基于物聯網的電動防護信號裝置及智能監控系統

王培宏 劉通 李艷 馬穎珂 陳杰 侯春羽?

摘 要：為解決鐵路裝卸及調車作業因防護信號安撤不到位、報警不及時等問題造成的人身傷亡、調車脫軌事故，基于物聯網技術開發了鐵路電動防護信號裝置及智能監控系統。系統采用標準的物聯網三層架構，使用Java語言開發服務器端程序及客戶端程序，通過網絡傳輸實現對作業任務的遠程全程跟蹤管理，結合PLC控制技術操作防護信號裝置，實現同步實時信號采集，復判系統狀態，出現故障及時報警，有效排除了防護信號在使用和操作過程中存在的安全隱患，降低了勞動強度，提高了管理效率。

關鍵詞：鐵路;物聯網;防護信號;智能監控;Java;PLC

中圖分類號：TP29 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2019）06-00-02

0 引 言

鐵路是國家的基礎性交通工具，物聯網的發展應用給鐵路運輸系統帶來了深遠影響[1]。2001年RFID技術被成功運用在鐵路車號自動識別系統中，成為物聯網在我國鐵路運輸領域運用最早的成熟典范，大大提高了鐵路組織管理效率[2]。鐵路安全運輸是涉及國計民生的重要問題之一，中國鐵路總公司多次就鐵路安全問題下達指導意見[3-6]。鐵路貨物線裝卸作業防護信號的使用關系著貨物線調車作業安全和貨裝作業人員勞動安全。當前，在裝卸作業現場存在管理制度落實不到位、信息傳遞不順暢、設備故障等原因造成的安全隱患，作業前未設置防護信號，造成人身傷亡事故;設置防護信號但車站不知情，造成調車脫軌事故[7]。本文基于物聯網技術設計的電動防護信號裝置及智能監控系統適用于鐵路裝卸作業防護信號裝置的自動化安設、撤除及全過程監控，可有效提高裝卸作業的安全性、管理水平。

1 系統整體設計

本系統采用物聯網三層架構，感知層包括西門子S7-300 PLC、光電開關、脫軌器驅動裝置、脫軌器、網絡高清攝像機等;網絡層包括協議轉換設備、網絡交換機等;應用層包括基于Java開發的服務器端程序及客戶端程序。PLC作為感知層監控核心，執行應用層下達的控制指令，通過2路光電開關識別列車駛入、駛出狀態，控制信號燈、脫軌器動作，實時從脫軌器驅動裝置、防護信號燈處采集信號，判斷脫軌器和信號燈安設、撤除工作是否正常，當出現故障時及時將數據上傳至應用層，通過上位機程序報警。網絡高清攝像機可采集上傳圖像、音頻數據，實現對作業現場狀態的遠程監督確認，解決了當前鐵路作業現場因各崗位間防護信號設撤過程無痕跡而存在的管理漏洞，及發生安全問題時調查取證困難的現實問題[7]，提高了作業現場的安全性。當出現設備故障或斷電等情況時，系統可進行人工操作。架構如圖1所示。

2 系統功能

系統功能按照管理流程分為調度作業管理、防護信號管理、歷史信息查詢和系統管理四個模塊，具有在值班室對作業任務全程跟蹤管理，對防護信號操作、控制，對防護信號狀態、作業現場進行視頻監控、錄像，對操作環節進行記錄等功能，當防護信號安撤不到位、信號燈不亮、傳輸圖像中斷時可進行語音報警。系統功能如圖2所示。

2.1 調度作業管理

模塊負責與生產調度有關的組織工作，包括任務的調度發布，裝卸工組的安排，班組作業信息的錄入和采集等。

2.2 防護信號管理

該執行模塊主要涉及防護信號的管理，包括防護信號的安設、安設確認、撤除等過程，是智能監控系統的核心。

2.3 歷史信息查詢模塊可查詢與防護信號安撤相關的歷史信息，包括歷史生產記錄，歷史高清圖像回放，播放歷史音頻，查詢歷史預警、報警信息，歷史安設、撤除、確認記錄的分析及打印等。

2.4 系統管理該模塊可實現系統參數設定權限及用戶的管理，具有登錄修改自身密碼，提供系統幫助等功能。

3 系統軟件設計感知層PLC的軟件核心流程如圖3所示。當PLC通過光電傳感器檢測到有列車駛入時，控制脫軌器驅動裝置中的電機正轉，從而帶動脫軌器上脫，并且通過采集脫軌器驅動裝置的電流信號確認脫軌器是否上脫到位;當PLC通過光電傳感器檢測到有列車駛出時，控制脫軌器驅動裝置中的電機反轉，從而帶動脫軌器下脫，并且通過采集脫軌器驅動裝置的電流信號確認脫軌器是否下脫到位。實物如圖4所示。

4 結 語

鐵路裝卸作業電動防護信號裝置及智能監控系統的硬件部分具有堅固、防水、抗振性好、易于保養與維護等特點;軟件部分具有操作方便、軟件流程安排合理、使用快捷等特點，該系統符合現場應用要求，同時具備諸多優點：設備采用工業化設計，安全穩定可靠，故障率低，能夠在惡劣環境下穩定持續地工作;操作簡單，顯示結果清晰明確，方便一線員工操作;在貨運室中即可實現防護信號安撤的實時控制和監視，減輕職工勞動強度;引入指紋錄入識別設備，提高防護信號管理的安全性和可靠性;便于維護安裝與日常保養。

經證實，系統可靠、實時、準確、維護方便、故障率低，完全滿足防護信號管理的需要且使用便捷，有效降低了人員工作量，提高了生產效率，具有良好的社會和經濟效益。

參 考 文 獻

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