列車接近無線報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

秦武

摘 要： 列車接近無線報(bào)警系統(tǒng)自動(dòng)采集列車接近信息，通過無線通信將采集到的報(bào)警信息傳輸?shù)较到y(tǒng)主機(jī)，實(shí)現(xiàn)了故障?安全原則，更有效的實(shí)現(xiàn)列車安全運(yùn)行，可廣泛應(yīng)用于鐵路道口、橋梁、隧道等地點(diǎn)，用來保證生命和財(cái)產(chǎn)安全。

關(guān)鍵詞： 列車接近報(bào)警； 無線通信； 報(bào)警信息傳輸； 故障?安全原則

中圖分類號(hào)： TN925?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2014）09?0117?04

0 引 言

鐵路和公路有眾多交叉道口，目前提速干線實(shí)現(xiàn)了封閉式、立交化，但在支線鐵路、地方鐵路線路以及港口、廠礦企業(yè)所屬的專用鐵路上，仍然存在一定數(shù)量的道口（以天津塘沽港口為例，就有多條鐵路專用線路形成的道口十多個(gè)），而鐵路部門由于人力和物力的限制，其中無人看守道口占很大比重[1]。由于目前汽車車輛的顯著增加，無人值守平交口的車流量大增，再加上氣候原因、行人及駕駛員安全意識(shí)淡漠、列車速度提高等多種原因，道口處的交通事故較多，嚴(yán)重影響鐵路行車安全。另外鐵路技術(shù)人員在鐵路線路上進(jìn)行施工維護(hù)時(shí)，由于在長大橋梁、隧道，需要提前更長時(shí)間進(jìn)行避讓列車，也需要在這些地點(diǎn)配備安全可靠的列車接近報(bào)警系統(tǒng)。

1 列車接近報(bào)警系統(tǒng)的發(fā)展

列車接近報(bào)警系統(tǒng)是指在鐵路平交道口上以及長大隧道、橋梁等地點(diǎn)裝設(shè)視覺和聽覺信號(hào)，以警示鐵路施工維護(hù)技術(shù)人員或者公路車輛和行人，保證人身安全的一種安全措施。

20世紀(jì)50年代我國也開始研制無人看守的列車接近報(bào)警信號(hào)和自動(dòng)起落欄木設(shè)備。隨著鐵路安全型繼電器的廣泛采用，進(jìn)入60年代后，利用感應(yīng)器以及電磁繼電器組成的報(bào)警系統(tǒng)得到快速發(fā)展，但由于故障率較高，在實(shí)際鐵路現(xiàn)場通常采用人工方式，即采集列車接近信號(hào)利用自動(dòng)感應(yīng)方式，鐵路值班人員接收和觀察到列車接近信號(hào)后采取人工方式控制報(bào)警聲光系統(tǒng)和控制欄木起落，這種控制方式容易發(fā)生漏報(bào)、誤報(bào)等人為事故，嚴(yán)重影響行車安全[2]。

目前鐵路系統(tǒng)中使用的列車接近報(bào)警設(shè)備，均是通過信號(hào)電纜傳輸采集信息，施工工程量大，維護(hù)成本較高。雖然個(gè)別報(bào)警系統(tǒng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行監(jiān)控，但是還需要在道口控制室內(nèi)安裝計(jì)算機(jī)。并且多數(shù)的自動(dòng)檢測設(shè)備沒有計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信功能，即使具有網(wǎng)絡(luò)通信功能的設(shè)備，也多是采用有線局域網(wǎng)的傳輸方式來連接控制室的系統(tǒng)主機(jī)，施工、維護(hù)及使用不便。

2 系統(tǒng)概述

2.1 系統(tǒng)簡介

本系統(tǒng)依靠無線通道進(jìn)行列車接近信息的可靠傳遞，節(jié)省大量的電纜通道，減少投資；在無線數(shù)據(jù)采集及傳遞中，按照目前鐵路信號(hào)自動(dòng)控制中廣泛采用的冗余切換技術(shù)及科學(xué)的容錯(cuò)技術(shù)，保障系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)輸環(huán)境中連續(xù)可靠、安全運(yùn)行。系統(tǒng)適用于無人看守道口、也適用于有人看守道口、橋梁、隧道等地點(diǎn)。采用太陽能電池或者固定電源方式供電、以車輪感應(yīng)電磁傳感器監(jiān)測列車接近信號(hào)，雙路進(jìn)行采集，實(shí)現(xiàn)雙路對(duì)比驗(yàn)證，經(jīng)感應(yīng)信號(hào)無線發(fā)送設(shè)備組建冗余編碼后，由無線數(shù)據(jù)傳輸模塊按照一定的時(shí)間間隔向報(bào)警主機(jī)發(fā)送列車駛近報(bào)警信號(hào)，道口報(bào)警主機(jī)接收到報(bào)警信號(hào)后，經(jīng)過運(yùn)算驗(yàn)證后即按鐵路《技規(guī)》報(bào)警規(guī)程報(bào)警和解除報(bào)警。該無限接近報(bào)警系統(tǒng)能夠及時(shí)預(yù)報(bào)列車接近信息，同時(shí)顯示紅燈并發(fā)出音響告警聲，警示行人及車輛，提高了道口的安全性，為鐵路安全運(yùn)輸提供強(qiáng)有力的保障。

列車接近無線自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)傳輸報(bào)警信息的通道采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的“多路多編碼的超遠(yuǎn)距離無線接收、發(fā)射組件”；檢測列車駛近或駛離道口信息采用安置在鋼軌旁的電磁傳感器以及放大電路信號(hào)的有源、無源盤和報(bào)警用的閃光器、喇叭音響器等設(shè)備。

2.2 系統(tǒng)特點(diǎn)

（1） 報(bào)警系統(tǒng)無接點(diǎn)化，系統(tǒng)由可編程序控制器PLC（又稱工業(yè)控制計(jì)算機(jī)）替代了傳統(tǒng)的鐵路信號(hào)安全型電磁繼電器，由于繼電器本身是機(jī)電一體化部件，存在機(jī)械磨損，故障率較高，通過取消繼電器，大幅提高了系統(tǒng)的反應(yīng)速度和安全性，減少了系統(tǒng)故障率[3]。

（2） 本系統(tǒng)依靠無線通道進(jìn)行列車接近信息的可靠傳遞，節(jié)省了大量的信號(hào)電纜通道，由于電纜目前造價(jià)較高，而且施工量大，這樣就大幅降低信號(hào)工程的工作量以及施工和維護(hù)成本，減少工程投資。

（3） 在無線數(shù)據(jù)采集及傳遞中，應(yīng)用目前鐵路信號(hào)自動(dòng)控制中廣泛采用的冗余技術(shù)及科學(xué)的容錯(cuò)技術(shù)；且報(bào)警系統(tǒng)與既有鐵路通信信號(hào)設(shè)備不發(fā)生任何聯(lián)系，是完全獨(dú)立的系統(tǒng)，保障系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)輸環(huán)境中連續(xù)可靠、安全運(yùn)行。

（4） 在列車接近道口的信息采集點(diǎn)及無人看守道口或無可靠電源的道口房內(nèi)采用太陽能電池供電。因而縮小了機(jī)柜體積，節(jié)省了電能，減少了電磁干擾及污染，它又是一套低碳、節(jié)能、環(huán)保的設(shè)備。

3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理

3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

列車接近無線自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)備的組成如圖1所示，它由道口信號(hào)機(jī)、道口音響器、列車接近道口檢知模塊、通信模塊、接口模塊、無線自動(dòng)報(bào)警主機(jī)等部分組成。電源部分在報(bào)警點(diǎn)及無可靠交流電源的道口房內(nèi)，分別設(shè)一組太陽能電池板和一組蓄電池，其容量可視其耗電量及當(dāng)?shù)貧夂驐l件決定。

圖1 列車接近無線自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

無線自動(dòng)報(bào)警主機(jī)控制柜界面設(shè)置操作按鈕（復(fù)原按鈕、手動(dòng)報(bào)警按鈕、故障按鈕、室內(nèi)音響控制按鈕、鐘/光切換按鈕）、相應(yīng)表示燈以及蜂鳴器等，界面清晰，便于鐵路值班人員操作。

3.2 工作原理

3.1.1 系統(tǒng)整體工作原理

無線自動(dòng)報(bào)警設(shè)備的工作過程如下：

當(dāng)有列車經(jīng)過報(bào)警點(diǎn)的報(bào)警傳感器上方時(shí)，報(bào)警傳感器會(huì)把其感應(yīng)電勢(shì)傳給列車接近檢知模塊，檢知模塊經(jīng)判斷、整形、放大后由點(diǎn)對(duì)點(diǎn)無線發(fā)送裝置以較大功率發(fā)送出去。

設(shè)在道口附近的與無線發(fā)送裝置配對(duì)的接收裝置收到報(bào)警點(diǎn)發(fā)來的有車信息后也要經(jīng)判斷、整形、放大后送至報(bào)警主機(jī)，再由報(bào)警主機(jī)控制道口信號(hào)機(jī)和音響器向公路方向發(fā)出燈光和音響報(bào)警。

當(dāng)列車的最后一個(gè)輪對(duì)通過設(shè)置在道口報(bào)警解除輪對(duì)傳感器上方時(shí)，感應(yīng)到的列車遠(yuǎn)離信號(hào)無線傳遞到報(bào)警主機(jī)，便自動(dòng)解除系統(tǒng)的聲光報(bào)警。

道口無線自動(dòng)報(bào)警設(shè)備還設(shè)有手動(dòng)報(bào)警、人工解除報(bào)警等人機(jī)對(duì)話功能，以靈活、方便地使用該系統(tǒng)。

3.1.2 無線自動(dòng)報(bào)警的發(fā)送與接收設(shè)備工作原理

列車接近無線自動(dòng)報(bào)警的發(fā)送、接收設(shè)備負(fù)責(zé)將采集到的列車輪對(duì)感應(yīng)信號(hào)傳遞到報(bào)警主機(jī)，再由系統(tǒng)報(bào)警主機(jī)控制道口色燈信號(hào)機(jī)和報(bào)警音響設(shè)備處于開放報(bào)警狀態(tài)，從而警示道路上的汽車車輛和過往行人注意鐵路即將有列車到來，從而以確保道口人員及設(shè)備安全。

無線發(fā)送和接收設(shè)備采用“多路遠(yuǎn)距離編碼無線發(fā)射、接收組件”（以下簡稱“組件”），其中心頻率為145 MHz，發(fā)送設(shè)備可輸出3～5 W的無線調(diào)頻信號(hào)，接收設(shè)備中有高品質(zhì)的鑒頻、整形、解碼器件；這種組件內(nèi)部采用數(shù)字信號(hào)冗余結(jié)構(gòu)進(jìn)行排列，組建密碼重復(fù)度高達(dá)幾十萬組，并且只有在發(fā)送、接收編碼運(yùn)算驗(yàn)證完全一致時(shí)，才能使接收運(yùn)算輸出惟一結(jié)果。該接收和發(fā)送系統(tǒng)具有保密性能好、遙控距離遠(yuǎn)、抗外界干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。

無線自動(dòng)報(bào)警設(shè)備中的每個(gè)報(bào)警點(diǎn)需使用多路“組件”中的三路收、發(fā)系統(tǒng)，具體作用是：

第一路作為無線發(fā)送、接收設(shè)備的自檢。道口自動(dòng)報(bào)警設(shè)備必須經(jīng)常處于正常工作的良好狀態(tài)，否則，當(dāng)有列車接近道口時(shí)，將不能保證道口正常報(bào)警。 “自檢”是報(bào)警點(diǎn)每8 s向主機(jī)發(fā)送一次自檢信號(hào)，用來檢查無線發(fā)送與接收設(shè)備的正常工作，如接收設(shè)備不能按時(shí)收到“自檢”信號(hào)，則說明“組件”出現(xiàn)問題，應(yīng)及時(shí)提請(qǐng)相關(guān)人員維修。

第二路用于發(fā)送報(bào)警點(diǎn)檢知的有列車接近道口的信息。

第三路用于報(bào)警點(diǎn)檢知列車的運(yùn)行方向。

由于“組件”在同一時(shí)間內(nèi)只能收發(fā)一路信息，為避免沖突，采取的措施如下：一是如第一、第三路要同時(shí)發(fā)送信息，設(shè)計(jì)為第三路優(yōu)先發(fā)送；二是如第一、第二路要同時(shí)發(fā)送時(shí)，把每次的有車信息連續(xù)發(fā)送3～4次，這樣既保證主機(jī)能可靠收到有車接近道口的信息，又能使第一、第二路信息錯(cuò)開發(fā)送。

由于有車接近道口的信息和列車運(yùn)行方向信息是由安裝在不同地點(diǎn)的不同傳感器檢知的，因此其不可能造成重疊發(fā)送。

為了充分發(fā)揮報(bào)警設(shè)備的能力，經(jīng)過道口的每條鐵路線的上下行報(bào)警點(diǎn)各設(shè)一臺(tái)發(fā)送組件，而每條鐵路線在報(bào)警主機(jī)處則合用一臺(tái)無線接收組件，由于兩個(gè)報(bào)警點(diǎn)不可能同時(shí)出現(xiàn)有車接近道口和判別列車方向的信息，因此，對(duì)于同一臺(tái)接收設(shè)備也就不可能出現(xiàn)有車和判別列車方向信息的重疊。而上下行“自檢”信息是用不同頻率加以區(qū)分的。

3.1.3 無線自動(dòng)報(bào)警主機(jī)工作流程

無線自動(dòng)報(bào)警主機(jī)的工作流程如圖2所示，其工作過程如下：

（1） 接通電源對(duì)系統(tǒng)初始化；

（2） 報(bào)警點(diǎn)每8 s發(fā)送一次自檢信息，如主機(jī)收到信息下轉(zhuǎn)否則自動(dòng)報(bào)警；

（3） 主機(jī)判斷是否收到報(bào)警點(diǎn)發(fā)來的方向信息，如收到則轉(zhuǎn)入（5）否則轉(zhuǎn)入（4）；

（4） 在沒有方向信息時(shí)，主機(jī)判斷是否收到報(bào)警點(diǎn)傳來的有車信息，如收到則自動(dòng)的報(bào)警，否則下轉(zhuǎn)；

（5） 檢查是否手控報(bào)警，且手控報(bào)警優(yōu)先于自動(dòng)報(bào)警，如是則報(bào)警，否則下轉(zhuǎn)；

（6） 主機(jī)收到設(shè)于道口旁的解除傳感器發(fā)來的解除信息或進(jìn)行了手動(dòng)解除報(bào)警操作后，經(jīng)3 s延時(shí)后解除報(bào)警。

圖2 無線自動(dòng)報(bào)警主機(jī)工作流程

4 系統(tǒng)“故障?安全”原則的實(shí)現(xiàn)

設(shè)備的故障?安全體現(xiàn)在每個(gè)單元電路中，如每個(gè)單元電路都能滿足故障?安全原則，則系統(tǒng)便能滿足故障?安全原則?，F(xiàn)對(duì)單元電路的故障?安全分別說明如下：

4.1 列車檢知模塊

把列車的檢知模塊包括檢知傳感器設(shè)計(jì)成一定頻率的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)電路，動(dòng)態(tài)電路的輸出便是這一頻率的脈沖。當(dāng)動(dòng)態(tài)電路中的任一元件（包括檢知傳感器）發(fā)生故障，都不能使動(dòng)態(tài)電路輸出一定頻率的脈沖，從而滿足故障?安全原則。

列車接近檢知模塊電路是為滿足報(bào)警傳感器濾波、放大等特殊需要而設(shè)置的。列車接近檢知模塊電路分為有源型和無源型兩種，有源檢知模塊主要用于驅(qū)動(dòng)道口報(bào)警，而無源檢知模塊主要用于判別列車運(yùn)行方向和自動(dòng)解除道口報(bào)警。

4.1.1 有源列車檢知模塊

有源檢知模塊電路原理如圖3所示。

“有源”是指平時(shí)在報(bào)警傳感器的線圈T1中通入一定的由電源供給的電流，則使圖3中的G1有一定偏流，調(diào)整G1的工作點(diǎn)使之工作在放大區(qū)，從而使G2按振蕩器的振蕩頻率導(dǎo)通和截止，則使電容器[C2]在G2截止時(shí)充電，在G2導(dǎo)通時(shí)經(jīng)過繼電器J1線圈放電。即平時(shí)J1一直保持有電吸起狀態(tài)。當(dāng)有車輛駛過傳感器T1上方時(shí)，則在傳感器線圈T1中產(chǎn)生一定的感應(yīng)電勢(shì)，由于[C1]的作用，它足以使G1在全部車輛駛過傳感器T1上方時(shí)一直飽和導(dǎo)通，從而使G2不再按振蕩器的振蕩頻率導(dǎo)通和截止而是一直截止，電容器[C2]不再有充、放電過程，進(jìn)而使繼電器J1落下。

圖3 有源檢知模塊電路

綜上原理可知：一是平時(shí)無車接近道口，繼電器J1是吸起的，有車輛接近道口并駛過傳感器上方時(shí)，繼電器J1落下；二是當(dāng)傳感器線圈T1短路或斷路時(shí)，都會(huì)像有車輛接近道口并駛過傳感器上方時(shí)的情況一樣，使G1截止或飽和導(dǎo)通而使G2一直飽和導(dǎo)通或截止，從而使G2不能正常有充、放電過程，則繼電器J1會(huì)落下；三是有源檢知模塊電路中的任一原件發(fā)生故障，都會(huì)像傳感器線圈T1短路或斷路的情況一樣，其結(jié)果都會(huì)使繼電器J1一直落下，從而符合故障?安全原則[4]。

4.1.2 無源檢知模塊

無源檢知模塊電路原理如圖4所示。

圖4 無源檢知模塊電路

“無源”是指平時(shí)在報(bào)警傳感器線圈T2中沒有由電源供給的電流流過。則使圖4中的G1在截止?fàn)顟B(tài)，從而使電容[C2]充電，但繼電器J2落下。

當(dāng)有車輛接近道口，而且是每有車輪輪對(duì)駛過傳感器T2上方時(shí)，都會(huì)在傳感器線圈T2中產(chǎn)生一個(gè)感應(yīng)電勢(shì)，在這一感應(yīng)電勢(shì)作用下，會(huì)使圖4中的G1飽和導(dǎo)通一次，而使電容器[C2]經(jīng)繼電器J2放電進(jìn)而使繼電器J2吸起，車輪輪對(duì)駛離傳感器T2上方時(shí)，又會(huì)使電容[C2]充電，每一車輪輪對(duì)駛過傳感器T2上方都會(huì)重復(fù)這一過程，從而使繼電器J2在全部車輛駛過傳感器T2上方時(shí)一直保持吸起。和有源檢知模塊一樣，電路中的任一原件發(fā)生故障，都不會(huì)使電容器[C2]有充、放電過程，其結(jié)果都會(huì)使繼電器J2一直落下，符合故障?安全原則。

4.2 通信及接口模塊

把通信模塊設(shè)計(jì)成一套具有自檢功能的系統(tǒng)，即使通信模塊每8 s收、發(fā)一組自檢信號(hào)，當(dāng)通信模塊不能收、發(fā)自檢信號(hào)時(shí)，便使主機(jī)自動(dòng)報(bào)警。 接口模塊采用信息冗余方式，依靠增加信息的多余度來提高設(shè)備的可靠性，如在無線道口信號(hào)設(shè)備中，對(duì)于無車接近道口這樣重要的信息是每8 s就會(huì)從報(bào)警點(diǎn)向道口主機(jī)發(fā)送一次，道口收不到這種信息，將認(rèn)為是有車接近道口。對(duì)確實(shí)有列車車輛接近道口的信息，從報(bào)警點(diǎn)向道口主機(jī)用一種頻率連續(xù)發(fā)送三次，用三取二的三模冗余提高其可靠性，而判別列車運(yùn)行方向的信息是從報(bào)警點(diǎn)向報(bào)警主機(jī)用另一種頻率連續(xù)發(fā)送三次，以提高其可靠性，同時(shí)實(shí)現(xiàn)故障?安全原則[5]。

4.3 無線自動(dòng)報(bào)警主機(jī)

無線自動(dòng)報(bào)警主機(jī)本身具有自檢功能；

自動(dòng)報(bào)警的工作流程是反復(fù)不斷的被執(zhí)行，一旦工作流程停止執(zhí)行，主機(jī)便會(huì)自動(dòng)報(bào)警；

無線自動(dòng)報(bào)警主機(jī)無論接收自檢信號(hào)、接近道口信息、運(yùn)行方向信息中的哪種信息，都要接收信息的全部，也就是既要接收信息的脈沖部分又要接收信息的間隔部分。如果只接收脈沖或只接收間隔部分，則視為故障狀態(tài)，便使主機(jī)自動(dòng)報(bào)警。

上述三點(diǎn)保證無線自動(dòng)報(bào)警主機(jī)滿足鐵路信號(hào)控制系統(tǒng)的“故障?安全”原則。

5 結(jié) 語

本系統(tǒng)成功集成了傳統(tǒng)的列車接近道口、長大隧道及橋梁時(shí)的報(bào)警方法，結(jié)合無線通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了信息發(fā)送的無線化，節(jié)省了投資，整個(gè)設(shè)計(jì)包含了硬件設(shè)計(jì)以及報(bào)警控制主機(jī)應(yīng)用程序的編寫，包含了一個(gè)完整的開發(fā)流程，將鐵路現(xiàn)場實(shí)際應(yīng)用與自動(dòng)化控制理論進(jìn)行了密切聯(lián)系，擴(kuò)展了無線通信以及PLC可編程處理器的應(yīng)用領(lǐng)域。該系統(tǒng)除具備使用便利、投資小、安全可靠性高等優(yōu)點(diǎn)外，同時(shí)具有簡單的操作界面，此系統(tǒng)除單線以外還開發(fā)有雙線和站場的道口自動(dòng)報(bào)警，將在鐵路多種環(huán)境下得到廣泛應(yīng)用，以減少事故發(fā)生，保證鐵路運(yùn)輸安全。

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[10] 王衛(wèi)華，劉泊.便攜式列車接近安全報(bào)警系統(tǒng)的信號(hào)處理[J].哈爾濱理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2001（6）：64?67.

[11] 高兵權(quán)，肖學(xué)福，湯麗，等.基于STM8S單片機(jī)的貨場鐵路道口自動(dòng)報(bào)警裝置設(shè)計(jì)[J].華北科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2010（10）：35?37.

[12] 李玲桂.國外平交道口的安全措施[J].鐵道知識(shí)，2005（4）：22?23.

[13] 莊少群.基于無線通信實(shí)現(xiàn)的智能報(bào)警系統(tǒng)研究[J].科技創(chuàng)新報(bào)，2010（31）：13?16.

4.1.2 無源檢知模塊

無源檢知模塊電路原理如圖4所示。

圖4 無源檢知模塊電路

“無源”是指平時(shí)在報(bào)警傳感器線圈T2中沒有由電源供給的電流流過。則使圖4中的G1在截止?fàn)顟B(tài)，從而使電容[C2]充電，但繼電器J2落下。

當(dāng)有車輛接近道口，而且是每有車輪輪對(duì)駛過傳感器T2上方時(shí)，都會(huì)在傳感器線圈T2中產(chǎn)生一個(gè)感應(yīng)電勢(shì)，在這一感應(yīng)電勢(shì)作用下，會(huì)使圖4中的G1飽和導(dǎo)通一次，而使電容器[C2]經(jīng)繼電器J2放電進(jìn)而使繼電器J2吸起，車輪輪對(duì)駛離傳感器T2上方時(shí)，又會(huì)使電容[C2]充電，每一車輪輪對(duì)駛過傳感器T2上方都會(huì)重復(fù)這一過程，從而使繼電器J2在全部車輛駛過傳感器T2上方時(shí)一直保持吸起。和有源檢知模塊一樣，電路中的任一原件發(fā)生故障，都不會(huì)使電容器[C2]有充、放電過程，其結(jié)果都會(huì)使繼電器J2一直落下，符合故障?安全原則。

4.2 通信及接口模塊

把通信模塊設(shè)計(jì)成一套具有自檢功能的系統(tǒng)，即使通信模塊每8 s收、發(fā)一組自檢信號(hào)，當(dāng)通信模塊不能收、發(fā)自檢信號(hào)時(shí)，便使主機(jī)自動(dòng)報(bào)警。 接口模塊采用信息冗余方式，依靠增加信息的多余度來提高設(shè)備的可靠性，如在無線道口信號(hào)設(shè)備中，對(duì)于無車接近道口這樣重要的信息是每8 s就會(huì)從報(bào)警點(diǎn)向道口主機(jī)發(fā)送一次，道口收不到這種信息，將認(rèn)為是有車接近道口。對(duì)確實(shí)有列車車輛接近道口的信息，從報(bào)警點(diǎn)向道口主機(jī)用一種頻率連續(xù)發(fā)送三次，用三取二的三模冗余提高其可靠性，而判別列車運(yùn)行方向的信息是從報(bào)警點(diǎn)向報(bào)警主機(jī)用另一種頻率連續(xù)發(fā)送三次，以提高其可靠性，同時(shí)實(shí)現(xiàn)故障?安全原則[5]。

4.3 無線自動(dòng)報(bào)警主機(jī)

無線自動(dòng)報(bào)警主機(jī)本身具有自檢功能；

自動(dòng)報(bào)警的工作流程是反復(fù)不斷的被執(zhí)行，一旦工作流程停止執(zhí)行，主機(jī)便會(huì)自動(dòng)報(bào)警；

無線自動(dòng)報(bào)警主機(jī)無論接收自檢信號(hào)、接近道口信息、運(yùn)行方向信息中的哪種信息，都要接收信息的全部，也就是既要接收信息的脈沖部分又要接收信息的間隔部分。如果只接收脈沖或只接收間隔部分，則視為故障狀態(tài)，便使主機(jī)自動(dòng)報(bào)警。

上述三點(diǎn)保證無線自動(dòng)報(bào)警主機(jī)滿足鐵路信號(hào)控制系統(tǒng)的“故障?安全”原則。

5 結(jié) 語

本系統(tǒng)成功集成了傳統(tǒng)的列車接近道口、長大隧道及橋梁時(shí)的報(bào)警方法，結(jié)合無線通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了信息發(fā)送的無線化，節(jié)省了投資，整個(gè)設(shè)計(jì)包含了硬件設(shè)計(jì)以及報(bào)警控制主機(jī)應(yīng)用程序的編寫，包含了一個(gè)完整的開發(fā)流程，將鐵路現(xiàn)場實(shí)際應(yīng)用與自動(dòng)化控制理論進(jìn)行了密切聯(lián)系，擴(kuò)展了無線通信以及PLC可編程處理器的應(yīng)用領(lǐng)域。該系統(tǒng)除具備使用便利、投資小、安全可靠性高等優(yōu)點(diǎn)外，同時(shí)具有簡單的操作界面，此系統(tǒng)除單線以外還開發(fā)有雙線和站場的道口自動(dòng)報(bào)警，將在鐵路多種環(huán)境下得到廣泛應(yīng)用，以減少事故發(fā)生，保證鐵路運(yùn)輸安全。

參考文獻(xiàn)

[1] 李顯軍.道口報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].鐵路技術(shù)創(chuàng)新，2004（5）：6?8.

[2] 歐世杰.列車接近安全防護(hù)報(bào)警技術(shù)的研究[J].中國鐵道科學(xué)，2001（2）：47?49.

[3] 鐘貴彬.高速鐵路CBTC的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)故障?安全策略分析[J].中國鐵路，2012（11）：48?51.

[4] 張洪民.故障安全控制系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)過程控制中的應(yīng)用[J].自動(dòng)化儀表，2013（5）：81?84.

[5] 李民.計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的故障?安全設(shè)計(jì)[J].鐵道通信信號(hào)，2009（6）：8?10.

[6] 歐世杰，任志堅(jiān).南京長江大橋列車接近安全防護(hù)報(bào)警系統(tǒng)的改造[J].鐵道建筑，2010（2）：23?25.

[7] 任志堅(jiān) 歐世杰.LJB?3型列車接近安全報(bào)警系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)[J].鐵道建筑，2002（8）：45?47.

[8] 鄭云水.微機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)故障安全措施：容錯(cuò)技術(shù)[J].鐵道技術(shù)監(jiān)督，2008（4）：39?41.

[9] 侯中孝.德國平交道口安全防護(hù)系統(tǒng)[J].鐵道通信信號(hào)，1998（2）：35?36.

[10] 王衛(wèi)華，劉泊.便攜式列車接近安全報(bào)警系統(tǒng)的信號(hào)處理[J].哈爾濱理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2001（6）：64?67.

[11] 高兵權(quán)，肖學(xué)福，湯麗，等.基于STM8S單片機(jī)的貨場鐵路道口自動(dòng)報(bào)警裝置設(shè)計(jì)[J].華北科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2010（10）：35?37.

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[13] 莊少群.基于無線通信實(shí)現(xiàn)的智能報(bào)警系統(tǒng)研究[J].科技創(chuàng)新報(bào)，2010（31）：13?16.

4.1.2 無源檢知模塊

無源檢知模塊電路原理如圖4所示。

圖4 無源檢知模塊電路

“無源”是指平時(shí)在報(bào)警傳感器線圈T2中沒有由電源供給的電流流過。則使圖4中的G1在截止?fàn)顟B(tài)，從而使電容[C2]充電，但繼電器J2落下。

當(dāng)有車輛接近道口，而且是每有車輪輪對(duì)駛過傳感器T2上方時(shí)，都會(huì)在傳感器線圈T2中產(chǎn)生一個(gè)感應(yīng)電勢(shì)，在這一感應(yīng)電勢(shì)作用下，會(huì)使圖4中的G1飽和導(dǎo)通一次，而使電容器[C2]經(jīng)繼電器J2放電進(jìn)而使繼電器J2吸起，車輪輪對(duì)駛離傳感器T2上方時(shí)，又會(huì)使電容[C2]充電，每一車輪輪對(duì)駛過傳感器T2上方都會(huì)重復(fù)這一過程，從而使繼電器J2在全部車輛駛過傳感器T2上方時(shí)一直保持吸起。和有源檢知模塊一樣，電路中的任一原件發(fā)生故障，都不會(huì)使電容器[C2]有充、放電過程，其結(jié)果都會(huì)使繼電器J2一直落下，符合故障?安全原則。

4.2 通信及接口模塊

把通信模塊設(shè)計(jì)成一套具有自檢功能的系統(tǒng)，即使通信模塊每8 s收、發(fā)一組自檢信號(hào)，當(dāng)通信模塊不能收、發(fā)自檢信號(hào)時(shí)，便使主機(jī)自動(dòng)報(bào)警。 接口模塊采用信息冗余方式，依靠增加信息的多余度來提高設(shè)備的可靠性，如在無線道口信號(hào)設(shè)備中，對(duì)于無車接近道口這樣重要的信息是每8 s就會(huì)從報(bào)警點(diǎn)向道口主機(jī)發(fā)送一次，道口收不到這種信息，將認(rèn)為是有車接近道口。對(duì)確實(shí)有列車車輛接近道口的信息，從報(bào)警點(diǎn)向道口主機(jī)用一種頻率連續(xù)發(fā)送三次，用三取二的三模冗余提高其可靠性，而判別列車運(yùn)行方向的信息是從報(bào)警點(diǎn)向報(bào)警主機(jī)用另一種頻率連續(xù)發(fā)送三次，以提高其可靠性，同時(shí)實(shí)現(xiàn)故障?安全原則[5]。

4.3 無線自動(dòng)報(bào)警主機(jī)

無線自動(dòng)報(bào)警主機(jī)本身具有自檢功能；

自動(dòng)報(bào)警的工作流程是反復(fù)不斷的被執(zhí)行，一旦工作流程停止執(zhí)行，主機(jī)便會(huì)自動(dòng)報(bào)警；

無線自動(dòng)報(bào)警主機(jī)無論接收自檢信號(hào)、接近道口信息、運(yùn)行方向信息中的哪種信息，都要接收信息的全部，也就是既要接收信息的脈沖部分又要接收信息的間隔部分。如果只接收脈沖或只接收間隔部分，則視為故障狀態(tài)，便使主機(jī)自動(dòng)報(bào)警。

上述三點(diǎn)保證無線自動(dòng)報(bào)警主機(jī)滿足鐵路信號(hào)控制系統(tǒng)的“故障?安全”原則。

5 結(jié) 語

本系統(tǒng)成功集成了傳統(tǒng)的列車接近道口、長大隧道及橋梁時(shí)的報(bào)警方法，結(jié)合無線通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了信息發(fā)送的無線化，節(jié)省了投資，整個(gè)設(shè)計(jì)包含了硬件設(shè)計(jì)以及報(bào)警控制主機(jī)應(yīng)用程序的編寫，包含了一個(gè)完整的開發(fā)流程，將鐵路現(xiàn)場實(shí)際應(yīng)用與自動(dòng)化控制理論進(jìn)行了密切聯(lián)系，擴(kuò)展了無線通信以及PLC可編程處理器的應(yīng)用領(lǐng)域。該系統(tǒng)除具備使用便利、投資小、安全可靠性高等優(yōu)點(diǎn)外，同時(shí)具有簡單的操作界面，此系統(tǒng)除單線以外還開發(fā)有雙線和站場的道口自動(dòng)報(bào)警，將在鐵路多種環(huán)境下得到廣泛應(yīng)用，以減少事故發(fā)生，保證鐵路運(yùn)輸安全。

參考文獻(xiàn)

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[4] 張洪民.故障安全控制系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)過程控制中的應(yīng)用[J].自動(dòng)化儀表，2013（5）：81?84.

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[8] 鄭云水.微機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)故障安全措施：容錯(cuò)技術(shù)[J].鐵道技術(shù)監(jiān)督，2008（4）：39?41.

[9] 侯中孝.德國平交道口安全防護(hù)系統(tǒng)[J].鐵道通信信號(hào)，1998（2）：35?36.

[10] 王衛(wèi)華，劉泊.便攜式列車接近安全報(bào)警系統(tǒng)的信號(hào)處理[J].哈爾濱理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2001（6）：64?67.

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[12] 李玲桂.國外平交道口的安全措施[J].鐵道知識(shí)，2005（4）：22?23.

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