1.概述
隨著高速列車和城市輕軌線路的飛速發展，車輛段的檢修工作日益復雜、繁忙。由于庫內安裝有上千伏的高壓接觸網以及不同設備交叉作業之間存在安全隱患，即使是瞬間的失神或輕微的誤判都有可能造成嚴重的后果。采用鐵路行業聯鎖控制的概念，為防止工傷事件或設備嚴重損失的安全聯鎖系統應運而生。通常情況下，安全聯鎖系統由保證平臺登頂作業人員人身安全的門禁子系統、車輛出入庫信號和警示子系統、保護設備安全的電氣聯鎖控制子系統、PLC網絡控制子系統、計算機控制子系統、視頻監控子系統組成。由于作業庫內的作業需求不同以及檢修作業的防護等級存在差異，安全聯鎖系統在設計時從安全可靠性、經濟性、適應性來綜合考慮設備的布局和相關設備的聯鎖控制關系。
2.安全聯鎖系統在動車段的設備布局
動車段安全聯鎖系統布局
1）動車段檢查庫適用于動車車輛運行3萬公里以內，對動車車頂、車底進行檢查、維護和保養工作。檢查庫內檢修作業非常頻繁，檢修人員數量大、檢修種類繁多。尤其是車頂檢修作業，涉及檢修人員的人身安全，工作前須使接觸網斷電。
庫外25米處設有入庫信號燈，庫大門處設有出庫信號燈。3層檢修平臺入口設有電磁門禁鎖和門禁指示燈，檢修人員使用經過授權的門禁卡才能上下3層檢修平臺。庫前端設有電控箱，可對庫外隔離開關進行遠程控制。視頻監控系統通過庫內和庫前的攝像頭對隔離開關和庫內人員作業進行監視控制。其布局如下圖1所示：
2）動車段中修庫適用于動車車輛每運行30萬公里，主要對動車走行部進行更換、維修工作。庫內除檢查庫的檢修平臺外，還設有固定式架車機、移動式架車機、天車、側移式接觸網等設備。除檢查庫的安全聯鎖設備以外，將這些設備納入到聯鎖控制系統中。例如：天車和側移式接觸網之間互鎖，不允許同時動作；移動式架車機和固定式架車機的復位信號作為允許車輛動作的必要條件。
3）動車段臨修庫適用于動車臨時更換單個轉向架或輪對以及對車輪進行鏇輪操作時。庫內除側移式接觸網外，還設有鏇輪機、換轉向架機等設備。其中，鏇輪機、換轉向架機的軌道復位信號作為允許車輛動作的條件納入到安全聯鎖控制中。
3.系統體系架構
隨著工業控制自動化的不斷提高和計算機在工業領域的廣泛應用，用戶往往希望能夠從復雜的按鈕操作中解脫出來，利用計算機的人機界面更直觀、更快捷地了解信息和進行操作。動車段內的安全聯鎖系統其底層設備種類繁多、邏輯關系復雜、系統響應速度要求快，通過運用計算機控制子系統和PLC網絡控制子系統能夠有效地解決這些難題。
力控監控組態軟件具有整體的開放性，工程師可基于產品擴展系統，通過開放式接口，開發其自己的應用系統，它可方便地與標準程序和用戶程序組合在一起使用，建立人機界面，精確地滿足實際需要。
動車段的安全聯鎖系統利用調度室的PLC主站和每股道的PLC子站，通過CC-LINK線組成的網絡進行通訊，從而控制系統中的信號燈、顯示屏、閃爍燈等各項設備。并將這些信息通過PLC主站的I/O Driver傳輸到計算機的力控監控組態軟件上，操作人員可以在計算機界面上直接操作，包括車輛出入庫信號與警示畫面顯示、各個信號燈狀態顯示、各個保護設備的連鎖狀態和運行參數、從PLC傳輸過來的其他數據參數。
門禁子系統設有專門的門磁控制器，安裝在各個檢查庫，數據通過專線傳輸到門磁總控器，所有門禁數據可在專設的門禁計算機中顯示。同時PLC主站可調取門磁總控器的數據，上傳到力控監控組態軟件實時顯示各個門禁的狀態。
視頻監控系統獨立設置，通過硬盤錄像機將攝像頭的實時圖像傳輸到調度室的視頻服務器，實時監控各個檢修段的圖像。圖2所示為系統架構圖。
圖2 系統架構圖
3.1車輛出入庫系統應用
動車段的調度控制分為段調度中心和庫內調度室兩部分。動車入庫前，會先將車輛停靠在入庫信號燈外，并利用通信設備與庫內調度室聯系。調度員在收到入庫請求，向段調度中心請示并確認庫內線路安全后，按下入庫指示按鈕。這時入庫信號被開放，司機根據白色信號燈進行入庫作業。動車出庫時，庫內調度員與段內調度中心聯系，確認并獲批準后，出庫信號燈落白燈，動車車輛方可出庫。
力控監控組態軟件通過方便友好的開發環境、面向對象的設計，使組態工作量大大降低。畫面中根據車輛出入庫系統要求，可按不同檢查庫和不同股道分別動態顯示庫內外進、出車位狀態，隔離開關狀態，各個信號燈狀態，以及各項報警狀態。畫面色彩生動，動畫效果真實流暢，現場工程師直觀地了解車輛出入庫的實時狀態。
3.2門禁系統應用
動車段安全監控系統中，門禁控制子系統中的電磁鎖由調度室內的門禁計算機控制。當接觸網無電并且接地桿接地良好時，門禁計算機自動將作業門的電磁鎖打開，同時門禁指示燈綠燈亮。檢修人員可在調度室登記領取門禁卡后進入檢修平臺作業。當接觸網有電時，門禁計算機將所有作業門的電磁鎖鎖閉，同時作業門指示燈紅燈亮，此時即使有門禁卡也無法打開作業門，保證檢修人員的人身安全。圖3所示為動車段保護人身安全的安全聯鎖子系統。
圖3：動車段保護人身安全的安全聯鎖子系統
門禁控制系統的數據可同時通過PLC總站匯總到力控監控組態軟件平臺，可實時顯示出入庫車輛人員的門禁卡號，生成各類工作日志報表，為日后數據匯總分析提供了強大的數據支持。
3.3 計算機和PLC網絡控制子系統的應用
利用PLC網絡控制系統和力控組態軟件相結合的控制模式具有以下幾種特點：
1）便捷性：由PLC組成的網絡控制系統對工業現場數據進行采集、邏輯運算和輸出，以靈活多樣的“組態方式”進行系統集成，將其預設置的各種軟件模塊進行簡單的“組態”，便可以非常容易地實現和完成監控層的各項功能，縮短了自動化工程師系統集成的時間，大大提高了集成效率。
2）直觀性：安全聯鎖系統的列車進入庫狀態、信號燈、接觸網有無電、大門信號和爆閃燈等功能，以圖片或動畫的形式綜合體現在力控組態軟件的控制界面上。同時，各種工位的狀態顯示欄和操作按鈕都有序的排列在控制界面的下方。系統的狀態提示和控制操作可以在同一界面進行操作。圖4所示為安全連鎖系統控制界面。
圖4安全連鎖系統控制界面
可生成各個數據的日報表、月報表及年報表，且可生成分時等特殊報表的功能。任意組合用戶測量趨勢、測量參數累計、故障時段等趨勢記錄可通過打印機打印輸出。
3）可擴充性：當現場（包括硬件設備或系統結構）或用戶需求發生改變時，不需作很多修改便可完成軟件的更新和升級。例如:在動車段現場，用戶可能需要將一些其他設備納入聯鎖控制關系，這時對PLC內部程序進行修改，同時力控監控組態軟件支持遠程部署，可以在線修改參數，適合多人協作開發，構建典型的分布式應用，可以同步構建歷史站、事件服務器、報警服務器等多種應用模式。專門配備了遠程部署—服務器以及遠程部署—客戶端工具。
4）易維護性：整套系統易于維護便于升級，力控監控組態軟件預留數據交互接口，可以為更高一級調度中心的數據平臺提供實時數據，從而輕松搭建全省乃至全國的動車段安全系統數據中心。
4.結語
隨著高速鐵路和城市軌道交通的不斷發展，安全聯鎖系統將得到越來越廣泛的應用。在進行安全聯鎖系統設計的時候，應根據用戶的要求考慮系統的布置方案，同時要盡量減少控制設備邏輯關系的復雜程度、提高控制系統的可靠性，也要兼顧采購設備和安裝工程的經濟性。
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