動車組進出庫及接觸網供斷電聲光報警系統的研制

陳秉航

(中國鐵路南昌鐵路局集團有限公司福州車輛段，福建 福州 350001)

隨著我國高鐵事業的迅猛發展，動車所承擔的高鐵動車組日常運行檢修作業量大大增加。以福州動車段福州南動車所為例，該所目前共有6條動車組檢修線，每天夜間檢修動車組數多達36組，且80%的檢修工作量集中在23∶00至凌晨5∶00，平均達29組，以每組動車組進庫、出庫、供電、斷電各1次計，在凌晨這個特殊時段，每天動車組進出庫及接觸網供斷電作業次數高達116次。而多單位部門、多崗位工種的人員須同時參與動車組檢修整備作業，目前每天參與動車組作業的人員高達兩三百人。在作業高峰時段，動車所檢修庫內聲音嘈雜，在供電狀態下，動車組車下散熱裝置風機噪聲達60dB，加之廠內車輛及對講機提示音等，給作業人員安全提示造成阻礙。上述多種安全不利因素對動車檢修庫內工作人員的安全構成較大威脅，也成為動車所工作人員人身安全管理的重要安全風險，亟待解決。

1 聲光報警系統的主要功能

針對動車組進出庫、高壓接觸網供斷電作業時存在的安全風險，本文提出研制動車組進出庫及接觸網供斷電安全聲光報警系統(以下簡稱系統)的解決方案，明確系統的主要功能。

1.1 動車組進、出庫聲光報警安全提示

當動車組進庫或出庫時，系統通過采集既有的動車組綜合檢修平臺相關信號，自動判斷動車組即將實施的進庫或出庫動作，并立即對該進路實施語音警示，同時通過敷設在該進路軌道橋上的三色燈帶實施燈光警示，確保該進路線路上及附近可能受影響的作業人員收到有效安全提示。

1.2 檢修庫內高壓接觸網供、斷電作業時聲光報警安全提示

當作業線路預實施接觸網供電或斷電作業時，系統采集隔離開關操作信號，在供電或斷電前對該線路股道實施語音及燈光警示，確保在動車組上作業人員得到有效的安全提示。

2 聲光報警系統組成結構設計

為了實現上述系統功能，滿足安全需求，結合現場既有條件因素等，設計系統主要由信號采集、PLC控制、信號傳輸、語音警示、燈光警示等五個部分構成。設計系統組成結構如圖1所示。

圖1 系統組成結構

2.1 信號設置與采集

根據上述系統設計，系統所需采集的進庫白燈、出庫白燈、接觸網有無電、股道列位等信號主要從檢修庫內既有的動車組三層綜合檢修平臺系統采集，本系統增加采集信號主要是庫外、庫內光電檢測裝置和車感器。

在動車組檢修庫外50m處，每條股道線路都布設有動車組光電檢測裝置，采用對射式光電開關，對射檢測距離5m，并設計防光線干擾暗盒，可準確檢測區間動車組通過情況。

在動車組入庫端大門內側端墻上，設有庫內動車組光電檢測裝置，采用對射式光電開關，對射檢測距離5m，并設計防止光線干擾暗盒，可準確檢測區間動車組通過情況。

在每條股道的每列位中部位置，設有動車組停靠檢測裝置，即停車光電車感器，通過反光板反饋完成檢測，檢測距離5m，可準確檢測該股道列位上是否停靠有動車組。

2.2 PLC控制

每兩條線路股道之間設置有可編程控制器(PLC)控制電氣柜，控制柜實時采集庫內、外相關設備信號(一度停車位光電開關狀態、庫門內側處的光電開關狀態、進出庫白燈信號、股道1、2列位停車狀態、接觸網供斷電狀態等)，按預設程序規范輸出一定信號，以控制安全警示設備的動作，實現控制安全警示功能。

PLC控制柜主要由CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊和編程裝置組成。

采用三菱公司的FX2N-MR64型PLC作為主要控制器，實現系統自動控制功能，PLC控制器接線圖如圖2所示。

圖2 PLC控制器接線圖

2.3 信號傳輸

為避免因敷設傳輸線路破壞動車所現有自流平地面，系統采用了無線開關量控制器，用于無線傳輸系統信號指令，控制軌道橋警示燈帶動作。

無線開關量控制器嵌入高速單片機，采用高性能射頻芯片，可視環境下通信距離可達2700m。控制器采用1對1的配置，每條線路軌道設置1對。輸入通道與控制器核心部分通過光電隔離，輸出通道全部通過繼電器輸出。

通過UART接口，使用RFSET軟件，設置無線開關控制器工作頻點、空中頻率、發射功率、串口速率和格式。設置工作頻率與檢修庫內供電箱頻率、對講機頻率等不產生干擾。

2.4 語音警示

2.4.1 警示語音數據的錄制

根據實際需求錄制有“××股道動車組進庫，作業人員請注意安全”“××股道動車組出庫，作業人員請注意安全”“××股道接觸網準備供電，作業人員請注意安全”“××股道接觸網準備斷電，作業人員請注意安全”等語音數據。

2.4.2 音箱選用及安裝

系統采用80W定壓式壁掛音箱改造為定阻式，音質清晰可辨，傳播距離適中，音量可調節。在每條線路股道的三層平臺側均布安裝6個音箱。

2.4.3 警示語音播放控制

根據PLC控制器傳輸的信號，通過繼電器實現語音播放控制，語音播放采用閉合循環播放方式，一條播報指令循環播報3次。

2.5 燈光警示及控制

在軌道橋立柱敷設紅、黃、綠三色LED燈帶，依據軌道橋立柱數量按3-4-3的間距進行均布，間隔錯落有致，立柱燈帶連接線延伸至地溝花紋蓋板之下。

根據PLC控制器傳輸的信號，通過繼電器實現燈帶紅、黃、綠3色燈光交變警示。

系統主要設備布置結構如圖3所示。

圖3 系統主要設備布置圖

3 聲光報警系統在動車所檢修現場的應用

3.1 動車組入庫聲光警示

以動車組入庫白燈亮起信號觸發系統進入工作狀態。進庫白燈亮起后，每間隔5s系統自動語音循環播報：“××股道動車組進庫，作業人員請注意安全”，同時庫內軌道橋燈帶狀態從紅色有電狀態轉換為黃色持續亮燈狀態。

動車組駛過庫外光電檢測裝置，信號觸發庫內語音持續警示播報“××股道動車組進庫，作業人員請注意安全”，同時軌道橋立柱燈帶由黃色持續亮燈狀態轉換為黃色間隔1s閃爍狀態。

當庫內車感器檢測到入庫動車組停妥后，系統停止語音警示播報，同時軌道橋燈帶由黃色閃爍狀態轉換為紅色有電提示。

3.2 動車組出庫聲光警示

以動車組出庫白燈亮起信號觸發系統進入工作狀態。系統在檢測到出庫白燈信號后，每間隔5s系統自動語音循環播報: “××股道動車組出庫，作業人員請注意安全”，同時軌道橋燈帶呈黃色閃爍狀態。

當庫內車感器檢測到出庫動車組全列出庫后，系統停止語音警示播報，同時軌道橋燈帶由黃色閃爍狀態轉換為紅色有電提示。

如果出庫動車組為重聯動車組時，當第一列動車組尾端通過庫內車感器后，軌道橋燈帶顯示狀態有短暫的切換過程，隨后在全列動車組出庫后，系統停止語音警示播報，同時軌道橋燈帶由黃色閃爍狀態轉換為紅色有電提示。

3.3 接觸網供電作業時聲光警示

準備給接觸網供電作業前，隔離開關操作人員打開安全聯鎖控制箱，將箱內安全確認鑰匙打到“確認供電”位時，系統接收到“預供電”信號，警示語音立即開始播報：“××股道接觸網準備供電，作業人員請注意安全”，同時軌道橋燈帶由未亮燈狀態轉換為黃燈閃爍狀態。

當隔離開關操作人員操作隔離開關“合閘”，給接觸網供電時，系統接收到聯鎖控制箱中接觸網已供電的信號，系統停止語音播報，同時軌道橋燈帶由黃色閃爍狀態轉換為紅色有電提示狀態。

3.4 接觸網斷電作業時聲光警示

準備給接觸網斷電作業前，隔離開關操作人員打開安全聯鎖控制箱，將箱內安全確認鑰匙打到“確認斷電”位時，系統接收到“預斷電”信號，警示語音立即開始播報：“××股道接觸網準備斷電，作業人員請注意安全”，同時軌道橋燈帶由紅燈狀態轉換為黃燈閃爍狀態。

當隔離開關操作人員操作隔離開關“分閘”，將接觸網斷電時，系統接收到聯鎖控制箱中接觸網已斷電的信號，系統停止語音播報，同時軌道橋燈帶由黃色閃爍狀態轉換為綠色無電提示狀態。

4 結束語

本文從解決高鐵動車組檢修現場安全實際問題出發，經過現場調查研究，構思解決方案，研發動車組進出庫及接觸網供斷電聲光報警系統，并通過技術和工程手段使系統功能得以實現，有效控制安全風險，消除安全隱患。經過三年來的實踐檢驗，該系統在高鐵動車組運用檢修現場安全風險防控中發揮積極作用，受到使用者的歡迎和好評，并在全國多個鐵路局動車所推廣應用。