1.概述

隨著高速列車和城市輕軌線路的飛速發(fā)展，車輛段的檢修工作顯得日益復(fù)雜、繁忙。由于庫內(nèi)安裝有上千伏的高壓接觸網(wǎng)以及不同設(shè)備交叉作業(yè)之間存在安全隱患，即使是瞬息間的失神或輕微的判斷錯誤都有可能造成嚴(yán)重的后果。采用了鐵路行業(yè)聯(lián)鎖控制的概念，為防止工傷事件或設(shè)備嚴(yán)重?fù)p失的安全聯(lián)鎖系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。通常情況下，安全聯(lián)鎖系統(tǒng)由保證平臺登頂作業(yè)人員人身安全的門禁子系統(tǒng)，車輛出入庫信號和警示子系統(tǒng)，保護(hù)設(shè)備安全的電氣聯(lián)鎖控制子系統(tǒng)，PLC網(wǎng)絡(luò)控制子系統(tǒng)，計算機(jī)控制子系統(tǒng)、視頻監(jiān)控子系統(tǒng)組成。由于作業(yè)庫內(nèi)的作業(yè)需求不同以及檢修作業(yè)的防護(hù)等級存在差異，安全聯(lián)鎖系統(tǒng)在設(shè)計時從安全可靠性、經(jīng)濟(jì)性、適應(yīng)性來綜合考慮設(shè)備的布局和相關(guān)設(shè)備的聯(lián)鎖控制關(guān)系。

2.安全聯(lián)鎖系統(tǒng)在動車段的設(shè)備布局

1）動車段檢查庫適用于動車車輛運(yùn)行3萬公里以內(nèi)，對動車車頂、車底進(jìn)行檢查、維護(hù)和保養(yǎng)工作。檢查庫內(nèi)檢修作業(yè)非常頻繁，檢修人員數(shù)量大、檢修種類繁多。尤其是車頂檢修作業(yè)，涉及檢修人員的人身安全，工作前必須使接觸網(wǎng)斷電。

庫外25米處設(shè)有入庫信號燈，庫大門處設(shè)有出庫信號燈。3層檢修平臺入口設(shè)有電磁門禁鎖和門禁指示燈，檢修人員使用經(jīng)過授權(quán)的門禁卡才能上下三層檢修平臺。庫前端設(shè)有電控箱，可對庫外隔離開關(guān)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。視頻監(jiān)控系統(tǒng)通過庫內(nèi)和庫前的攝像頭對隔離開關(guān)和庫內(nèi)人員作業(yè)進(jìn)行監(jiān)視控制。其布局如下圖1所示：

圖1　列位安全聯(lián)鎖設(shè)備布置圖

2）動車段中修庫適用于動車車輛每運(yùn)行30萬公里，主要對動車走行部進(jìn)行更換、維修工作。庫內(nèi)除檢查庫的檢修平臺外，還設(shè)有固定式架車機(jī)、移動式架車機(jī)、天車、側(cè)移式接觸網(wǎng)等設(shè)備。除檢查庫的安全聯(lián)鎖設(shè)備以外，將這些設(shè)備納入到聯(lián)鎖控制系統(tǒng)中。例如：天車和側(cè)移式接觸網(wǎng)之間互鎖，不允許同時動作；移動式架車機(jī)和固定式架車機(jī)的復(fù)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(zhuǎn)向架或輪對以及對車輪進(jìn)行鏇輪操作時。庫內(nèi)除側(cè)移式接觸網(wǎng)外，還設(shè)有鏇輪機(jī)、換轉(zhuǎn)向架機(jī)等設(shè)備。其中，鏇輪機(jī)、換轉(zhuǎn)向架機(jī)的軌道復(fù)位信號作為允許車輛動作的條件納入到了安全聯(lián)鎖控制中。  

3.系統(tǒng)體系架構(gòu)

隨著工業(yè)控制自動化的不斷提高和計算機(jī)在工業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，用戶往往希望能夠從復(fù)雜的按鈕操作中解脫出來，利用計算機(jī)的人機(jī)界面更直觀、更快捷的了解信息和進(jìn)行操作。動車段內(nèi)的安全聯(lián)鎖系統(tǒng)其底層設(shè)備種類繁多、邏輯關(guān)系復(fù)雜、系統(tǒng)響應(yīng)速度要求快，通過計算機(jī)控制子系統(tǒng)和PLC網(wǎng)絡(luò)控制子系統(tǒng)的運(yùn)用能夠有效的解決這些難題。

力控監(jiān)控組態(tài)軟件整體的開放性，工程師可基于產(chǎn)品進(jìn)行系統(tǒng)擴(kuò)展，通過開放式接口，開發(fā)其自己的應(yīng)用系統(tǒng)，它可方便地與標(biāo)準(zhǔn)程序和用戶程序組合在一起使用，建立人機(jī)界面，精確地滿足實(shí)際需要。

動車段的安全聯(lián)鎖系統(tǒng)利用調(diào)度室的PLC主站和每股道的PLC子站通過CC-link線組成的網(wǎng)絡(luò)來進(jìn)行通訊，從而控制系統(tǒng)中的信號燈、顯示屏、閃爍燈等各項設(shè)備。并將這些信息通過PLC主站的I/O Driver傳輸?shù)接嬎銠C(jī)的力控監(jiān)控組態(tài)軟件上，使操作人員可以直觀的在計算機(jī)界面上進(jìn)行操作，包括車輛出入庫信號與警示畫面顯示，各個信號燈狀態(tài)顯示，各個保護(hù)設(shè)備的連鎖狀態(tài)和運(yùn)行參數(shù)，以及從PLC傳輸過來的其他數(shù)據(jù)參數(shù)。

門禁子系統(tǒng)設(shè)有專門的門磁控制器，安裝在各個檢查庫，數(shù)據(jù)通過專線傳輸?shù)介T磁總控器，所有門禁數(shù)據(jù)可在專設(shè)的門禁計算機(jī)中顯示。同時PLC主站可調(diào)取門磁總控器的數(shù)據(jù)，上傳到力控監(jiān)控組態(tài)軟件實(shí)時顯示各個門禁的狀態(tài)。

視頻監(jiān)控系統(tǒng)獨(dú)立設(shè)置，通過硬盤錄像機(jī)將攝像頭的實(shí)時圖像傳輸?shù)秸{(diào)度室的視頻服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)各個檢修段的實(shí)時圖像監(jiān)控。

圖2　系統(tǒng)架構(gòu)圖

3.1車輛出入庫系統(tǒng)應(yīng)用

動車段的調(diào)度控制分為段調(diào)度中心和庫內(nèi)調(diào)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(shè)備與庫內(nèi)調(diào)度室聯(lián)系。調(diào)度員在收到入庫請求，向段調(diào)度中心請示并確認(rèn)庫內(nèi)線路安全后，按下入庫指示按鈕。這時入庫信號被開放，司機(jī)根據(jù)白色信號燈入庫進(jìn)行作業(yè)。動車出庫時，庫內(nèi)調(diào)度員與段內(nèi)調(diào)度中心聯(lián)系，確認(rèn)并獲批準(zhǔn)后，出庫信號燈落白燈，動車車輛方可出庫。

力控監(jiān)控組態(tài)軟件通過其方便友好的開發(fā)環(huán)境、面向?qū)ο蟮脑O(shè)計，使組態(tài)工作量大大降低。畫面中根據(jù)車輛出入庫系統(tǒng)要求，可按不同檢查庫和不同股道分別動態(tài)顯示庫內(nèi)外進(jìn)、出車位狀態(tài)，隔離開關(guān)狀態(tài)，各個信號燈狀態(tài)，以及各項報警狀態(tài)。畫面色彩生動，動畫效果真實(shí)流暢，使得現(xiàn)場工程師直觀的了解車輛出入庫的實(shí)時狀態(tài)。

3.2門禁系統(tǒng)應(yīng)用

動車段安全監(jiān)控系統(tǒng)中，門禁控制子系統(tǒng)中的電磁鎖由調(diào)度室內(nèi)的門禁計算機(jī)控制。當(dāng)接觸網(wǎng)無電并且接地桿接地良好時，門禁計算機(jī)自動將作業(yè)門的電磁鎖打開，同時門禁指示燈綠燈亮。檢修作人員可在調(diào)度室登記領(lǐng)取門禁卡后進(jìn)入檢修平臺作業(yè)。當(dāng)接觸網(wǎng)有電時，門禁計算機(jī)將所有作業(yè)門的電磁鎖鎖閉，同時作業(yè)門指示燈紅燈亮，此時即使有門禁卡也無法打開作業(yè)門，保證了檢修人員的人身安全。圖３所示為動車段保護(hù)人身安全的安全聯(lián)鎖子系統(tǒng)。

圖3　安全聯(lián)鎖子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

門禁控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)可同時通過PLC總站匯總到力控監(jiān)控組態(tài)軟件平臺，可實(shí)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，為日后的數(shù)據(jù)匯總分析提供了強(qiáng)大的數(shù)據(jù)支持。

3.3 計算機(jī)和PLC網(wǎng)絡(luò)控制子系統(tǒng)的應(yīng)用

利用PLC網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)和力控組態(tài)軟件相結(jié)合的這種控制模式具有以下幾種特點(diǎn)：

1）便捷性：由PLC組成的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)對工業(yè)現(xiàn)場數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、邏輯運(yùn)算和輸出，以靈活多樣的“組態(tài)方式”來進(jìn)行系統(tǒng)集成，將其預(yù)設(shè)置的各種軟件模塊進(jìn)行簡單的“組態(tài)”，便可以非常容易地實(shí)現(xiàn)和完成監(jiān)控層的各項功能，縮短了自動化工程師的系統(tǒng)集成的時間，大大的提高了集成效率。

2）直觀性：安全聯(lián)鎖系統(tǒng)的列車進(jìn)入庫狀態(tài)、信號燈、接觸網(wǎng)有無電、大門信號和爆閃燈等功能都以圖片或動畫的形式綜合體現(xiàn)在力控組態(tài)軟件的控制界面上。同時，各種工位的狀態(tài)顯示欄和操作按鈕都有序的排列在控制界面的下方。系統(tǒng)的狀態(tài)提示和控制操作可以在同一界面進(jìn)行操作。圖４所示為安全連鎖系統(tǒng)控制界面。

圖4　安全聯(lián)鎖系統(tǒng)控制界面

可生成各個數(shù)據(jù)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(shù)累計、故障時段等趨勢記錄通過打印機(jī)打印輸出。

3）可擴(kuò)充性：當(dāng)現(xiàn)場（包括硬件設(shè)備或系統(tǒng)結(jié)構(gòu)）或用戶需求發(fā)生改變時，不需作很多修改而方便地完成軟件的更新和升級。例如:在動車段現(xiàn)場，用戶可能需要將一些其他設(shè)備納入聯(lián)鎖控制關(guān)系，這時對PLC內(nèi)部程序進(jìn)行修改，同時力控監(jiān)控組態(tài)軟件支持遠(yuǎn)程部署，可以在線修改參數(shù)，適合多人協(xié)作開發(fā)，構(gòu)建典型的分布式應(yīng)用，可以同步構(gòu)建歷史站、事件服務(wù)器、報警服務(wù)器等多種應(yīng)用模式。專門配備了遠(yuǎn)程部署—服務(wù)器以及遠(yuǎn)程部署—客戶端工具。

4）易維護(hù)性：整套系統(tǒng)易于維護(hù)便于升級，力控監(jiān)控組態(tài)軟件預(yù)留數(shù)據(jù)交互接口，可以為更高一級調(diào)度中心的數(shù)據(jù)平臺提供實(shí)時數(shù)據(jù)，從而輕松搭建全省乃至全國的動車段安全系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心。

4.結(jié)語

隨著高速鐵路和城市軌道交通的不斷發(fā)展，安全聯(lián)鎖系統(tǒng)將得到越來越廣泛的應(yīng)用。在進(jìn)行安全聯(lián)鎖系統(tǒng)設(shè)計的時候，應(yīng)根據(jù)用戶的要求合理的考慮系統(tǒng)的布置方案，同時要盡量減少控制設(shè)備邏輯關(guān)系的復(fù)雜程度、提高控制系統(tǒng)的可靠性，也要兼顧采購設(shè)備和安裝工程的經(jīng)濟(jì)性。