劉舉平，余為清，葉江陵

（1.華東交通大學(xué)載運(yùn)工具與裝備省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西南昌330013；2.上海鐵路局合肥機(jī)務(wù)段，安徽合肥230000）

在無(wú)電氣聯(lián)鎖道岔線路整備場(chǎng)作業(yè)時(shí)，列車進(jìn)路依靠扳道人員及乘務(wù)員目視確認(rèn)開通狀態(tài)，一旦作業(yè)人員錯(cuò)誤確認(rèn)或不慎有閑雜人員扳動(dòng)，極易造成擠岔子、脫軌等事故，給安全生產(chǎn)帶來隱患［1-2］。為解決這一問題，根據(jù)某折返段的具體情況，設(shè)計(jì)了由傳感器、現(xiàn)場(chǎng)控制器、現(xiàn)場(chǎng)顯示屏以及由計(jì)算機(jī)構(gòu)成的復(fù)示屏等組成的機(jī)車進(jìn)出庫(kù)信息提示系統(tǒng)，用于消除無(wú)電氣聯(lián)鎖道岔、人工道岔多的機(jī)車出庫(kù)線咽喉部位的不穩(wěn)定因素。

系統(tǒng)調(diào)裝完畢后，能夠輔助調(diào)度、乘務(wù)及扳道人員確認(rèn)道岔狀態(tài)，直觀地顯示列車進(jìn)路的股道號(hào)，既減輕了作業(yè)人員的工作量和壓力，又防止了因誤認(rèn)信號(hào)、扳錯(cuò)股道或扳道不到位等事故的發(fā)生，保障了調(diào)車作業(yè)的安全。

1 道岔的正反位檢測(cè)及信息處理

由手動(dòng)扳道器的機(jī)械結(jié)構(gòu)，可通過檢測(cè)扳道器轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)位置，獲取道岔正、反位信息［3］。為檢測(cè)道岔是否密貼，應(yīng)能準(zhǔn)確獲得扳道器的角度信息［4］，為此系統(tǒng)對(duì)每個(gè)扳道器設(shè)置兩個(gè)磁電角度傳感器，共9個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，18只傳感器，選用磁電式傳感器并以樹脂進(jìn)行密封，具有比較高的機(jī)械強(qiáng)度，抗振動(dòng)、耐腐蝕，能夠滿足室外環(huán)境下的工作要求。

傳感器布置：J1，J1`—13#岔，J2，J2`—19#岔，J3，J3`—21#岔，J4，J4`—15#岔，J5，J5`—17#岔，J6，J6`—2#岔，J7，J7`—4#岔，J8，J8`—6#岔，J9，J9`—8#岔。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)道岔的空間布局知傳感器輸出電平與顯示的進(jìn)路邏輯關(guān)系（B代表電平1，b表示電平0）：

表1 道岔邏輯關(guān)系Tab.1 The logical relationship of turnouts

J1BJ1`bJ2bJ2`BJ3BJ3`b2B2`b，示值1，1道通；J1bJ1`BJ2bJ2`BJ3BJ3`b2B2`b，示值2，2道通；J4BJ4`bJ5BJ5`bJ 2BJ2`bJ3BJ3`bJ6BJ6`b，示值3，3道通；J4bJ4`BJ5BJ5`bJ2BJ2`bJ3BJ3`bJ6BJ6`b，示值4，4道通；J5bJ5`BJ2BJ2`bJ3 BJ3`bJ6BJ6`b，示值5，5 道通；J7BJ7`bJ6bJ6`BJ3bJ3`B，示值6，6 道通；J8BJ8`bJ7bJ7`BJ6bJ6`BJ3bJ3`B，示值7，7 通道；J9BJ9`bJ8bJ8`BJ7bJ7`BJ6bJ6`BJ3bJ3`B，示值8，8 道通；J9bJ9`BJ8bJ8`BJ7bJ7`BJ6bJ6`BJ3bJ3`B，示值9，9 道通。

2 現(xiàn)場(chǎng)控制器設(shè)計(jì)

2.1 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

現(xiàn)場(chǎng)控制器的主要任務(wù)是采集道岔傳感器的信號(hào)，分析處理后，驅(qū)動(dòng)安裝在室外的點(diǎn)陣顯示屏，進(jìn)行顯示；此外，現(xiàn)場(chǎng)控制器通過串行口向調(diào)度室發(fā)送復(fù)示信息。控制系統(tǒng)的構(gòu)成如圖1所示。

圖1 控制系統(tǒng)構(gòu)成圖Fig.1 The configuration diagram of control system

現(xiàn)場(chǎng)控制器采用STC10F08單片機(jī)，該單片機(jī)具有強(qiáng)抗干擾能力，強(qiáng)抗靜電特性［5］，且自帶硬件看門狗（WDT），在程序異常情況下，能夠自動(dòng)重啟系統(tǒng)。傳感器的輸出信號(hào)經(jīng)過信號(hào)調(diào)理，并做光電隔離后（傳感器電源與單片機(jī)測(cè)控電源彼此獨(dú)立）送入到單片機(jī)的P0，P2口，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；P1口用于驅(qū)動(dòng)紅色高亮LED點(diǎn)陣屏幕，保證在強(qiáng)光、雨、霧及夜間情況下顯示信息可被清晰識(shí)別。STC10F08通過全雙工異步串行口（P3.0，P3.1 腳）與遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)進(jìn)行通訊?？紤]到調(diào)度室與現(xiàn)場(chǎng)距離較遠(yuǎn)，為了增大通訊距離，做RS232到RS485的轉(zhuǎn)換，并做光電隔離［6-7］。以上措施，一方面保障了信號(hào)傳輸?shù)馁|(zhì)量，一方面可防止雷擊對(duì)設(shè)備及人員造成傷害。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)控制器軟件流程

現(xiàn)場(chǎng)控制器軟件設(shè)計(jì)充分考慮了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性問題。首先，開放STC10F08的硬件看門狗，在軟件跑飛后，硬件看門狗對(duì)單片機(jī)進(jìn)行復(fù)位操作；此外，在程序存儲(chǔ)器的空白段，全部填充了長(zhǎng)跳轉(zhuǎn)指令，用于返回主程序入口處?，F(xiàn)場(chǎng)控制器的軟件流程如圖2所示。

圖2 現(xiàn)場(chǎng)控制器軟件流程圖Fig.2 The software flowchart of scene controller

3 復(fù)視屏設(shè)計(jì)

為及時(shí)準(zhǔn)確地了解調(diào)車現(xiàn)場(chǎng)股道開通的狀況，調(diào)度人員需要利用復(fù)視屏對(duì)調(diào)車信息進(jìn)行確認(rèn)。Labview具有豐富的控件資源，圖形顯示豐富直觀［8］，利用Labview開發(fā)了復(fù)視屏軟件，實(shí)時(shí)讀取來自串行口的數(shù)據(jù)。

通信參數(shù)：9 600 b·s-1，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位，無(wú)奇偶校驗(yàn)。

數(shù)據(jù)格式：0xED+道岔信息+道岔信息。

其中0xED作為引導(dǎo)頭，表示數(shù)據(jù)發(fā)送開始，后面接收的兩個(gè)數(shù)據(jù)為道岔信息，當(dāng)此兩數(shù)據(jù)相同時(shí)，表示接收數(shù)據(jù)有效，否則做丟棄處理。

3.1 Labview前面板設(shè)計(jì)

Labview前面板設(shè)計(jì)主要目的是清晰醒目的顯示道路開通狀態(tài)。以自定義控件（LED燈）方式，布爾類型，構(gòu)建線路平面圖。不開通時(shí)，默認(rèn)為淺灰色，開通時(shí)以高亮紅色呈現(xiàn)，同時(shí)屏幕上以阿拉伯?dāng)?shù)字形式對(duì)開通道路進(jìn)行顯示，如圖3，圖3所示為3道開通時(shí)的股道圖，圓形節(jié)點(diǎn)為道岔點(diǎn)。

在程序運(yùn)行狀態(tài)下，連續(xù)5 s未接收到來自現(xiàn)場(chǎng)控制器的有效數(shù)據(jù)就表示現(xiàn)場(chǎng)控制器或通訊線路出現(xiàn)異常，程序?qū)l(fā)出警告信息，伴隨計(jì)算機(jī)的Beep警報(bào)。

3.2 Labview后面板程序

Labview的后面板程序如圖4，主要是對(duì)串行口數(shù)據(jù)的處理。驅(qū)動(dòng)自定義的LED控件完成顯示，程序運(yùn)行后，首先初始化計(jì)算機(jī)串口，使之與單片機(jī)通訊格式一致，循環(huán)對(duì)串口數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)和判斷［6］，利用時(shí)間控件和復(fù)示屏空間，對(duì)正常工況進(jìn)行顯示，異常情況下實(shí)現(xiàn)錯(cuò)誤輸出。

圖3 復(fù)視屏前面板圖Fig.3 The front panel diagram of multiplexing screen

圖4 后面板程序圖Fig.4 The program diagram of the back panel

4 系統(tǒng)測(cè)試

該系統(tǒng)在某機(jī)務(wù)折返段安裝運(yùn)行后，能夠準(zhǔn)確檢測(cè)道岔正反位信息及道岔是否密貼，根據(jù)道岔邏輯關(guān)系，對(duì)進(jìn)出路信息正確顯示；同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)控制器能夠向復(fù)視計(jì)算機(jī)發(fā)送信息，實(shí)現(xiàn)調(diào)度的復(fù)視確認(rèn)。人為脫開連接到復(fù)視計(jì)算機(jī)的串口線，復(fù)視屏產(chǎn)生報(bào)警信息，伴隨蜂鳴報(bào)警。系統(tǒng)安裝完畢后，連續(xù)運(yùn)行已6個(gè)多月，未出現(xiàn)運(yùn)行錯(cuò)誤及不穩(wěn)定現(xiàn)象，表明系統(tǒng)設(shè)計(jì)可靠。

5 結(jié)語(yǔ)

利用磁電角度傳感器能夠準(zhǔn)確地對(duì)無(wú)電氣聯(lián)鎖的手動(dòng)道岔正反位信息進(jìn)行檢測(cè)，且能夠反映道岔的密貼程度。道岔信息經(jīng)過信號(hào)處理及光電隔離后被STC10F08采樣，經(jīng)分析處理后，驅(qū)動(dòng)LED屏進(jìn)行顯示；現(xiàn)場(chǎng)控制器通過RS485與PC機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程通訊，結(jié)合Labview軟件，對(duì)道岔信息實(shí)現(xiàn)了復(fù)視。

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