防溜鐵鞋安全監(jiān)控及自動(dòng)化系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)

徐博洋

摘 要：以朔黃鐵路為例，通過(guò)分析原有機(jī)械三防鐵鞋存在的問(wèn)題，提出了一種綜合運(yùn)用無(wú)線通信和信息網(wǎng)絡(luò)等先進(jìn)技術(shù)的防溜鐵鞋安全監(jiān)控及自動(dòng)化系統(tǒng)。文章給出了系統(tǒng)工作原理和結(jié)構(gòu)，并對(duì)系統(tǒng)外觀、軟件和硬件設(shè)計(jì)進(jìn)行了論述。該系統(tǒng)提高了防溜作業(yè)管理的可視化和自動(dòng)化程度，實(shí)現(xiàn)了防溜作業(yè)全方位、全過(guò)程的閉環(huán)管理。

關(guān)鍵詞：防溜;子鐵鞋;全監(jiān)控;自動(dòng)化管理;智能檢測(cè)

中圖分類號(hào)：U284.63 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2020）07-0038-03

0 引言

由于防溜鐵鞋油材質(zhì)堅(jiān)硬、造假成本低廉、便于攜帶的特點(diǎn)，目前，國(guó)內(nèi)外鐵路運(yùn)輸部門(mén)普遍利用將防溜鐵鞋放置于車輪底下的方式防止車輛移動(dòng)、溜逸事故的發(fā)生[1]，而隨著鐵路停留車輛的大幅度增加，結(jié)合朔黃鐵路防溜鐵鞋防溜作業(yè)管理背景發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的人工檢查巡視方式經(jīng)常出現(xiàn)漏檢、漏撤和漏上等問(wèn)題，且智能化程度低，無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)防溜作業(yè)的全程監(jiān)控和自動(dòng)化管理，作業(yè)流程管理不閉環(huán)，已經(jīng)嚴(yán)重不適應(yīng)鐵路安全管理的要求[2-3]。近年來(lái)，無(wú)線射頻技術(shù)的發(fā)展為防溜鐵鞋的管理提供了新的思路和方案[4-5]，利用無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)、遠(yuǎn)程監(jiān)控鐵鞋狀態(tài)的方式可以實(shí)現(xiàn)車站管理人員對(duì)防溜鐵鞋工作狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)督和管理[6-7]。為了解決鐵鞋管理及在線監(jiān)測(cè)的難題，本文基于無(wú)線通信和信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的基本原理，提出了一種能對(duì)防溜作業(yè)進(jìn)行全天候不間斷流程監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)智能化管理的系統(tǒng)方案，即一種防溜鐵鞋安全監(jiān)控與自動(dòng)化系統(tǒng)。

1系統(tǒng)工作原理

電子鐵鞋通過(guò)測(cè)距傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與鋼軌的密貼狀態(tài)和輪對(duì)的踏面距離，以433M和230M頻段的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸為基礎(chǔ)，通過(guò)管理機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員、管理機(jī)、鐵鞋柜和鐵鞋四者關(guān)聯(lián)互動(dòng)，同時(shí)管理機(jī)軟件可實(shí)現(xiàn)作業(yè)人員交接班管理，實(shí)現(xiàn)防溜作業(yè)全方位、全過(guò)程的閉環(huán)管理。

管理人員通過(guò)系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)人員防溜作業(yè)的全程監(jiān)控和智能化管理。管理機(jī)位于調(diào)度室，以站場(chǎng)平面示意圖為背景（可對(duì)較大站場(chǎng)區(qū)分股道和區(qū)段），顯示各電子鐵鞋在場(chǎng)內(nèi)分布情況以及鐵鞋的當(dāng)前狀態(tài);軟件具備人機(jī)交互界面，完成工號(hào)錄入、上道、下道操作、遙控開(kāi)門(mén)等;接收各鐵鞋的狀態(tài)信息并對(duì)其工作狀態(tài)進(jìn)行判斷，發(fā)現(xiàn)異常需告警;具備數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能，具備后期數(shù)據(jù)處理功能，生成各種報(bào)表。系統(tǒng)工作流程見(jiàn)圖1，總體包含取鐵鞋、上道、自動(dòng)巡檢、發(fā)送狀態(tài)變化信息、下道和歸還鐵鞋六個(gè)主要步驟。

2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

防溜鐵鞋安全監(jiān)控與自動(dòng)化管理系統(tǒng)分為三級(jí)結(jié)構(gòu)，第一級(jí)為站段管理機(jī)，主要對(duì)所轄站場(chǎng)的鐵鞋進(jìn)行監(jiān)管和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。第二級(jí)為站場(chǎng)管理機(jī)，只對(duì)本站場(chǎng)內(nèi)的鐵鞋進(jìn)行監(jiān)測(cè)、管理和配置。第三級(jí)為現(xiàn)場(chǎng)鐵鞋、鐵鞋柜及無(wú)線通訊設(shè)備，為最前端的執(zhí)行設(shè)備。結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)主要由電子鐵鞋、手持機(jī)、鐵鞋柜和管理機(jī)四部分組成，以手持機(jī)為操作終端，管理機(jī)為后臺(tái)綜合管理和顯示終端，將系統(tǒng)融合成一個(gè)有機(jī)整體，既相對(duì)獨(dú)立又可進(jìn)行關(guān)聯(lián)互動(dòng)。實(shí)現(xiàn)了防溜作業(yè)的流程監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)智能化閉環(huán)管理。以下對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)介紹。

3.1電子鐵鞋設(shè)計(jì)

（1）電子鐵鞋外觀設(shè)計(jì)。電子鐵鞋是系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，由機(jī)械三防鐵鞋增加電路、傳感器和通訊模塊改造而成。具備實(shí)時(shí)檢測(cè)電子鐵鞋踏面、電子鐵鞋鞋底與軌面的距離、拖鞋狀態(tài)、電池電壓等功能。外觀圖如圖3所示。

圖3 電子鐵鞋外觀圖

電子鐵鞋設(shè)計(jì)主要需要考慮的是電子鐵鞋踏面?zhèn)鞲衅骱托讉鞲衅鞯陌惭b部位以及電子裝置的安裝和功能實(shí)現(xiàn)。其中電子鐵鞋踏面?zhèn)鞲衅饔蓛蓚€(gè)直徑為14mm的電容傳感器安裝孔進(jìn)行安裝，電子鐵鞋鞋底中間部位設(shè)置一個(gè)直徑為12mm的電感傳感器安裝孔;電子鐵鞋后端設(shè)計(jì)一個(gè)材質(zhì)為工程塑料的蓋板，用于適應(yīng)電子鐵鞋電路控制板的安裝和無(wú)線通訊功能的需要。

圖4 電子鐵鞋硬件設(shè)計(jì)圖

（2）電子鐵鞋軟、硬件設(shè)計(jì)。電子鐵鞋是整套設(shè)備的主要數(shù)據(jù)來(lái)源，其功能主要包括電量自檢測(cè)、狀態(tài)檢測(cè)判斷以及控制無(wú)線模塊的收發(fā)等，具體硬件結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示。電子鐵鞋不僅能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)電子鐵鞋踏面和輪對(duì)踏面的距離以及電子鐵鞋鞋底與軌面的距離，超出正常范圍則表示放置有誤或出現(xiàn)異常，手持機(jī)和管理機(jī)同時(shí)發(fā)出報(bào)警提示，出現(xiàn)該告警，提示操作員到現(xiàn)場(chǎng)查看鐵鞋狀態(tài)，還可以對(duì)拖鞋狀態(tài)、電池電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，對(duì)于異常情況進(jìn)行告警或發(fā)出報(bào)警提示。

3.2 手持機(jī)設(shè)計(jì)

（1）手持機(jī)外觀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。手持機(jī)是系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來(lái)源之一（外觀圖見(jiàn)圖5），同時(shí)也是現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員與管理機(jī)和鐵鞋柜互動(dòng)的工具，手持機(jī)主要完成鐵鞋的上道登記、下道登記和接收語(yǔ)音報(bào)警或提示三項(xiàng)操作功能。手持機(jī)采用帶鍵盤(pán)的對(duì)講機(jī)，設(shè)置專用頻點(diǎn)，在本系統(tǒng)中使用時(shí)，主要為鍵盤(pán)操作和接收告警提示語(yǔ)音。

圖5 手持機(jī)外觀圖

（2）手持機(jī)硬件設(shè)計(jì)。手持機(jī)為本系統(tǒng)重要的輔助工具，市場(chǎng)上可購(gòu)買(mǎi)的類似設(shè)備大多不能滿足本系統(tǒng)的作業(yè)需求，需要自主設(shè)計(jì)，手持機(jī)要求性能穩(wěn)定、操作簡(jiǎn)便、信息準(zhǔn)確，以滿足室外環(huán)境使用，主要由無(wú)線通訊模塊、信息處理電路、輸入/輸出裝置組成。

手持機(jī)和電子鐵鞋所選用的單片機(jī)均為C8051F023，其作用是利用無(wú)線收發(fā)模塊完成電子鐵鞋上、下道信息的登記以及報(bào)警信息的接收和顯示等功能。

手持機(jī)的輸入裝置采用按鍵輸入方式（15個(gè)按鍵）;采用1.8吋液晶屏為信息顯示屏，分辨率為128×64;手持機(jī)的即語(yǔ)音輸出模塊實(shí)現(xiàn)將異常報(bào)警類型識(shí)別轉(zhuǎn)換成模擬聲音輸出，當(dāng)電子鐵鞋出現(xiàn)異常報(bào)警之后，手持機(jī)對(duì)報(bào)警信息進(jìn)行顯示。手持機(jī)硬件電路框圖如圖6所示。

（3）手持機(jī)軟件設(shè)計(jì)。軟件流程如圖7所示。完成鐵鞋的上道登記、巡檢登記、下道登記以及來(lái)自管理機(jī)的電子鐵鞋報(bào)警信息接收和顯示。

3.3鐵鞋柜設(shè)計(jì)

電子鐵鞋柜主要用于鐵鞋下道后的存儲(chǔ)和充電。鐵鞋柜的智能化設(shè)計(jì)，可以規(guī)范鐵鞋的使用，鐵鞋出柜、入柜都有記錄（操作員、操作時(shí)間、柜號(hào)）可查。杜絕鐵鞋保管的安全漏洞，消除由于鐵鞋管理不善帶來(lái)的安全隱患。鐵鞋柜可以分布在站場(chǎng)靠近鐵鞋作業(yè)的區(qū)域，方便列檢員就近取鞋，免去了拎著鐵鞋長(zhǎng)距離走動(dòng)的麻煩，減輕列檢員勞動(dòng)強(qiáng)度。鐵鞋柜還集成了無(wú)線通信中繼器的功能，保障鐵鞋和值班室之間的遠(yuǎn)距離可靠通信。設(shè)備由柜體、控制系統(tǒng)、門(mén)禁系統(tǒng)、充電系統(tǒng)、中繼系統(tǒng)組成。鐵鞋柜柜體結(jié)構(gòu)示意見(jiàn)圖8。

圖6 手持機(jī)電路結(jié)構(gòu)圖

圖7 手持機(jī)軟件流程圖

3.4 管理機(jī)設(shè)計(jì)

管理機(jī)既是綜合管理設(shè)備，也是顯示終端，主要用于完成數(shù)據(jù)信息的處理和顯示管理。一方面，管理機(jī)可以將電子鐵鞋和手持機(jī)的數(shù)據(jù)進(jìn)行校對(duì)，同時(shí)進(jìn)行整合以及處理，形成唯一對(duì)應(yīng)的組合，當(dāng)電子鐵鞋發(fā)出報(bào)警數(shù)據(jù)時(shí)，管理機(jī)對(duì)信息進(jìn)行判斷，并實(shí)現(xiàn)視覺(jué)與同步聽(tīng)覺(jué)報(bào)警，同時(shí)將報(bào)警信息傳遞給手持機(jī);另一方面，可以對(duì)在線電子鐵鞋作業(yè)信息進(jìn)行保存和查詢，查詢的信息包括電子鐵鞋的具體操作記錄，如上道、巡檢、下道，實(shí)現(xiàn)對(duì)在道電子鐵鞋的安全管理。同時(shí)當(dāng)按照調(diào)車作業(yè)計(jì)劃設(shè)置電子鐵鞋下道時(shí)間后，管理機(jī)可以進(jìn)行下道蜂鳴提醒，還可以將下道提醒信息發(fā)送到手持機(jī)，實(shí)現(xiàn)電子鐵鞋的下道提醒功能。

①左柜門(mén);②右柜門(mén);③氣撐桿，每個(gè)柜門(mén)用兩根;

④門(mén)磁，左右各一組，用于采集柜門(mén)開(kāi)啟閉合狀態(tài);⑤柜體;⑥充電器安裝板，左右各一個(gè)，用于安裝鐵鞋電池充電器;⑦中繼，用于鐵鞋柜通訊;⑧電控鎖，左右各一個(gè);

⑨支腿，四個(gè)，用于鐵鞋柜現(xiàn)場(chǎng)安裝;

⑩鐵鞋安放板，左右各一件，用于放置鐵鞋

圖8 鐵鞋柜柜體結(jié)構(gòu)示意圖

4 結(jié)語(yǔ)

文章研究和設(shè)計(jì)的防溜鐵鞋安全監(jiān)控與自動(dòng)化管理系統(tǒng)采用的三防電子鐵鞋符合部頒標(biāo)準(zhǔn)，基于無(wú)線通信遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸方式實(shí)現(xiàn)了電子鐵鞋與監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)通信;利用數(shù)據(jù)解析、信息識(shí)別、邏輯判斷、邏輯關(guān)聯(lián)技術(shù)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員、專用手持操作終端、鐵鞋和管理機(jī)之間的關(guān)聯(lián)互動(dòng);對(duì)鐵鞋柜進(jìn)行智能化設(shè)計(jì)以規(guī)范鐵鞋的使用;且提供室內(nèi)管理機(jī)作為電子鐵鞋運(yùn)用安全網(wǎng)絡(luò)管理中心，完成多種數(shù)據(jù)信息的處理、顯示和管理。系統(tǒng)解決了鐵鞋管理及在線監(jiān)測(cè)的難題，為防止車輛溜逸奠定了技術(shù)基礎(chǔ)，可實(shí)現(xiàn)防溜電子鐵鞋電子監(jiān)測(cè)及巡檢設(shè)備維護(hù)，有效促進(jìn)行車制度的演進(jìn)。

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