基于力控監(jiān)控組態(tài)軟件的動車段安全聯(lián)鎖系統(tǒng)———基于力控監(jiān)控組態(tài)軟件的動車段安全聯(lián)鎖系統(tǒng)
摘要：安全聯(lián)鎖系統(tǒng)通過聯(lián)鎖控制來保證檢修庫內(nèi)人員的人身安全和維修設(shè)備的正常工作。本文主要介紹了國內(nèi)動車段安全連鎖系統(tǒng)的性能特點，以及力控監(jiān)控組態(tài)軟件在該系統(tǒng)中的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：車輛段 動車段 安全連鎖系統(tǒng) 力控 監(jiān)控組態(tài)軟件
Abstract: Safety interlocking system is used for assuring the personal safety in maintenance shed and proper functioning of servicing device by interlocking control. This paper describes the performance characteristics of safety interlocking system for multiple unit train in China and the application of Forcecontrol configuration software in system.
Key words: car depot; multiple unit train depot; safety interlocking system; Forcecontrol; configuration software
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
2.1動車段安全聯(lián)鎖系統(tǒng)布局
1）動車段檢查庫適用于動車車輛運行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)軟件實時顯示各個門禁的狀態(tài)。
視頻監(jiān)控系統(tǒng)獨立設(shè)置，通過硬盤錄像機(jī)將攝像頭的實時圖像傳輸?shù)秸{(diào)度室的視頻服務(wù)器，實現(xiàn)各個檢修段的實時圖像監(jiān)控。圖2所示為系統(tǒng)架構(gòu)圖。
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，動畫效果真實流暢，使得現(xiàn)場工程師直觀的了解車輛出入庫的實時狀態(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 動車段保護(hù)人身安全的安全聯(lián)鎖子系統(tǒng)
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：
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 安全連鎖系統(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。圖6所示為詳盡的數(shù)據(jù)報表。
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。
