趙建軍

鐵路專用線道口大多數(shù)屬于無(wú)人值守道口，很少設(shè)置安全警示設(shè)備，公路上的行人及車輛橫越道口時(shí)，不能提前發(fā)現(xiàn)專用線調(diào)車作業(yè)。另外，由于建筑物遮擋，調(diào)車作業(yè)列車接近道口，前方領(lǐng)車人員不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)通過道口的行人和車輛狀況，容易造成列車與行人、車輛相撞的事故。由于道口沒有警示裝置，甚至有時(shí)發(fā)生行人和車輛強(qiáng)過、硬闖道口的危險(xiǎn)狀況。因此，專用線無(wú)人值守道口在調(diào)車作業(yè)時(shí)具有一定的安全隱患，為了更好的保障鐵路專用線運(yùn)輸安全，研制一種新型專用線無(wú)人值守道口調(diào)車作業(yè)安全預(yù)警裝置。

1 設(shè)計(jì)思路

目前，報(bào)警裝置的傳感器主要有傳統(tǒng)的電磁式傳感器，車輪通過傳感器時(shí)觸發(fā)信號(hào)，應(yīng)用有線或無(wú)線通信方式進(jìn)行傳輸報(bào)警，需要布設(shè)通信線纜或者電源線纜，安裝有點(diǎn)復(fù)雜，而且維護(hù)困難，在工務(wù)維修時(shí)易遭到破壞。因此，新型報(bào)警裝置在列車接近道口范圍內(nèi)通過射頻識(shí)別技術(shù)啟動(dòng)報(bào)警信號(hào)，提醒準(zhǔn)備通過道口的車輛和行人注意觀察列車接近。由于該裝置常年置于戶外，除了考慮裝置的實(shí)用性，還需要考慮裝置的可靠性和穩(wěn)定性?；谀壳暗牡揽诎踩A(yù)警現(xiàn)狀，新型道口預(yù)警裝置應(yīng)具有使用方便、易安裝、易維護(hù)的特點(diǎn)，可對(duì)預(yù)警裝置進(jìn)行遠(yuǎn)程管理和狀態(tài)查詢。

2 硬件設(shè)計(jì)

該裝置分為前端采集、控制單元、報(bào)警模塊、太陽(yáng)能供電和數(shù)據(jù)傳輸五部分。圖1為預(yù)警裝置結(jié)構(gòu)圖。

圖1 預(yù)警裝置結(jié)構(gòu)圖

2．1 前端采集系統(tǒng)

前端采集系統(tǒng)采用遠(yuǎn)距離射頻識(shí)別技術(shù)（RFID）進(jìn)行來(lái)車檢測(cè)，主要包括手持終端和閱讀器二部分，應(yīng)用原理為閱讀器對(duì)調(diào)車人員攜帶的終端進(jìn)行識(shí)別，進(jìn)而能夠識(shí)別到通過的列車。RFID為非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，通過射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，其最重要的優(yōu)點(diǎn)是能穿透雪、霧、冰、涂料、塵垢和條形碼無(wú)法使用的惡劣環(huán)境閱讀標(biāo)簽，閱讀速度極快，多數(shù)情況下不到100ms。

RFID由電子標(biāo)簽、讀寫器和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)三部分組成。其中，電子標(biāo)簽由天線和RFID芯片組成，每個(gè)芯片都含有唯一的識(shí)別碼，用來(lái)表示電子標(biāo)簽所附著的物體。最近幾年有源標(biāo)簽RFID產(chǎn)品具有遠(yuǎn)距離自動(dòng)識(shí)別的特性，應(yīng)用范圍極廣，工作頻率有超高頻433MHz、微波2．45GHz和5．8GHz。ISO／IEC制定了5種頻段的空中接口協(xié)議，規(guī)范讀寫器與電子標(biāo)簽之間信息交互，以及不同廠家生產(chǎn)的設(shè)備之間互聯(lián)互通。圖2為射頻識(shí)別系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

圖2 射頻識(shí)別系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

一般要求列車接近專用線道口時(shí)間40s開始報(bào)警，經(jīng)過道口的最大速度為30km／h，換算為報(bào)警距離約333m，由于報(bào)警距離比較遠(yuǎn)，閱讀器采用 內(nèi)核和 無(wú)線技術(shù)設(shè)計(jì)，具有靈敏度高、抗干擾強(qiáng)和識(shí)別距離遠(yuǎn)的特點(diǎn)，外接定向天線，識(shí)別距離可達(dá)300m以上，識(shí)別距離可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行調(diào)節(jié)，閱讀器和報(bào)警裝置安裝在專用線道口，閱讀器識(shí)別終端接收到報(bào)警信號(hào)立即輸出開關(guān)量信號(hào)。

手持終端采用有源433MHz的電子標(biāo)簽開發(fā)技術(shù)，采用紐扣電池供電，低功耗，使用壽命長(zhǎng)，外置天線，接收靈敏度高。為了方便調(diào)車人員的操作，手持終端具有開關(guān)機(jī)按鍵，接收到閱讀器所發(fā)出的信號(hào)后進(jìn)行聲音提示，調(diào)車人員可以進(jìn)行按鍵報(bào)警操作。

2．2 控制單元

控制單元采用PLC進(jìn)行邏輯判斷和信號(hào)處理?？删幊踢壿嬁刂破?（PLC）是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。因此，中央控制單元采用SIEMENS的S7－200緊湊型可編程邏輯控制器CPU 222AC／DC／RLY。該P(yáng)LC有8個(gè)數(shù)字輸入和6個(gè)數(shù)字輸出，其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)計(jì)算等面向用戶的指令，并通過數(shù)字量和模擬量的輸入和輸出及有關(guān)外圍設(shè)備擴(kuò)充其功能。除了具有PLC的基本功能之外，還具有強(qiáng)大的指令集和豐富的通信功能。圖3為PLC應(yīng)用設(shè)計(jì)的接線圖，其輸入端接閱讀器的輸出信號(hào)，輸出端為可直接驅(qū)動(dòng)語(yǔ)音模塊繼電器輸出。

2．3 報(bào)警模塊

報(bào)警模塊為聲光報(bào)警單元，有過往列車通過道口時(shí)向行人和車輛發(fā)出警示。報(bào)警模塊主要應(yīng)用多功能數(shù)字語(yǔ)音模塊FS－K51，應(yīng)用工業(yè)級(jí)芯片，12～30V直流寬電壓供電，抗強(qiáng)干擾，適合在惡劣環(huán)境下工作，可以從計(jì)算機(jī)下載語(yǔ)音文件，板載25W大功率功放工作溫度－40°～＋80°。語(yǔ)音觸發(fā)方式可通過PLC輸出電平觸發(fā)，音量大小和播放方式可控。報(bào)警方式采用聲光報(bào)警，報(bào)警延時(shí)時(shí)間根據(jù)鐵路道口管理的相關(guān)文件規(guī)定進(jìn)行計(jì)算，要求大于40s。

2．4 太陽(yáng)能供電系統(tǒng)

由于鐵路專用線兩側(cè)取電不方便，供電部分采取太陽(yáng)能系統(tǒng)發(fā)電。對(duì)該裝置整體功耗進(jìn)行計(jì)算，太陽(yáng)能電池板功率達(dá)到50W即可滿足應(yīng)用，蓄電池 參數(shù)為DC 1 2V，容量為1 2Ah。立桿高度達(dá)到3m即可，基礎(chǔ)鋼筋混泥土灌裝，埋深為1m。

圖3 PLC接線圖

2．5 數(shù)據(jù)傳輸

報(bào)警裝置預(yù)留接口實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程調(diào)試及控制功能。為了方便對(duì)報(bào)警裝置遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和調(diào)試，設(shè)計(jì)Modbus RTU通信協(xié)議和PLC的RS－485接口進(jìn)行遠(yuǎn)程管理，采用支持電信3GEVDO的 MD－639E DTU模塊進(jìn)行開發(fā)，可以遠(yuǎn)程調(diào)試PLC，應(yīng)用穩(wěn)定可靠。

3 軟件設(shè)計(jì)

上位機(jī)管理軟件要求功能豐富和界面友好，選擇LABVIEW圖形化軟件進(jìn)行開發(fā)，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行狀態(tài)、閱讀器狀態(tài)和電源等監(jiān)測(cè)功能，盡可能達(dá)到管理人員足不出戶，掌握設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，便于維護(hù)和管理。主控單元程序分為閱讀器輸出采集、報(bào)警輸出控制和故障檢測(cè)3個(gè)模塊，功能包括：判斷列車接近道口信號(hào)、準(zhǔn)確控制報(bào)警模塊工作、定時(shí)控制和故障檢測(cè)。主程序采集2個(gè)射頻閱讀器的數(shù)據(jù)，通過自動(dòng)／手動(dòng)觸發(fā)模式，實(shí)現(xiàn)道口來(lái)車報(bào)警提示。圖4為系統(tǒng)工作流程圖。

4 總結(jié)

目前我國(guó)單線和復(fù)線的道口列車接近報(bào)警時(shí)間不小于40s，列車經(jīng)過道口速度按照20km／h計(jì)算，40s約行走220m。專用線調(diào)車列車的長(zhǎng)度不固定，若按照200m長(zhǎng)度計(jì)算，全車通過道口的時(shí)間約80s，報(bào)警時(shí)間設(shè)置根據(jù)不同的道口可進(jìn)

圖4 系統(tǒng)工作流程圖

行調(diào)整，本方案報(bào)警時(shí)間設(shè)置為2min。在2min之內(nèi)，如果火車駛離道口，報(bào)警自動(dòng)停止；如果沒有駛離，說(shuō)明火車將長(zhǎng)時(shí)間停留，2min后報(bào)警將停止，行人和車輛可通過鐵路。程序設(shè)置一定的時(shí)間實(shí)現(xiàn)去抖，防止因信號(hào)不穩(wěn)定而引起誤報(bào)警。該裝置經(jīng)過多次試驗(yàn)，優(yōu)化軟硬件的設(shè)計(jì)，改進(jìn)不足之處，已達(dá)到滿意的效果。

呼和浩特局專用線無(wú)人值守道口有142處，有的道口日均通過行人和車輛的流量很大，最多的達(dá)2000人次，調(diào)車次數(shù)多的達(dá)到130次，如白塔站專用線取送作業(yè)達(dá)40次。為維護(hù)鐵路運(yùn)輸安全生產(chǎn)，在鐵路無(wú)人看守道口設(shè)置自動(dòng)報(bào)警裝置，能有效避免無(wú)人看守道口交通事故的發(fā)生，保證行人和車輛的安全通行。該安全預(yù)警裝置的研制，起到強(qiáng)化調(diào)車作業(yè)安全的作用，也為我國(guó)鐵路道口行人和車輛安全通行提供了一項(xiàng)行之有效的措施。

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