丁子全

(中鐵第一勘察設計院集團有限公司環(huán)境與設備設計處，西安 710043)

1 車輛段作業(yè)安全管理現(xiàn)狀分析

目前，絕大多數(shù)接觸網(wǎng)、受電弓受電方式的地鐵車輛段依靠不斷完善規(guī)程規(guī)章制度，規(guī)范作業(yè)人員操作來確保安全。接觸網(wǎng)無電區(qū)作業(yè)時的安全監(jiān)控保護方式主要采用機械鎖及電腦鑰匙，人工監(jiān)控手動隔離開關[3-4]。車輛出入庫依靠車場信號引導，與車庫臺位狀態(tài)、設備狀態(tài)及作業(yè)條件無關聯(lián)鎖關系。主要由調度作業(yè)人員相互現(xiàn)場確認。

1.1 作業(yè)控制管理存在薄弱環(huán)節(jié)

(1)作業(yè)流程控制主要由人工操作、人工確認完成，作業(yè)方式較為繁瑣。

(2)作業(yè)流程及過程控制管理方面缺乏可追溯性，不利于強化管理，規(guī)范操作。

(3)安全作業(yè)主要依靠人，不依賴設備，設備控制系統(tǒng)集成不夠，缺乏必要的自動導向設備。

1.2 作業(yè)過程安全隱患

(1)作業(yè)人員觸電

①未分閘斷電時作業(yè)者誤上車頂作業(yè)；

②作業(yè)者誤上相鄰有電線路的車頂；

③未掛接地線作業(yè)者誤上車頂作業(yè)；

④車頂作業(yè)時誤撤接地線；

⑤車頂作業(yè)時誤合閘送電。

(2)接觸網(wǎng)短路

①錯掛接地線；

②未撤接地線時誤合閘送電；

③在車輛升弓的情況下操作隔離開關；

④在作業(yè)區(qū)外的列車闖入無電作業(yè)區(qū)，觸電和接觸網(wǎng)短路。

(3)列車出入庫時，車輛誤闖無電區(qū)及移動設備或人員侵限。

2 系統(tǒng)功能需求分析

針對目前車輛段作業(yè)控制管理方面存在薄弱環(huán)節(jié)及安全隱患，按照系統(tǒng)集成、管理升級及“故障導向安全”的原則，本系統(tǒng)功能需求如下。

(1)周月檢庫及停車列檢庫內外信號采用雙向自動防護信號機，由本系統(tǒng)聯(lián)鎖邏輯條件控制，替代獨立的軌道電路信號系統(tǒng)，自動開放關閉檢查庫線路信號，實現(xiàn)列車出入庫作業(yè)自動化引導。

(2)安全作業(yè)條件自動采集，替代人工逐一確認，聯(lián)鎖邏輯關系由計算機控制，避免誤操作，安全保護系統(tǒng)不執(zhí)行非法人員的指令及非安全作業(yè)條件下的誤操作，保證監(jiān)控的連續(xù)性和有效性。

(3)采用電動隔離開關及自動安全接地機構，實現(xiàn)遠程聯(lián)鎖監(jiān)控，替代人工掛、撤接地線等操作，并具備接地自動監(jiān)測功能，應急手動方式(管理者授權)，為車頂作業(yè)者提供動態(tài)的、可靠的安全保護。操作者不直接操控高壓電器，無須穿戴絕緣靴、絕緣手套和使用絕緣器具，避免了操作危險。

(4)實行IC卡口令身份管理。對管理層、作業(yè)層分配不同的訪問及操作權限，各司其職，使操作和管理更加嚴謹、方便。

(5)車頂作業(yè)采用安全通道，禁止非法通行，利用門禁系統(tǒng)與視頻監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)了車頂作業(yè)者的跟蹤監(jiān)護[5]。

(6)采用作業(yè)流程與過程控制相結合，人機互動、人機合一的工作方式強化管理，規(guī)范操作，并對歷史操作、視頻等信息提供了追溯、查詢功能。

(7)安全型的設計保證系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，自檢功能在系統(tǒng)發(fā)生故障時自動鎖閉，同時顯示故障原因。

3 系統(tǒng)組成及主要功能

3.1 系統(tǒng)組成

該系統(tǒng)主要由作業(yè)安全聯(lián)鎖電氣控制單元、門禁監(jiān)控子系統(tǒng)、視頻監(jiān)視子系統(tǒng)、檢測單元及主控系統(tǒng)(上位機和調度臺)組成，如圖1所示。采用可靠的監(jiān)測手段、計算機邏輯處理、電氣聯(lián)鎖控制等方法，對系統(tǒng)各設備如隔離開關、接地裝置、庫內外信號、 庫外檢測引導裝置、安全門、作業(yè)平臺等設備進行系統(tǒng)集成整合，滿足現(xiàn)場繁瑣的作業(yè)流程要求，實現(xiàn)安全作業(yè)自動引導與自動控制，提高了工作效率及管理水平，達到人機聯(lián)控確保安全的目的[7]。

圖1 安全系統(tǒng)組成示意

3.2 主要功能

3.2.1 門禁監(jiān)控子系統(tǒng)

用于安全作業(yè)平臺的安全門開放控制、車頂人數(shù)檢測和自動接地裝置的掛撤連鎖控制，具有很高的實時性、可靠性、安全性[6]。 它由身份識別管理工作站(調度室上位計算機兼)、數(shù)據(jù)通信設備、門禁控制器、門內讀卡器、門外讀卡器、電磁鎖、安全門等組成，所有股道的門禁控制通過網(wǎng)絡與上位管理機相連。

3.2.2 視頻監(jiān)視子系統(tǒng)

視頻監(jiān)控子系統(tǒng)對檢修庫內每股道車頂作業(yè)的狀況、隔離開關的開閉狀態(tài)、自動接地裝置的掛接狀態(tài)以及車輛進出庫的過程進行監(jiān)控。

各股道的每個作業(yè)臺位設置3架固定球型攝像機和2臺帶云臺的槍式攝像機，用于記錄檢修人員登車頂作業(yè)的全過程；在庫門口設置1架固定球型攝像機記錄車輛進出庫的過程；在調度室內安裝視頻存儲服務器存儲各路圖像信息；在室內墻上安裝LED液晶大顯示屏，實時顯示整個周月檢庫或停車列檢庫各股道地鐵車輛車頂狀態(tài)以及隔離開關的分合狀態(tài)。所有圖像信息實現(xiàn)全天候錄像，圖像信息保持30 d循環(huán)。同時可采用TCP/IP協(xié)議通過局域網(wǎng)絡把視頻監(jiān)控信息與上級有關管理部門共享，實現(xiàn)車間、段、公司三級監(jiān)控和管理。

3.2.3 作業(yè)安全聯(lián)鎖作電氣控制單元

將車輛入庫檢測單元、臺位檢測單元、隔離開關、自動接地裝置的狀態(tài)信息與門禁監(jiān)控系統(tǒng)采集的人員進入作業(yè)平臺的信息進行邏輯聯(lián)鎖運算，按照現(xiàn)場作業(yè)操作流程，實現(xiàn)對隔離開關合分及信號機開閉的閉環(huán)控制[8]。主要的聯(lián)鎖邏輯控制關系如下。

(1)隔離開關需閉合時的聯(lián)鎖關系，如圖2所示。

圖2 隔離開關需閉合時的聯(lián)鎖關系

(2)隔離開關閉合后與作業(yè)指示燈、門禁系統(tǒng)、LED顯示屏、入庫信號機的聯(lián)鎖關系，如圖3所示。

圖3 隔離開關閉合后的聯(lián)鎖關系

(3)隔離開關需斷開時，與車輛、信號燈、接地裝置的聯(lián)鎖關系，如圖4所示。

圖4 隔離開關需斷開的聯(lián)鎖關系

(4)隔離開關斷開后與LED顯示屏、門禁系統(tǒng)、作業(yè)指示燈的聯(lián)鎖關系，如圖5所示。

圖5 隔離開關斷開后的聯(lián)鎖關系

(5)臺位占用傳感器與臺位信號燈的聯(lián)鎖關系，如圖6所示。

圖6 臺位占用傳感器的聯(lián)鎖關系[9]

圖7 自動接地裝置需掛接時的聯(lián)鎖關系

(7)接地裝置需撤離時與門禁系統(tǒng)的聯(lián)鎖關系，如圖8所示。

圖8 接地裝置需撤離的聯(lián)鎖關系

圖9 移車信號燈開放的聯(lián)鎖關系

(9)移車信號燈自動關閉與本檢修臺的臺位傳感器和目標臺位傳感器的聯(lián)鎖關系，如圖10所示。

圖10 移車信號燈自動關閉的聯(lián)鎖關系

(10)入庫信號燈開放與檢修臺位的隔離開關、庫門、值班員操作的聯(lián)鎖關系，如圖11所示。

圖11 入庫信號燈開放的聯(lián)鎖關系

(11)出庫信號燈開放與檢修臺的隔離開關、庫門、值班員操作、場聯(lián)的聯(lián)鎖關系，如圖12所示。

圖12 出庫信號燈開放的聯(lián)鎖關系

(12)門禁解鎖的聯(lián)鎖關系，如圖13所示。

圖13 門禁解鎖的聯(lián)鎖關系

(13)門禁鎖閉的聯(lián)鎖關系，如圖14所示。

圖14 門禁鎖閉的聯(lián)鎖關系

通過計算機邏輯處理、電氣聯(lián)鎖控制等方法，滿足現(xiàn)場繁瑣的作業(yè)流程要求，實現(xiàn)安全作業(yè)自動引導與自動控制。

3.2.4 主控系統(tǒng)

主控系統(tǒng)包括作業(yè)過程及參數(shù)進行監(jiān)控、分析、統(tǒng)計、記錄和指令控制，實現(xiàn)與各單元裝置與子系統(tǒng)的連接控制，采用網(wǎng)絡技術，實現(xiàn)調度室上位機工控機與門禁子系統(tǒng)通信，實現(xiàn)視頻存儲服務器與現(xiàn)場網(wǎng)絡視頻攝像機通信。從調度室到檢修庫臺位主干采用光纖以太網(wǎng)絡，在調度室設置核心交換機，在每股道設置一臺匯聚層交換機。調度室上位工控機與現(xiàn)場操作臺、繼電器箱之間的數(shù)據(jù)通信采用現(xiàn)場總線CAN，滿足長距離、低速率、高可靠性的通信要求。利用檢測手段、計算機邏輯處理、電器連接控制方法等，防止人為因素造成事故，實現(xiàn)人機聯(lián)控確保安全的目的[10]。

4 主要作業(yè)流程

4.1 隔離開關合閘操作過程

(1)現(xiàn)場檢修人員在本股道的操作臺提出隔離開關合閘申請，門禁系統(tǒng)顯示作業(yè)平臺人員已出清、門禁作業(yè)門處于鎖閉狀態(tài)，調度員通過該股道的視頻監(jiān)視再次進行確認無誤后，發(fā)出撤除地線命令[11]。

(2)自動接地裝置開始移動，到位后計算機屏幕發(fā)出提示。調度員通過該股道的視頻監(jiān)視再次進行確認無誤后，發(fā)出隔離開關合閘命令。報警單元自動發(fā)出聲光報警20s后，電動機構開始驅動隔離開關閉合，到位后計算機控制LED顯示屏顯示“有電”。

4.2 隔離開關分閘作業(yè)過程

(1)現(xiàn)場檢修人員在本股道的操作臺提出隔離開關分閘申請，調度員通過該股道的視頻監(jiān)視確認車輛已降弓后，發(fā)出隔離開關分閘命令。

(2)報警單元自動發(fā)出聲光報警后，電動機構開始驅動隔離開關分斷，到位后計算機屏幕發(fā)出提示。調度員通過該股道的視頻監(jiān)視再次進行確認無誤后，發(fā)出掛接地線命令。報警單元自動發(fā)出聲光報警后，自動接地裝置開始移動，到位后計算機控制LED顯示屏顯示“無電”。

(3)門禁作業(yè)門解鎖，作業(yè)人員可以申請進入作業(yè)平臺作業(yè)。

4.3 車輛出入庫作業(yè)流程

車輛出入庫作業(yè)主要包含初始位、進庫位、檢修位、試驗位、出庫位等幾種形式。如檢修位作業(yè)流程為：檢修臺位有車，隔離開關分閘，接地線，按檢修位指令，庫外信號燈紅燈亮、庫內信號燈紅燈亮、作業(yè)指示燈顯示綠燈，LED顯示屏顯示“無電”，門禁作業(yè)門解鎖，作業(yè)人員身份識別刷卡進入檢修平臺作業(yè)[12]。

5 主要設備配置

5.1 隔離開關電動驅動機構

每個隔離開關設置1臺電動機構，當各項聯(lián)鎖條件滿足時才能驅動電動機構完成分合閘操作[13-14]。

5.2 接地裝置

每個股道設置2臺安全接地裝置，完成地線的自動掛接與撤除。

5.3 庫內外信號

庫內外信號采用雙向自動防護信號機，采用聯(lián)鎖邏輯條件控制，自動開放關閉線路信號和作業(yè)信號，考慮有車輛段信號系統(tǒng)接口設計，在車輛段信號樓內提供庫內外節(jié)點復示信號，實現(xiàn)列車出入庫作業(yè)區(qū)自動化引導。

5.4 驗電裝置

每個隔離開關設置1臺驗電裝置，完成接觸網(wǎng)電壓實時檢測。

5.5 臺位檢測裝置

每個臺位設置相應的臺位檢測傳感器，完成臺位占用與空閑的檢測。

5.6 門禁控制裝置

每個股道設置門禁控制裝置，完成進出第三層作業(yè)平臺檢修人員的卡控。

5.7 分布式控制終端

每個股道設置1臺分布式控制終端，完成現(xiàn)場設備的采集與驅動。終端采用軟硬件冗余、動態(tài)信息接口等技術，符合故障導向安全設計。

5.8 攝像機

每個股道設置一定數(shù)量的攝像機，完成門禁通道、車頂、隔離開關、安全接地裝置等設備或重要位置的監(jiān)控。

5.9 集中控制室設備

控制室設備主要由UPS電源、電氣柜、顯示大屏、調度控制臺等組成。

6 結語

本系統(tǒng)采用計算機控制技術、圖像監(jiān)控技術、身份自動識別技術和信息化管理技術，依靠檢測手段、計算機邏輯處理、電氣聯(lián)鎖控制等方法，滿足現(xiàn)場作業(yè)流程要求，防止人為因素造成事故，實現(xiàn)安全作業(yè)自動引導與自動控制，達到人機聯(lián)控確保安全的目的，提高了工作效率及管理水平，并能為地鐵車輛段作業(yè)安全保護系統(tǒng)工藝設計[15]、建設提供指導與借鑒作用。

[1] 丁子全.地鐵車輛段作業(yè)安全保護系統(tǒng)研究報告[R].西安：中鐵第一勘察設計院集團有限公司，2011.

[2] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部.GB 5017—2013 地鐵設計規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2014.

[3] 黃少熔，王益.車輛段安全防護系統(tǒng)的應用研究[J].城市軌道交通研究，2013，16(10)：110-112.

[4] 鄭濤.淺談地鐵安防系統(tǒng)設計[J].中國新技術新產品，2008(17)：80-82.

[5] 侯小祥.安全聯(lián)鎖系統(tǒng)在沙特麥加地鐵車段中的應用級設計接口[J].西鐵科技，2010(1):45-47.

[6] 贠虎.地鐵車輛段上蓋物業(yè)開發(fā)相關問題及應對措施[J].鐵道標準設計，2015，59(7)：165-168.

[7] 張龍，姜連青.安全聯(lián)鎖控制系統(tǒng)在青島動車所的應用[J].鐵道標準設計，2008(11)：102-103.

[8] 劉民元.地鐵車輛段計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)與洗車機的接口[J].城市軌道交通研究，2013，16(9)：129-131.

[9] 石磊，喻貴忠，王民.基于力控監(jiān)控組態(tài)軟件的動車段安全聯(lián)鎖系統(tǒng)[J].電子技術應用，2011(6):18-19.

[10] 趙建華，石幸地.電力機務段接觸網(wǎng)隔離開關安全聯(lián)鎖裝置的研究[J].鐵道勞動安全衛(wèi)生與環(huán)保，2006(6)：282-284.

[11] 張建昭.寧波地鐵車輛段檢修作業(yè)安全聯(lián)鎖管理系統(tǒng)[J].電氣化鐵道，2015(2)：40-42.

[12] 閏玉玲，羅法水.北京動車段綜合技術[J].鐵道知識，2012(5):16-19.

[13] 何仲文.電力機車整備作業(yè)場電網(wǎng)自動接地裝置的設計與應用[J].科技視界，2015(1):125.

[14] 李鋒，路春蓮.地鐵車輛段檢修庫接觸網(wǎng)隔離開關的選型[J].城市軌道交通研究，2015，18(3)：125-127.

[15] 馬曉彤.天津地鐵1號線車輛段停車場工藝設計[J].鐵道標準設計，2009(7)：114-117.