動車組進出庫及接觸網(wǎng)供斷電聲光報警系統(tǒng)的研制

陳秉航

(中國鐵路南昌鐵路局集團有限公司福州車輛段，福建 福州 350001)

隨著我國高鐵事業(yè)的迅猛發(fā)展，動車所承擔的高鐵動車組日常運行檢修作業(yè)量大大增加。以福州動車段福州南動車所為例，該所目前共有6條動車組檢修線，每天夜間檢修動車組數(shù)多達36組，且80%的檢修工作量集中在23∶00至凌晨5∶00，平均達29組，以每組動車組進庫、出庫、供電、斷電各1次計，在凌晨這個特殊時段，每天動車組進出庫及接觸網(wǎng)供斷電作業(yè)次數(shù)高達116次。而多單位部門、多崗位工種的人員須同時參與動車組檢修整備作業(yè)，目前每天參與動車組作業(yè)的人員高達兩三百人。在作業(yè)高峰時段，動車所檢修庫內(nèi)聲音嘈雜，在供電狀態(tài)下，動車組車下散熱裝置風機噪聲達60dB，加之廠內(nèi)車輛及對講機提示音等，給作業(yè)人員安全提示造成阻礙。上述多種安全不利因素對動車檢修庫內(nèi)工作人員的安全構(gòu)成較大威脅，也成為動車所工作人員人身安全管理的重要安全風險，亟待解決。

1 聲光報警系統(tǒng)的主要功能

針對動車組進出庫、高壓接觸網(wǎng)供斷電作業(yè)時存在的安全風險，本文提出研制動車組進出庫及接觸網(wǎng)供斷電安全聲光報警系統(tǒng)(以下簡稱系統(tǒng))的解決方案，明確系統(tǒng)的主要功能。

1.1 動車組進、出庫聲光報警安全提示

當動車組進庫或出庫時，系統(tǒng)通過采集既有的動車組綜合檢修平臺相關(guān)信號，自動判斷動車組即將實施的進庫或出庫動作，并立即對該進路實施語音警示，同時通過敷設(shè)在該進路軌道橋上的三色燈帶實施燈光警示，確保該進路線路上及附近可能受影響的作業(yè)人員收到有效安全提示。

1.2 檢修庫內(nèi)高壓接觸網(wǎng)供、斷電作業(yè)時聲光報警安全提示

當作業(yè)線路預實施接觸網(wǎng)供電或斷電作業(yè)時，系統(tǒng)采集隔離開關(guān)操作信號，在供電或斷電前對該線路股道實施語音及燈光警示，確保在動車組上作業(yè)人員得到有效的安全提示。

2 聲光報警系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)設(shè)計

為了實現(xiàn)上述系統(tǒng)功能，滿足安全需求，結(jié)合現(xiàn)場既有條件因素等，設(shè)計系統(tǒng)主要由信號采集、PLC控制、信號傳輸、語音警示、燈光警示等五個部分構(gòu)成。設(shè)計系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)

2.1 信號設(shè)置與采集

根據(jù)上述系統(tǒng)設(shè)計，系統(tǒng)所需采集的進庫白燈、出庫白燈、接觸網(wǎng)有無電、股道列位等信號主要從檢修庫內(nèi)既有的動車組三層綜合檢修平臺系統(tǒng)采集，本系統(tǒng)增加采集信號主要是庫外、庫內(nèi)光電檢測裝置和車感器。

在動車組檢修庫外50m處，每條股道線路都布設(shè)有動車組光電檢測裝置，采用對射式光電開關(guān)，對射檢測距離5m，并設(shè)計防光線干擾暗盒，可準確檢測區(qū)間動車組通過情況。

在動車組入庫端大門內(nèi)側(cè)端墻上，設(shè)有庫內(nèi)動車組光電檢測裝置，采用對射式光電開關(guān)，對射檢測距離5m，并設(shè)計防止光線干擾暗盒，可準確檢測區(qū)間動車組通過情況。

在每條股道的每列位中部位置，設(shè)有動車組停靠檢測裝置，即停車光電車感器，通過反光板反饋完成檢測，檢測距離5m，可準確檢測該股道列位上是否停靠有動車組。

2.2 PLC控制

每兩條線路股道之間設(shè)置有可編程控制器(PLC)控制電氣柜，控制柜實時采集庫內(nèi)、外相關(guān)設(shè)備信號(一度停車位光電開關(guān)狀態(tài)、庫門內(nèi)側(cè)處的光電開關(guān)狀態(tài)、進出庫白燈信號、股道1、2列位停車狀態(tài)、接觸網(wǎng)供斷電狀態(tài)等)，按預設(shè)程序規(guī)范輸出一定信號，以控制安全警示設(shè)備的動作，實現(xiàn)控制安全警示功能。

PLC控制柜主要由CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊和編程裝置組成。

采用三菱公司的FX2N-MR64型PLC作為主要控制器，實現(xiàn)系統(tǒng)自動控制功能，PLC控制器接線圖如圖2所示。

圖2 PLC控制器接線圖

2.3 信號傳輸

為避免因敷設(shè)傳輸線路破壞動車所現(xiàn)有自流平地面，系統(tǒng)采用了無線開關(guān)量控制器，用于無線傳輸系統(tǒng)信號指令，控制軌道橋警示燈帶動作。

無線開關(guān)量控制器嵌入高速單片機，采用高性能射頻芯片，可視環(huán)境下通信距離可達2700m。控制器采用1對1的配置，每條線路軌道設(shè)置1對。輸入通道與控制器核心部分通過光電隔離，輸出通道全部通過繼電器輸出。

通過UART接口，使用RFSET軟件，設(shè)置無線開關(guān)控制器工作頻點、空中頻率、發(fā)射功率、串口速率和格式。設(shè)置工作頻率與檢修庫內(nèi)供電箱頻率、對講機頻率等不產(chǎn)生干擾。

2.4 語音警示

2.4.1 警示語音數(shù)據(jù)的錄制

根據(jù)實際需求錄制有“××股道動車組進庫，作業(yè)人員請注意安全”“××股道動車組出庫，作業(yè)人員請注意安全”“××股道接觸網(wǎng)準備供電，作業(yè)人員請注意安全”“××股道接觸網(wǎng)準備斷電，作業(yè)人員請注意安全”等語音數(shù)據(jù)。

2.4.2 音箱選用及安裝

系統(tǒng)采用80W定壓式壁掛音箱改造為定阻式，音質(zhì)清晰可辨，傳播距離適中，音量可調(diào)節(jié)。在每條線路股道的三層平臺側(cè)均布安裝6個音箱。

2.4.3 警示語音播放控制

根據(jù)PLC控制器傳輸?shù)男盘枺ㄟ^繼電器實現(xiàn)語音播放控制，語音播放采用閉合循環(huán)播放方式，一條播報指令循環(huán)播報3次。

2.5 燈光警示及控制

在軌道橋立柱敷設(shè)紅、黃、綠三色LED燈帶，依據(jù)軌道橋立柱數(shù)量按3-4-3的間距進行均布，間隔錯落有致，立柱燈帶連接線延伸至地溝花紋蓋板之下。

根據(jù)PLC控制器傳輸?shù)男盘枺ㄟ^繼電器實現(xiàn)燈帶紅、黃、綠3色燈光交變警示。

系統(tǒng)主要設(shè)備布置結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)主要設(shè)備布置圖

3 聲光報警系統(tǒng)在動車所檢修現(xiàn)場的應用

3.1 動車組入庫聲光警示

以動車組入庫白燈亮起信號觸發(fā)系統(tǒng)進入工作狀態(tài)。進庫白燈亮起后，每間隔5s系統(tǒng)自動語音循環(huán)播報：“××股道動車組進庫，作業(yè)人員請注意安全”，同時庫內(nèi)軌道橋燈帶狀態(tài)從紅色有電狀態(tài)轉(zhuǎn)換為黃色持續(xù)亮燈狀態(tài)。

動車組駛過庫外光電檢測裝置，信號觸發(fā)庫內(nèi)語音持續(xù)警示播報“××股道動車組進庫，作業(yè)人員請注意安全”，同時軌道橋立柱燈帶由黃色持續(xù)亮燈狀態(tài)轉(zhuǎn)換為黃色間隔1s閃爍狀態(tài)。

當庫內(nèi)車感器檢測到入庫動車組停妥后，系統(tǒng)停止語音警示播報，同時軌道橋燈帶由黃色閃爍狀態(tài)轉(zhuǎn)換為紅色有電提示。

3.2 動車組出庫聲光警示

以動車組出庫白燈亮起信號觸發(fā)系統(tǒng)進入工作狀態(tài)。系統(tǒng)在檢測到出庫白燈信號后，每間隔5s系統(tǒng)自動語音循環(huán)播報: “××股道動車組出庫，作業(yè)人員請注意安全”，同時軌道橋燈帶呈黃色閃爍狀態(tài)。

當庫內(nèi)車感器檢測到出庫動車組全列出庫后，系統(tǒng)停止語音警示播報，同時軌道橋燈帶由黃色閃爍狀態(tài)轉(zhuǎn)換為紅色有電提示。

如果出庫動車組為重聯(lián)動車組時，當?shù)谝涣袆榆嚱M尾端通過庫內(nèi)車感器后，軌道橋燈帶顯示狀態(tài)有短暫的切換過程，隨后在全列動車組出庫后，系統(tǒng)停止語音警示播報，同時軌道橋燈帶由黃色閃爍狀態(tài)轉(zhuǎn)換為紅色有電提示。

3.3 接觸網(wǎng)供電作業(yè)時聲光警示

準備給接觸網(wǎng)供電作業(yè)前，隔離開關(guān)操作人員打開安全聯(lián)鎖控制箱，將箱內(nèi)安全確認鑰匙打到“確認供電”位時，系統(tǒng)接收到“預供電”信號，警示語音立即開始播報：“××股道接觸網(wǎng)準備供電，作業(yè)人員請注意安全”，同時軌道橋燈帶由未亮燈狀態(tài)轉(zhuǎn)換為黃燈閃爍狀態(tài)。

當隔離開關(guān)操作人員操作隔離開關(guān)“合閘”，給接觸網(wǎng)供電時，系統(tǒng)接收到聯(lián)鎖控制箱中接觸網(wǎng)已供電的信號，系統(tǒng)停止語音播報，同時軌道橋燈帶由黃色閃爍狀態(tài)轉(zhuǎn)換為紅色有電提示狀態(tài)。

3.4 接觸網(wǎng)斷電作業(yè)時聲光警示

準備給接觸網(wǎng)斷電作業(yè)前，隔離開關(guān)操作人員打開安全聯(lián)鎖控制箱，將箱內(nèi)安全確認鑰匙打到“確認斷電”位時，系統(tǒng)接收到“預斷電”信號，警示語音立即開始播報：“××股道接觸網(wǎng)準備斷電，作業(yè)人員請注意安全”，同時軌道橋燈帶由紅燈狀態(tài)轉(zhuǎn)換為黃燈閃爍狀態(tài)。

當隔離開關(guān)操作人員操作隔離開關(guān)“分閘”，將接觸網(wǎng)斷電時，系統(tǒng)接收到聯(lián)鎖控制箱中接觸網(wǎng)已斷電的信號，系統(tǒng)停止語音播報，同時軌道橋燈帶由黃色閃爍狀態(tài)轉(zhuǎn)換為綠色無電提示狀態(tài)。

4 結(jié)束語

本文從解決高鐵動車組檢修現(xiàn)場安全實際問題出發(fā)，經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)查研究，構(gòu)思解決方案，研發(fā)動車組進出庫及接觸網(wǎng)供斷電聲光報警系統(tǒng)，并通過技術(shù)和工程手段使系統(tǒng)功能得以實現(xiàn)，有效控制安全風險，消除安全隱患。經(jīng)過三年來的實踐檢驗，該系統(tǒng)在高鐵動車組運用檢修現(xiàn)場安全風險防控中發(fā)揮積極作用，受到使用者的歡迎和好評，并在全國多個鐵路局動車所推廣應用。