道岔缺口报警系统在地铁车辆段信号中的应用

朱光文

（中铁第一勘察设计院通信信号设计处，710043，西安∥工程师）

道岔缺口的大小是反映道岔密贴程度的一项重要指标。缺口是否超限将直接影响列车的行车安全。在地铁信号系统中，道岔缺口的监测一直是转辙机监测中的薄弱环节，基本上靠人工定期观测，无法及时预告故障隐患，达不到安全要求。为此，实时监测道岔缺口位置，及时、准确预告超标状况，将故障消灭在发生之前，就成了目前信号专业亟待解决的问题。

1 道岔缺口报警系统的原理

道岔缺口报警系统是信号维护辅助监测的一项重要技术，其采用先进的计算机技术及可靠的通信方式，快速、准确、不间断地对道岔缺口状态进行自动监测；系统通过在室外加装道岔缺口报警传感器、道岔采集分机以及室内加装主机的方式，完成对道岔缺口的实时监测。

1.1 道岔缺口报警传感器的工作原理

道岔缺口报警传感器安装在道岔转辙机内的检查柱位置上。正常情况下，传感器两侧碰珠的弦高与道岔转辙机表示杆上的检查块有0.6mm±0.1 mm间隙，不会碰在一起，从而使通过道岔采集分机供加到传感器与转辙机外壳的5V电源处于开路状态。当道岔缺口间隙变化时，转辙机表示杆上的检查块会发生位移。道岔缺口间隙在≥2.4mm或≤0.6mm时，传感器碰珠的弦高与道岔转辙机表示杆上的检查块将碰撞在一起。这时，加在传感器与转辙机外壳两端的5V电压构成回路，信息采集分机输入端电位降低（小于2V），呈现低电位，传感器导通（开关量由原 “1”变为 “0”），信息采集分机输入端的电平发生变化，发出报警信息。

1.2 道岔采集分机工作原理

道岔采集分机接收主机查询命令，并将传感器信息进行转换，经调制上传到主机。原理如图1。

1.3 室内主机工作原理

室内主机是信息传递的中心，主要完成对道岔采集分机的供电、管理与查询，信号的调制与解调，报警信息处理、显示，以及上微机的通信。室内主机由主控单元、检测单元、CAN（网络）通信单元以及电源单元组成。其原理如图2所示。

图1 道岔采集分机工作原理

图2 道岔主机工作原理

室内主机通过缺口电缆与室外的道岔采集分机相连接，并按设定程序控制各电路完成信息的接收和发送。

2 道岔缺口报警系统的构成

道岔缺口报警系统由道岔缺口监测室内主机（简称主机）、道岔采集分机（简称分机）、道岔缺口报警传感器（简称传感器）及防浪涌单元组成。其连接示意图如图3。

图3 道岔缺口报警系统

2.1 道岔缺口监测主机

道岔缺口监测主机采用成熟的工业级单片机及信号迭加技术，实行集中控制、分散管理模式，完成系统的自检、巡检以及对采集信号的分析、存储和处理，并向分机提供28～32V直流工作电源。用户通过键盘操作，可以查询分机历史报警信息，通过CAN通信单元可与信号微机监测系统联网。

2.2 道岔采集分机

道岔采集分机安装在室外的电缆盒内，实时接收道岔缺口监测主机的查询，并向主机上报采集到的道岔表示缺口信息。

2.3 缺口传感器

道岔缺口传感器为机电一体化、点接触、零动程碰珠式传感器。当缺口间隙≥2.4mm或≤0.6mm时，检查柱上嵌装的碰珠与检查块导通，向分机发出报警信息，实现监测道岔缺口间隙变化状态。

3 缺口报警监测系统设计

缺口报警监测系统的设计依据道岔类型、牵引点以及电缆分束等，合理配置主机、分机以及进行系统设计。

3.1 室内主机设计

室内主机一般设置于信号设备室组合柜内，占用一个组合的位置。主机使用交流220V工作电源，可利用信号电源屏的稳压备用电源或直接从电源屏单独设置的交流220V电源模块取电。

每台主机可满足12束道岔主干电缆中全部道岔缺口监测，传输距离不小于1 500m。每台主机最大容量为120台分机，超过120台需另增设一台主机。

3.2 室外分机设计

室外每台电动转撤机均设置1台分机。分机号码（地址码）在主机中从2号开始顺序排列，中间不能有跳号、漏号和重号。

3.3 道岔缺口报警电缆设计

从一束主干电缆中选取其中一对电缆芯线作为道岔缺口报警芯线连接到室内分线柜，通过两根软线与主机上设定的一组端子连接。室外分支电缆报警芯线在方向盒内主干并接。

3.4 系统的防雷设计

为防止雷电以及电气化区段轨道产生的浪涌对道岔缺口监测系统的损害，本系统采取多项预防措施。

（1）传感器的采样信息输入分机后设计了光电隔离单元（隔离度为直流1 000V），隔离电气化轨道产生的浪涌对分机电路的损害。

（2）分机电源经电源隔离单元（隔离度为直流1 000V）隔离后，为采样电路提供工作电源，防止采样电路中的浪涌通过信号电缆对监测主机的损害。

（3）分机和主机的输入电路中均增加入了过流保护元件使主机与分机均具有自动保护功能。

（4）为防止外界强电的浪涌干扰对监测系统的冲击，在分机输入端的线与线之间、每线与大地之间设计了ZQB－FL防浪涌单元（标称电压为75V，放电电流2.5kVA，响应时间≤20ns）。

（5）电缆金属外套两端及穿线蛇管外套均接地。

（6）按《信号维护规则》的技术标准，使用单位应在室内分线盘处并联接入标称电压为60V、放电电流5kVA、响应时间≤25ns的回路防雷模块单元。

经过以上多项防护措施，使系统具备了良好的防雷性能。防雷措施框如图4。

图4 道岔缺口系统防雷措施框图

3.5 与微机监测系统的接口设计

道岔缺口报警系统与微机监测系统通过RS485或CAN总线连接。信号微机监测系统对上传来的道岔缺口监测报警信息有进行区分、报警、屏蔽、记录、统计及打印等功能。

4 道岔缺口报警系统的使用

道岔缺口报警系统有独立显示、存储信息，以及发出声、光报警功能。它可以独立报警，也可作为信号微机监测系统的一个组成部分，纳入信号微机监测系统管理。当道岔缺口偏移超标后，可通过微机监测报警窗口或报警主机及时给出故障报警。维修人员按照信息及时对有关道岔进行整治和缺口调整。

道岔缺口报警系统应按以下原则使用：

（1）微机监测和缺口报警系统联网正常时，值班人员应每天早上查看微机监测报警信息，并记下发生缺口报警的道岔号码和报警时段；随后利用微机监测的回放功能，对发生报警的时段进行回放，了解报警前5min至报警解除时刻的行车情况。

（2）缺口报警系统与微机监测无法联网时，值班人员可查看缺口报警主机上的历史纪录，并纪录发生缺口报警的序号（根据序号再核对道岔号码）和报警时段。

（3）对不经常扳动的道岔，值班人员应利用列车运行间隙，与调度员联系后，要5min天窗时间，将全部道岔换位并停留3min以上；随后将道岔恢复原位，进室内查看是否有报警信息。

（4）报警信息基本分为3种情况：一是列车通过道岔时发生缺口报警，列车通过后消失；二是道岔更换位置后发生报警，过一段时间后自动消失；三是平时有报警，但在列车通过时报警消失。对第一种情况，重点要检查道岔是否假密贴、限位块调整是否适当等；对第二种情况，重点要检查工务各部是否符合规定、道岔各部螺丝是否紧固或旷动等；第三种情况特别危险，说明道岔的缺口已经变化很大，随时会发生故障，需马上进行检查。

5 结语

西安地铁2号线渭河车辆段开通道岔缺口监测报警系统，近半年来，切实解决了长期以来运营维修人员用目测的方法检查和调整道岔缺口的落后手段，降低了运营维修人员的维修难度，缩短了维修时间，实现了状态修；同时也确保了转辙机设备能长周期、高效率地稳定运行，满足了运输生产需要，防止了道岔设备不良引发的行车事故，使安全生产上了一个新台阶。

［1］张少夫，张辉程，李乌江，等.DCQK—B型转辙机表示缺口监测报警系统［J］.铁道通信信号，2005（5）：34.

［2］杨义伟，蒋大明.在道岔缺口超标报警系统中的软件设计［J］.信息技术，2004（3）：88.

［3］盛香山，杨玉玺，范淳杰，等.XZB－Ⅲ 型碰珠式道岔表示缺口临界报警系统［J］.铁道通信信号，1998（8）：38.