張耀威,伍毅珊,張 明
(南寧鐵路局科學(xué)技術(shù)研究所,1.高級工程師;2.助理工程師;3高級技師,廣西 柳州 545007)
為確保無人看守道口的行車安全,南寧鐵路局對管內(nèi)鐵路正線273處無人看守道口實行了全天監(jiān)護(hù)。但受外部環(huán)境條件限制,大部分監(jiān)護(hù)道口無法解決供電問題,因而,道口信號與報警裝置等設(shè)備難以使用,通過道口的機(jī)動車輛和行人不能及時獲得列車運行信息,給監(jiān)護(hù)道口留下了隱患。據(jù)統(tǒng)計,2006~2007年,在局管內(nèi)該類道口處,就發(fā)生各類事故28起,死亡15人,傷11人,造成經(jīng)濟(jì)損失1 230萬元,列車停時21 h 7 min。為此,迫切需要開發(fā)一種節(jié)能型監(jiān)護(hù)道口防護(hù)裝置,以提高監(jiān)護(hù)道口的安全防護(hù)能力。
1.1 組成該裝置由遙控主機(jī)、太陽能供電照明系統(tǒng)和2套太陽能供電的聲光報警分機(jī)組成,如圖1所示。其可在環(huán)境溫度-20℃~+60℃條件下工作。
圖1 裝置組成框圖
1.2 功能節(jié)能型監(jiān)護(hù)道口防護(hù)裝置具有以下主要功能:
1)行人的預(yù)警信號燈面向公路,在沒有列車接近道口時,閃黃燈;當(dāng)有列車即將接近道口時,閃紅燈,并發(fā)出語音警告,提醒行人、車輛注意安全。
2)解決鐵路監(jiān)護(hù)道口房的夜間照明問題。
3)提供自動控制接口,便于連接其他設(shè)備,達(dá)到自動控制的目的。
遙控主機(jī)由控制中心、指令控制單元、狀態(tài)顯示單元、無線收發(fā)單元、自動控制接口單元等組成,如圖2所示。
圖2 遙控主機(jī)組成框圖
其主要功能是向分機(jī)發(fā)出相關(guān)指令(列車接近、列車離去、停機(jī));接收分機(jī)狀態(tài)指令,實時顯示分機(jī)工作狀態(tài);檢測自動接口信號,自動發(fā)出相關(guān)指令。遙控主機(jī)的功耗不大于10 W。無線通信使用443 MHz業(yè)余頻段。
2.1 控制中心控制中心采用單片機(jī)系統(tǒng),是遙控主機(jī)的中樞部分,負(fù)責(zé)主機(jī)的控制指揮工作。
2.2 指令控制單元指令控制單元由面板上的按鍵與電路組成,其狀態(tài)的變化及組合代表了某一項功能的指令,即當(dāng)用戶按下某個按鈕,控制中心檢測到信號后,就會轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的指令,交由相應(yīng)的部件處理。
2.3 狀態(tài)顯示單元狀態(tài)顯示單元由發(fā)光二極管構(gòu)成,其狀態(tài)及組合代表分機(jī)所處的狀態(tài),使操作者能清楚地知道目前2臺分機(jī)所處的狀態(tài)。當(dāng)主機(jī)收到分機(jī)回復(fù)的信號燈狀態(tài)信息時,就會在主機(jī)面板的指示燈閃爍對應(yīng)的色燈。指示燈閃紅燈表示該分機(jī)的信號燈目前是紅燈閃的狀態(tài),閃黃燈表示該分機(jī)的信號燈目前是黃燈閃的狀態(tài)。
2.4 無線收發(fā)單元無線收發(fā)單元由無線收發(fā)模塊及天線組成,實現(xiàn)與分機(jī)間的通信。該裝置選用的無線收發(fā)模塊,具有發(fā)射和接收的功能,而且有多種波頻可供選擇。其主要優(yōu)點:實現(xiàn)無線收發(fā)較容易,抗噪聲、衰減的性能較好。該項技術(shù)已廣泛應(yīng)用于水、電、氣等自動抄表系統(tǒng)。無線遙控、無線電子顯示屏、搶答器等,屬于比較成熟的技術(shù),且這類模塊體積不大,便于嵌入到該研發(fā)裝置中。
2.5 自動控制接口單元該裝置除具有人工操作的功能外,還配置了自動控制接口單元。自動控制接口可與“列車接近通知設(shè)備”輸出的列車接近和列車離去信號相連,從而達(dá)到自動控制的目的。自動控制接口收到列車接近的信號時,裝置自動發(fā)出語音報警及紅燈閃爍的指令;收到列車離去信號時,裝置會自動發(fā)出解除語音報警及黃燈閃爍的指令。
太陽能供電照明系統(tǒng)由太陽能電池板、充放電控制單元、蓄電池、照明控制單元和節(jié)能燈組成,如圖3所示。
該系統(tǒng)是將太陽能轉(zhuǎn)化為電能,為照明燈提供電源,解決夜間照明問題,同時也為主機(jī)提供電源。室內(nèi)照明功耗不大于10 W,蓄電池充滿電后,持續(xù)供電時間不少于4 d。
圖3 太陽能供電照明系統(tǒng)組成框圖
3.1 太陽能電池板它是太陽能供電照明系統(tǒng)中的能量來源。其作用是將太陽的輻射能轉(zhuǎn)換為電能,或送往蓄電池中存儲起來,或推動負(fù)載工作。太陽能電池板一般分為單晶硅和多晶硅電池板。單晶硅太陽能電池板光電轉(zhuǎn)換效率較高、價格稍高,但相同功率下外形尺寸稍大;多晶硅太陽能電池板光電轉(zhuǎn)換效率較低、價格稍低,外形尺寸小些??紤]到裝置長期不間斷使用,故采用單晶硅太陽能電池板。
3.2 充放電控制單元充放電控制單元主要由專用處理器、電子元器件、顯示器、開關(guān)功率管等組成。其作用是為蓄電池提供最佳的充電電流和電壓,快速、平穩(wěn)、高效地為蓄電池充電,并在充電過程中減少損耗,盡量延長蓄電池的使用壽命;同時保護(hù)蓄電池,避免過充電和過放電現(xiàn)象的發(fā)生。
3.3 蓄電池蓄電池是儲存電能的部件,在有光照時將太陽能電池板所發(fā)出的電能加以儲存,需要時再進(jìn)行釋放。在該系統(tǒng)中,蓄電池處于浮充放電狀態(tài)。白天太陽能電池板給蓄電池充電,同時還向負(fù)載供電,晚上負(fù)載用電全部由蓄電池供給。
3.4 照明控制單元照明控制單元用于控制位于道口房內(nèi)及門口的2盞節(jié)能燈的開關(guān)。
3.5 節(jié)能燈該裝置采用長壽命、高效率的LED光源燈。LED節(jié)能燈是用高亮度白色發(fā)光二極管發(fā)光源,光效高、壽命長、易控制、免維護(hù)、使用安全,是新一代固體冷光源,低損耗、低能耗,綠色環(huán)保。
分機(jī)由控制中心、無線收發(fā)單元、燈光控制單元、語音控制單元、太陽能供電單元等組成,如圖4。
圖4 分機(jī)組成框圖
分機(jī)接收主機(jī)發(fā)送出的指令,執(zhí)行相應(yīng)的任務(wù),并將執(zhí)行結(jié)果反饋給遙控主機(jī)。太陽能供電單元原理與上述太陽能供電照明系統(tǒng)相同,太陽能電池板和蓄電池的容量大小有所變化。分機(jī)設(shè)備功耗不大于12 W。
4.1 控制中心控制中心采用單片機(jī)系統(tǒng),負(fù)責(zé)分機(jī)的控制指揮。分機(jī)收到主機(jī)發(fā)來的控制指令后,控制中心就指揮部件執(zhí)行相應(yīng)的操作。
4.2 無線收發(fā)單元無線收發(fā)單元由無線收發(fā)模塊及天線組成,實現(xiàn)與主機(jī)間的通信。與遙控主機(jī)中的無線收發(fā)單元一致。
4.3 燈光控制單元燈光控制單元由雙色交通信號燈及驅(qū)動電路組成,采用無觸點電子開關(guān),實現(xiàn)燈光報警功能。當(dāng)分機(jī)收到紅燈閃的指令后,就會控制信號燈閃紅燈。收到黃燈閃的指令后,控制信號燈閃黃燈??紤]到信號燈長期工作在室外,故選用具有防水、防塵、耐高溫、透光性能好,防紫外線、不易老化等特點的產(chǎn)品。
4.4 語音控制單元語音控制單元由固態(tài)語音電路、前置放大電路、功放電路及高效號筒揚(yáng)聲器組成。實現(xiàn)語音報警功能。語音報警用揚(yáng)聲器選擇防水型室外專用高效號筒式揚(yáng)聲器。
節(jié)能型監(jiān)護(hù)道口防護(hù)裝置樣機(jī)于2007年11月6日在湘桂線K544+156(柳南—白山間進(jìn)德站南頭)監(jiān)護(hù)道口進(jìn)行現(xiàn)場試用。經(jīng)半年多的試用,這套設(shè)備有效地提高了道口安全防范能力,杜絕了道口事故的發(fā)生,同時解決了監(jiān)護(hù)道口房的夜間照明問題,達(dá)到節(jié)約能源,減少運營成本的目的。該裝置于2008年4月29日通過了南寧鐵路局科技成果鑒定。鑒于該成果的突出特點及較高的實用價值,在其通過鑒定的當(dāng)年,就推廣應(yīng)用了3套。目前,投入使用的設(shè)備,在現(xiàn)場工作技術(shù)狀態(tài)穩(wěn)定,實用效果明顯,得到了有關(guān)管理部門的肯定,也受到道口員工的歡迎。