徐博洋

摘 要：以朔黃鐵路為例，通過分析原有機械三防鐵鞋存在的問題，提出了一種綜合運用無線通信和信息網(wǎng)絡等先進技術的防溜鐵鞋安全監(jiān)控及自動化系統(tǒng)。文章給出了系統(tǒng)工作原理和結構，并對系統(tǒng)外觀、軟件和硬件設計進行了論述。該系統(tǒng)提高了防溜作業(yè)管理的可視化和自動化程度，實現(xiàn)了防溜作業(yè)全方位、全過程的閉環(huán)管理。

關鍵詞：防溜;子鐵鞋;全監(jiān)控;自動化管理;智能檢測

中圖分類號：U284.63 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2020）07-0038-03

0 引言

由于防溜鐵鞋油材質堅硬、造假成本低廉、便于攜帶的特點，目前，國內外鐵路運輸部門普遍利用將防溜鐵鞋放置于車輪底下的方式防止車輛移動、溜逸事故的發(fā)生[1]，而隨著鐵路停留車輛的大幅度增加，結合朔黃鐵路防溜鐵鞋防溜作業(yè)管理背景發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的人工檢查巡視方式經(jīng)常出現(xiàn)漏檢、漏撤和漏上等問題，且智能化程度低，無法實現(xiàn)對防溜作業(yè)的全程監(jiān)控和自動化管理，作業(yè)流程管理不閉環(huán)，已經(jīng)嚴重不適應鐵路安全管理的要求[2-3]。近年來，無線射頻技術的發(fā)展為防溜鐵鞋的管理提供了新的思路和方案[4-5]，利用無線射頻識別技術、遠程監(jiān)控鐵鞋狀態(tài)的方式可以實現(xiàn)車站管理人員對防溜鐵鞋工作狀態(tài)的實時監(jiān)督和管理[6-7]。為了解決鐵鞋管理及在線監(jiān)測的難題，本文基于無線通信和信息網(wǎng)絡技術的基本原理，提出了一種能對防溜作業(yè)進行全天候不間斷流程監(jiān)控和網(wǎng)絡智能化管理的系統(tǒng)方案，即一種防溜鐵鞋安全監(jiān)控與自動化系統(tǒng)。

1系統(tǒng)工作原理

電子鐵鞋通過測距傳感器實時監(jiān)測與鋼軌的密貼狀態(tài)和輪對的踏面距離，以433M和230M頻段的無線網(wǎng)絡傳輸為基礎，通過管理機軟件實現(xiàn)現(xiàn)場作業(yè)人員、管理機、鐵鞋柜和鐵鞋四者關聯(lián)互動，同時管理機軟件可實現(xiàn)作業(yè)人員交接班管理，實現(xiàn)防溜作業(yè)全方位、全過程的閉環(huán)管理。

管理人員通過系統(tǒng)軟件實現(xiàn)對現(xiàn)場人員防溜作業(yè)的全程監(jiān)控和智能化管理。管理機位于調度室，以站場平面示意圖為背景（可對較大站場區(qū)分股道和區(qū)段），顯示各電子鐵鞋在場內分布情況以及鐵鞋的當前狀態(tài);軟件具備人機交互界面，完成工號錄入、上道、下道操作、遙控開門等;接收各鐵鞋的狀態(tài)信息并對其工作狀態(tài)進行判斷，發(fā)現(xiàn)異常需告警;具備數(shù)據(jù)存儲功能，具備后期數(shù)據(jù)處理功能，生成各種報表。系統(tǒng)工作流程見圖1，總體包含取鐵鞋、上道、自動巡檢、發(fā)送狀態(tài)變化信息、下道和歸還鐵鞋六個主要步驟。

2系統(tǒng)結構

防溜鐵鞋安全監(jiān)控與自動化管理系統(tǒng)分為三級結構，第一級為站段管理機，主要對所轄站場的鐵鞋進行監(jiān)管和數(shù)據(jù)統(tǒng)計。第二級為站場管理機，只對本站場內的鐵鞋進行監(jiān)測、管理和配置。第三級為現(xiàn)場鐵鞋、鐵鞋柜及無線通訊設備，為最前端的執(zhí)行設備。結構示意圖如圖2所示。

3 系統(tǒng)設計

系統(tǒng)主要由電子鐵鞋、手持機、鐵鞋柜和管理機四部分組成，以手持機為操作終端，管理機為后臺綜合管理和顯示終端，將系統(tǒng)融合成一個有機整體，既相對獨立又可進行關聯(lián)互動。實現(xiàn)了防溜作業(yè)的流程監(jiān)控和網(wǎng)絡智能化閉環(huán)管理。以下對系統(tǒng)設計進行詳細介紹。

3.1電子鐵鞋設計

（1）電子鐵鞋外觀設計。電子鐵鞋是系統(tǒng)的關鍵部件，由機械三防鐵鞋增加電路、傳感器和通訊模塊改造而成。具備實時檢測電子鐵鞋踏面、電子鐵鞋鞋底與軌面的距離、拖鞋狀態(tài)、電池電壓等功能。外觀圖如圖3所示。

圖3 電子鐵鞋外觀圖

電子鐵鞋設計主要需要考慮的是電子鐵鞋踏面?zhèn)鞲衅骱托讉鞲衅鞯陌惭b部位以及電子裝置的安裝和功能實現(xiàn)。其中電子鐵鞋踏面?zhèn)鞲衅饔蓛蓚€直徑為14mm的電容傳感器安裝孔進行安裝，電子鐵鞋鞋底中間部位設置一個直徑為12mm的電感傳感器安裝孔;電子鐵鞋后端設計一個材質為工程塑料的蓋板，用于適應電子鐵鞋電路控制板的安裝和無線通訊功能的需要。

圖4 電子鐵鞋硬件設計圖

（2）電子鐵鞋軟、硬件設計。電子鐵鞋是整套設備的主要數(shù)據(jù)來源，其功能主要包括電量自檢測、狀態(tài)檢測判斷以及控制無線模塊的收發(fā)等，具體硬件結構示意圖如圖4所示。電子鐵鞋不僅能夠實時檢測電子鐵鞋踏面和輪對踏面的距離以及電子鐵鞋鞋底與軌面的距離，超出正常范圍則表示放置有誤或出現(xiàn)異常，手持機和管理機同時發(fā)出報警提示，出現(xiàn)該告警，提示操作員到現(xiàn)場查看鐵鞋狀態(tài)，還可以對拖鞋狀態(tài)、電池電壓進行實時檢測，對于異常情況進行告警或發(fā)出報警提示。

3.2 手持機設計

（1）手持機外觀結構設計。手持機是系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來源之一（外觀圖見圖5），同時也是現(xiàn)場作業(yè)人員與管理機和鐵鞋柜互動的工具，手持機主要完成鐵鞋的上道登記、下道登記和接收語音報警或提示三項操作功能。手持機采用帶鍵盤的對講機，設置專用頻點，在本系統(tǒng)中使用時，主要為鍵盤操作和接收告警提示語音。

圖5 手持機外觀圖

（2）手持機硬件設計。手持機為本系統(tǒng)重要的輔助工具，市場上可購買的類似設備大多不能滿足本系統(tǒng)的作業(yè)需求，需要自主設計，手持機要求性能穩(wěn)定、操作簡便、信息準確，以滿足室外環(huán)境使用，主要由無線通訊模塊、信息處理電路、輸入/輸出裝置組成。

手持機和電子鐵鞋所選用的單片機均為C8051F023，其作用是利用無線收發(fā)模塊完成電子鐵鞋上、下道信息的登記以及報警信息的接收和顯示等功能。

手持機的輸入裝置采用按鍵輸入方式（15個按鍵）;采用1.8吋液晶屏為信息顯示屏，分辨率為128×64;手持機的即語音輸出模塊實現(xiàn)將異常報警類型識別轉換成模擬聲音輸出，當電子鐵鞋出現(xiàn)異常報警之后，手持機對報警信息進行顯示。手持機硬件電路框圖如圖6所示。

（3）手持機軟件設計。軟件流程如圖7所示。完成鐵鞋的上道登記、巡檢登記、下道登記以及來自管理機的電子鐵鞋報警信息接收和顯示。

3.3鐵鞋柜設計

電子鐵鞋柜主要用于鐵鞋下道后的存儲和充電。鐵鞋柜的智能化設計，可以規(guī)范鐵鞋的使用，鐵鞋出柜、入柜都有記錄（操作員、操作時間、柜號）可查。杜絕鐵鞋保管的安全漏洞，消除由于鐵鞋管理不善帶來的安全隱患。鐵鞋柜可以分布在站場靠近鐵鞋作業(yè)的區(qū)域，方便列檢員就近取鞋，免去了拎著鐵鞋長距離走動的麻煩，減輕列檢員勞動強度。鐵鞋柜還集成了無線通信中繼器的功能，保障鐵鞋和值班室之間的遠距離可靠通信。設備由柜體、控制系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、充電系統(tǒng)、中繼系統(tǒng)組成。鐵鞋柜柜體結構示意見圖8。

圖6 手持機電路結構圖

圖7 手持機軟件流程圖

3.4 管理機設計

管理機既是綜合管理設備，也是顯示終端，主要用于完成數(shù)據(jù)信息的處理和顯示管理。一方面，管理機可以將電子鐵鞋和手持機的數(shù)據(jù)進行校對，同時進行整合以及處理，形成唯一對應的組合，當電子鐵鞋發(fā)出報警數(shù)據(jù)時，管理機對信息進行判斷，并實現(xiàn)視覺與同步聽覺報警，同時將報警信息傳遞給手持機;另一方面，可以對在線電子鐵鞋作業(yè)信息進行保存和查詢，查詢的信息包括電子鐵鞋的具體操作記錄，如上道、巡檢、下道，實現(xiàn)對在道電子鐵鞋的安全管理。同時當按照調車作業(yè)計劃設置電子鐵鞋下道時間后，管理機可以進行下道蜂鳴提醒，還可以將下道提醒信息發(fā)送到手持機，實現(xiàn)電子鐵鞋的下道提醒功能。

①左柜門;②右柜門;③氣撐桿，每個柜門用兩根;

④門磁，左右各一組，用于采集柜門開啟閉合狀態(tài);⑤柜體;⑥充電器安裝板，左右各一個，用于安裝鐵鞋電池充電器;⑦中繼，用于鐵鞋柜通訊;⑧電控鎖，左右各一個;

⑨支腿，四個，用于鐵鞋柜現(xiàn)場安裝;

⑩鐵鞋安放板，左右各一件，用于放置鐵鞋

圖8 鐵鞋柜柜體結構示意圖

4 結語

文章研究和設計的防溜鐵鞋安全監(jiān)控與自動化管理系統(tǒng)采用的三防電子鐵鞋符合部頒標準，基于無線通信遠程數(shù)據(jù)傳輸方式實現(xiàn)了電子鐵鞋與監(jiān)控系統(tǒng)的實時通信;利用數(shù)據(jù)解析、信息識別、邏輯判斷、邏輯關聯(lián)技術實現(xiàn)現(xiàn)場作業(yè)人員、專用手持操作終端、鐵鞋和管理機之間的關聯(lián)互動;對鐵鞋柜進行智能化設計以規(guī)范鐵鞋的使用;且提供室內管理機作為電子鐵鞋運用安全網(wǎng)絡管理中心，完成多種數(shù)據(jù)信息的處理、顯示和管理。系統(tǒng)解決了鐵鞋管理及在線監(jiān)測的難題，為防止車輛溜逸奠定了技術基礎，可實現(xiàn)防溜電子鐵鞋電子監(jiān)測及巡檢設備維護，有效促進行車制度的演進。

參考文獻

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