基于 GSM無線通信網(wǎng)絡(luò)的鐵路站場照明遠控方式研究

余 翔

(中鐵第一勘察設(shè)計院集團有限公司,西安 710043)

1 概況

鐵路車站是辦理客貨運輸?shù)幕?除了辦理客貨運輸各項作業(yè)外,還要辦理與列車運行有關(guān)的接發(fā)、會讓、越行,車列的解體、編組,機車的換掛、整備,車輛的檢查、修理等各項作業(yè)。車站不僅是鐵路內(nèi)部各項作業(yè)的匯合點,也是提高鐵路運輸效率和運輸安全的保證。鐵路站場照明是保證行車安全、提高勞動效率、保護視看者視力健康、創(chuàng)造舒適環(huán)境的必要條件。近些年隨著技術(shù)水平的發(fā)展,鐵路站場照明設(shè)施已經(jīng)得到了很大程度的完善,燈塔、燈橋等大型照明設(shè)備的應用已經(jīng)得到了很大程度的普及,有力地保障了鐵路的全天候安全運營。面對全世界范圍內(nèi)的能源與環(huán)境危機,如何跟上鐵路車站設(shè)備和作業(yè)過程現(xiàn)代化和自動化的步伐,提高站場照明的信息化水平,減少現(xiàn)場控制人員的操作強度,通過科技手段實現(xiàn)鐵路站場照明的節(jié)能目標,是鐵路照明設(shè)計目前的任務(wù)之一。

2 鐵路站場照明控制問題的提出

鐵路站場照明設(shè)計主要包含照明設(shè)備選擇、照明設(shè)備布置方案的確定、照明控制方式的選擇和照明配電系統(tǒng)設(shè)計等環(huán)節(jié)。目前鐵路站場照明設(shè)備主要是以燈塔、燈橋等高效的照明設(shè)備為主,實際照明效果也較好,照明設(shè)備的布置方案在《鐵路電力設(shè)計手冊》等資料中介紹也比較多,在照明設(shè)計中尚需改進的問題主要是在照明控制方式和與之配套的照明配電系統(tǒng)方面。

既有鐵路站場照明設(shè)備多采用有線控制方式,站場照明系統(tǒng)存在電力線路利用率低,維護不便、控制方式不靈活、節(jié)能效果差等問題。特別對于大型的站場而言,問題尤為突出,采用有線控制方式勢必需要使用大量的電纜,這既增加了工程建設(shè)成本也增加了建成后運營維護電纜線路的工作量,特別由于控制方式的不靈活,車站每年要花很高的代價來維持車站照明設(shè)施的使用,嚴重制約著車站節(jié)能和降低運營成本目標的實現(xiàn)。

隨著科學技術(shù)和信息化水平的普及,手機成為日常生活不可缺少的物品,GSM無線通信網(wǎng)絡(luò)遍布我們身邊的每個角落,GSM無線通信網(wǎng)絡(luò)以其網(wǎng)絡(luò)容量大、穩(wěn)定性強不易受干擾、信息靈敏、通話死角少的特點,保障著隨時隨地全天候的可靠通信。正是 GSM無線通信網(wǎng)絡(luò)的普及,使得利用 GSM無線通信網(wǎng)絡(luò)通道進行照明控制成為改進既有的鐵路站場照明控制方式的一種可行方案。

3 鐵路站場照明遠控方式研究

根據(jù)《鐵路電力設(shè)計規(guī)范》(TB10006—2006)“燈橋電源控制箱宜同時具有遠控、自控、就地手控等控制方式”的要求,既有站場照明一般都設(shè)有自控和就地手動方式,自控一般采用光、時控方式,而就地手動方式多用于檢修或在自動、遠控方式發(fā)生故障時使用。鐵路站場照明一般是在有作業(yè)需要時開啟照明,在無作業(yè)需要時關(guān)閉照明,以節(jié)約電能。但光、時控只能根據(jù)室外光線強度或設(shè)定好的時間來控制燈的開啟,如采用光控,即使無作業(yè)需要,只要到了天黑的時候,它也會將燈開啟,無法做到按需開燈;如采用時控,由于車站上有些作業(yè)并不是每天都會在特定的時間點來進行,因此同樣也無法實現(xiàn)按需開燈。因此鐵路站場照明一般還設(shè)有遠控方式,為保證能夠及時開燈,一般遠控終端都設(shè)在 24h有人值班的車站運轉(zhuǎn)室。自控和就地手動控制方式較為成熟,本文重點進行遠控方式的研究。

目前鐵路站場照明普遍采用的遠控方式根據(jù)控制線路與配電電源線路的關(guān)系,可分為獨立式與共用式。獨立式,照明設(shè)備的控制由配電電源線路和控制線路兩條線路來完成,配電電源線只負責給照明設(shè)備供電,控制線路來實現(xiàn)對照明設(shè)備的控制;共用式,照明設(shè)備的控制只需要 1條線路來完成,其配電電源線路即為控制線路。

兩種方式的優(yōu)缺點如表1所示。

表1 兩種遠控方式的優(yōu)缺點

以上兩種方式各有其優(yōu)缺點。獨立式的優(yōu)點在于電源接引方式靈活,站場配電系統(tǒng)可以采用樹干式向各照明設(shè)備供電,能夠提高配電線路的利用率;共用式的優(yōu)點在于不需敷設(shè)控制線路,但站場配電系統(tǒng)必需采用放射式向每座照明設(shè)備供電,運轉(zhuǎn)室的控制端至設(shè)備間需敷設(shè) 1條專用配電線路,以便既起到提供電源,又起到控制的作用。如能有一種方式把獨立式與共用式的優(yōu)點集于一體,使站場內(nèi)的照明設(shè)備既可以就近方便地接引到電源,又可以不單獨敷設(shè)控制線路就能實現(xiàn)在運轉(zhuǎn)室的遠控,那這種方式將不但可以方便地進行照明控制,又可以降低建設(shè)成本,將完美解決站場照明控制問題。

4 基于 GSM無線通信網(wǎng)絡(luò)的鐵路站場照明遠控方式的原理

基于GSM無線通信網(wǎng)絡(luò)的鐵路站場照明遠控方式使站場照明問題的解決成為可能。具體如圖1所示。

圖1 基于GSM無線通信網(wǎng)絡(luò)的鐵路站場照明控制示意

這種控制系統(tǒng)與普通手機通信類似,由控制端、無線通信網(wǎng)、受控端組成。

控制端:普通固定電話或手機,用于發(fā)出開燈和關(guān)燈信號。

無線通信網(wǎng):利用現(xiàn)有的 GSM無線移動通信網(wǎng)絡(luò)。GSM無線通信網(wǎng)主要組成部分可分為基站子系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)。基站子系統(tǒng)(簡稱基站 BS)由基站收發(fā)臺(BTS)和基站控制器(BSC)組成;網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)由移動交換中心(MSC)和操作維護中心(OMC)以及原地位置寄存器(HLR)、訪問位置寄存器(VLR)、鑒權(quán)中心(AUC)和設(shè)備標志寄存器(EIR)等組成。基站子系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)均由移動運營商負責其日常維護,并向手機客戶端提供服務(wù)。

受控端:一個由手機模塊和單片機組成的一個信號接受、控制裝置。通過撥打電話時的來電顯示和振鈴聲的觸發(fā)下,來實現(xiàn)對燈具的開、關(guān)的控制。

受控端原理:WECOMSMS加上單片機組成的一個控制系統(tǒng)。WECOMSMS主要是用來建立無線信道,并接收和發(fā)出短消息。單片機系統(tǒng)用來控制手機模塊,并且對收到的短消息信息進行解釋并執(zhí)行。單片機控制板采用雙 CPU模式,使系統(tǒng)能同時處理多項任務(wù),采用獨立時鐘的看門狗電路,防止軟件死機。由 MT8870S負責雙音頻解碼,完成 DTMF通話遙控,MAX232完成和計算機的 RS232通訊,CD4094完成輸出串行轉(zhuǎn)并行的八路隔離驅(qū)動繼電器。具體原理詳見圖2。

圖2 受控端原理

調(diào)整受控端進入待機狀態(tài)后,用手機向受控端SIM卡號碼發(fā)一條內(nèi)容為“打開第一路”的短消息,受控端收到短信后,J1發(fā)光管會亮,同時 J1繼電器吸合。再發(fā)一條內(nèi)容為“關(guān)閉第一路”的短消息,受控端收到后,J1發(fā)光管滅,同時 J1繼電器釋放,這就是短信遙控功能。我們還可以發(fā)一條短信同時遙控多路繼電器實現(xiàn)對多個照明回路的控制。

如果在發(fā)出短信遙控指令后加上一個“?”就能遙控繼電器的同時,讓受控端自動回復一條控制結(jié)果狀態(tài)短信,例如發(fā)出“打開第五路?”的控制短信息,系統(tǒng)就能自動打開第五路,并且自動回復一條“打開第五路”表示第五路確實已經(jīng)打開了。也可以單獨發(fā)送短信“狀態(tài)查詢”獲得繼電器的最新開關(guān)狀態(tài)。

DTMF遙控:用電話撥打受控端,聽到 4～5聲回鈴音以后,受控端能自動接通。接通后,在電話鍵盤上按“1*”第一路繼電器應吸合,按“2*”第二路繼電器吸合,……按“8*”第8路繼電器吸合。按“1號”第一路繼電器釋放,……按“8號”第八路繼電器釋放。

5 基于 GSM無線通信網(wǎng)絡(luò)的鐵路站場照明遠控方式的實施方案

采用基于 GSM無線通信網(wǎng)絡(luò)的鐵路站場照明遠控方式的照明控制可采用圖3方案,如對單照明回路控制原理進行擴展,可以實現(xiàn)對多個回路的控制。

圖3 單照明回路控制原理

6 實施效果

采用基于 GSM無線通信網(wǎng)絡(luò)的鐵路站場照明控制方式(即無線式)的站場照明系統(tǒng),既具有獨立式電源接引方便、電源線路短的特點,又具有共用式不需敷設(shè)控制線路的特點,它擁有獨立式與共用式兩者的優(yōu)點,并很好地消除了獨立式與共用式的缺點。

采用這種遠控方式的站場照明系統(tǒng)在改建鐵路京包線大同至包頭段電氣化改造工程中已得到應用,并通過驗收,投入運營。大包線集包段設(shè)站 30處,全線設(shè)有燈塔 70座,燈橋 23座,獨立式、共用式、無線式 3種照明控制方式的建設(shè)投資(不含照明設(shè)備)及運營成本比較如表2所示。

表2 3種照明控制方式建設(shè)投資及運營成本比較

從建設(shè)投資和運營成本的綜合效益來說,采用基于 GSM無線通信網(wǎng)絡(luò)的鐵路站場照明控制方式均遠遠優(yōu)于獨立式和共用式的遠控方式。

基于 GSM無線通信網(wǎng)絡(luò)的鐵路站場照明遠控方式使站場照明實現(xiàn)了信息化控制,由于它不像其他遠控方式有固定的控制端,因此這種控制方式可以實現(xiàn)隨時隨地、全天候控制,不管在什么地方只要有固定電話、手機就可以實現(xiàn)對站場照明設(shè)施的實時控制,極大地方便了現(xiàn)場控制人員,減輕了工作強度;這種控制方式也不存在普通有線方式存在的線路檢修、維護問題;對于設(shè)計者來說,也不存在控制距離太長,接觸器線圈兩端電壓過低無法操作的問題。

7 結(jié)語

采用基于GSM無線通信網(wǎng)絡(luò)的鐵路站場照明遠控方式對長大鐵路線和大規(guī)模鐵路站場照明控制系統(tǒng)來說,具有顯著的優(yōu)點,提高了鐵路照明控制系統(tǒng)的信息化水平,減輕了現(xiàn)場控制人員的工作強度,減少了線路檢修、維護難的問題,節(jié)約了能源,為鐵路運營帶來了良好的綜合效益。

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