淺析機車防撞安全防護裝置的設計

摘 要：文章介紹機車防撞安全防護裝置系統，詳細闡述了其控制功能與工作原理。

關鍵詞：防撞裝置；設計原理；研究分析

1 概述

機車防撞安全防護裝置為列車運行（牽引或單機）安全保護裝置?？梢詸z測列車距運行正前方0～200m（視天氣條件及障礙物的反射面而定）障礙物的距離，將距離數據適時顯示給司機，并通過檢測機車當時的速度判斷是否安全，實現報警或減速停車。機車安裝該裝置后，可有效地防止因司機精神不集中、看不見前方障礙物或車速過快等原因而導致的撞車事故。

2 防撞控制系統簡介

該裝置由激光測距傳感器、機車速度傳感器、高清夜視透霧攝像頭、中央處理控制系統（PLC）、顯示系統（液晶觸摸屏）、機車信息采集模塊、緊急制動控制模塊、語音報警、電源系統等部分組成?？刂葡到y的原理框圖如圖1所示。

2.1 測距傳感器

為激光測距型距離傳感器。具有測量時間短、測距遠、誤差小、分辨率高等優點。安裝于機車前、后端車鉤上部位置，用于檢測機車正前方障礙物（車輛或其他物體）的距離。將檢測到距離信號以4-20MA模擬量的形式傳送給可編程控制器（PLC）。

2.2 可編程控制器（PLC）

為系統控制的核心部件，由三菱PLC主機和A＼D轉換模塊組成。工作中適時接收來自于激光傳感器及車速傳感器的相關信息，并對這些數據進行處理、比較，實現對系統的控制功能。①當距離障礙物的距離與車速達到系統設定的臨界值時，驅動報警裝置，提醒司機需及時減速；②當距離障礙物的距離與車速超過系統設定危險臨界值時，驅動減速電空閥動作，機車可實現自動減速和停車。

2.3 觸摸屏

為液晶觸控型人機界面。安裝在司機室內。實現下述人機交互功能：①與PLC適時通訊，顯示距離、車速等基本信息；②通過設定的觸控按鈕向PLC發出指令，實現控制、查詢、修改各項參數等功能；③歷史運行信息記錄與查詢功能；④根據機車運行方向，顯示前（后）端攝像頭拍攝的運行前方的圖像。

2.4 高清透霧攝像頭

分別安裝于機車前、后端，具有較強的夜視和透霧功能，在夜晚和大霧等不良天氣下，仍能在屏幕上顯示出運行前方較清晰的圖像，為司機了望創造條件。

2.5 DC＼DC電源

為電源轉換裝置。將機車上的110V直流電轉換成24V及12V的直流電，為PLC、顯示屏、距離傳感器、攝像頭等部件提供工作電源。

機車速度傳感器：安裝在機車走行部的軸頭位置，采集機車運行的速度信息，以數字脈沖的方式傳送給PLC的高速輸入端口。

3 機車防撞裝置可實現的功能

測距防撞功能：適時檢測機車運行前方線路上的車輛及障礙物的距離，判斷是否安全，提醒司機及時減速，當達到設置的安全極限距離時強制停車。檢測距離最遠可達400米（視環境及被測物體的反射性而定）?？捎行У胤乐挂蛩緳C精神不集中、看不見前方障礙物或車速過快等原因而導致的撞車事故。

霧天透視功能：在霧天或夜間等不良天氣影響司機視線的情況下，較清晰的顯示運行前方的視野，方便司機了望，提高不良天氣行車安全系數。

運行信息記錄功能：可實時記錄列車運行的速度信息，柴油機的起動和停機信息，方便機車運行管理與查詢，具備機車“黑匣子”的部分功能。

最高運行速度限定功能：可根據實際情況，設定調車作業中前進或后退運行允許的最高速度，接近時語音報警、達到時自動控制減速或停車功能。

4 信息顯示

觸摸屏主界面能夠顯示機車運行方向的視頻信息、機車運行速度及距被測物體間的距離，同時可進行“本班運行里程”、“本班工作時間”、“柴油機累計工作時間”、“機車累計運行里程”等信息。其中，“本班運行里程”和“本班工作時間”是為方便司機記錄而設置。司機接班后，分別按動兩個“清零”按鈕，可清除以前班次的時間里程數值，開始進行本班的工作時間和運行里程的累計。

左下部的“提示信息”欄，適時顯示語音提示功能的開啟情況，運行是否超速及本次上電運行超速的次數等信息。超速次數不累計，斷電后會自動清零。（累計的超速數值及次數，在速度記錄中長期保存，需要時可查詢）

右下部設有“關閉語音”和“全屏視頻”兩個按鈕。當按住“關閉語音”按鈕1秒以上（設置延時的目的是為了防止誤碰誤觸導致誤操作），語音提示功能將會關閉，提示信息欄中會出現相應的文字提示信息，同時按鈕會變為“打開語音”，再按“打開語音”按鈕1秒以上，語音提示功能會重新開啟。

5 菜單及功能鍵

在出現的功能菜單中，標識出各功能鍵的作用，按下相應的按鍵，可實現各種所需的功能。再次按“開始”按鈕后，該菜單消失。功能鍵菜單中所設置的各按鈕有各自的功能，其中“關閉語音”按鈕，其作用與“信息顯示”畫面中的“關閉語音”按鈕作用相同，都是控制語音提示功能的開啟和關閉的，并且可以互換交替使用，即從功能鍵菜單中執行了關閉語音功能，也可以在信息顯示畫面中去開啟，反之亦然。按“信息顯示”按鈕，系統會開啟信息顯示畫面，其作用與主畫面中的“視頻最小化”按鈕相同。其他功能鍵的作用將會在下面的功能介紹中予以說明。

機車速度記錄的查詢：系統設置了速度記錄功能，可適時記錄運行的速度信息。系統一經送電后，每間隔5秒，就會自動記錄當前的速度信息。速度信息記錄在人機觸摸屏配裝的SD卡中?？捎涗浀男畔⒘康拇笮∨c所配的SD卡容量相關，只要SD卡中有足夠的存儲空間，信息會一直記錄，直到存滿時為止。人機最大可兼容8G的SD存儲卡。一般情況下，配備了8G的SD卡，可保存一年以上的運行速度信息。

為避免數據頻繁寫入而使SD卡使用壽命縮短，系統采用批量存儲的方式將速度記錄存入SD卡，大致每間隔5分鐘批量保存一次數據。

為便于查詢，速度記錄設置為“分天存儲”的方式，即一天的速度信息，保存為一個文件。利用人機觸摸屏查詢速度的歷史記錄方法為：在主畫面中按“開始”按鈕，彈出功能鍵菜單，選擇“速度記錄”按鈕，進入速度記錄查詢畫面。再按一次“開始”按鈕，關閉功能鍵菜單。

參考文獻

[1]李海英.淺談列車尾部安全防護裝置設計[J].鐵道勘測與設計，2004.