紅外對射障礙物檢測在道口控制系統的應用探討

天津鐵路信號有限責任公司 王延濤

鐵路平交道口是鐵路與公路的平面交叉，是鐵路安全運營的重要設施，道口安全既關系著鐵路行車安全，也關系著道路車輛、行人的安全。尤其是無人值守道口，在沒有道口看守員的情況下，道口關閉后入侵道口的障礙物成為鐵路安全運行的一大隱患。障礙物監測設備安置在道口鐵路兩側，可監測鐵路限界區域內的障礙物。當道口欄木放下后，如果檢測到有入侵道口的障礙物，可實現報警，并將信息傳遞至鐵路方向。通過道口紅外報警系統可以最大限度減少障礙物入侵造成的危害。

1 系統組成

紅外對射障礙物檢測系統分為紅外障礙物探測器、報警信息處理單元兩部分。其中，紅外障礙物探測器由投光器和受光器組成，報警信息處理單元由報警信息處理回路、報警輸出接點和斷電延時繼電器組成，放置在箱盒內。投光器位于道口公路的一側，受光器和報警信息處理單元位于公路的另一側。如圖1所示（報警信息處理單元可根據需要放在任一受光器側）。

圖1 紅外對射障礙物檢測系統安裝示意圖

2 設計實現

2.1 紅外對射報警器

根據市場調研，本課題選定了一款深圳艾禮富數字變頻三光束主動式紅外入侵探測器ABE-50型。

該款產品技術參數如下：

光束數：3

光源：數字濾波式

探測方式：3光束同時遮斷檢知式

感應速度：50～700msec可調

警報輸出：1C繼電器接點輸出 接點容量DC30V/0.5A MAX

電源電壓：DC13.8～24V；AC11～18V

消耗電流：70 mA

防拆輸出：1B接點輸出，DC30V/0.5A MAX

使用溫度：-25℃～55℃

使用濕度：5%～95%（RH）

水平角度調節：±90°

垂直角度調節：±10°

材料：工程塑料

器件特點：該款產品為3光束同時遮斷感知式，只有當3束光同時遮斷時，才會報警輸出，可以防止落葉、飛鳥引起的誤報警；適合室外安裝使用，防護等級為IP65；具有防雨、防雷擊、防強光設計，并具有防拆輸出的特點；受光器遮光時間可調整，可以根據不同的使用環境設置不同的靈敏度；受光強度多級LED指示，便于調試。

抗震性能：設備安裝位置在軌道附近，振動較大，抗震性能的好壞尤其重要。本款產品發射的光線為紅外線，紅外線具有發散的性能，ABE-50型紅外探測儀的警戒距離為50m，光束擴散張角為1.5m。實際應用中，公路寬度一般可定為10m，則對應的光束擴散角為0.3m，即受光器中心距離±0.15m范圍內均有紅外光線，無遮擋時均不會有誤報警。由于受光器的接收器上下距離是0.12m，因此，受光器的中心距離光線范圍上、下邊界均應大于0.06m，得到受光器可移動范圍是±（0.15m-0.06m）=±0.09m。如圖2所示，即投光器和受光器的相對位置偏差可達到±0.09m，對于火車帶來的振動不會帶來誤報警。

圖2 紅外對射障礙物檢測系統抗震示意圖

2.2 結構設計

道口障礙物監測的紅外報警系統，包括底座、紅外報警發射裝置和紅外報警接收裝置。底座分別固定于紅外報警發射裝置和紅外報警接收裝置的底端，紅外報警發射裝置包括型鋼柱和投光器，紅外報警接收裝置包括型鋼柱和接收器，型鋼柱為空心結構，其內部可以走線，頂蓋密封設于型鋼柱的頂端，可以有效的防雨防塵。帽檐探出型鋼柱的頂端，并分別設于投光器和接收器的上方，可以為投光器和接收器遮擋雨雪、強光、落葉等，可以有效的減少誤報警，紅外報警接收裝置的型鋼柱上設有帶線孔的腔室，腔室位于與接收器相對的位置，腔室外設有門，腔室內安裝有設有紅外報警信息處理單元的安裝板。發射裝置的型鋼柱為一體，沒有門。該系統可以監測范圍為垂直于地面向上300mm～1000mm。其結構示意圖如圖3所示。

圖3 紅外對射報警系統結構示意圖

2.3 報警信息處理單元

報警信息處理是將道口兩邊的報警信息進行綜合處理，統一給道口控制系統發送一組報警接點。其電氣原理圖如圖4所示。

圖4 紅外對射報警系統的電路原理圖

圖4中的Z直流24V開關電源模塊，為報警電路和紅外探測器提供工作電源；FL為防雷裝置；KT為斷電延時繼電器；1D-3，1D-5端子接紅外對射報警器受光器的報警輸出接點；1D-8、1D-9、1D-10為道口綜合報警輸出接點，為控制采集系統傳送報警信息。當入侵物遮斷紅外光線時，紅外報警系統給出報警信息，當入侵物移出時，解除報警；若移動速度過快，可以通過調節延時繼電器的斷電延時時間，適當增加報警時間，斷電延時繼電器的延時時間是0.1s～10s，進而減少漏報警。

主要器件選型如下：

（1）時間繼電器：本課題選定了一款ABB的時間繼電器，型號CT-ARE(延時時間0.1～10s)。該款時間繼電器的技術參數為：輸入電壓：DC24V/AC220V；延時時間：0.1s～10s；繼電器輸出：一組全接點；工作溫度：-20℃～60℃；延時類型：斷電延時。

（2）直流開關電源：根據調研，本課題選定了一款ABB的直流開關電源，型號為CP-E24/2.5。該款直流開關電源的技術參數為：輸入電壓：AC85V～AC264V；輸出電壓：DC24V可調；輸出電流：2.5A；工作溫度范圍：-25℃～70℃。

結束語:紅外對射障礙物檢測系統是道口障礙物視頻監測的輔助測試手段，利用紅外線對射的方式對區間道口的侵入物進行檢測，尤其是報警信息處理單元的引入，增加直流24V電源模塊，電源模塊可以直接接入市電，增強了信息處理單元的適配性；受光器的報警節點為串接形式，而后組合到報警信息處理單元，再綜合處理，最后給出控制系統一組報警接點；報警信息處理單元增加斷電延時繼電器，當入侵遮斷物移開后，仍能根據需要增加報警時間，減少紅外報警系統的漏報警。