鐵路信號設備用房信息顯示系統構建研究

張 昱

隨著我國鐵路事業在智能化方向的不斷發展［1-3］，智能建造、智能運營、智能運維等多種技術不斷發展和應用［4-6］，信號設備用房也采用了BIM 設計， 電纜采用多種設計手段和工藝方法［7］。由于鐵路信號設備房屋的建設有著嚴格的標準，需要在機房環境、防雷、靜電等方面滿足多個現行規范、規定的要求［8-10］。鐵路信號設備房屋建設和信號系統室內設備安裝完成后，信號設備用房內有許多需要標注的信息，如電纜引入位置、電纜成端點、接地匯流裝置的設置位置、機柜信息、機柜警示等。目前，這些需要標注的信息仍然采用傳統的方式，如：信號設備房屋電纜引入位置、電纜徑路走向、接地匯流裝置的設置地點、機柜標識等信息標識大多通過粘貼標志牌的方式實現；機柜警示和電纜徑路警示通過黃黑色警示膠帶在防靜電地板上繞機柜邊緣和電纜托架粘貼一圈。在實際運營維護過程中，隨著使用時間的延長，用于信號設備用房信息顯示的標志牌、警示膠帶會出現褪色、破損、老化等現象，防靜電地板上粘貼的警示膠帶，會出現起皮等現象，均會對運營單位維護造成不便。因此，針對目前存在的問題，本文構建了鐵路信號設備用房信息顯示系統，包括新型的多色塊陶瓷面防靜電地板、數字化信息顯示節點，以及信息顯示控制臺。

1 多色塊陶瓷面防靜電地板

目前，鐵路信號設備房屋通常都布置陶瓷面防靜電地板來滿足現行規范中對信號設備房屋的防靜電要求。由于目前的陶瓷生產技術已經能實現生產不同顏色的防靜電瓷磚，所以可以在陶瓷面防靜電地板的生產過程中，直接實現警示膠帶的色塊排列。本文提出的多色塊陶瓷面防靜電地板結構如圖1 所示，其中1 為防靜電地板板基；2 為多色塊防靜電陶瓷表面；3 為多色塊陶瓷表面的第一至第五色塊區域。

圖1 多色塊陶瓷面防靜電地板結構示意

本文提出的多色塊陶瓷面防靜電地板，不改變現有陶瓷面防靜電地板的結構，只是將現有的陶瓷面進行替換，使之既具有現有警示膠帶的色塊排列，又能滿足現行規范中對防靜電地板防靜電性能和承重荷載的要求。多色塊防靜電陶瓷表面是由不同顏色的色塊相間排列，色塊排列方式和陶瓷表面的幾何尺寸均可根據現場使用需要靈活定制。在生產過程中，可以按照單色塊生產后組合成多色塊，也可以按照需求的色塊排列直接生產。在信號設備機柜周圍，鋪設本文提出的多色塊陶瓷面防靜電地板，就能實現用黃黑色警示膠帶繞機柜周圍纏繞一圈的警示作用，并且美觀、耐用。

2 數字化信息顯示節點

鐵路信號設備用房信息顯示系統中的數字化信息顯示節點，用于標識信號設備房屋內的信息，是以ARM、PLC（可編程控制器）或其他微控制器為核心，包含全封閉金屬絕緣外殼、液晶顯示器、顯示器接口電路、存儲器模塊、電源模塊、通信接口模塊等的嵌入式系統。

由于信號設備用房內有嚴格的電磁兼容和防靜電要求，本文提出的數字化信息顯示節點的核心是嵌入式系統，是一個弱電設備，需要考慮完整的電磁屏蔽和防靜電性能；同時結合現有信號設備用房內的信號標注點位置既有位于墻面上，又有位于機柜上的實際情況，還需要考慮其安裝的便利性。為此，該顯示系統提供了1 種數字化信息顯示節點的電子防護盒，結構如圖2 所示。

圖2 數字化信息顯示節點防護盒結構

其中，1 為盒蓋，2 為前面板，3 為盒體，4 為金屬內層，5 為后面板，6 為內部預留螺紋的后向安裝螺孔，7 為嵌入式系統電纜引入孔（與金屬內層同材質，并與金屬內層相連），8 為盒蓋與盒體連接的鉸接結構，9 為內部預留螺紋的前向安裝螺孔，10 為液晶顯示器安裝凹槽，11 為液晶顯示器電纜引入孔（與金屬內層同材質，并與金屬內層相連）。

結合圖2，本文提出了數字化信息顯示節點的組成，如圖3 所示。其中，1 為液晶顯示器，2 為液晶顯示器與嵌入式系統的連接電纜（用于液晶顯示器供電和數據通信），3為嵌入式系統，4為信息顯示節點通信網絡（用于嵌入式系統供電和數據通信）。

圖3 數字化信息顯示節點組成

由圖2 及圖3 可知，信息顯示節點防護盒的前向安裝螺孔用于在機柜門上安裝數字化信息顯示節點，后向安裝螺孔用于在墻面上安裝數字化信息顯示節點，嵌入式系統電纜引入孔、液晶顯示器電纜引入孔均與金屬內層相連。

在數字化信息顯示節點中，信息顯示節點通信網絡具有金屬護套，與嵌入式系統電纜引入孔連接；液晶顯示器連接電纜也具有金屬護套，與液晶顯示器電纜引入孔連接；應選用滿足電磁兼容性能的液晶顯示器，液晶顯示器外殼與液晶顯示器電纜引入孔連接。這就使整個數字化信息顯示節點形成一個完整的法拉第籠，將信息顯示節點通信網絡的金屬護套與信號設備房屋的既有接地裝置連接，實現了整個信息顯示節點的接地，同時將整個信息顯示節點接入了信號設備及房屋綜合防雷系統，保證信息顯示節點的防靜電、電磁兼容性能滿足現行規范的要求。

現有的LCD、LED 等液晶顯示器，ARM、PLC 可編程邏輯控制器等嵌入式系統技術成熟，本文不再對信息顯示節點中的液晶顯示器、嵌入式系統的硬件組成進行贅述。

3 信息顯示控制臺

信息顯示控制臺為多個數字化信息顯示節點配置顯示信息，信號設備的維護管理人員可以通過信息顯示控制臺，輸入每個信息顯示節點需要顯示的信息，信息顯示控制臺將這些信息通過通信網絡傳遞給信息顯示節點，由信息顯示節點的液晶顯示器顯示。當某個信息顯示節點的信息需要修改時，可由維護管理人員在信息顯示控制臺上重新輸入即可。同時，信息顯示控制臺還監控信息顯示節點以及其與信息顯示控制臺通信網絡的工作狀態。當檢測到工作狀態異常時，信息顯示控制臺輸出報警信息和報警提示，提醒信號設備的維護管理人員進行處理。信息顯示控制臺與信息顯示節點的連接見圖4。

圖4 信息顯示控制臺與信息顯示節點連接示意

圖4 中，1 為信息顯示控制臺，2 為多個數字化信息顯示節點，3 為信息顯示節點通信網絡。

本文提出的信息顯示控制臺是工業控制計算機，且具備通信模塊，能實現與數字化信息顯示節點的信息交互。整個信號設備用房信息顯示系統的有源部分，均可以通過信號設備用房內的既有信號電源設備增加供電模塊來供電。由于目前分散控制系統DCS 及現場總線技術、PLC 可編程邏輯控制器控制系統等工業控制計算機技術成熟，本文對信息顯示控制臺的體系構成以及信息顯示節點通信網絡不再進行贅述。

4 系統應用前景

信號設備用房信息顯示系統的應用示意圖如圖5 所示。其中，1 為多色塊陶瓷面防靜電地板，2 為多個數字化信息顯示節點，3 為信息顯示控制臺。如前所述，信號機房內機柜的警示、機房內需要進行信息標注的位置，包括墻體、機柜等，均可以應用該信息顯示系統。由于既有信號設備用房中各個機柜的電纜配線大多采用下走線的方式，信息顯示控制臺與信息顯示節點之間的通信網絡，可以使用現有信號設備機柜的下走線通道，不會影響信號設備用房的美觀性。

圖5 信號設備用房信息顯示系統應用示意圖

鐵路信號設備用房信息顯示系統能契合我國鐵路技術運維智能化的發展方向，具有良好的應用前景。由于本系統以數字化方式實現了設備的信息標識，因此具有良好的可擴展性。在應用過程中，可以根據運營機構的實際需要，對某一信號車間管轄的各個車站的信息管理控制臺進行通信組網，在信號車間設置1 個車間管理中心，可實現對管轄的每個車站的任一具體設備信息進行實時查看與管理；進一步地，可以在站段、路局設置管理中心，對全站段、全路局管轄范圍內每個具體設備信息進行實時查看與管理，有助于實現信號設備的全生命周期管理。

5 結論

本文針對信號設備用房的信息標識，提出了用多色塊陶瓷面防靜電地板來實現機柜信息的警示，用數字化信息顯示節點和信息顯示控制臺實現設備用房信息的數字化標識，以此構成的信號設備信息顯示系統具備良好的電磁兼容性能與防靜電性能，能與現有信號設備用房內的信號電源設備、防雷接地裝置、電纜布置徑路相結合，并能根據實際應用需要進行靈活配置，適用于各種類型的信號設備用房，為信號設備用房的信息標識提供了一種發展思路。