丁子全

(中鐵第一勘察設(shè)計院集團有限公司環(huán)境與設(shè)備設(shè)計處，西安 710043)

1 車輛段作業(yè)安全管理現(xiàn)狀分析

目前，絕大多數(shù)接觸網(wǎng)、受電弓受電方式的地鐵車輛段依靠不斷完善規(guī)程規(guī)章制度，規(guī)范作業(yè)人員操作來確保安全。接觸網(wǎng)無電區(qū)作業(yè)時的安全監(jiān)控保護方式主要采用機械鎖及電腦鑰匙，人工監(jiān)控手動隔離開關(guān)[3-4]。車輛出入庫依靠車場信號引導(dǎo)，與車庫臺位狀態(tài)、設(shè)備狀態(tài)及作業(yè)條件無關(guān)聯(lián)鎖關(guān)系。主要由調(diào)度作業(yè)人員相互現(xiàn)場確認。

1.1 作業(yè)控制管理存在薄弱環(huán)節(jié)

(1)作業(yè)流程控制主要由人工操作、人工確認完成，作業(yè)方式較為繁瑣。

(2)作業(yè)流程及過程控制管理方面缺乏可追溯性，不利于強化管理，規(guī)范操作。

(3)安全作業(yè)主要依靠人，不依賴設(shè)備，設(shè)備控制系統(tǒng)集成不夠，缺乏必要的自動導(dǎo)向設(shè)備。

1.2 作業(yè)過程安全隱患

(1)作業(yè)人員觸電

①未分閘斷電時作業(yè)者誤上車頂作業(yè)；

②作業(yè)者誤上相鄰有電線路的車頂；

③未掛接地線作業(yè)者誤上車頂作業(yè)；

④車頂作業(yè)時誤撤接地線；

⑤車頂作業(yè)時誤合閘送電。

(2)接觸網(wǎng)短路

①錯掛接地線；

②未撤接地線時誤合閘送電；

③在車輛升弓的情況下操作隔離開關(guān)；

④在作業(yè)區(qū)外的列車闖入無電作業(yè)區(qū)，觸電和接觸網(wǎng)短路。

(3)列車出入庫時，車輛誤闖無電區(qū)及移動設(shè)備或人員侵限。

2 系統(tǒng)功能需求分析

針對目前車輛段作業(yè)控制管理方面存在薄弱環(huán)節(jié)及安全隱患，按照系統(tǒng)集成、管理升級及“故障導(dǎo)向安全”的原則，本系統(tǒng)功能需求如下。

(1)周月檢庫及停車列檢庫內(nèi)外信號采用雙向自動防護信號機，由本系統(tǒng)聯(lián)鎖邏輯條件控制，替代獨立的軌道電路信號系統(tǒng)，自動開放關(guān)閉檢查庫線路信號，實現(xiàn)列車出入庫作業(yè)自動化引導(dǎo)。

(2)安全作業(yè)條件自動采集，替代人工逐一確認，聯(lián)鎖邏輯關(guān)系由計算機控制，避免誤操作，安全保護系統(tǒng)不執(zhí)行非法人員的指令及非安全作業(yè)條件下的誤操作，保證監(jiān)控的連續(xù)性和有效性。

(3)采用電動隔離開關(guān)及自動安全接地機構(gòu)，實現(xiàn)遠程聯(lián)鎖監(jiān)控，替代人工掛、撤接地線等操作，并具備接地自動監(jiān)測功能，應(yīng)急手動方式(管理者授權(quán))，為車頂作業(yè)者提供動態(tài)的、可靠的安全保護。操作者不直接操控高壓電器，無須穿戴絕緣靴、絕緣手套和使用絕緣器具，避免了操作危險。

(4)實行IC卡口令身份管理。對管理層、作業(yè)層分配不同的訪問及操作權(quán)限，各司其職，使操作和管理更加嚴謹、方便。

(5)車頂作業(yè)采用安全通道，禁止非法通行，利用門禁系統(tǒng)與視頻監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)了車頂作業(yè)者的跟蹤監(jiān)護[5]。

(6)采用作業(yè)流程與過程控制相結(jié)合，人機互動、人機合一的工作方式強化管理，規(guī)范操作，并對歷史操作、視頻等信息提供了追溯、查詢功能。

(7)安全型的設(shè)計保證系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，自檢功能在系統(tǒng)發(fā)生故障時自動鎖閉，同時顯示故障原因。

3 系統(tǒng)組成及主要功能

3.1 系統(tǒng)組成

該系統(tǒng)主要由作業(yè)安全聯(lián)鎖電氣控制單元、門禁監(jiān)控子系統(tǒng)、視頻監(jiān)視子系統(tǒng)、檢測單元及主控系統(tǒng)(上位機和調(diào)度臺)組成，如圖1所示。采用可靠的監(jiān)測手段、計算機邏輯處理、電氣聯(lián)鎖控制等方法，對系統(tǒng)各設(shè)備如隔離開關(guān)、接地裝置、庫內(nèi)外信號、 庫外檢測引導(dǎo)裝置、安全門、作業(yè)平臺等設(shè)備進行系統(tǒng)集成整合，滿足現(xiàn)場繁瑣的作業(yè)流程要求，實現(xiàn)安全作業(yè)自動引導(dǎo)與自動控制，提高了工作效率及管理水平，達到人機聯(lián)控確保安全的目的[7]。

圖1 安全系統(tǒng)組成示意

3.2 主要功能

3.2.1 門禁監(jiān)控子系統(tǒng)

用于安全作業(yè)平臺的安全門開放控制、車頂人數(shù)檢測和自動接地裝置的掛撤連鎖控制，具有很高的實時性、可靠性、安全性[6]。 它由身份識別管理工作站(調(diào)度室上位計算機兼)、數(shù)據(jù)通信設(shè)備、門禁控制器、門內(nèi)讀卡器、門外讀卡器、電磁鎖、安全門等組成，所有股道的門禁控制通過網(wǎng)絡(luò)與上位管理機相連。

3.2.2 視頻監(jiān)視子系統(tǒng)

視頻監(jiān)控子系統(tǒng)對檢修庫內(nèi)每股道車頂作業(yè)的狀況、隔離開關(guān)的開閉狀態(tài)、自動接地裝置的掛接狀態(tài)以及車輛進出庫的過程進行監(jiān)控。

各股道的每個作業(yè)臺位設(shè)置3架固定球型攝像機和2臺帶云臺的槍式攝像機，用于記錄檢修人員登車頂作業(yè)的全過程；在庫門口設(shè)置1架固定球型攝像機記錄車輛進出庫的過程；在調(diào)度室內(nèi)安裝視頻存儲服務(wù)器存儲各路圖像信息；在室內(nèi)墻上安裝LED液晶大顯示屏，實時顯示整個周月檢庫或停車列檢庫各股道地鐵車輛車頂狀態(tài)以及隔離開關(guān)的分合狀態(tài)。所有圖像信息實現(xiàn)全天候錄像，圖像信息保持30 d循環(huán)。同時可采用TCP/IP協(xié)議通過局域網(wǎng)絡(luò)把視頻監(jiān)控信息與上級有關(guān)管理部門共享，實現(xiàn)車間、段、公司三級監(jiān)控和管理。

3.2.3 作業(yè)安全聯(lián)鎖作電氣控制單元

將車輛入庫檢測單元、臺位檢測單元、隔離開關(guān)、自動接地裝置的狀態(tài)信息與門禁監(jiān)控系統(tǒng)采集的人員進入作業(yè)平臺的信息進行邏輯聯(lián)鎖運算，按照現(xiàn)場作業(yè)操作流程，實現(xiàn)對隔離開關(guān)合分及信號機開閉的閉環(huán)控制[8]。主要的聯(lián)鎖邏輯控制關(guān)系如下。

(1)隔離開關(guān)需閉合時的聯(lián)鎖關(guān)系，如圖2所示。

圖2 隔離開關(guān)需閉合時的聯(lián)鎖關(guān)系

(2)隔離開關(guān)閉合后與作業(yè)指示燈、門禁系統(tǒng)、LED顯示屏、入庫信號機的聯(lián)鎖關(guān)系，如圖3所示。

圖3 隔離開關(guān)閉合后的聯(lián)鎖關(guān)系

(3)隔離開關(guān)需斷開時，與車輛、信號燈、接地裝置的聯(lián)鎖關(guān)系，如圖4所示。

圖4 隔離開關(guān)需斷開的聯(lián)鎖關(guān)系

(4)隔離開關(guān)斷開后與LED顯示屏、門禁系統(tǒng)、作業(yè)指示燈的聯(lián)鎖關(guān)系，如圖5所示。

圖5 隔離開關(guān)斷開后的聯(lián)鎖關(guān)系

(5)臺位占用傳感器與臺位信號燈的聯(lián)鎖關(guān)系，如圖6所示。

圖6 臺位占用傳感器的聯(lián)鎖關(guān)系[9]

圖7 自動接地裝置需掛接時的聯(lián)鎖關(guān)系

(7)接地裝置需撤離時與門禁系統(tǒng)的聯(lián)鎖關(guān)系，如圖8所示。

圖8 接地裝置需撤離的聯(lián)鎖關(guān)系

圖9 移車信號燈開放的聯(lián)鎖關(guān)系

(9)移車信號燈自動關(guān)閉與本檢修臺的臺位傳感器和目標(biāo)臺位傳感器的聯(lián)鎖關(guān)系，如圖10所示。

圖10 移車信號燈自動關(guān)閉的聯(lián)鎖關(guān)系

(10)入庫信號燈開放與檢修臺位的隔離開關(guān)、庫門、值班員操作的聯(lián)鎖關(guān)系，如圖11所示。

圖11 入庫信號燈開放的聯(lián)鎖關(guān)系

(11)出庫信號燈開放與檢修臺的隔離開關(guān)、庫門、值班員操作、場聯(lián)的聯(lián)鎖關(guān)系，如圖12所示。

圖12 出庫信號燈開放的聯(lián)鎖關(guān)系

(12)門禁解鎖的聯(lián)鎖關(guān)系，如圖13所示。

圖13 門禁解鎖的聯(lián)鎖關(guān)系

(13)門禁鎖閉的聯(lián)鎖關(guān)系，如圖14所示。

圖14 門禁鎖閉的聯(lián)鎖關(guān)系

通過計算機邏輯處理、電氣聯(lián)鎖控制等方法，滿足現(xiàn)場繁瑣的作業(yè)流程要求，實現(xiàn)安全作業(yè)自動引導(dǎo)與自動控制。

3.2.4 主控系統(tǒng)

主控系統(tǒng)包括作業(yè)過程及參數(shù)進行監(jiān)控、分析、統(tǒng)計、記錄和指令控制，實現(xiàn)與各單元裝置與子系統(tǒng)的連接控制，采用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實現(xiàn)調(diào)度室上位機工控機與門禁子系統(tǒng)通信，實現(xiàn)視頻存儲服務(wù)器與現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)視頻攝像機通信。從調(diào)度室到檢修庫臺位主干采用光纖以太網(wǎng)絡(luò)，在調(diào)度室設(shè)置核心交換機，在每股道設(shè)置一臺匯聚層交換機。調(diào)度室上位工控機與現(xiàn)場操作臺、繼電器箱之間的數(shù)據(jù)通信采用現(xiàn)場總線CAN，滿足長距離、低速率、高可靠性的通信要求。利用檢測手段、計算機邏輯處理、電器連接控制方法等，防止人為因素造成事故，實現(xiàn)人機聯(lián)控確保安全的目的[10]。

4 主要作業(yè)流程

4.1 隔離開關(guān)合閘操作過程

(1)現(xiàn)場檢修人員在本股道的操作臺提出隔離開關(guān)合閘申請，門禁系統(tǒng)顯示作業(yè)平臺人員已出清、門禁作業(yè)門處于鎖閉狀態(tài)，調(diào)度員通過該股道的視頻監(jiān)視再次進行確認無誤后，發(fā)出撤除地線命令[11]。

(2)自動接地裝置開始移動，到位后計算機屏幕發(fā)出提示。調(diào)度員通過該股道的視頻監(jiān)視再次進行確認無誤后，發(fā)出隔離開關(guān)合閘命令。報警單元自動發(fā)出聲光報警20s后，電動機構(gòu)開始驅(qū)動隔離開關(guān)閉合，到位后計算機控制LED顯示屏顯示“有電”。

4.2 隔離開關(guān)分閘作業(yè)過程

(1)現(xiàn)場檢修人員在本股道的操作臺提出隔離開關(guān)分閘申請，調(diào)度員通過該股道的視頻監(jiān)視確認車輛已降弓后，發(fā)出隔離開關(guān)分閘命令。

(2)報警單元自動發(fā)出聲光報警后，電動機構(gòu)開始驅(qū)動隔離開關(guān)分斷，到位后計算機屏幕發(fā)出提示。調(diào)度員通過該股道的視頻監(jiān)視再次進行確認無誤后，發(fā)出掛接地線命令。報警單元自動發(fā)出聲光報警后，自動接地裝置開始移動，到位后計算機控制LED顯示屏顯示“無電”。

(3)門禁作業(yè)門解鎖，作業(yè)人員可以申請進入作業(yè)平臺作業(yè)。

4.3 車輛出入庫作業(yè)流程

車輛出入庫作業(yè)主要包含初始位、進庫位、檢修位、試驗位、出庫位等幾種形式。如檢修位作業(yè)流程為：檢修臺位有車，隔離開關(guān)分閘，接地線，按檢修位指令，庫外信號燈紅燈亮、庫內(nèi)信號燈紅燈亮、作業(yè)指示燈顯示綠燈，LED顯示屏顯示“無電”，門禁作業(yè)門解鎖，作業(yè)人員身份識別刷卡進入檢修平臺作業(yè)[12]。

5 主要設(shè)備配置

5.1 隔離開關(guān)電動驅(qū)動機構(gòu)

每個隔離開關(guān)設(shè)置1臺電動機構(gòu)，當(dāng)各項聯(lián)鎖條件滿足時才能驅(qū)動電動機構(gòu)完成分合閘操作[13-14]。

5.2 接地裝置

每個股道設(shè)置2臺安全接地裝置，完成地線的自動掛接與撤除。

5.3 庫內(nèi)外信號

庫內(nèi)外信號采用雙向自動防護信號機，采用聯(lián)鎖邏輯條件控制，自動開放關(guān)閉線路信號和作業(yè)信號，考慮有車輛段信號系統(tǒng)接口設(shè)計，在車輛段信號樓內(nèi)提供庫內(nèi)外節(jié)點復(fù)示信號，實現(xiàn)列車出入庫作業(yè)區(qū)自動化引導(dǎo)。

5.4 驗電裝置

每個隔離開關(guān)設(shè)置1臺驗電裝置，完成接觸網(wǎng)電壓實時檢測。

5.5 臺位檢測裝置

每個臺位設(shè)置相應(yīng)的臺位檢測傳感器，完成臺位占用與空閑的檢測。

5.6 門禁控制裝置

每個股道設(shè)置門禁控制裝置，完成進出第三層作業(yè)平臺檢修人員的卡控。

5.7 分布式控制終端

每個股道設(shè)置1臺分布式控制終端，完成現(xiàn)場設(shè)備的采集與驅(qū)動。終端采用軟硬件冗余、動態(tài)信息接口等技術(shù)，符合故障導(dǎo)向安全設(shè)計。

5.8 攝像機

每個股道設(shè)置一定數(shù)量的攝像機，完成門禁通道、車頂、隔離開關(guān)、安全接地裝置等設(shè)備或重要位置的監(jiān)控。

5.9 集中控制室設(shè)備

控制室設(shè)備主要由UPS電源、電氣柜、顯示大屏、調(diào)度控制臺等組成。

6 結(jié)語

本系統(tǒng)采用計算機控制技術(shù)、圖像監(jiān)控技術(shù)、身份自動識別技術(shù)和信息化管理技術(shù)，依靠檢測手段、計算機邏輯處理、電氣聯(lián)鎖控制等方法，滿足現(xiàn)場作業(yè)流程要求，防止人為因素造成事故，實現(xiàn)安全作業(yè)自動引導(dǎo)與自動控制，達到人機聯(lián)控確保安全的目的，提高了工作效率及管理水平，并能為地鐵車輛段作業(yè)安全保護系統(tǒng)工藝設(shè)計[15]、建設(shè)提供指導(dǎo)與借鑒作用。

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