鐵路作業庫進出路自動信息提示系統設計

劉舉平，余為清，葉江陵

（1.華東交通大學載運工具與裝備省部共建教育部重點實驗室，江西南昌330013；2.上海鐵路局合肥機務段，安徽合肥230000）

在無電氣聯鎖道岔線路整備場作業時，列車進路依靠扳道人員及乘務員目視確認開通狀態，一旦作業人員錯誤確認或不慎有閑雜人員扳動，極易造成擠岔子、脫軌等事故，給安全生產帶來隱患［1-2］。為解決這一問題，根據某折返段的具體情況，設計了由傳感器、現場控制器、現場顯示屏以及由計算機構成的復示屏等組成的機車進出庫信息提示系統，用于消除無電氣聯鎖道岔、人工道岔多的機車出庫線咽喉部位的不穩定因素。

系統調裝完畢后，能夠輔助調度、乘務及扳道人員確認道岔狀態，直觀地顯示列車進路的股道號，既減輕了作業人員的工作量和壓力，又防止了因誤認信號、扳錯股道或扳道不到位等事故的發生，保障了調車作業的安全。

1 道岔的正反位檢測及信息處理

由手動扳道器的機械結構，可通過檢測扳道器轉軸的旋轉位置，獲取道岔正、反位信息［3］。為檢測道岔是否密貼，應能準確獲得扳道器的角度信息［4］，為此系統對每個扳道器設置兩個磁電角度傳感器，共9個監測點，18只傳感器，選用磁電式傳感器并以樹脂進行密封，具有比較高的機械強度，抗振動、耐腐蝕，能夠滿足室外環境下的工作要求。

傳感器布置：J1，J1`—13#岔，J2，J2`—19#岔，J3，J3`—21#岔，J4，J4`—15#岔，J5，J5`—17#岔，J6，J6`—2#岔，J7，J7`—4#岔，J8，J8`—6#岔，J9，J9`—8#岔。

根據現場道岔的空間布局知傳感器輸出電平與顯示的進路邏輯關系（B代表電平1，b表示電平0）：

表1 道岔邏輯關系Tab.1 The logical relationship of turnouts

J1BJ1`bJ2bJ2`BJ3BJ3`b2B2`b，示值1，1道通；J1bJ1`BJ2bJ2`BJ3BJ3`b2B2`b，示值2，2道通；J4BJ4`bJ5BJ5`bJ 2BJ2`bJ3BJ3`bJ6BJ6`b，示值3，3道通；J4bJ4`BJ5BJ5`bJ2BJ2`bJ3BJ3`bJ6BJ6`b，示值4，4道通；J5bJ5`BJ2BJ2`bJ3 BJ3`bJ6BJ6`b，示值5，5 道通；J7BJ7`bJ6bJ6`BJ3bJ3`B，示值6，6 道通；J8BJ8`bJ7bJ7`BJ6bJ6`BJ3bJ3`B，示值7，7 通道；J9BJ9`bJ8bJ8`BJ7bJ7`BJ6bJ6`BJ3bJ3`B，示值8，8 道通；J9bJ9`BJ8bJ8`BJ7bJ7`BJ6bJ6`BJ3bJ3`B，示值9，9 道通。

2 現場控制器設計

2.1 控制系統硬件設計

現場控制器的主要任務是采集道岔傳感器的信號，分析處理后，驅動安裝在室外的點陣顯示屏，進行顯示；此外，現場控制器通過串行口向調度室發送復示信息。控制系統的構成如圖1所示。

圖1 控制系統構成圖Fig.1 The configuration diagram of control system

現場控制器采用STC10F08單片機，該單片機具有強抗干擾能力，強抗靜電特性［5］，且自帶硬件看門狗（WDT），在程序異常情況下，能夠自動重啟系統。傳感器的輸出信號經過信號調理，并做光電隔離后（傳感器電源與單片機測控電源彼此獨立）送入到單片機的P0，P2口，實現信號的實時監測；P1口用于驅動紅色高亮LED點陣屏幕，保證在強光、雨、霧及夜間情況下顯示信息可被清晰識別。STC10F08通過全雙工異步串行口（P3.0，P3.1 腳）與遠程計算機進行通訊。考慮到調度室與現場距離較遠，為了增大通訊距離，做RS232到RS485的轉換，并做光電隔離［6-7］。以上措施，一方面保障了信號傳輸的質量，一方面可防止雷擊對設備及人員造成傷害。

2.2 現場控制器軟件流程

現場控制器軟件設計充分考慮了系統運行的可靠性問題。首先，開放STC10F08的硬件看門狗，在軟件跑飛后，硬件看門狗對單片機進行復位操作；此外，在程序存儲器的空白段，全部填充了長跳轉指令，用于返回主程序入口處。現場控制器的軟件流程如圖2所示。

圖2 現場控制器軟件流程圖Fig.2 The software flowchart of scene controller

3 復視屏設計

為及時準確地了解調車現場股道開通的狀況，調度人員需要利用復視屏對調車信息進行確認。Labview具有豐富的控件資源，圖形顯示豐富直觀［8］，利用Labview開發了復視屏軟件，實時讀取來自串行口的數據。

通信參數：9 600 b·s-1，8位數據位，1位停止位，無奇偶校驗。

數據格式：0xED+道岔信息+道岔信息。

其中0xED作為引導頭，表示數據發送開始，后面接收的兩個數據為道岔信息，當此兩數據相同時，表示接收數據有效，否則做丟棄處理。

3.1 Labview前面板設計

Labview前面板設計主要目的是清晰醒目的顯示道路開通狀態。以自定義控件（LED燈）方式，布爾類型，構建線路平面圖。不開通時，默認為淺灰色，開通時以高亮紅色呈現，同時屏幕上以阿拉伯數字形式對開通道路進行顯示，如圖3，圖3所示為3道開通時的股道圖，圓形節點為道岔點。

在程序運行狀態下，連續5 s未接收到來自現場控制器的有效數據就表示現場控制器或通訊線路出現異常，程序將發出警告信息，伴隨計算機的Beep警報。

3.2 Labview后面板程序

Labview的后面板程序如圖4，主要是對串行口數據的處理。驅動自定義的LED控件完成顯示，程序運行后，首先初始化計算機串口，使之與單片機通訊格式一致，循環對串口數據進行檢測和判斷［6］，利用時間控件和復示屏空間，對正常工況進行顯示，異常情況下實現錯誤輸出。

圖3 復視屏前面板圖Fig.3 The front panel diagram of multiplexing screen

圖4 后面板程序圖Fig.4 The program diagram of the back panel

4 系統測試

該系統在某機務折返段安裝運行后，能夠準確檢測道岔正反位信息及道岔是否密貼，根據道岔邏輯關系，對進出路信息正確顯示；同時現場控制器能夠向復視計算機發送信息，實現調度的復視確認。人為脫開連接到復視計算機的串口線，復視屏產生報警信息，伴隨蜂鳴報警。系統安裝完畢后，連續運行已6個多月，未出現運行錯誤及不穩定現象，表明系統設計可靠。

5 結語

利用磁電角度傳感器能夠準確地對無電氣聯鎖的手動道岔正反位信息進行檢測，且能夠反映道岔的密貼程度。道岔信息經過信號處理及光電隔離后被STC10F08采樣，經分析處理后，驅動LED屏進行顯示；現場控制器通過RS485與PC機進行遠程通訊，結合Labview軟件，對道岔信息實現了復視。

［1］鄭敦洋，汪朝暉.機車庫內作業進路提示裝置［J］.內燃機車，2003，51（5）：47-48.

［2］PETER WINTER，溫慧剛.歐洲鐵路通信信號系統的現狀和發展［J］.中國鐵路，2002（3）：55-57.

［3］李文才.高陽鐵礦井口出車側手動道岔改造［J］.礦業工程，2011，9（3）：62-63.

［4］陳惠蓉，段爭光，鄭敦洋.機車股道調度命令系統的研究［J］.蕪湖職業技術學院學報，2012，14（2）：38-40.

［5］宋鳳娟，付侃，薛雅麗.STC125C5A60S2單片機高速A/D轉換方法［J］.煤礦機械，2010，31（6）：219-220.

［6］楊豐萍，姜志玲.基于虛擬儀器技術的示波器的設計［J］.華東交通大學學報，2009，26（1）：47-50.

［7］陳鐵軍，謝春萍.PC機與RS485總線多機串行通訊的軟硬件設計［J］.現代電子技術，2007（5）：103-105.

［8］朱建平，呂春峰.基于Labview的單片機串口通信實習［J］.機械工程與自動化，2008，149（8）：157-158