基于数字化技术的铁路道口报警系统的研究与应用

基于数字化技术的铁路道口报警系统的研究与应用

作者：姜道兵

来源：《环球市场信息导报》2014年第08期

该文主要介绍了数字化技术在莱钢铁路道口报警系统中的研究与应用，并结合莱钢自身的特点在系统的功能使用、设备安装以及适应性方面加以改进。

随着莱钢铁路线路的延长，新增铁路道口十余处，运输部铁路运量的增加，也对道口的运行安全也提出了更高的要求，既要保证道口报警的灵敏度，又要让行人和过往车辆的司机更加容易理解道口报警的意图，全面提高道口的运行安全，因此，需要研究应用一种新型的道口报警设备，以解决原有道口报警设备存在的一些技术难题，适应铁路运输不断发展的需要及交通安全的要求。 1系统的设计要求

车过报警的可靠性，灵敏度要高，特别是低速过车报警以及长列车辆通过道口报警的准确度要高；适用于铁路受各种影响的轨道区段，适用于单线、复线及岔群与公路平交的地区；减少设备故障，提高设备安全运行性能；故障导向安全，保证车辆和行人的安全；灯光报警信号要清晰明确，符合国家有关标准；报警音响采用语音报警设计，要求易于接受和理解。 2.系统研究应用

2.1、数字化道口报警设备的硬件结构与各部功能

主机：由报警板、发射板、接收板、CPU板、主板、电源变压器、机壳等组成。 报警板接收CPU发出的报警信号，实现红灯闪烁报警及语音提示报警功能，报警板还通过电源电路给整个系统提供工作电源；发射板的主要功能是产生相位相反的两种高频信号。接收板负责接收传感器发回信号，经隔离升压、放大、整形成方波并由单片机分析处理；CPU板接收各路信号并加工处理后输出，控制整个系统工作，并调整显示系统有关工作状态；CPU板电路由ATC52单片机、HD72AP显示模块、存储器等核心元件组成；单片机是整个系统的中枢，它负责对系统采集信号的分析处理，并将结果输出四路控制信号：报警信号、动态自检信号、故障信号、初始化信号。信号的分析处理是通过单片机内部写入的软件实现的；主板的主要作用是实现上述板块以及对外的连接。

传感器：系统采用有源鉴相式轨道传感器，它由发射头、接收头及底座和电缆组成。发射头加上31.25KHz、100V高频电压后沿钢轨横截面产生磁场，接收头在磁场中产生感应电动势

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作为传感信号以固定相位经电缆发送给主机接收板，当磁场中有轮对经过时，无论速度快慢，传感器磁路都会发生变化，磁力线反向通过磁头，接收头的接收信号随之发生翻转，这一正反相变化经主机接收板处理后变成数字信号，并以此作为过轮信号，再由主机CPU板对此信号进行计数，当数字累计达到报警值时（可选，一般设为2），系统开始报警。

报警机构：报警机构主要由灯显部分、音响器、提示牌、告知牌等组成。灯显采用由红、白两种颜色发光二极管组成的灯盘作为光源，LED灯盘较白炽灯亮度更高而且灯光显示更加饱满、醒目，尤其是在白天的显示效果要明显优于白炽灯泡。每个灯盘设计由192个发光二极管组成，单个二极管损坏不会影响到整体显示效果，从而也增加了灯显的使用寿命。道口空闲时亮白灯，报警时两红灯交替闪烁。

电缆线路及缆端处理器：传感器与主机之间通过信号电缆以及缆端处理器相连；缆端处理器与两发射头组成串联谐振电路对接收的18V高频信号隔离放大至100V左右，使传感器建立稳定的信号源磁场。

2.2、数字化道口报警系统软件功能研究

报警和取消：系统可根据需要设定报警轴数，即有几个车轮掠过传感器时报警（一般设定为2个），传感器上有几个车轮掠过系统就记几个数，并且还可以根据需要设定解除报警剩余轴数值，即从任意一个传感器反向掠过时，如果系统上的轴数减一小于设定的剩余轴数，则表示道口已空闲，系统就会停止报警。计算方法如下：系统安装时，技术人员应根据道口两侧传感器的间距计算出道口区间能容纳的车辆数量，从而可计算出区间所能容纳的车辆的轴数，依据此数据可在系统内设定一个道口区间剩余轴数（一般设定为区间可容纳最大轴数的1/4），并以此作为轮对掠过反向传感器时取消报警的最大轴数值。

报警延时解除功能：当系统故障或车列在道口区间内停留时间较长但并未掠过反向传感器时（如利用道口区间进行调车作业时），系统将根据设定的解除报警时间停止报警，免去了道口因某种原因长时间报警不停的现象。

系统自检及故障导向安全设计：系统设计由CPU板控制发射板每隔20秒发出一个动态自检控制信号，检查传感器的接收电压以及各接收板的工作状态，如果有故障或各接收电压影响到了正常记数报警，系统则停止向白灯供电，此时即使道口空闲，白灯也无法点亮，过往行人和车辆可依据“红灯停车，灭灯停用”的提示自行确认通过道口，从而避免误显示导致道口事故。

2.3、项目研究过程中的缺陷分析与改进

LED报警灯盘 的改进：每个LED灯盘由192个发光二极管组成，原设计为全部并联连接，电流非常大，容易烧坏报警板，后来把发光二极管改为每8个一组进行串连点灯，共分24组，这24组并联进行点灯，这种设计即可简化线路，还可以使点灯电压和电流得到合理分

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配，全面保证二极管的发光度，任何一个二极管烧坏后只影响同组的8个二极管，不至于对整个灯盘的发光度造成较大影响，从而保证了点灯的连续性和整体使用寿命。

传感器安装技术改进：传感器安装时要求同组的两个传感器必须间隔200mm，但在使用过程中会因震动等原因使其间距发生变化，从而导致报警不灵敏。针对此现象，设计出了一套传感器定位杆，此定位杆由一根方管制作，安装在钢轨底部的两个传感器固定螺栓上，将两个传感器连为一体，从而使其间距得到固定，这一改进简洁实用且不影响传感器工作，效果良好。

微机板设计改进：当道口位于站场咽喉区域时，道口两侧的每一股道都需安装传感器，传感器数量增多，会使发射板到各缆端处理器的发射电压偏低，从而使微机板在进行高效运算的同时无法有效地检测到这一信号。为此决定对微机板进行改造，以提高其接收灵敏度，具体方法是将原来的单CPU微机板改为多CPU板，即对应每个传感器，都单独使用一个CPU。这一改进虽然使微机板的设计更为复杂，成本也有所增加，但却合理地将微机板的工作量分解到各个CPU上，其运算速度和灵敏度都大大提高，车过时丢数不报警的问题也得到解决，从而提高了系统的整体可靠性。

系统防雷设计：莱钢所处区域属于落雷区，最初设计时对此考虑不足，只在电源变压器一次侧安装有防雷压敏电阻，而与系统直接连接的室外电缆却无防雷元件，对系统的CPU板、报警板以及发射板容易造成致命伤害。发现此问题后，对发射板输出的两个点、报警板输出的六个点以及系统电源输入的两个点进行防雷设计，分别在这些点上安装了不同阻值的压敏电阻，以有效的防止雷电的侵入。 3.应用效果

系统研究应用以来，报警灵敏、运行稳定、可靠，为莱钢的铁路运输生产提供了有力保障。

（作者单位：莱芜钢铁集团有限公司运输部）