调车防护系统的设计分析

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摘 要： 随着我国铁路的迅猛发展，高速动车组列出大量的开行，伴随而来的动车组运行安全问题得到越来越多的关注。本文主要对调车防护系统的研究背景及意义、技术方案、系统组成、技术特点、系统功能、验证与应用等方面进行介绍。
关键词： 调车；防护系统；设计分析
1 引言
随着国民经济的快速发展，铁路运输发挥的作用越来越重要，因此铁路运输生产各个环节的安全日益凸显。在铁路车站或调车场内，为了保证在调车作业时不挤坏未开通的道岔，在道岔前设置信号机进行提示。但这种无声静态的信号机，无法保证调车作业时不闯过蓝灯状态的信号机，挤坏道岔。而这种闯蓝灯酿成事故的现象在全路各地时有发生，给铁路运输生产秩序带来严重不良影响。基于上述原因本文设计一种调车防护系统，有针对性的解决相关问题[1]。
2 当前的调车系统运行模式
目前全路采用两种模式的调车系统对调车作业安全监控。第一种为：调车安全监控系统。此模式适用于专调机车，将进路、调车计划、速度限制、动车距离限制等信息复示在机车的LKJ显示屏上，通过 LKJ的调车控车模式控制调机动作，能够防止调机闯蓝灯。因造价高，只在大的调车场中使用。第二种为：平面无线调车系统。调车长手持无线终端与机车的无线电台建立无线 通信，由调车长手持无线终端控制调机车设备，通过进入调车状态监控装置进行调车控制。此模式造价低，在小站场中广泛使用。但需人工操作，存在不安全因素。如在调车作业中，由于电池等非人为因素造成电台设备故障或者通讯故障，或司机及调车组人员误判行车信号，停车不及时，从而造成调车闯蓝灯挤道岔等事故[2]。
3 调车防护系统组成
3.1 总体结构介绍
调车防护系统由车上设备和4个地面应答器组成。车上设备包括一个蓝灯防护装置、2个显示终端和一套地面信息接收器组成。蓝灯防护装置的主要作用，是防止机车在调车作业时越过蓝灯状态的地面信号机。要实现这个目标，蓝灯防护装置需要获得3个方面的信息，即机车的牵引工况、地面信号机的状态和机车位置信息等。
地面信号机的状态指机车运行前方，最接近的地面信号机是白灯还是蓝灯。白灯允许机车通过，蓝灯则禁止机车通过。地面应答器通过安装在信号机内的互感器，读取并储存蓝灯和白灯状态。当安装在机车的地面信息接收器通过应答器的上方时，储存在应答器内的信号机状态信息、应答器位置信息和线路坡度信息，便被读取到机车上的蓝灯防护装置内。
机车的运行工况，如速度和运行方向等，通过机车上的连线，直接引入装置内。列车编组信息等可通过优盘输入或显示终端按键输入。蓝灯防护装置以获得的上述各种信息作为依据，计算出机车运行的制动曲线和报警曲线，送至安装在司机台上的显示终端显示，并根据制动曲线和报警曲线控制机车运行，完成蓝灯防护功能。
3.2 系统原理介绍
调车应答器组安装在信号机或尽头线前方，根据采集到的信号机灯显状态自动编译生成进路许可或调车危险的报文信息，实现动车组调车作业安全防护的目的。动车组调车防护系统不改变ATP既有控车逻辑，能够有效防范动车组站内调车作业过程中信号冒进等安全事故的发生，在提升调车作业效率的同时，为动车组在动车段内调车作业、接发车作业时提供安全有力的保证。
调车应答器成组分布，一组由两个独立的应答器构成，分别定义为A1和A2，在应答器报文中设置组内编号，用于判断动车组运行方向。其安装在信号机、尽头线或有需要防护的地点前方，它根据信号采集模块采集到的信号机灯显状态自动调用进路许可或调车危险的报文信息。信号釆集单元主要功能为采集调车信号机的灯显状态，通过逻辑判断信号开放或关闭条件，把信息发送给调车应答器单元。
3.3 系统主要功能
整个系统的主要功能为动车组在调车作业时，防护动车组在关闭的信号机前停车，防止冒进信号，从而避免调车冲突、脱轨、挤道忿等调车事故发生。同时可以应用于防撞土档、防不按规定位置停车、警示无防护道盆状态等。防冒进信号：地面调车应答器组安装在站场调车信号机、进路兼调车信号机前方，通过列控车载设备（ATP）自身防护功能，防护动车组在关闭信号的信号机前停车，防止冒进信号，从而避免调车冲突、脱轨、挤盆等调车事故发生。防撞土档：地面调车应答器组安装在尽头线土档前方，能够通过列控车载设备（ATP）防护动车组在土档前停车，从而避免冲撞土档事故发生。
3.4 系统技术特点
应答器报文主要有进路许可和调车危险两种，归档在应答器内部存储单元。应答器通过尾缆获取信号采集模块提供的信号机灯显状态信息，以此调取相应的报文，通过接口A将报文发送给车载列控设备（ATP）。信号机灯显信息的采集主要由电流互感器完成，信号灯室外点灯单元的公共线穿过互感器即可。信号灯点灯单元根据联锁条件要求，将AC220V电源通过点灯电路的变压器转换为AC10.2V—11.4V的信号灯工作电压。逻辑判断电路主要在信号采集模块，根据互感器采集到的信号灯点灯电路公共线的电流值判断信号幵放/关闭条件，确定输出信号机灯显状态信息类型。
4 调车防护系统可靠性分析
4.1 可靠性设计
动车组调车防护系统要在轨道中间安装调车应答器组，在信号机点灯电路上安装接口模块设备，都必须要保证设备的工作可靠性。动车组调车防护系统在研制期间就充分考虑了设备的可靠性要求，包括设备运行的可靠性验证及测试、设备接口的可靠性、设备间数据传输通道的可靠性、数据传输内容的可靠性、数据存储可靠性、条件判断逻辑的可靠性、报文应用的可靠性、报文信息选取的可靠性、报文信息输出的可靠性等。
动车组调车防护系统具备设备工作状态实时监测的功能，能够实时监测设备工作状态，报文传输模块报文根据信号条件发生变化时，监测装置能够实时监测报文信息，实现了报文的闭环管理。室内监测报警主机具备报警提示功能，能够对异常信息，发出语音报警提示，以便使用人员及时查看报警信息，处理异常情况。接口模块的输入端通过隔离变压器和与既有设备连接，若系统工作电流大于32mA将会自动溶断，不对既有设备产生任何影响。接口模块的输出端通过内部光稱与报文传输模块连接。若应答器自身故障或系统设备出现短路现象不对既有设备造成任何影响。
4.2 可用性设计
可用性原则是设备性能、功能的体现，是指在要求的外部资源得到保证的前提下，产品在规定的条件下和规定的时刻或时间区间内处于可执行规定功能状态的能力。动车组调车防护系统包括报文传输模块、无源应答器、接口模块三部分。报文传输模块和无源应答器构成调车应答器组。报文传输模块组能够根据采集到的信号机灯显状态自动调用应答器内部存储的报文信息。报文传输模块按照铁道部《应答器技术条件》进行设计，应答器信息传递A口与既有车载设备兼容，不需对车载设备软硬件进行任何更改。
4.3 可维护设计
可维护性是动车组调车防护系统现场运用的重要原则。可维护性是指在规定的条件下，使用规定的程序和资源进行维修时，对于给定使用条件下的产品在规定的时间区间内，能完成指定的实际维修工作的能力。
動车组调车防护系统相关设备全部采用模块化设计，便于日常检查及故障维护。为方便设备的日常检查，系统配套开发了查询管理终端，可以实时监测到动车组接收调车应答器组报文信息的情况，一旦出现设备工作异常，将及时弹出报警框，提醒使用单位，及时处理。
5 结束语
作为安全防护辅助系统，调车防护系统实 现了动车组调车作业的安全防护，大大降低事故发生概率，除了工程实施、设备采购成本外，对既有的动车组和站场相关设备均没有任何影响。本文在对调车防护系统的可靠性分析、技术方案、系统组成、技术特点、系统功能等进行详细的阐述，希望为同行业所借鉴。
参考文献
[1]王大群.客运专线信号安全数据网网管系统安全防范及优化措施[J]，铁道通信信号，2015（10）：121-125.
[2]史伟，晏子峰.基于带外管理技术的新型远程TDCS/CTC维护系统[J].铁道通信信号，2016（07）：223-226.