紅外對(duì)射障礙物檢測(cè)在道口控制系統(tǒng)的應(yīng)用探討

天津鐵路信號(hào)有限責(zé)任公司 王延濤

鐵路平交道口是鐵路與公路的平面交叉，是鐵路安全運(yùn)營(yíng)的重要設(shè)施，道口安全既關(guān)系著鐵路行車(chē)安全，也關(guān)系著道路車(chē)輛、行人的安全。尤其是無(wú)人值守道口，在沒(méi)有道口看守員的情況下，道口關(guān)閉后入侵道口的障礙物成為鐵路安全運(yùn)行的一大隱患。障礙物監(jiān)測(cè)設(shè)備安置在道口鐵路兩側(cè)，可監(jiān)測(cè)鐵路限界區(qū)域內(nèi)的障礙物。當(dāng)?shù)揽跈谀痉畔潞?，如果檢測(cè)到有入侵道口的障礙物，可實(shí)現(xiàn)報(bào)警，并將信息傳遞至鐵路方向。通過(guò)道口紅外報(bào)警系統(tǒng)可以最大限度減少障礙物入侵造成的危害。

1 系統(tǒng)組成

紅外對(duì)射障礙物檢測(cè)系統(tǒng)分為紅外障礙物探測(cè)器、報(bào)警信息處理單元兩部分。其中，紅外障礙物探測(cè)器由投光器和受光器組成，報(bào)警信息處理單元由報(bào)警信息處理回路、報(bào)警輸出接點(diǎn)和斷電延時(shí)繼電器組成，放置在箱盒內(nèi)。投光器位于道口公路的一側(cè)，受光器和報(bào)警信息處理單元位于公路的另一側(cè)。如圖1所示（報(bào)警信息處理單元可根據(jù)需要放在任一受光器側(cè)）。

圖1 紅外對(duì)射障礙物檢測(cè)系統(tǒng)安裝示意圖

2 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

2.1 紅外對(duì)射報(bào)警器

根據(jù)市場(chǎng)調(diào)研，本課題選定了一款深圳艾禮富數(shù)字變頻三光束主動(dòng)式紅外入侵探測(cè)器ABE-50型。

該款產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)如下：

光束數(shù)：3

光源：數(shù)字濾波式

探測(cè)方式：3光束同時(shí)遮斷檢知式

感應(yīng)速度：50～700msec可調(diào)

警報(bào)輸出：1C繼電器接點(diǎn)輸出 接點(diǎn)容量DC30V/0.5A MAX

電源電壓：DC13.8～24V；AC11～18V

消耗電流：70 mA

防拆輸出：1B接點(diǎn)輸出，DC30V/0.5A MAX

使用溫度：-25℃～55℃

使用濕度：5%～95%（RH）

水平角度調(diào)節(jié)：±90°

垂直角度調(diào)節(jié)：±10°

材料：工程塑料

器件特點(diǎn)：該款產(chǎn)品為3光束同時(shí)遮斷感知式，只有當(dāng)3束光同時(shí)遮斷時(shí)，才會(huì)報(bào)警輸出，可以防止落葉、飛鳥(niǎo)引起的誤報(bào)警；適合室外安裝使用，防護(hù)等級(jí)為IP65；具有防雨、防雷擊、防強(qiáng)光設(shè)計(jì)，并具有防拆輸出的特點(diǎn)；受光器遮光時(shí)間可調(diào)整，可以根據(jù)不同的使用環(huán)境設(shè)置不同的靈敏度；受光強(qiáng)度多級(jí)LED指示，便于調(diào)試。

抗震性能：設(shè)備安裝位置在軌道附近，振動(dòng)較大，抗震性能的好壞尤其重要。本款產(chǎn)品發(fā)射的光線(xiàn)為紅外線(xiàn)，紅外線(xiàn)具有發(fā)散的性能，ABE-50型紅外探測(cè)儀的警戒距離為50m，光束擴(kuò)散張角為1.5m。實(shí)際應(yīng)用中，公路寬度一般可定為10m，則對(duì)應(yīng)的光束擴(kuò)散角為0.3m，即受光器中心距離±0.15m范圍內(nèi)均有紅外光線(xiàn)，無(wú)遮擋時(shí)均不會(huì)有誤報(bào)警。由于受光器的接收器上下距離是0.12m，因此，受光器的中心距離光線(xiàn)范圍上、下邊界均應(yīng)大于0.06m，得到受光器可移動(dòng)范圍是±（0.15m-0.06m）=±0.09m。如圖2所示，即投光器和受光器的相對(duì)位置偏差可達(dá)到±0.09m，對(duì)于火車(chē)帶來(lái)的振動(dòng)不會(huì)帶來(lái)誤報(bào)警。

圖2 紅外對(duì)射障礙物檢測(cè)系統(tǒng)抗震示意圖

2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

道口障礙物監(jiān)測(cè)的紅外報(bào)警系統(tǒng)，包括底座、紅外報(bào)警發(fā)射裝置和紅外報(bào)警接收裝置。底座分別固定于紅外報(bào)警發(fā)射裝置和紅外報(bào)警接收裝置的底端，紅外報(bào)警發(fā)射裝置包括型鋼柱和投光器，紅外報(bào)警接收裝置包括型鋼柱和接收器，型鋼柱為空心結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部可以走線(xiàn)，頂蓋密封設(shè)于型鋼柱的頂端，可以有效的防雨防塵。帽檐探出型鋼柱的頂端，并分別設(shè)于投光器和接收器的上方，可以為投光器和接收器遮擋雨雪、強(qiáng)光、落葉等，可以有效的減少誤報(bào)警，紅外報(bào)警接收裝置的型鋼柱上設(shè)有帶線(xiàn)孔的腔室，腔室位于與接收器相對(duì)的位置，腔室外設(shè)有門(mén)，腔室內(nèi)安裝有設(shè)有紅外報(bào)警信息處理單元的安裝板。發(fā)射裝置的型鋼柱為一體，沒(méi)有門(mén)。該系統(tǒng)可以監(jiān)測(cè)范圍為垂直于地面向上300mm～1000mm。其結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。

圖3 紅外對(duì)射報(bào)警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

2.3 報(bào)警信息處理單元

報(bào)警信息處理是將道口兩邊的報(bào)警信息進(jìn)行綜合處理，統(tǒng)一給道口控制系統(tǒng)發(fā)送一組報(bào)警接點(diǎn)。其電氣原理圖如圖4所示。

圖4 紅外對(duì)射報(bào)警系統(tǒng)的電路原理圖

圖4中的Z直流24V開(kāi)關(guān)電源模塊，為報(bào)警電路和紅外探測(cè)器提供工作電源；FL為防雷裝置；KT為斷電延時(shí)繼電器；1D-3，1D-5端子接紅外對(duì)射報(bào)警器受光器的報(bào)警輸出接點(diǎn)；1D-8、1D-9、1D-10為道口綜合報(bào)警輸出接點(diǎn)，為控制采集系統(tǒng)傳送報(bào)警信息。當(dāng)入侵物遮斷紅外光線(xiàn)時(shí)，紅外報(bào)警系統(tǒng)給出報(bào)警信息，當(dāng)入侵物移出時(shí)，解除報(bào)警；若移動(dòng)速度過(guò)快，可以通過(guò)調(diào)節(jié)延時(shí)繼電器的斷電延時(shí)時(shí)間，適當(dāng)增加報(bào)警時(shí)間，斷電延時(shí)繼電器的延時(shí)時(shí)間是0.1s～10s，進(jìn)而減少漏報(bào)警。

主要器件選型如下：

（1）時(shí)間繼電器：本課題選定了一款A(yù)BB的時(shí)間繼電器，型號(hào)CT-ARE(延時(shí)時(shí)間0.1～10s)。該款時(shí)間繼電器的技術(shù)參數(shù)為：輸入電壓：DC24V/AC220V；延時(shí)時(shí)間：0.1s～10s；繼電器輸出：一組全接點(diǎn)；工作溫度：-20℃～60℃；延時(shí)類(lèi)型：斷電延時(shí)。

（2）直流開(kāi)關(guān)電源：根據(jù)調(diào)研，本課題選定了一款A(yù)BB的直流開(kāi)關(guān)電源，型號(hào)為CP-E24/2.5。該款直流開(kāi)關(guān)電源的技術(shù)參數(shù)為：輸入電壓：AC85V～AC264V；輸出電壓：DC24V可調(diào)；輸出電流：2.5A；工作溫度范圍：-25℃～70℃。

結(jié)束語(yǔ):紅外對(duì)射障礙物檢測(cè)系統(tǒng)是道口障礙物視頻監(jiān)測(cè)的輔助測(cè)試手段，利用紅外線(xiàn)對(duì)射的方式對(duì)區(qū)間道口的侵入物進(jìn)行檢測(cè)，尤其是報(bào)警信息處理單元的引入，增加直流24V電源模塊，電源模塊可以直接接入市電，增強(qiáng)了信息處理單元的適配性；受光器的報(bào)警節(jié)點(diǎn)為串接形式，而后組合到報(bào)警信息處理單元，再綜合處理，最后給出控制系統(tǒng)一組報(bào)警接點(diǎn)；報(bào)警信息處理單元增加斷電延時(shí)繼電器，當(dāng)入侵遮斷物移開(kāi)后，仍能根據(jù)需要增加報(bào)警時(shí)間，減少紅外報(bào)警系統(tǒng)的漏報(bào)警。