移動脫軌器監控系統的研制

趙萬民 上海鐵路局南京東車輛段

為保障列檢作業人員的人身安全，列檢作業場的作業線路現已設置電動脫軌器作為防護措施，但隨著鐵路貨物運輸大編組、重載的變化，長大貨物列車有效長度不斷增加，致使電動脫軌器無法使用，列檢作業時只能使用移動紅牌脫軌器進行作業安全防護。對移動脫軌器的使用，一般由現場作業人員進行插撤，并通過值班室進行聯系確認，由值班員進行移動紅牌脫軌器的使用登記和銷號，實現對移動脫軌器使用的監控。這種方法存在很大的隨意性，不能保證移動紅牌脫軌器使用的安全性，為列檢作業留下安全隱患，這一問題一直困擾著車輛運用部門。通過運用無線通信、計算機技術和智能識別技術實現列檢移動脫軌器管理裝置的人機互控，可確保列檢檢車作業防護安全。

1 系統構成

移動脫軌器監控系統由上位機、無線數傳和移動脫軌器存放采集終端三部分構成。

1.1 上位機

上位機包括主機、顯示器、無線數據接收和上位機軟件四個部分。上位機接收信號中繼器轉發過來的現場移動脫軌器存放信息，將其顯示在液晶顯屏上并語音提示，使值班人員通過該顯示器掌握全場移動脫軌器使用的狀況。超時告警，提示值班員安排撤除移動脫軌器。

1.2 無線數傳

無線數傳包括無線數傳模塊、天線。接收移動脫軌器存放采集終端的信息并發送給值班室的上位機。

1.3 移動脫軌器存放采集終端

移動脫軌器存放采集終端包括脫軌器存放采集器、微功耗控制器、無線數傳機和太陽能電源。采集移動脫軌器離架、回架信息。

2 工作原理

現場移動脫軌器的存放架底部分別安裝脫軌器存放采集器，每兩股道一端共用一個微功耗控制器、無線數傳機和太陽能電源，當脫軌器的存放信息發生變化時，移動脫軌器存放采集終端（見圖1）自動發送一次狀態信息，經上位機接收處理后直觀顯示在上位機界面上，此時值班員可根據移動脫軌器離開存放架的信息在上位機上編制移動脫軌器使用計劃，當移動脫軌器回位后值班員與現場檢車員進行呼喚確認。當移動脫軌器離開存放架45 min 后還沒有歸位，上位機自動提醒值班員與現場檢車員確認下軌操作。

圖1 監控系統存放采集終端

3 系統布局及控制流程

3.1 系統平面布局圖

移動脫軌器監控系統的平面布局見圖2 所示。每個列檢作業場裝設1 個上位機，根據作業股道情況對線路兩端各裝設1 套脫軌器采集器、無線數傳、采集器控制機箱及電源，并對每條線路兩端使用的移動脫軌器進行配對編號。針對到達或始發列車的性質，移動脫軌器的插設應同時能夠滿足現場使用，到達列車配對脫軌器的監控系統具有連鎖功能，必須同時使用、放回，否則將進行聲光報警。

3.2 系統控制流程

列檢移動脫軌器管理裝置的最終目標是杜絕錯插和漏撤現象的發生，為移動脫軌器的安全管理提供一種科學的管理手段，不論是錯插還是漏撤，一個共同點是移動脫軌器已經離開存放架，因此移動脫軌器的監控系統通過從存放架入手，實時監測移動脫軌器離架和回架信息，并對離架的脫軌器以軟件作為輔助手段加強使用管理，以使值班員掌握移動脫軌器何時離開存放架，用于哪個股道，而且又是什么時候撤除的，形成安全管理的閉環控制。其具體的信息流轉及控制流程見圖3。

圖2 系統平面布局圖

圖3 系統控制流程

4 系統技術運用

移動脫軌器監控系統主要運用了：抗干擾、高穩定的無線數傳技術，實現移動脫軌器狀態的實時顯示和動態管理；移動脫軌器存放架檢測技術，實時檢測移動脫軌器的狀態；太陽能供電技術，解決站場間供電困難的的問題；用軟件程序實現移動脫軌器使用管理由人工方式提升為人機結合的安全聯控模式。

4.1 太陽能供電技術

運用太陽能技術主要解決移動脫軌器采集終端供電問題。由于線路間沒有供電條件，因此，站場股道間安裝移動脫軌器采集終端的供電施工成本較高，而原用于航天設備的太陽能供電技術在可靠性方面已發展成熟，并在很多民用領域得到了廣泛應用，比較經濟。經技術論證和樣機試驗，由單片機控制的太陽能電源可以做到只要有一天光照（正常晴到多云天氣），即可供移動脫軌器采集終端使用10 天，解決了站場移動脫軌器采集終端供電成本高的問題。同時，太陽能電源屬于清潔、環保型能源，符合國家產業政策。

4.2 數字無線通信技術

本系統采用數字無線通信技術，它與模擬無線通信技術相比，有如下特點：

⑴數字傳輸的抗干擾能力強。數字通信在傳輸過程中，在信噪比較差的情況下能對傳輸脈沖的取值進行判定，可利用再生中繼技術使傳輸信號再生，從而消除噪聲干擾對傳輸質量的影響。

⑵數字通信可通過校驗編碼，及時發現并改正差錯，使誤碼率提高兩個數量級。

⑶由于數字集成電路技術日益成熟，無線數字通信設備越來越穩定、功耗低、體積小、易于使用。

4.3 故障自檢技術

本系統使用微功耗單片機作為控制芯片，因此很容易實現故障檢測和系統自檢。當移動脫軌器采集終端出現通信、電源等故障時，會向上位機發送故障信息；系統通信自檢時，移動脫軌器采集終端正常離架時向上位機發送信道校驗碼，上位機接收到后除正常發送移動脫軌器離架或回架報文外亦表示信道良好。

4.4 信號中繼技術

無線通信中繼器采用ATMEL 微處理芯片98C8051 對無線傳輸數據進行中繼，無線通信中繼器實時接受移動脫軌器采集終端發出的數據，當滿足一個數據包條件時，無變化發射原始數據。

5 系統功能

⑴值班員可通過上位接收機的顯示器直接觀察到作業現場移動紅牌脫軌器的存放情況。

⑵值班員利用計算機平臺對移動紅牌脫軌器的使用信息進行維護和管理。

⑶移動紅牌脫軌器上軌超時報警，提示值班員安排現場職工撤除移動脫軌器。

6 運用效果

本系統于2010 年9 月1 日交付于南京東到達作業場進行試用，經運用，列檢移動脫軌器管理裝置設計合理、功能實用、性能穩定，較好地解決了移動脫軌器使用的安全監控難題，實現了站場移動脫軌器狀態直觀實時顯示，充分體現了勞動安全的自控、互控和他控。移動脫軌器一旦離開存放架，上位機直接彈出使用計劃輸入界面，值班員完成使用計劃的輸入后開通股道，并核對現場插設股道信息，有效防止移動脫軌器錯插；上軌時間超過技檢時間系統將報警，警示值班員某某股道某某號移動脫軌器超時，請及時安排現場作業人員撤除移動脫軌器，杜絕了移動脫軌器漏撤現象的發生，確保列檢作業場作業安全和行車安全。