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      礦區(qū)鐵路道口無人值守系統(tǒng)研究與應(yīng)用

      2021-08-31 12:30:30李電強
      煤炭與化工 2021年7期
      關(guān)鍵詞:道口欄桿行人

      李電強

      (開灤(集團) 有限責(zé)任公司,河北 唐山 063018)

      1 概 況

      礦區(qū)專用鐵路是連接礦區(qū)各礦井及有關(guān)單位的專用線,我國大部分老礦區(qū)鐵路道口采用有人值守模式,道口設(shè)置的欄桿或柵門,由道口看守員負責(zé)看護和操作。當(dāng)看守員接到電話通知或列車接近的自動通知后及時關(guān)閉欄木,與此同時用音響器和閃光的道口信號機向公路車輛和行人報警,列車通過后立即開放欄木。多年來,有關(guān)公司研制了城市鐵路道口的全自動無人值守自動控制系統(tǒng),實現(xiàn)列車到來時自動報警并放下欄桿,列車離開時自動取消報警并升起欄桿的功能。許多煤炭企業(yè)也實施了礦區(qū)鐵路道口改造,但不可避免受到諸如技術(shù)、安全、通行保障、成本等的限制?;趯o人道口技術(shù)研究和開灤礦區(qū)道口現(xiàn)場改造實際,提出一套完善的鐵路道口無人值守系統(tǒng)改造方案,并經(jīng)過現(xiàn)場實際驗證,取得非常好的效果,為礦區(qū)更新?lián)Q代、智能化改造、無人值守少人巡視、安全高效生產(chǎn)提供有力支持。

      2 系統(tǒng)總體設(shè)計

      礦區(qū)鐵路道口無人值守系統(tǒng)由現(xiàn)場設(shè)備層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層和系統(tǒng)管理層三層結(jié)構(gòu)組成,如圖1 所示。設(shè)備層包括車輪傳感器、欄桿門、攝像頭、紅外探測傳感器、信號機、PLC 控制柜、語音單元、夜間(補光) 照明等,現(xiàn)場采集車輪傳感器、欄桿門控制器、紅外探測傳感器等信號數(shù)據(jù)傳輸至道口的分站PLC(該分站具有遠程、就地控制功能),與現(xiàn)場音視頻信號進行集成后,通過有線和無線網(wǎng)絡(luò)傳輸至集控室主站控制設(shè)備;網(wǎng)絡(luò)傳輸層包括交換機、光電轉(zhuǎn)換器、無線網(wǎng)橋、光纖線路等;系統(tǒng)管理層包括主控制柜、上位機、顯示屏、硬盤錄像機、語音單元、控制系統(tǒng)軟件等,集控室將接收到的數(shù)據(jù)信息經(jīng)過加工處理,通過顯示系統(tǒng)、語音系統(tǒng)、主站PLC 的邏輯運算處理、上位機控制界面或者控制柜的按鈕,對道口的設(shè)備實現(xiàn)自動或遠程控制。

      圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig.1 System structure

      當(dāng)火車距離道口達到限定監(jiān)測位置時,設(shè)在道口兩端的公路端信號機顯示交替閃爍紅燈信號并鳴響報警音。行人、車輛停在道口外安全區(qū)域等待,道口欄桿可自動放下或由集控室值守人員通過道口音視頻監(jiān)視系統(tǒng),根據(jù)道口行人、車輛情況遠程控制欄桿動作;當(dāng)火車通過道口達到限定監(jiān)測位置后,道口欄桿可自動或由集控室值守人員遠程控制道口欄桿抬起,道口公路端信號機顯示白燈信號并消除報警聲。

      欄桿放下時,若有行人、車輛進入到道口區(qū)域內(nèi)(即視頻監(jiān)控報警區(qū)域),視頻監(jiān)控模塊輸出報警信號,系統(tǒng)自動進行報警。提醒集控室值守人員和火車司機注意道口區(qū)域行人、車輛情況,鐵路信號燈變?yōu)榧t色,欄桿門重新抬起,待行人、車輛離開道口區(qū)域后,欄桿門放下。

      在集控室值守人員可實時監(jiān)控道口的情況,當(dāng)?shù)揽诔霈F(xiàn)緊急情況,值守人員可以對道口自動運行狀態(tài)進行強制解鎖,獲得控制權(quán)限,進行遠程控制操作。

      3 系統(tǒng)運行環(huán)境搭建

      該系統(tǒng)作為遠程監(jiān)測控制系統(tǒng),需要搭建運行環(huán)境。該系統(tǒng)需要列車監(jiān)測單元、目標位置監(jiān)測單元、聲光預(yù)警單元部署在現(xiàn)場。

      3.1 列車監(jiān)測單元

      采用PLC 控制,列車監(jiān)測傳感器每股道設(shè)置4個計軸傳感器,安裝在距離道口中心50~100 m 位置,同組2 個傳感器距離0.5~1 m,布置如圖2 所示。當(dāng)火車經(jīng)過1 號、2 號傳感器,監(jiān)測電路發(fā)出上行來車信號。同理,當(dāng)火車經(jīng)過3 號、4 號傳感器,監(jiān)測電路發(fā)出下行來車信號。通過采集設(shè)置在每股道的2 組傳感器的信號,經(jīng)過PLC 邏輯判斷后,實現(xiàn)火車行駛方向的判定。系統(tǒng)設(shè)計中規(guī)定只有在0.5 s 內(nèi)經(jīng)過傳感器1 號和2 號產(chǎn)生的信號為列車信號。

      圖2 道口計軸傳感器布置示意Fig.2 Layout of gauge shaft sensor at crossing

      3.2 移動目標越界監(jiān)測單元

      設(shè)置遠紅外光柵和智能視頻識別設(shè)備,監(jiān)測移動目標是否非法侵入道口區(qū)域。距離攔人門前方10 m、后方5 m,各處設(shè)置遠紅外光柵,監(jiān)測移動目標(行人、車輛等) 越界情況,當(dāng)火車進入道口區(qū)域,系統(tǒng)監(jiān)測到移動目標(行人、車輛等) 非法侵入道口區(qū)域時,系統(tǒng)自動發(fā)出報警信號并進行告警。攔人門前方10 m 紅外光柵為主動防護,火車來臨時,移動目標(行人、車輛等) 遮擋紅外光柵,系統(tǒng)自動報警,發(fā)出“小心火車,請勿靠近”語音提示;攔人門后方5 m 紅外光柵為被動防護,移動目標(行人、車輛等) 非法侵入道口區(qū)域,遮擋紅外光柵,系統(tǒng)自動報警,發(fā)出“小心火車,請速撤回”語音提示,并啟動高音喇叭鳴叫。

      道口設(shè)置球型攝像機,通過球型攝像機對道口區(qū)域內(nèi)進行視頻監(jiān)測識別。當(dāng)火車進入道口區(qū)域,系統(tǒng)自動進入視頻識別狀態(tài),通過視頻畫面的偵測,識別出區(qū)域內(nèi)非法侵入的移動目標(行人、車輛等),通過NVR 輸出控制信號,啟動報警并進行告警。

      3.3 聲光預(yù)警單元

      當(dāng)火車行駛至接近道口,通過計軸傳感器檢測到來車信號,系統(tǒng)自動開啟道口兩側(cè)信號燈及語音系統(tǒng),對行人、車輛進行聲光預(yù)警,語音為“小心火車,注意安全”,紅燈左右交替閃爍,提醒行人和車輛。無列車通過時,語音系統(tǒng)關(guān)閉,紅燈滅,白(黃) 燈燈亮。

      4 系統(tǒng)功能設(shè)計

      (1) 語音擴播功能。系統(tǒng)設(shè)置有語音擴播系統(tǒng),實現(xiàn)控制室對道口的語音擴播通訊。值守人員通過對現(xiàn)場的控制信息和視頻信息的監(jiān)視,當(dāng)火車行進道口過程中,能對行人或車輛進行語音喊話提醒。

      (2) 音視頻監(jiān)控功能。通過設(shè)置在鐵路道口的槍式攝像機、球形攝像機和拾音器采集到道口現(xiàn)場的音視頻信息,實現(xiàn)對2 個道口現(xiàn)場的監(jiān)視。

      (3) 攔人門防砸功能。沿攔人門外側(cè)設(shè)置遠紅外光柵,在攔人門下降過程中如有車輛、人員通過紅外檢測區(qū)域,紅外檢測模塊將報警信號輸出到PLC,系統(tǒng)自動進行報警,提醒值班人員和火車司機;同時,攔人門停止下降,將此車輛放回。

      (4) 系統(tǒng)保障功能模塊。道口設(shè)置的計軸傳感器有斷線、斷電保護功能,系統(tǒng)定時自檢,發(fā)現(xiàn)故障及時報警;網(wǎng)絡(luò)傳輸采用有線和無線雙網(wǎng)冗余,增強了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?;系統(tǒng)存儲30 d 運行數(shù)據(jù),可重演(回放) 該時段系統(tǒng)的運行情況。

      (5) 遠程監(jiān)控功能。采用高效可靠的客戶/服務(wù)器架構(gòu),控制室計算機實時監(jiān)控攔人門抬/落桿、急停、報警燈報警、遠程喊話、信號燈通行/禁行等設(shè)備信號狀態(tài)信息,通過高清晰度的攝像機可實時監(jiān)視道口現(xiàn)場視頻圖像。

      (6) 事件記錄功能。系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)實時存儲,當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障或事故時,能夠調(diào)用系統(tǒng)內(nèi)存儲的運行數(shù)據(jù)和視頻信息,以便對故障或事故進行分析。

      (7) 數(shù)據(jù)備份功能。通過獨立存儲網(wǎng)絡(luò)同步備份所有視頻圖像,視頻圖像可通過矩陣任意調(diào)取顯示。

      (8) 故障預(yù)警功能。系統(tǒng)通過實時接收處理傳感數(shù)據(jù),監(jiān)測現(xiàn)場設(shè)備運行狀態(tài),出現(xiàn)故障及時預(yù)警并提示故障原因,減少故障處理時間。

      (9) 權(quán)限管理功能。系統(tǒng)具有密碼用戶權(quán)限管理控制功能和密碼保護功能。

      (10) 接口設(shè)計。開發(fā)專用接口控制系統(tǒng),實現(xiàn)與原有道口控制設(shè)備完全兼容,與信號系統(tǒng)無縫連接。

      5 系統(tǒng)實施

      該設(shè)計已在林西運輸部和錢營運輸部實施運行。原林西運輸部2 個道口,包括勞服公司道口和磚廠道口,設(shè)有道口值班室;錢營運輸部為7 股道道口,兩側(cè)設(shè)有道口值班室。值守人員通過電話和對講機進行調(diào)車聯(lián)絡(luò),人工控制道口設(shè)備,作業(yè)效率較低;安全技術(shù)防護手段落后,對道口內(nèi)行人、車輛等移動目標監(jiān)測功能不夠完善,闖桿事件時有發(fā)生;道口無自動化設(shè)備,不能實現(xiàn)自動和遠程控制,易造成道口區(qū)域內(nèi)行人、車輛的擁堵,存在安全隱患,影響鐵路運輸系統(tǒng)的高效運行。

      通過對現(xiàn)場分析,對道口值守系統(tǒng)進行整體技術(shù)改造。通過音視頻監(jiān)控、自動控制和計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的有機結(jié)合,實現(xiàn)對道口的虛擬看守。通過對大道口欄桿門、電控系統(tǒng)、音視頻監(jiān)控系統(tǒng)、信號系統(tǒng)等設(shè)施進行建設(shè),實現(xiàn)道口機電設(shè)備的自動化控制,提升道口設(shè)備的控制水平,增強安全可靠性,達到減人提效的目的。

      6 結(jié) 語

      基于兩化融合的鐵路“無人道口”已在開灤集團所屬鐵路道口實施推進,系統(tǒng)采用異構(gòu)數(shù)據(jù)交換技術(shù),構(gòu)建了集視頻監(jiān)控、音頻采集、網(wǎng)絡(luò)傳輸、信息監(jiān)測控制為一體的全息數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)平臺,實現(xiàn)了系統(tǒng)的自動運行、遠程集控和無人值守目標。該系統(tǒng)可以與鐵路調(diào)度指揮系統(tǒng)實現(xiàn)無縫并聯(lián)運行,對鐵路運輸系統(tǒng)綜合管理平臺起到輔助作用。系統(tǒng)逐步推廣應(yīng)用后,將進一步提高鐵路運輸安全生產(chǎn)和綜合管理水平。

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