基于物聯(lián)網(wǎng)的電動防護信號裝置及智能監(jiān)控系統(tǒng)

引 言

鐵路是國家的基礎(chǔ)性交通工具，物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展應(yīng)用給鐵路運輸系統(tǒng)帶來了深遠影響 [1]。2001 年 RFID 技術(shù)被成功運用在鐵路車號自動識別系統(tǒng)中，成為物聯(lián)網(wǎng)在我國鐵路運輸領(lǐng)域運用最早的成熟典范，大大提高了鐵路組織管理效率 [2]。鐵路安全運輸是涉及國計民生的重要問題之一，中國鐵路總公司多次就鐵路安全問題下達指導(dǎo)意見 [3-6]。鐵路貨物線裝卸作業(yè)防護信號的使用關(guān)系著貨物線調(diào)車作業(yè)安全和貨裝作業(yè)人員勞動安全。當前，在裝卸作業(yè)現(xiàn)場存在管理制度落實不到位、信息傳遞不順暢、設(shè)備故障等原因造成的安全隱患， 作業(yè)前未設(shè)置防護信號，造成人身傷亡事故 ；設(shè)置防護信號但車站不知情，造成調(diào)車脫軌事故 [7]。本文基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)設(shè)計的電動防護信號裝置及智能監(jiān)控系統(tǒng)適用于鐵路裝卸作業(yè)防護信號裝置的自動化安設(shè)、撤除及全過程監(jiān)控，可有效提高裝卸作業(yè)的安全性、管理水平。

1 系統(tǒng)整體設(shè)計

本系統(tǒng)采用物聯(lián)網(wǎng)三層架構(gòu)，感知層包括西門子 S7-300 PLC、光電開關(guān)、脫軌器驅(qū)動裝置、脫軌器、網(wǎng)絡(luò)高清攝像機等 ；網(wǎng)絡(luò)層包括協(xié)議轉(zhuǎn)換設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)交換機等 ；應(yīng)用層包括基于 Java 開發(fā)的服務(wù)器端程序及客戶端程序。PLC 作為感知層監(jiān)控核心，執(zhí)行應(yīng)用層下達的控制指令，通過 2 路光電開關(guān)識別列車駛?cè)搿Ⅰ偝鰻顟B(tài)，控制信號燈、脫軌器動作， 實時從脫軌器驅(qū)動裝置、防護信號燈處采集信號，判斷脫軌器和信號燈安設(shè)、撤除工作是否正常，當出現(xiàn)故障時及時將數(shù)據(jù)上傳至應(yīng)用層，通過上位機程序報警。網(wǎng)絡(luò)高清攝像機可采集上傳圖像、音頻數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對作業(yè)現(xiàn)場狀態(tài)的遠程監(jiān)督確認，解決了當前鐵路作業(yè)現(xiàn)場因各崗位間防護信號設(shè)撤過程無痕跡而存在的管理漏洞，及發(fā)生安全問題時調(diào)查取證困難的現(xiàn)實問題 [7]，提高了作業(yè)現(xiàn)場的安全性。當出現(xiàn)設(shè)備故障或斷電等情況時，系統(tǒng)可進行人工操作。架構(gòu)如圖1 所示。

2 系統(tǒng)功能

系統(tǒng)功能按照管理流程分為調(diào)度作業(yè)管理、防護信號管理、歷史信息查詢和系統(tǒng)管理四個模塊，具有在值班室對作業(yè)任務(wù)全程跟蹤管理，對防護信號操作、控制，對防護信號狀態(tài)、作業(yè)現(xiàn)場進行視頻監(jiān)控、錄像，對操作環(huán)節(jié)進行記錄等功能，當防護信號安撤不到位、信號燈不亮、傳輸圖像中斷時可進行語音報警。系統(tǒng)功能如圖 2 所示。

2.1 調(diào)度作業(yè)管理

模塊負責(zé)與生產(chǎn)調(diào)度有關(guān)的組織工作，包括任務(wù)的調(diào)度發(fā)布，裝卸工組的安排，班組作業(yè)信息的錄入和采集等。

2.2 防護信號管理

該執(zhí)行模塊主要涉及防護信號的管理，包括防護信號的安設(shè)、安設(shè)確認、撤除等過程，是智能監(jiān)控系統(tǒng)的核心。

2.3 歷史信息查詢

模塊可查詢與防護信號安撤相關(guān)的歷史信息，包括歷史生產(chǎn)記錄，歷史高清圖像回放，播放歷史音頻，查詢歷史預(yù)警、報警信息，歷史安設(shè)、撤除、確認記錄的分析及打印等。

2.4 系統(tǒng)管理

該模塊可實現(xiàn)系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定權(quán)限及用戶的管理，具有登錄修改自身密碼，提供系統(tǒng)幫助等功能。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

感知層 PLC 的軟件核心流程如圖 3 所示。當 PLC 通過光電傳感器檢測到有列車駛?cè)霑r，控制脫軌器驅(qū)動裝置中的電機正轉(zhuǎn)，從而帶動脫軌器上脫，并且通過采集脫軌器驅(qū)動裝置的電流信號確認脫軌器是否上脫到位 ；當 PLC 通過光電傳感器檢測到有列車駛出時，控制脫軌器驅(qū)動裝置中的電機反轉(zhuǎn)，從而帶動脫軌器下脫，并且通過采集脫軌器驅(qū)動裝置的電流信號確認脫軌器是否下脫到位。實物如圖 4 所示。

4 結(jié) 語

鐵路裝卸作業(yè)電動防護信號裝置及智能監(jiān)控系統(tǒng)的硬件部分具有堅固、防水、抗振性好、易于保養(yǎng)與維護等特點 ；軟件部分具有操作方便、軟件流程安排合理、使用快捷等特點，該系統(tǒng)符合現(xiàn)場應(yīng)用要求，同時具備諸多優(yōu)點 ：設(shè)備采用工業(yè)化設(shè)計，安全穩(wěn)定可靠，故障率低，能夠在惡劣環(huán)境下穩(wěn)定持續(xù)地工作 ；操作簡單，顯示結(jié)果清晰明確，方便一線員工操作 ；在貨運室中即可實現(xiàn)防護信號安撤的實時控制和監(jiān)視，減輕職工勞動強度 ；引入指紋錄入識別設(shè)備，提高防護信號管理的安全性和可靠性 ；便于維護安裝與日常保養(yǎng)。

經(jīng)證實，系統(tǒng)可靠、實時、準確、維護方便、故障率低，完全滿足防護信號管理的需要且使用便捷，有效降低了人員工作量，提高了生產(chǎn)效率，具有良好的社會和經(jīng)濟效益。