丁子全

(中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司環(huán)境與設(shè)備設(shè)計(jì)處，西安 710043)

1 車(chē)輛段作業(yè)安全管理現(xiàn)狀分析

目前，絕大多數(shù)接觸網(wǎng)、受電弓受電方式的地鐵車(chē)輛段依靠不斷完善規(guī)程規(guī)章制度，規(guī)范作業(yè)人員操作來(lái)確保安全。接觸網(wǎng)無(wú)電區(qū)作業(yè)時(shí)的安全監(jiān)控保護(hù)方式主要采用機(jī)械鎖及電腦鑰匙，人工監(jiān)控手動(dòng)隔離開(kāi)關(guān)[3-4]。車(chē)輛出入庫(kù)依靠車(chē)場(chǎng)信號(hào)引導(dǎo)，與車(chē)庫(kù)臺(tái)位狀態(tài)、設(shè)備狀態(tài)及作業(yè)條件無(wú)關(guān)聯(lián)鎖關(guān)系。主要由調(diào)度作業(yè)人員相互現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)。

1.1 作業(yè)控制管理存在薄弱環(huán)節(jié)

(1)作業(yè)流程控制主要由人工操作、人工確認(rèn)完成，作業(yè)方式較為繁瑣。

(2)作業(yè)流程及過(guò)程控制管理方面缺乏可追溯性，不利于強(qiáng)化管理，規(guī)范操作。

(3)安全作業(yè)主要依靠人，不依賴(lài)設(shè)備，設(shè)備控制系統(tǒng)集成不夠，缺乏必要的自動(dòng)導(dǎo)向設(shè)備。

1.2 作業(yè)過(guò)程安全隱患

(1)作業(yè)人員觸電

①未分閘斷電時(shí)作業(yè)者誤上車(chē)頂作業(yè)；

②作業(yè)者誤上相鄰有電線(xiàn)路的車(chē)頂；

③未掛接地線(xiàn)作業(yè)者誤上車(chē)頂作業(yè)；

④車(chē)頂作業(yè)時(shí)誤撤接地線(xiàn)；

⑤車(chē)頂作業(yè)時(shí)誤合閘送電。

(2)接觸網(wǎng)短路

①錯(cuò)掛接地線(xiàn)；

②未撤接地線(xiàn)時(shí)誤合閘送電；

③在車(chē)輛升弓的情況下操作隔離開(kāi)關(guān)；

④在作業(yè)區(qū)外的列車(chē)闖入無(wú)電作業(yè)區(qū)，觸電和接觸網(wǎng)短路。

(3)列車(chē)出入庫(kù)時(shí)，車(chē)輛誤闖無(wú)電區(qū)及移動(dòng)設(shè)備或人員侵限。

2 系統(tǒng)功能需求分析

針對(duì)目前車(chē)輛段作業(yè)控制管理方面存在薄弱環(huán)節(jié)及安全隱患，按照系統(tǒng)集成、管理升級(jí)及“故障導(dǎo)向安全”的原則，本系統(tǒng)功能需求如下。

(1)周月檢庫(kù)及停車(chē)列檢庫(kù)內(nèi)外信號(hào)采用雙向自動(dòng)防護(hù)信號(hào)機(jī)，由本系統(tǒng)聯(lián)鎖邏輯條件控制，替代獨(dú)立的軌道電路信號(hào)系統(tǒng)，自動(dòng)開(kāi)放關(guān)閉檢查庫(kù)線(xiàn)路信號(hào)，實(shí)現(xiàn)列車(chē)出入庫(kù)作業(yè)自動(dòng)化引導(dǎo)。

(2)安全作業(yè)條件自動(dòng)采集，替代人工逐一確認(rèn)，聯(lián)鎖邏輯關(guān)系由計(jì)算機(jī)控制，避免誤操作，安全保護(hù)系統(tǒng)不執(zhí)行非法人員的指令及非安全作業(yè)條件下的誤操作，保證監(jiān)控的連續(xù)性和有效性。

(3)采用電動(dòng)隔離開(kāi)關(guān)及自動(dòng)安全接地機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程聯(lián)鎖監(jiān)控，替代人工掛、撤接地線(xiàn)等操作，并具備接地自動(dòng)監(jiān)測(cè)功能，應(yīng)急手動(dòng)方式(管理者授權(quán))，為車(chē)頂作業(yè)者提供動(dòng)態(tài)的、可靠的安全保護(hù)。操作者不直接操控高壓電器，無(wú)須穿戴絕緣靴、絕緣手套和使用絕緣器具，避免了操作危險(xiǎn)。

(4)實(shí)行IC卡口令身份管理。對(duì)管理層、作業(yè)層分配不同的訪問(wèn)及操作權(quán)限，各司其職，使操作和管理更加嚴(yán)謹(jǐn)、方便。

(5)車(chē)頂作業(yè)采用安全通道，禁止非法通行，利用門(mén)禁系統(tǒng)與視頻監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了車(chē)頂作業(yè)者的跟蹤監(jiān)護(hù)[5]。

(6)采用作業(yè)流程與過(guò)程控制相結(jié)合，人機(jī)互動(dòng)、人機(jī)合一的工作方式強(qiáng)化管理，規(guī)范操作，并對(duì)歷史操作、視頻等信息提供了追溯、查詢(xún)功能。

(7)安全型的設(shè)計(jì)保證系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，自檢功能在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)自動(dòng)鎖閉，同時(shí)顯示故障原因。

3 系統(tǒng)組成及主要功能

3.1 系統(tǒng)組成

該系統(tǒng)主要由作業(yè)安全聯(lián)鎖電氣控制單元、門(mén)禁監(jiān)控子系統(tǒng)、視頻監(jiān)視子系統(tǒng)、檢測(cè)單元及主控系統(tǒng)(上位機(jī)和調(diào)度臺(tái))組成，如圖1所示。采用可靠的監(jiān)測(cè)手段、計(jì)算機(jī)邏輯處理、電氣聯(lián)鎖控制等方法，對(duì)系統(tǒng)各設(shè)備如隔離開(kāi)關(guān)、接地裝置、庫(kù)內(nèi)外信號(hào)、 庫(kù)外檢測(cè)引導(dǎo)裝置、安全門(mén)、作業(yè)平臺(tái)等設(shè)備進(jìn)行系統(tǒng)集成整合，滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)繁瑣的作業(yè)流程要求，實(shí)現(xiàn)安全作業(yè)自動(dòng)引導(dǎo)與自動(dòng)控制，提高了工作效率及管理水平，達(dá)到人機(jī)聯(lián)控確保安全的目的[7]。

圖1 安全系統(tǒng)組成示意

3.2 主要功能

3.2.1 門(mén)禁監(jiān)控子系統(tǒng)

用于安全作業(yè)平臺(tái)的安全門(mén)開(kāi)放控制、車(chē)頂人數(shù)檢測(cè)和自動(dòng)接地裝置的掛撤連鎖控制，具有很高的實(shí)時(shí)性、可靠性、安全性[6]。 它由身份識(shí)別管理工作站(調(diào)度室上位計(jì)算機(jī)兼)、數(shù)據(jù)通信設(shè)備、門(mén)禁控制器、門(mén)內(nèi)讀卡器、門(mén)外讀卡器、電磁鎖、安全門(mén)等組成，所有股道的門(mén)禁控制通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與上位管理機(jī)相連。

3.2.2 視頻監(jiān)視子系統(tǒng)

視頻監(jiān)控子系統(tǒng)對(duì)檢修庫(kù)內(nèi)每股道車(chē)頂作業(yè)的狀況、隔離開(kāi)關(guān)的開(kāi)閉狀態(tài)、自動(dòng)接地裝置的掛接狀態(tài)以及車(chē)輛進(jìn)出庫(kù)的過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控。

各股道的每個(gè)作業(yè)臺(tái)位設(shè)置3架固定球型攝像機(jī)和2臺(tái)帶云臺(tái)的槍式攝像機(jī)，用于記錄檢修人員登車(chē)頂作業(yè)的全過(guò)程；在庫(kù)門(mén)口設(shè)置1架固定球型攝像機(jī)記錄車(chē)輛進(jìn)出庫(kù)的過(guò)程；在調(diào)度室內(nèi)安裝視頻存儲(chǔ)服務(wù)器存儲(chǔ)各路圖像信息；在室內(nèi)墻上安裝LED液晶大顯示屏，實(shí)時(shí)顯示整個(gè)周月檢庫(kù)或停車(chē)列檢庫(kù)各股道地鐵車(chē)輛車(chē)頂狀態(tài)以及隔離開(kāi)關(guān)的分合狀態(tài)。所有圖像信息實(shí)現(xiàn)全天候錄像，圖像信息保持30 d循環(huán)。同時(shí)可采用TCP/IP協(xié)議通過(guò)局域網(wǎng)絡(luò)把視頻監(jiān)控信息與上級(jí)有關(guān)管理部門(mén)共享，實(shí)現(xiàn)車(chē)間、段、公司三級(jí)監(jiān)控和管理。

3.2.3 作業(yè)安全聯(lián)鎖作電氣控制單元

將車(chē)輛入庫(kù)檢測(cè)單元、臺(tái)位檢測(cè)單元、隔離開(kāi)關(guān)、自動(dòng)接地裝置的狀態(tài)信息與門(mén)禁監(jiān)控系統(tǒng)采集的人員進(jìn)入作業(yè)平臺(tái)的信息進(jìn)行邏輯聯(lián)鎖運(yùn)算，按照現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)操作流程，實(shí)現(xiàn)對(duì)隔離開(kāi)關(guān)合分及信號(hào)機(jī)開(kāi)閉的閉環(huán)控制[8]。主要的聯(lián)鎖邏輯控制關(guān)系如下。

(1)隔離開(kāi)關(guān)需閉合時(shí)的聯(lián)鎖關(guān)系，如圖2所示。

圖2 隔離開(kāi)關(guān)需閉合時(shí)的聯(lián)鎖關(guān)系

(2)隔離開(kāi)關(guān)閉合后與作業(yè)指示燈、門(mén)禁系統(tǒng)、LED顯示屏、入庫(kù)信號(hào)機(jī)的聯(lián)鎖關(guān)系，如圖3所示。

圖3 隔離開(kāi)關(guān)閉合后的聯(lián)鎖關(guān)系

(3)隔離開(kāi)關(guān)需斷開(kāi)時(shí)，與車(chē)輛、信號(hào)燈、接地裝置的聯(lián)鎖關(guān)系，如圖4所示。

圖4 隔離開(kāi)關(guān)需斷開(kāi)的聯(lián)鎖關(guān)系

(4)隔離開(kāi)關(guān)斷開(kāi)后與LED顯示屏、門(mén)禁系統(tǒng)、作業(yè)指示燈的聯(lián)鎖關(guān)系，如圖5所示。

圖5 隔離開(kāi)關(guān)斷開(kāi)后的聯(lián)鎖關(guān)系

(5)臺(tái)位占用傳感器與臺(tái)位信號(hào)燈的聯(lián)鎖關(guān)系，如圖6所示。

圖6 臺(tái)位占用傳感器的聯(lián)鎖關(guān)系[9]

圖7 自動(dòng)接地裝置需掛接時(shí)的聯(lián)鎖關(guān)系

(7)接地裝置需撤離時(shí)與門(mén)禁系統(tǒng)的聯(lián)鎖關(guān)系，如圖8所示。

圖8 接地裝置需撤離的聯(lián)鎖關(guān)系

圖9 移車(chē)信號(hào)燈開(kāi)放的聯(lián)鎖關(guān)系

(9)移車(chē)信號(hào)燈自動(dòng)關(guān)閉與本檢修臺(tái)的臺(tái)位傳感器和目標(biāo)臺(tái)位傳感器的聯(lián)鎖關(guān)系，如圖10所示。

圖10 移車(chē)信號(hào)燈自動(dòng)關(guān)閉的聯(lián)鎖關(guān)系

(10)入庫(kù)信號(hào)燈開(kāi)放與檢修臺(tái)位的隔離開(kāi)關(guān)、庫(kù)門(mén)、值班員操作的聯(lián)鎖關(guān)系，如圖11所示。

圖11 入庫(kù)信號(hào)燈開(kāi)放的聯(lián)鎖關(guān)系

(11)出庫(kù)信號(hào)燈開(kāi)放與檢修臺(tái)的隔離開(kāi)關(guān)、庫(kù)門(mén)、值班員操作、場(chǎng)聯(lián)的聯(lián)鎖關(guān)系，如圖12所示。

圖12 出庫(kù)信號(hào)燈開(kāi)放的聯(lián)鎖關(guān)系

(12)門(mén)禁解鎖的聯(lián)鎖關(guān)系，如圖13所示。

圖13 門(mén)禁解鎖的聯(lián)鎖關(guān)系

(13)門(mén)禁鎖閉的聯(lián)鎖關(guān)系，如圖14所示。

圖14 門(mén)禁鎖閉的聯(lián)鎖關(guān)系

通過(guò)計(jì)算機(jī)邏輯處理、電氣聯(lián)鎖控制等方法，滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)繁瑣的作業(yè)流程要求，實(shí)現(xiàn)安全作業(yè)自動(dòng)引導(dǎo)與自動(dòng)控制。

3.2.4 主控系統(tǒng)

主控系統(tǒng)包括作業(yè)過(guò)程及參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控、分析、統(tǒng)計(jì)、記錄和指令控制，實(shí)現(xiàn)與各單元裝置與子系統(tǒng)的連接控制，采用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)調(diào)度室上位機(jī)工控機(jī)與門(mén)禁子系統(tǒng)通信，實(shí)現(xiàn)視頻存儲(chǔ)服務(wù)器與現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)視頻攝像機(jī)通信。從調(diào)度室到檢修庫(kù)臺(tái)位主干采用光纖以太網(wǎng)絡(luò)，在調(diào)度室設(shè)置核心交換機(jī)，在每股道設(shè)置一臺(tái)匯聚層交換機(jī)。調(diào)度室上位工控機(jī)與現(xiàn)場(chǎng)操作臺(tái)、繼電器箱之間的數(shù)據(jù)通信采用現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)CAN，滿(mǎn)足長(zhǎng)距離、低速率、高可靠性的通信要求。利用檢測(cè)手段、計(jì)算機(jī)邏輯處理、電器連接控制方法等，防止人為因素造成事故，實(shí)現(xiàn)人機(jī)聯(lián)控確保安全的目的[10]。

4 主要作業(yè)流程

4.1 隔離開(kāi)關(guān)合閘操作過(guò)程

(1)現(xiàn)場(chǎng)檢修人員在本股道的操作臺(tái)提出隔離開(kāi)關(guān)合閘申請(qǐng)，門(mén)禁系統(tǒng)顯示作業(yè)平臺(tái)人員已出清、門(mén)禁作業(yè)門(mén)處于鎖閉狀態(tài)，調(diào)度員通過(guò)該股道的視頻監(jiān)視再次進(jìn)行確認(rèn)無(wú)誤后，發(fā)出撤除地線(xiàn)命令[11]。

(2)自動(dòng)接地裝置開(kāi)始移動(dòng)，到位后計(jì)算機(jī)屏幕發(fā)出提示。調(diào)度員通過(guò)該股道的視頻監(jiān)視再次進(jìn)行確認(rèn)無(wú)誤后，發(fā)出隔離開(kāi)關(guān)合閘命令。報(bào)警單元自動(dòng)發(fā)出聲光報(bào)警20s后，電動(dòng)機(jī)構(gòu)開(kāi)始驅(qū)動(dòng)隔離開(kāi)關(guān)閉合，到位后計(jì)算機(jī)控制LED顯示屏顯示“有電”。

4.2 隔離開(kāi)關(guān)分閘作業(yè)過(guò)程

(1)現(xiàn)場(chǎng)檢修人員在本股道的操作臺(tái)提出隔離開(kāi)關(guān)分閘申請(qǐng)，調(diào)度員通過(guò)該股道的視頻監(jiān)視確認(rèn)車(chē)輛已降弓后，發(fā)出隔離開(kāi)關(guān)分閘命令。

(2)報(bào)警單元自動(dòng)發(fā)出聲光報(bào)警后，電動(dòng)機(jī)構(gòu)開(kāi)始驅(qū)動(dòng)隔離開(kāi)關(guān)分?jǐn)啵轿缓笥?jì)算機(jī)屏幕發(fā)出提示。調(diào)度員通過(guò)該股道的視頻監(jiān)視再次進(jìn)行確認(rèn)無(wú)誤后，發(fā)出掛接地線(xiàn)命令。報(bào)警單元自動(dòng)發(fā)出聲光報(bào)警后，自動(dòng)接地裝置開(kāi)始移動(dòng)，到位后計(jì)算機(jī)控制LED顯示屏顯示“無(wú)電”。

(3)門(mén)禁作業(yè)門(mén)解鎖，作業(yè)人員可以申請(qǐng)進(jìn)入作業(yè)平臺(tái)作業(yè)。

4.3 車(chē)輛出入庫(kù)作業(yè)流程

車(chē)輛出入庫(kù)作業(yè)主要包含初始位、進(jìn)庫(kù)位、檢修位、試驗(yàn)位、出庫(kù)位等幾種形式。如檢修位作業(yè)流程為：檢修臺(tái)位有車(chē)，隔離開(kāi)關(guān)分閘，接地線(xiàn)，按檢修位指令，庫(kù)外信號(hào)燈紅燈亮、庫(kù)內(nèi)信號(hào)燈紅燈亮、作業(yè)指示燈顯示綠燈，LED顯示屏顯示“無(wú)電”，門(mén)禁作業(yè)門(mén)解鎖，作業(yè)人員身份識(shí)別刷卡進(jìn)入檢修平臺(tái)作業(yè)[12]。

5 主要設(shè)備配置

5.1 隔離開(kāi)關(guān)電動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)

每個(gè)隔離開(kāi)關(guān)設(shè)置1臺(tái)電動(dòng)機(jī)構(gòu)，當(dāng)各項(xiàng)聯(lián)鎖條件滿(mǎn)足時(shí)才能驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)構(gòu)完成分合閘操作[13-14]。

5.2 接地裝置

每個(gè)股道設(shè)置2臺(tái)安全接地裝置，完成地線(xiàn)的自動(dòng)掛接與撤除。

5.3 庫(kù)內(nèi)外信號(hào)

庫(kù)內(nèi)外信號(hào)采用雙向自動(dòng)防護(hù)信號(hào)機(jī)，采用聯(lián)鎖邏輯條件控制，自動(dòng)開(kāi)放關(guān)閉線(xiàn)路信號(hào)和作業(yè)信號(hào)，考慮有車(chē)輛段信號(hào)系統(tǒng)接口設(shè)計(jì)，在車(chē)輛段信號(hào)樓內(nèi)提供庫(kù)內(nèi)外節(jié)點(diǎn)復(fù)示信號(hào)，實(shí)現(xiàn)列車(chē)出入庫(kù)作業(yè)區(qū)自動(dòng)化引導(dǎo)。

5.4 驗(yàn)電裝置

每個(gè)隔離開(kāi)關(guān)設(shè)置1臺(tái)驗(yàn)電裝置，完成接觸網(wǎng)電壓實(shí)時(shí)檢測(cè)。

5.5 臺(tái)位檢測(cè)裝置

每個(gè)臺(tái)位設(shè)置相應(yīng)的臺(tái)位檢測(cè)傳感器，完成臺(tái)位占用與空閑的檢測(cè)。

5.6 門(mén)禁控制裝置

每個(gè)股道設(shè)置門(mén)禁控制裝置，完成進(jìn)出第三層作業(yè)平臺(tái)檢修人員的卡控。

5.7 分布式控制終端

每個(gè)股道設(shè)置1臺(tái)分布式控制終端，完成現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的采集與驅(qū)動(dòng)。終端采用軟硬件冗余、動(dòng)態(tài)信息接口等技術(shù)，符合故障導(dǎo)向安全設(shè)計(jì)。

5.8 攝像機(jī)

每個(gè)股道設(shè)置一定數(shù)量的攝像機(jī)，完成門(mén)禁通道、車(chē)頂、隔離開(kāi)關(guān)、安全接地裝置等設(shè)備或重要位置的監(jiān)控。

5.9 集中控制室設(shè)備

控制室設(shè)備主要由UPS電源、電氣柜、顯示大屏、調(diào)度控制臺(tái)等組成。

6 結(jié)語(yǔ)

本系統(tǒng)采用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、圖像監(jiān)控技術(shù)、身份自動(dòng)識(shí)別技術(shù)和信息化管理技術(shù)，依靠檢測(cè)手段、計(jì)算機(jī)邏輯處理、電氣聯(lián)鎖控制等方法，滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)流程要求，防止人為因素造成事故，實(shí)現(xiàn)安全作業(yè)自動(dòng)引導(dǎo)與自動(dòng)控制，達(dá)到人機(jī)聯(lián)控確保安全的目的，提高了工作效率及管理水平，并能為地鐵車(chē)輛段作業(yè)安全保護(hù)系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)[15]、建設(shè)提供指導(dǎo)與借鑒作用。

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