張 利 上海鐵路局上海鐵路機(jī)務(wù)綜合開發(fā)有限公司

調(diào)車防擠岔自動(dòng)停車控制裝置研究

張 利 上海鐵路局上海鐵路機(jī)務(wù)綜合開發(fā)有限公司

通過對(duì)調(diào)車現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)的擠道岔問題進(jìn)行分析，提出防擠道岔自動(dòng)停車控制裝置原理，并提出解決調(diào)車防擠岔方案。

背景；目標(biāo)；內(nèi)容；接口

鐵路行車安全控制是鐵路人的一項(xiàng)永恒追求目標(biāo)。上海鐵路局各機(jī)務(wù)段調(diào)車站場(chǎng)有道岔上千個(gè)，“擠、脫、撞”問題還偶有發(fā)生，據(jù)統(tǒng)計(jì)因擠岔引發(fā)的事故仍占較高比例，解決擠岔問題是鐵路人多年來研究的重點(diǎn)領(lǐng)域。

1 立項(xiàng)背景

行車安全一般涉及列車、調(diào)車兩大類運(yùn)行方式。列車運(yùn)行由于使用了列車運(yùn)行監(jiān)控記錄裝置（LKJ）、CTCS-2、3等列控系統(tǒng)技術(shù)進(jìn)行控制，其安全控制問題基本得到解決。但機(jī)車在檢修庫的調(diào)車和在車站的調(diào)車作業(yè)中發(fā)生的"擠、脫、撞"問題還偶有發(fā)生，始終沒有在硬件上得到較好的控制，由此引發(fā)出對(duì)本技術(shù)方案的研究。

2 研究目標(biāo)

應(yīng)用2.4 G射頻技術(shù)，實(shí)現(xiàn)車下（信號(hào)機(jī)的燈信號(hào)）、車上（機(jī)車控制）信息交流和閉環(huán)控制（運(yùn)行與制動(dòng)）。

3 主要研究?jī)?nèi)容

3.1 地面設(shè)備、原理、接口

3.1.1 地面設(shè)備構(gòu)成

由太陽能電源、光感應(yīng)器、地面控制器、地面標(biāo)簽卡（2.4 G射頻技術(shù)）等組成（如圖1所示）。

3.1.2 工作原理

光傳感器感應(yīng)調(diào)車信號(hào)機(jī)的燈光顯示（或手動(dòng)道岔的定、反位）狀態(tài)，并傳輸給地面控制器。地面控制器根據(jù)調(diào)車信號(hào)機(jī)的燈光顯示（手動(dòng)道岔的定、反位）狀態(tài)改寫地面標(biāo)簽卡的標(biāo)簽編碼。規(guī)定調(diào)車信號(hào)機(jī)顯示藍(lán)燈時(shí)，地面標(biāo)簽卡發(fā)出尾號(hào)為“01”停車的編碼；調(diào)車信號(hào)機(jī)顯示白燈時(shí)，地面標(biāo)簽卡發(fā)出尾號(hào)為“00”通過的編碼。

圖1 地面設(shè)備構(gòu)成

3.1.3 接口

（1）信號(hào)設(shè)備為信號(hào)機(jī)的接口方式

信號(hào)設(shè)備為信號(hào)機(jī)時(shí)采用光傳感器采集藍(lán)、白燈信號(hào)，在接口方式上與電務(wù)的電信號(hào)完全隔離，電源采用太陽能供電，以解決本裝置與電務(wù)接口困難問題。

隨著時(shí)間的推移和本設(shè)備的大批量推廣應(yīng)用，將來地面設(shè)備可采取光電隔離的方式接入信號(hào)機(jī)（電務(wù)設(shè)備）的點(diǎn)燈電源；有源標(biāo)簽卡耗電量不大（12 V，100 mA），也可接引用電務(wù)的信號(hào)機(jī)電源。這樣把地面設(shè)備歸屬為電務(wù)維護(hù)的設(shè)備更為合理。信號(hào)機(jī)接口示意圖如圖2所示。

圖2 地面信號(hào)示意圖

（2）信號(hào)設(shè)備為手動(dòng)道岔的接口方式

信號(hào)設(shè)備為手動(dòng)道岔時(shí)采用霍爾傳感器采集手動(dòng)道岔的定、反位狀態(tài)，電源可使用太陽能電源，示意圖如圖3所示。

3.1.4 電源地面設(shè)備的供電采用太陽能電源，解決設(shè)備供電問題。太陽能電源采用了智能充放電管理技術(shù)，使電源可在連續(xù)陰天的情況下，長期保持地面設(shè)備的可靠供電。

圖3 手動(dòng)道岔接口示意圖

在設(shè)備大批量應(yīng)用后，可協(xié)調(diào)接入電務(wù)供電，免去電源設(shè)備的投資和維護(hù)。太陽能電源及控制箱如圖4所示。

圖4 太陽能電源及控制箱

3.2 車載設(shè)備

車載設(shè)備的技術(shù)方案有兩套可供選擇，一是利用機(jī)車監(jiān)控（LKJ）進(jìn)行停車控制；二是增加一套放風(fēng)閥進(jìn)行停車控制，敘述如下：

3.2.1 方案一

機(jī)車制動(dòng)利用機(jī)車監(jiān)控裝置完成，優(yōu)點(diǎn)是無需機(jī)車再增加設(shè)備。缺點(diǎn)是需要與電務(wù)協(xié)調(diào)。

（1）設(shè)備構(gòu)成

由閱讀器、車載主機(jī)、顯示屏、3G通訊模塊、GPS模塊、電源、LKJ控制器等組成。設(shè)備及接口關(guān)系如圖5所示。

圖5 車載設(shè)備與LKJ接口關(guān)系

（2）工作原理

①車載設(shè)備工作原理

當(dāng)機(jī)車車輛越過地面標(biāo)簽卡時(shí)，車上閱讀器接受地面標(biāo)簽卡發(fā)出的編碼，并輸送給LKJ，LKJ向其執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出停車指令，使用機(jī)車車輛放風(fēng)停車。

車載主機(jī)接到標(biāo)簽卡和GPS信息后，進(jìn)行記錄、處理，一是在顯示屏上進(jìn)行顯示；二是將放風(fēng)時(shí)的調(diào)車信號(hào)機(jī)編號(hào)、通過時(shí)間、信號(hào)機(jī)狀態(tài)和放風(fēng)時(shí)間等信息，通過3G無線模塊將相關(guān)信息實(shí)時(shí)發(fā)送給遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫，以便管理人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)，進(jìn)行事后管理。

②監(jiān)控設(shè)備（LKJ）工作原理

監(jiān)控裝置在“調(diào)車”狀態(tài)下，其“接口”接收到一個(gè)點(diǎn)式脈沖信息時(shí)，若機(jī)車運(yùn)行速度大于規(guī)定速度（15 km/h），語音報(bào)警“注意超速”，提示司機(jī)列車減速，要求司機(jī)控制速度，連續(xù)報(bào)警7 s后速度與規(guī)定速度（15 km/h）相比≥3 km/h時(shí)實(shí)施緊急制動(dòng)、≥2 km/h時(shí)實(shí)施常用制動(dòng)、≥1 km/h時(shí)實(shí)施卸載（按【解鎖】鍵可切除此功能），此時(shí)司機(jī)應(yīng)采取制動(dòng)調(diào)整列車速度。機(jī)車運(yùn)行規(guī)定距離（50 m）后，限速降到10 km/h。

當(dāng)接收到兩個(gè)相距2 m－4 m的點(diǎn)式脈沖信息，若速度大于3 km/h則立即實(shí)施緊急制動(dòng)。工作原理如圖6所示。

圖6 監(jiān)控設(shè)備（LKJ）工作原理

根據(jù)機(jī)車監(jiān)控裝置（LKJ）在調(diào)車模式下的工作原理，我們制定出機(jī)車防擠岔的制動(dòng)模式如下：

常用制動(dòng)模式（C1模式）：適用于機(jī)車運(yùn)行在線路區(qū)間需要減速的區(qū)段，如調(diào)車機(jī)在調(diào)車時(shí)超速（大于15 km/h），車載主機(jī)可向機(jī)車監(jiān)控裝置（LKJ）接口輸出1個(gè)脈沖信號(hào)，語音提示司機(jī)7s后速度仍未減到15 km/h以下，則令其自動(dòng)停車。

緊急制動(dòng)模式（C2模式）:適用于機(jī)車運(yùn)行在線路盡頭的調(diào)車信號(hào)機(jī)前10 m-15 m范圍內(nèi)，機(jī)車接進(jìn)處于關(guān)閉的調(diào)車信號(hào)機(jī)狀態(tài)時(shí)，車載主機(jī)向機(jī)車監(jiān)控裝置（LKJ）接口輸出2個(gè)連續(xù)脈沖信號(hào)，令其緊急停車，防止機(jī)車沖擠道岔。

④GPS測(cè)速與定位原理

車載GPS模塊可及時(shí)檢測(cè)機(jī)車運(yùn)行速度，調(diào)車機(jī)車運(yùn)行速度超過15 km時(shí)，10 s內(nèi)語音報(bào)警，持續(xù)10 s，20 s連續(xù)超速控制常用制動(dòng)閥防風(fēng)減速。

利用GPS的定位功能可大致定位機(jī)車所在位置。

3.2.2 方案二

機(jī)車制動(dòng)利用加裝的放風(fēng)閥組（緊急制動(dòng)閥+常用制動(dòng)

閥）完成，優(yōu)點(diǎn)是無需與電務(wù)協(xié)調(diào)，便于機(jī)務(wù)使用、管理和維護(hù)。缺點(diǎn)是要單獨(dú)增加放風(fēng)閥設(shè)備。

（1）設(shè)備構(gòu)成

由閱讀器、車載主機(jī)、顯示屏、3G通訊模塊、GPS模塊、電源、放風(fēng)閥等組成。設(shè)備構(gòu)成如圖7所示。

圖7 設(shè)備構(gòu)成圖

（2）工作原理

①車載設(shè)備工作原理

當(dāng)機(jī)車車輛越過地面標(biāo)簽卡時(shí)，車上閱讀器接受地面標(biāo)簽卡發(fā)出的編碼，并輸送給車載主機(jī)，車載主機(jī)向放風(fēng)閥發(fā)出停車指令，使機(jī)車放風(fēng)停車。

車載主機(jī)接到信息后，進(jìn)行記錄、處理，一是在顯示屏上進(jìn)行顯示；二是將放風(fēng)時(shí)的調(diào)車信號(hào)機(jī)編號(hào)、通過時(shí)間、信號(hào)機(jī)狀態(tài)和機(jī)車放風(fēng)時(shí)間等信息，通過3G無線模塊將相關(guān)信息實(shí)時(shí)發(fā)送給遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫，以便管理人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)，進(jìn)行事后管理。

②放風(fēng)閥工作原理

放風(fēng)閥組由緊急放風(fēng)閥和常用制動(dòng)放風(fēng)閥組成，在需要緊急停車時(shí)，啟動(dòng)緊急放風(fēng)閥，使機(jī)車在3m以內(nèi)停車（機(jī)車單機(jī)）；在需要常用制動(dòng)時(shí)啟動(dòng)常用制動(dòng)放風(fēng)閥，使機(jī)車（列車）平緩減速停車。

③GPS測(cè)速與定位原理

車載GPS模塊可及時(shí)檢測(cè)機(jī)車運(yùn)行速度，調(diào)車機(jī)車運(yùn)行速度超過15 km/h時(shí)，10 s內(nèi)語音報(bào)警，持續(xù)10 s，20 s連續(xù)超速控制常用制動(dòng)閥防風(fēng)減速。

4 結(jié)束語

通過對(duì)擠岔問題的思考，提出利用調(diào)車防擠岔自動(dòng)控制裝置解決擠岔問題的方案。

[1]（美國）菲特.射頻和無線技術(shù)[ISBN].北京：電子工業(yè)出版社，2009.

[2]張順海.監(jiān)控系統(tǒng)研究[M].江蘇：南京大學(xué)出版社，1999.

責(zé)任編輯：宋飛 余鐵

來稿時(shí)間：2015-01-27