鐵路貨物線固定式防護信號集控系統 設計及應用

吳 軍，陳朝峰

(中國鐵路上海局集團有限公司 金華貨運中心，浙江 金華 321000)

近年來，隨著我國經濟的發展，鐵路貨運量逐年增長，對貨運場站裝卸作業效率的要求也越來越高，如何在確保安全基礎上，通過鐵路裝卸設備的自動化、信息化，提升貨運裝卸作業質量和效率，是目前鐵路貨運場站亟待解決的課題。

1 鐵路貨物線固定式防護信號裝置運用現狀

鐵路貨物線進行裝卸作業，必須在線路來車方向左側鋼軌上安設帶有脫軌器的防護信號牌[1]，它的設置和撤除是鐵路貨物線上裝卸作業和調車作業之間交接的依據，直接關系著裝卸人員勞動安全和調車作業安全[2]。防護信號牌的設置和撤除作業涉及貨運員、裝卸人員、貨運調度員、行車值班員等崗位，各崗位間通過電話傳遞設撤狀態信息，并以錄音和臺賬的形式進行過程留痕，作業全程為人工作業，智能化水平較低。鐵路裝卸防護信號牌主要有移動式和固定式2種，相較于固定式，移動式防護信號牌存在不易保管、重量大、攜帶不便等問題，因而近年來中國鐵路上海局集團有限公司各主要貨運站均已將移動式替換為更為安全、方便的固定式防護信號牌裝置[3]，如金華南、義烏西、杭州北等貨運站。

1.1 現行作業流程

對金華南貨運站現行固定式防護信號設置和撤除作業情況進行深入調研，作業過程涉及4個崗位(裝卸工組、貨運員、貨運調度員、行車值班員)，其中作業信息一般由貨運員發起，并在貨運員、貨運調度員、行車值班員之間傳遞，傳遞過程中通過口頭授予密碼和紙質臺賬記錄方式確保信息傳遞的準確性，上道作業由貨運員和裝卸工組共同完成。現行固定式防護信號設置和撤除作業流程如圖1所示。

圖1 現行固定式防護信號設置和撤除作業流程Fig.1 Flow chart of current fixed protection signal setting and removal

1.2 存在的主要問題

現行固定式防護信號設置和撤除作業流程從作業內容上已經相當完善，安全卡控措施均制定到位。但在實際作業中，防護信號設撤作業一直是安全兩違問題頻發的“重災區”。

（1）崗位間互控制度落實不到位。參與防護信號裝置設撤作業的各崗位均是通過電話的形式傳遞各環節作業信息，崗位間除了紙質臺賬記錄外，缺少其他有效的互控手段，無法做到相互監督，一旦某一環節出現問題，缺乏自我糾偏能力。

（2）存在較大的勞動安全隱患。人工設撤作業需要貨運員和裝卸作業人員長距離往返行走于股道和作業場所之間，路面情況較為復雜，同時上道作業過程中還需做好防止車輛傷害的各項措施，容易發生勞動安全事故。

（3）作業效率有待提高。經過調研發現，每條股道設置或撤除防護信號作業全過程動輒需20 min以上，在當前主要鐵路貨場作業能力均已接近或達到滿負荷的情況下，容易出現為了提升作業效率而簡化作業流程的情況。目前長達500 ~ 600 m的貨物線已經成為新建鐵路貨場的標配，每條貨物線上多個裝卸工組同時作業已經成為常態，如金華南貨場23道最多時有5個裝卸工組同時作業，包線貨運員與各裝卸工組結合部往往是日常管理的難點，如何讓各裝卸工組做到以防護信號為令、令行禁止，也是作業效率提升和安全穩定的關鍵[4]。

2 固定式防護信號集控系統設計

通過對現行固定式防護信號牌作業流程中存在問題的分析，要徹底消除原有作業中存在的過程繁瑣、效率低、安全系數低等不利因素，需要設計一套固定式防護信號集控系統，主要實現以下目標。①將現有的固定式防護信號人工作業模式升級為電動操作模式。②優化現行防護信號牌設撤作業流程，實現貨運調度員崗位集中控制。③設計安全可靠的電動防護信號裝置，通過電動控制，自動完成防護信號牌和脫軌器的豎立和翻倒。④設計安裝于作業線路中間的防護信號復示裝置，同步顯示股道防護信號狀態，使長股道所有裝卸工組對防護信號狀態一目了然，做到令行禁止。

2.1 系統架構

固定式電動防護信號集控系統包括貨運調度主控模塊、行車值班員控制模塊、貨運員控制模塊、貨物線防護信號復示裝置、電動防護信號裝置、聯鎖互控裝置。固定式電動防護信號集控系統架構如圖2所示。

圖2 固定式電動防護信號集控系統架構Fig.2 Architecture of centralized control system for fixed electric protection signal

（1）貨運調度員主控模塊。包括主控計算機、通信適配裝置、UPS供電裝置、集控軟件。主控計算機經通信適配器通過光纜、電力電纜與前端電動防護信號裝置相連。

（2）貨運員控制模塊和行車值班員控制模塊。包括控制計算機、客戶端軟件。控制計算機與主控計算機通過網絡進行數據交互，協同主控計算機完成電動防護信號裝置作業。

（3）電動防護信號裝置。由脫軌器、安裝支架、驅動電機、換向齒輪箱、防護紅牌(LED表示燈)、鎖閉裝置組成。電動防護信號裝置結構如圖3所示。電動防護信號裝置采用單側鋼軌安裝方式，安裝后整體低于軌面[5]。

圖3 電動防護信號裝置結構Fig.3 Structure of electric protection signal device

（4）貨物線防護信號復示裝置。復示裝置安裝在貨物線中間位置，其電路與股道防護信號裝置現有線路相連接，可以同步顯示貨物線防護信號狀態。貨物線防護信號復示裝置結構如圖4所示。①指示標牌：標示復示信號表示的狀態。②允許作業指示燈：紅色雙面顯示信號燈亮起，標識貨物線防護信號裝置已立起，允許進行貨物裝卸作業。③禁止作業指示燈：紅色信號雙面顯示燈熄滅，標識貨物線防護信號裝置已撤除，禁止進行貨物裝卸作業。 ④語音喇叭：防護信號狀態變化時語音通報。

圖4 貨物線防護信號復示裝置結構Fig.4 Structure of protection signal repeater for freight line

（5）聯鎖互控裝置。由遠程IO模塊、信號采集器、聯鎖繼電器組、電機驅動器組成。聯鎖互控裝置安裝在每個電動防護信號上，為電動防護信號牌設撤的安全控制裝置[6]。

2.2 流程優化

根據固定式防護信號集控系統功能需求，對防護信號設撤作業進行了流程優化。

2.2.1 電動防護信號設置

調車作業結束后，在開始裝卸作業前，需要對等待進行貨物作業的股道設置防護信號。電動防護信號設置作業流程如圖5所示。

圖5 電動防護信號設置作業流程Fig.5 Flow chart of electric protection signal setting

（1）貨運員點擊電動防護信號集控系統軟件上的防護信號使用申請按鍵，貨調端系統提示“XX股道防護信號作業申請，請批準”。

（2）貨運調度員點擊電動防護信號集控系統軟件上的防護信號使用申請按鍵，行車室的電動防護信號集控系統軟件上語音提示“XX股道防護信號作業申請，請批準”。

（3）行車值班員在確認防護信號使用條件后，點擊電動防護信號集控系統軟件上的申請同意按鍵，自動生成設置密碼(或錄入密碼)。此時系統傳輸指令控制聯鎖互聯裝置接通電動防護信號的電機電源，打開電動防護信號鎖閉裝置。

（4）接收到行車值班員同意提示并查看確認密碼后，貨運調度員點擊軟件上的防護信號設置按鍵，電動防護信號的電機帶動換向齒輪組轉動，換向齒輪組聯動脫軌器和防護紅牌(脫軌器翻轉180°，防護紅牌翻轉90°)。當脫軌器和防護紅牌運動至限位時，系統關閉電機電源，啟動鎖閉裝置鎖閉脫軌器和防護紅牌。信號采集器實時采集防護信號狀態并反饋至電動防護信號集控系統軟件，完成設置過程后，系統中本股道電動防護信號圖標變為紅色。

（5）股道紅牌設置后，貨運員端系統提示“XX道防護信號已設置，可以開始作業”。

2.2.2 電動防護信號撤除

裝卸作業完成后，需要撤除裝卸貨物股道的防護信號。電動防護信號撤除作業流程如圖6所示。

圖6 電動防護信號撤除作業流程Fig.6 Flow chart of electric protection signal removal

（1）貨運員在電動防護信號集控系統軟件上點擊“防護信號可撤除”按鈕，自動生成撤除密碼，此時系統傳輸指令控制聯鎖互聯裝置接通電動防護信號的電機電源，打開電動防護信號鎖閉裝置。

（2）貨運調度員端系統語音提示“XX股道防護信號可撤除，請確認”，確認后，貨運調度員點擊“防護信號撤除”按鍵。此時系統傳輸指令控制聯鎖互聯裝置接通電動防護信號的電機電源，打開電動防護信號鎖閉裝置。貨運調度員點擊軟件上的防護信號撤除按鍵，電動防護信號的電機帶動換向齒輪組轉動，換向齒輪組聯動脫軌器和防護紅牌撤除(脫軌器向內翻轉180°，防護紅牌向內翻轉90°)。當脫軌器和防護紅牌運動至限位時，系統關閉電機電源，啟動鎖閉裝置鎖閉脫軌器和防護紅牌。信號采集器實時采集防護信號狀態并反饋至電動防護信號集控系統軟件，完成設置過程后，軟件中本股道電動防護信號圖標變為藍色。

（3）行車室的電動防護信號集控系統軟件上語音提示“XX股道防護信號已撤除”，行車值班員確認本股道電動防護信號圖標變為藍色。

2.3 關鍵功能設計

2.3.1 遠程確認防護信號狀態

固定式防護信號集控系統實時采集現場防護信號的設撤狀態。對于不屬于這2種狀態的情況(即防護信號設置不到位)，均判斷為故障告警。同時對現場控制采樣設備斷線、通訊異常等問題均實現故障告警[7]。

貨運調度員和其他各崗位人員通過防護信號集控系統軟件可以直觀了解現場防護信號的狀態，并對發生的異常情況及時進行處置。

2.3.2 貨運員與車務系統防護信號牌流程辦理網絡化

貨運調度員和行車值班員原有的防護信號牌申請流程均通過防護信號集控系統軟件實現。即貨運調度員通過軟件向行車值班員申請防護信號牌的使用權并輸入防護信號牌使用密碼，車務系統同意貨運調度員的申請后，貨運調度員方可在軟件上進行防護信號牌設置及撤除的操作。整個流程的時間、密碼信息等均由數據庫自動記錄備查。

2.3.3 防護信號安全性控制

電動防護信號相比普通手動式防護信號除了具備原有的故障導向安全功能以外，還具備電氣聯鎖、機車闖禁預警及告警的功能。

（1）電氣聯鎖。貨運員未辦理防護信號牌申請手續前，電動防護信號電機不供電，電動防護信號依靠機械鎖閉裝置保持原有狀態。只有當貨運員辦理完成防護信號牌申請手續后，電動防護信號電機才能供電。電動防護信號在完成設撤作業后，自動斷開電機供電。

（2）機車闖禁預警及報警接口。在股道上警沖標內安裝輪對傳感器，當機車駛入股道時，系統檢測前方防護信號狀態。如前方防護信號未處于撤除狀態，立刻通過高分貝喇叭進行現場報警，語音提示調車人員“前方防護信號未撤除，立即制動”[8]。

3 結束語

固定式防護信號集控系統中固定式防護信號電動裝置和貨物線防護信號復示裝置的設計、系統代碼編制等主要工作均已完成，目前試運行取得良好效果：作業時長從原有20 min降低至幾秒鐘；各作業環節環環相扣，由簡化作業流程或顛倒作業流程引發的裝卸作業安全風險得到有效控制；通過取消上道作業，有效規避相關勞動安全風險。固定式防護信號集控系統通過改變傳統的防護信號設撤上道作業模式，進一步優化作業流程，降低勞動強度，提升安全系數，實現貨物線防護信號設置和撤除作業的自動化和信息化。后續該系統將重點對防護信號電動裝置的翻轉和鎖閉機械穩定性提升、崗位間信息數據傳遞及系統APP研制等方面進行深入研究，進一步完善各項功能。