基于 GSM无线通信网络的铁路站场照明远控方式研究

2010-08-03余翔

铁道标准设计 2010年1期

余翔

(中铁第一勘察设计院集团有限公司,西安 710043)

1 概况

铁路车站是办理客货运输的基地,除了办理客货运输各项作业外,还要办理与列车运行有关的接发、会让、越行,车列的解体、编组,机车的换挂、整备,车辆的检查、修理等各项作业。车站不仅是铁路内部各项作业的汇合点,也是提高铁路运输效率和运输安全的保证。铁路站场照明是保证行车安全、提高劳动效率、保护视看者视力健康、创造舒适环境的必要条件。近些年随着技术水平的发展,铁路站场照明设施已经得到了很大程度的完善,灯塔、灯桥等大型照明设备的应用已经得到了很大程度的普及,有力地保障了铁路的全天候安全运营。面对全世界范围内的能源与环境危机,如何跟上铁路车站设备和作业过程现代化和自动化的步伐,提高站场照明的信息化水平,减少现场控制人员的操作强度,通过科技手段实现铁路站场照明的节能目标,是铁路照明设计目前的任务之一。

2 铁路站场照明控制问题的提出

铁路站场照明设计主要包含照明设备选择、照明设备布置方案的确定、照明控制方式的选择和照明配电系统设计等环节。目前铁路站场照明设备主要是以灯塔、灯桥等高效的照明设备为主,实际照明效果也较好,照明设备的布置方案在《铁路电力设计手册》等资料中介绍也比较多,在照明设计中尚需改进的问题主要是在照明控制方式和与之配套的照明配电系统方面。

既有铁路站场照明设备多采用有线控制方式,站场照明系统存在电力线路利用率低,维护不便、控制方式不灵活、节能效果差等问题。特别对于大型的站场而言,问题尤为突出,采用有线控制方式势必需要使用大量的电缆,这既增加了工程建设成本也增加了建成后运营维护电缆线路的工作量,特别由于控制方式的不灵活,车站每年要花很高的代价来维持车站照明设施的使用,严重制约着车站节能和降低运营成本目标的实现。

随着科学技术和信息化水平的普及,手机成为日常生活不可缺少的物品,GSM无线通信网络遍布我们身边的每个角落,GSM无线通信网络以其网络容量大、稳定性强不易受干扰、信息灵敏、通话死角少的特点,保障着随时随地全天候的可靠通信。正是 GSM无线通信网络的普及,使得利用 GSM无线通信网络通道进行照明控制成为改进既有的铁路站场照明控制方式的一种可行方案。

3 铁路站场照明远控方式研究

根据《铁路电力设计规范》(TB10006—2006)“灯桥电源控制箱宜同时具有远控、自控、就地手控等控制方式”的要求,既有站场照明一般都设有自控和就地手动方式,自控一般采用光、时控方式,而就地手动方式多用于检修或在自动、远控方式发生故障时使用。铁路站场照明一般是在有作业需要时开启照明,在无作业需要时关闭照明,以节约电能。但光、时控只能根据室外光线强度或设定好的时间来控制灯的开启,如采用光控,即使无作业需要,只要到了天黑的时候,它也会将灯开启,无法做到按需开灯;如采用时控,由于车站上有些作业并不是每天都会在特定的时间点来进行,因此同样也无法实现按需开灯。因此铁路站场照明一般还设有远控方式,为保证能够及时开灯,一般远控终端都设在 24h有人值班的车站运转室。自控和就地手动控制方式较为成熟,本文重点进行远控方式的研究。

目前铁路站场照明普遍采用的远控方式根据控制线路与配电电源线路的关系,可分为独立式与共用式。独立式,照明设备的控制由配电电源线路和控制线路两条线路来完成,配电电源线只负责给照明设备供电,控制线路来实现对照明设备的控制;共用式,照明设备的控制只需要 1条线路来完成,其配电电源线路即为控制线路。

两种方式的优缺点如表1所示。

表1 两种远控方式的优缺点

以上两种方式各有其优缺点。独立式的优点在于电源接引方式灵活,站场配电系统可以采用树干式向各照明设备供电,能够提高配电线路的利用率;共用式的优点在于不需敷设控制线路,但站场配电系统必需采用放射式向每座照明设备供电,运转室的控制端至设备间需敷设 1条专用配电线路,以便既起到提供电源,又起到控制的作用。如能有一种方式把独立式与共用式的优点集于一体,使站场内的照明设备既可以就近方便地接引到电源,又可以不单独敷设控制线路就能实现在运转室的远控,那这种方式将不但可以方便地进行照明控制,又可以降低建设成本,将完美解决站场照明控制问题。

4 基于 GSM无线通信网络的铁路站场照明远控方式的原理

基于GSM无线通信网络的铁路站场照明远控方式使站场照明问题的解决成为可能。具体如图1所示。

图1 基于GSM无线通信网络的铁路站场照明控制示意

这种控制系统与普通手机通信类似,由控制端、无线通信网、受控端组成。

控制端:普通固定电话或手机,用于发出开灯和关灯信号。

无线通信网:利用现有的 GSM无线移动通信网络。GSM无线通信网主要组成部分可分为基站子系统和网络子系统。基站子系统(简称基站 BS)由基站收发台(BTS)和基站控制器(BSC)组成;网络子系统由移动交换中心(MSC)和操作维护中心(OMC)以及原地位置寄存器(HLR)、访问位置寄存器(VLR)、鉴权中心(AUC)和设备标志寄存器(EIR)等组成。基站子系统和网络子系统均由移动运营商负责其日常维护,并向手机客户端提供服务。

受控端:一个由手机模块和单片机组成的一个信号接受、控制装置。通过拨打电话时的来电显示和振铃声的触发下,来实现对灯具的开、关的控制。

受控端原理:WECOMSMS加上单片机组成的一个控制系统。WECOMSMS主要是用来建立无线信道,并接收和发出短消息。单片机系统用来控制手机模块,并且对收到的短消息信息进行解释并执行。单片机控制板采用双 CPU模式,使系统能同时处理多项任务,采用独立时钟的看门狗电路,防止软件死机。由 MT8870S负责双音频解码,完成 DTMF通话遥控,MAX232完成和计算机的 RS232通讯,CD4094完成输出串行转并行的八路隔离驱动继电器。具体原理详见图2。

图2 受控端原理

调整受控端进入待机状态后,用手机向受控端SIM卡号码发一条内容为“打开第一路”的短消息,受控端收到短信后,J1发光管会亮,同时 J1继电器吸合。再发一条内容为“关闭第一路”的短消息,受控端收到后,J1发光管灭,同时 J1继电器释放,这就是短信遥控功能。我们还可以发一条短信同时遥控多路继电器实现对多个照明回路的控制。

如果在发出短信遥控指令后加上一个“?”就能遥控继电器的同时,让受控端自动回复一条控制结果状态短信,例如发出“打开第五路?”的控制短信息,系统就能自动打开第五路,并且自动回复一条“打开第五路”表示第五路确实已经打开了。也可以单独发送短信“状态查询”获得继电器的最新开关状态。

DTMF遥控:用电话拨打受控端,听到 4～5声回铃音以后,受控端能自动接通。接通后,在电话键盘上按“1*”第一路继电器应吸合,按“2*”第二路继电器吸合,……按“8*”第8路继电器吸合。按“1号”第一路继电器释放,……按“8号”第八路继电器释放。

5 基于 GSM无线通信网络的铁路站场照明远控方式的实施方案

采用基于 GSM无线通信网络的铁路站场照明远控方式的照明控制可采用图3方案,如对单照明回路控制原理进行扩展,可以实现对多个回路的控制。

图3 单照明回路控制原理

6 实施效果

采用基于 GSM无线通信网络的铁路站场照明控制方式(即无线式)的站场照明系统,既具有独立式电源接引方便、电源线路短的特点,又具有共用式不需敷设控制线路的特点,它拥有独立式与共用式两者的优点,并很好地消除了独立式与共用式的缺点。

采用这种远控方式的站场照明系统在改建铁路京包线大同至包头段电气化改造工程中已得到应用,并通过验收,投入运营。大包线集包段设站 30处,全线设有灯塔 70座,灯桥 23座,独立式、共用式、无线式 3种照明控制方式的建设投资(不含照明设备)及运营成本比较如表2所示。

表2 3种照明控制方式建设投资及运营成本比较

从建设投资和运营成本的综合效益来说,采用基于 GSM无线通信网络的铁路站场照明控制方式均远远优于独立式和共用式的远控方式。

基于 GSM无线通信网络的铁路站场照明远控方式使站场照明实现了信息化控制,由于它不像其他远控方式有固定的控制端,因此这种控制方式可以实现随时随地、全天候控制,不管在什么地方只要有固定电话、手机就可以实现对站场照明设施的实时控制,极大地方便了现场控制人员,减轻了工作强度;这种控制方式也不存在普通有线方式存在的线路检修、维护问题;对于设计者来说,也不存在控制距离太长,接触器线圈两端电压过低无法操作的问题。