和人員進出防護和警示功能，安全調度車輛移動。（5）視頻語音單元，實現對室外設備、人員的實時遠程監控。記錄和存儲操作人員操作過程，追溯整個歷史操作記錄,為作業人員作業過程評價提供決策依據。主要包括對車輛入庫進行監控，以便檢修調度員了解入庫車輛的情況；對車輛出庫進行監控，以便檢修調度員了解車輛出庫情況；車頂作業監控，包括人員滯留情況和受電弓升降情況；對隔離開關的分合閘狀態進行監控；對接地裝置是否掛接地線和撤除地線進行監控，以及通過語音交互，實時保障操作人員、檢修人員的人身安全及相關設備安全。

3 基于安全雙冗余技術的機車整備作業安全聯鎖監控系統關鍵技術

3.1 驗電-門禁控制系統

驗電-門禁控制系統中的電鎖控制板采用雙路RS485設計，一路采集驗電裝置信息，包括驗電裝置本身故障信息及驗電結果，電控鎖控制板基于驗電結果，故障導向安全聯鎖計算后控制電控鎖；另一路接操作終端，將采集的驗電數據信息及電控鎖狀態信息發送給操作終端。

圖1

3.2 故障安全

故障導向安全設計，本產品按照設備故障導向安全的原則進行系統設計，確保設備本身出現故障時不會出現影響安全的控制輸出，主要措施如下：所有輸出采用兩個安全繼電器串聯以二取二的方式輸出，電路或器件的任何一個故障都不會出現誤輸出，輸出電路以雙斷方式連接驅動設備，在出現電源混線時不會導致設備誤動作。

4 結語

基于安全雙冗余技術的機車整備作業安全聯鎖監控系統，可防止由工作失誤、精神疲倦、聯系不周等人為因素造成人身傷亡事故的發生，確保登車頂作業人員的人身和設備安全，實現以下幾點。

（1）實現了設備故障時保證輸出結果為故障導向安全的輸出。（2）實現安全聯鎖系統與增加的驗電-門禁控制系統雙冗余控制；①所有輸入信號包括隔離開關狀態、接地裝置位置狀態、接地線狀態、驗電裝置狀態、門鎖及門狀態等采集使用抗混線設計能檢測出線纜斷線、混線、短路故障。當出現上述故障時，系統按照故障-安全的導向值進行計算（例如驗電裝置故障時，以檢查有電來進行邏輯計算）；②所有輸入信號采集采用雙冗余方式比較，只有兩個采集電路全部一致時才認為采集有效否則按照故障安全原則進行處理；③所有通訊傳輸采用雙冗余方式進行，數據采用SIL3安全要求的方式進行多重嚴格校驗，只有嚴格符合數據格式及多重校驗結果的才是有效數據，否則按照故障安全原則進行處理；（3）改進安全聯鎖監控系統，增加各回路檢測、混線檢測等。（4）改進安全聯鎖監控系統，增加故障導向安全的系統設計。