長大距離下的洗車機無人值守技術改造

詹城偉，王洪崢，鐘佳麗，曾偉鵬

（廣州地鐵集團有限公司，廣州 510000）

0 引言

廣州地鐵各線洗車機清洗列車都要安排一名維修人員在現場值守，輔助完成列車清洗作業。據統計分析，每天洗車作業大約需要消耗8個工時，但是真正需要人員輔助完成的作業僅需要2 h左右，有效工時利用率非常低。如果將洗車機監控及應急操作部分放置在DCC，由DCC檢修調度兼顧監控洗車作業，洗車機現場無需安排操作人員值守，可達到節約人力的目的。

國內不同城市地鐵對洗車機無人值守進行了研究。范俊韜等[1]提到了在廣佛線洗車機通過硬線控制電纜直連的方式實現控制信號傳輸至DCC的方案進行改造。但是廣州地鐵二十一號線各場段配置的洗車機距離DCC距離較遠，且洗車機未預留無人值守模式相關接口。因此希望通過對洗車機進行局部改造解決控制信號遠程傳輸的問題，實現長大距離下洗車機的無人值守功能。

1 改造現場條件

廣州地鐵二十一號線各場段6臺洗車機與DCC控制室距離如表1所示，除水西停車場洗車機與DCC控制室距離小于1 000 m外，其余場段均大于1 000 m。現場洗車機與DCC控制室之間無預留光纜與電纜，信號的遠距離傳輸是本次改造的難點。

表1 各段場洗車機與DCC控制室距離

2 整體系統設計

為解決長距離的監控視頻和控制信號遠程傳輸難題，將尚文娟[2]、曾磊[3]、夏季[4]等人關于洗車機無人值守的研究進行對比，經仔細調研提出一種基于光纖通訊的改造方案，光纖中繼器在其他行業也有成熟的應用[5]，該方案整體框圖如圖1所示。通過光纖收發器-光纖-光纖收發器傳輸監控視頻，在DCC設置1臺監控計算機，實現遠程視頻監控功能；通過開關量光纖中繼器-光纖-開關量光纖中繼器將控制信號進行光電信號轉換與傳輸，在DCC設置1個控制盒，實現遠程狀態監控及應急操作的功能。

2.1 DCC終端控制盒

DCC室新增設置1個電控盒，功能包括電源指示、蜂鳴報警器、報警指示燈、報警復位、急停開關。DCC人員可通過控制盒了解洗車機的基本狀態并進行緊急控制。如圖2所示。

圖1 長大距離下無人值守改造網絡拓撲

圖2 DCC無人值守控制盒

圖中各指示燈按鈕功能如下。

（1）電源指示燈：指示洗車機上電狀態。

（2）蜂鳴報警器：洗車機故障報警時發出蜂鳴報警，提示DCC人員進行處理。

（3）報警指示燈：洗車機故障報警指示。

（4）復位按鈕：復位消音。

（5）急停開關：拍下急停開關，洗車機復位停止動作。

2.2 控制信號遠程傳輸

采用光纖通訊代替傳統電纜通訊，傳輸洗車機與DCC之間的控制信號，使用工業級開關量光纖中繼器進行連接并實現光電信號轉換。開關量光纖中繼器成對使用，可以在輸入設備端將洗車機開關量信號的電纜通訊轉換為光纖通訊，在輸出設備端接收光信號，再將其轉換為開關量信號，實現洗車機控制信號的遠距離傳輸。

2.2.1 產品選型

根據洗車機本地及DCC遠程控制端遠程傳輸信號數量需求，選擇深圳易控達YOS4型號雙向四通道的開關量光纖中繼器實現光電信號轉換。YOS4型號中繼器為工業級開關量光纖中繼器，支持4路干觸點輸入，繼電器輸出，單雙纖可選（單雙向），單多模可選（多模0～2 km、單模0～20 km），光接口類型ST/SC/FC可選，標配ST。

2.2.2 光纖連接方法

本次改造中該設備需配對使用，光纖須交叉連接，即一端TX接對端RX，RX接對端TX。由于洗車機本地及DCC遠程控制端均需要發送和接收信號，信號采用雙向雙纖傳輸。DCC控制室與洗車機光纖可通過車輛段現有的線槽和廊道進行敷設，同時在DCC控制室與洗車機兩端設置熔纖盒，熔纖成端后通過跳纖連接值開關量光纖中繼器。

2.2.3 控制信號遠程傳輸電路

開關量光纖中繼器輸入方式為干觸點輸入，輸出方式為繼電器輸出[6]。從DCC至洗車機的報警復位、急停開關、急停開關反饋輸入信號，接入DCC端開關量光纖中繼器輸入觸點，從洗車機本地開關量光纖中繼器輸出開關量信號。其中報警復位、急停開關反饋一端需接入24 V供電，一端并聯接入原控制電路，急停開關[7]輸出觸點直接串聯進安全回路中，實現遠程急停功能。從洗車機至到DCC的報警指示、電源指示、蜂鳴報警器、輸入信號通過中間繼電器將高低電平信號轉換為開關信號輸入到中繼器，從DCC中繼器輸出開關信號，控制回路需接入DC24 V電源供電。

接口電路在洗車機原電路基礎上進行修改，具體局部改造電路原理如下。

（1）急停控制

原始急停回路如下，EM1-EM7急停開關的常閉觸點串聯接入安全繼電器SF1。DCC遠程控制端光纖中繼器輸入端DI2-/DI2+接入急停開關常開觸點。洗車機本地電柜內，光纖中繼器輸出腳D02P/D02C為一對常閉觸點串聯接入EM1-EM7急停回路中，當D02P/D02C常閉觸點被觸發斷開時，急停回路斷開。具體接線斷開EC-ED:4端子接線，一端接D02P，一端接D02C。DCC遠程控制端光纖中繼器輸入端DI3-/DI3+接入急停開關常開觸點。洗車機本地電柜內，光纖中繼器輸出腳D03P/D03O為一對常開觸點，D03O接入+24 V電源，D03P并聯接入EC-ED∶10，通過X1.6向PLC急停開關反饋觸點狀態。

（2）報警復位

DCC遠程控制端光纖中繼器輸入端DI1-/DI1+接入報警解除按鈕常開觸點。洗車機本地端，光纖中繼器輸出腳D01P/D01O為一對常開觸點，D01O接+24 V電源，D01P并聯接入EC-ED:6，向PLC輸入報警解除信號。

（3）報警指示燈、電源指示及蜂鳴報警器

通過24 V中間繼電器將PLC輸出的報警指示燈、電源指示、蜂鳴報警器高低電平信號轉換為開關量信號，分別接入洗車機本地端開關量光纖中繼器輸入端DI1-/DI1+、DI2-/DI2+、DI3-/DI3+。在DCC控制端光纖中繼器輸出端D01P/D01O、D02P/D02O、D03P/D03O分別接入遠程報警指示燈、電源指示、蜂鳴報警器，指示洗車機本地設備狀態。

綜合考慮以上因素，最終形成改造電路如圖3所示。

2.3 監控視頻遠程傳輸方案

在DCC控制室設置1臺計算機主機和顯示器，計算機主機通過光纖收發器—光纖—光纖收發器—網絡交換機傳輸路徑，接入原有視頻監控局域網，在DCC監控電腦通過IE瀏覽器登陸監控視頻刻錄機IP可獲取洗車機本地監控視頻。

圖3 遠程控制系統電路

2.4 程序優化

改造前二十一號線洗車機每清洗完一列車后，需操作人員手動復位一次才能進行下輛列車清洗。為實現清洗結束后自動復位，減少DCC操作人員開關“手動/自動開關按鈕”的操作，對PLC程序[8]進行修改，修改源程序段為在清洗結束后調取“FC80停止復位”程序塊，實現程序自動復位，連續清洗下輛列車。如圖4所示。

圖4 自動復位程序段修改

3 改造成果

目前廣州地鐵象嶺停車場、水西停車場洗車機已經應用此方案完成改造，投入使用，如圖5所示。經現場試驗效果如下。

（1）DCC監控電腦可以清晰地獲取洗車機本地監控視頻，不存在明顯延時。

圖5 現場使用照片

（2）洗車過程中模擬故障，DCC遠程控制盤蜂鳴報警器迅速響起，報警指示燈即刻亮燈。

（3）DCC遠程監控人員聽到報警后，拍下急停按鈕，邊刷可立即擺回原位，司機可操縱列車安全通過；按下復位按鈕可對故障報警消音。

4 結束語

針對二十一號線各場段洗車機與DCC控制室距離遠的問題，基于光纖通訊，提出了一種能夠有效遠程傳輸視頻和控制信號的改造方案，其中主要通過開關量光纖中繼器實現控制信號光電轉換，進行遠程傳輸。結合開關量光纖中繼器輸入、輸出的特點，對洗車機原控制電路進行改造。該改造方案打破了以往改造距離的限制，改造成本低，只需對洗車機進行局部改造，為本身不具備無人值守功能及接口的洗車機進行改造提供了參考。