移动脱轨器监控系统的研制

赵万民 上海铁路局南京东车辆段

为保障列检作业人员的人身安全，列检作业场的作业线路现已设置电动脱轨器作为防护措施，但随着铁路货物运输大编组、重载的变化，长大货物列车有效长度不断增加，致使电动脱轨器无法使用，列检作业时只能使用移动红牌脱轨器进行作业安全防护。对移动脱轨器的使用，一般由现场作业人员进行插撤，并通过值班室进行联系确认，由值班员进行移动红牌脱轨器的使用登记和销号，实现对移动脱轨器使用的监控。这种方法存在很大的随意性，不能保证移动红牌脱轨器使用的安全性，为列检作业留下安全隐患，这一问题一直困扰着车辆运用部门。通过运用无线通信、计算机技术和智能识别技术实现列检移动脱轨器管理装置的人机互控，可确保列检检车作业防护安全。

1 系统构成

移动脱轨器监控系统由上位机、无线数传和移动脱轨器存放采集终端三部分构成。

1.1 上位机

上位机包括主机、显示器、无线数据接收和上位机软件四个部分。上位机接收信号中继器转发过来的现场移动脱轨器存放信息，将其显示在液晶显屏上并语音提示，使值班人员通过该显示器掌握全场移动脱轨器使用的状况。超时告警，提示值班员安排撤除移动脱轨器。

1.2 无线数传

无线数传包括无线数传模块、天线。接收移动脱轨器存放采集终端的信息并发送给值班室的上位机。

1.3 移动脱轨器存放采集终端

移动脱轨器存放采集终端包括脱轨器存放采集器、微功耗控制器、无线数传机和太阳能电源。采集移动脱轨器离架、回架信息。

2 工作原理

现场移动脱轨器的存放架底部分别安装脱轨器存放采集器，每两股道一端共用一个微功耗控制器、无线数传机和太阳能电源，当脱轨器的存放信息发生变化时，移动脱轨器存放采集终端（见图1）自动发送一次状态信息，经上位机接收处理后直观显示在上位机界面上，此时值班员可根据移动脱轨器离开存放架的信息在上位机上编制移动脱轨器使用计划，当移动脱轨器回位后值班员与现场检车员进行呼唤确认。当移动脱轨器离开存放架45 min 后还没有归位，上位机自动提醒值班员与现场检车员确认下轨操作。

图1 监控系统存放采集终端

3 系统布局及控制流程

3.1 系统平面布局图

移动脱轨器监控系统的平面布局见图2 所示。每个列检作业场装设1 个上位机，根据作业股道情况对线路两端各装设1 套脱轨器采集器、无线数传、采集器控制机箱及电源，并对每条线路两端使用的移动脱轨器进行配对编号。针对到达或始发列车的性质，移动脱轨器的插设应同时能够满足现场使用，到达列车配对脱轨器的监控系统具有连锁功能，必须同时使用、放回，否则将进行声光报警。

3.2 系统控制流程

列检移动脱轨器管理装置的最终目标是杜绝错插和漏撤现象的发生，为移动脱轨器的安全管理提供一种科学的管理手段，不论是错插还是漏撤，一个共同点是移动脱轨器已经离开存放架，因此移动脱轨器的监控系统通过从存放架入手，实时监测移动脱轨器离架和回架信息，并对离架的脱轨器以软件作为辅助手段加强使用管理，以使值班员掌握移动脱轨器何时离开存放架，用于哪个股道，而且又是什么时候撤除的，形成安全管理的闭环控制。其具体的信息流转及控制流程见图3。

图2 系统平面布局图

图3 系统控制流程

4 系统技术运用

移动脱轨器监控系统主要运用了：抗干扰、高稳定的无线数传技术，实现移动脱轨器状态的实时显示和动态管理；移动脱轨器存放架检测技术，实时检测移动脱轨器的状态；太阳能供电技术，解决站场间供电困难的的问题；用软件程序实现移动脱轨器使用管理由人工方式提升为人机结合的安全联控模式。

4.1 太阳能供电技术

运用太阳能技术主要解决移动脱轨器采集终端供电问题。由于线路间没有供电条件，因此，站场股道间安装移动脱轨器采集终端的供电施工成本较高，而原用于航天设备的太阳能供电技术在可靠性方面已发展成熟，并在很多民用领域得到了广泛应用，比较经济。经技术论证和样机试验，由单片机控制的太阳能电源可以做到只要有一天光照（正常晴到多云天气），即可供移动脱轨器采集终端使用10 天，解决了站场移动脱轨器采集终端供电成本高的问题。同时，太阳能电源属于清洁、环保型能源，符合国家产业政策。

4.2 数字无线通信技术

本系统采用数字无线通信技术，它与模拟无线通信技术相比，有如下特点：

⑴数字传输的抗干扰能力强。数字通信在传输过程中，在信噪比较差的情况下能对传输脉冲的取值进行判定，可利用再生中继技术使传输信号再生，从而消除噪声干扰对传输质量的影响。

⑵数字通信可通过校验编码，及时发现并改正差错，使误码率提高两个数量级。

⑶由于数字集成电路技术日益成熟，无线数字通信设备越来越稳定、功耗低、体积小、易于使用。

4.3 故障自检技术

本系统使用微功耗单片机作为控制芯片，因此很容易实现故障检测和系统自检。当移动脱轨器采集终端出现通信、电源等故障时，会向上位机发送故障信息；系统通信自检时，移动脱轨器采集终端正常离架时向上位机发送信道校验码，上位机接收到后除正常发送移动脱轨器离架或回架报文外亦表示信道良好。

4.4 信号中继技术

无线通信中继器采用ATMEL 微处理芯片98C8051 对无线传输数据进行中继，无线通信中继器实时接受移动脱轨器采集终端发出的数据，当满足一个数据包条件时，无变化发射原始数据。

5 系统功能

⑴值班员可通过上位接收机的显示器直接观察到作业现场移动红牌脱轨器的存放情况。

⑵值班员利用计算机平台对移动红牌脱轨器的使用信息进行维护和管理。

⑶移动红牌脱轨器上轨超时报警，提示值班员安排现场职工撤除移动脱轨器。

6 运用效果

本系统于2010 年9 月1 日交付于南京东到达作业场进行试用，经运用，列检移动脱轨器管理装置设计合理、功能实用、性能稳定，较好地解决了移动脱轨器使用的安全监控难题，实现了站场移动脱轨器状态直观实时显示，充分体现了劳动安全的自控、互控和他控。移动脱轨器一旦离开存放架，上位机直接弹出使用计划输入界面，值班员完成使用计划的输入后开通股道，并核对现场插设股道信息，有效防止移动脱轨器错插；上轨时间超过技检时间系统将报警，警示值班员某某股道某某号移动脱轨器超时，请及时安排现场作业人员撤除移动脱轨器，杜绝了移动脱轨器漏撤现象的发生，确保列检作业场作业安全和行车安全。