基于力控监控组态软件的动车段安全联锁系统

1.概述

　　随着高速列车和城市轻轨线路的飞速发展，车辆段的检修工作显得日益复杂、繁忙。由于库内安装有上千伏的高压接触网以及不同设备交叉作业之间存在安全隐患，即使是瞬息间的失神或轻微的判断错误都有可能造成严重的后果。采用了铁路行业联锁控制的概念，为防止工伤事件或设备严重损失的安全联锁系统应运而生。通常情况下，安全联锁系统由保证平台登顶作业人员人身安全的门禁子系统，车辆出入库信号和警示子系统，保护设备安全的电气联锁控制子系统，PLC网络控制子系统，计算机控制子系统、视频监控子系统组成。由于作业库内的作业需求不同以及检修作业的防护等级存在差异，安全联锁系统在设计时从安全可靠性、经济性、适应性来综合考虑设备的布局和相关设备的联锁控制关系。

2.安全联锁系统在动车段的设备布局

　　2.1动车段安全联锁系统布局

　　1）动车段检查库适用于动车车辆运行3万公里以内，对动车车顶、车底进行检查、维护和保养工作。检查库内检修作业非常频繁，检修人员数量大、检修种类繁多。尤其是车顶检修作业，涉及检修人员的人身安全，工作前必须使接触网断电。

　　库外25米处设有入库信号灯，库大门处设有出库信号灯。3层检修平台入口设有电磁门禁锁和门禁指示灯，检修人员使用经过授权的门禁卡才能上下三层检修平台。库前端设有电控箱，可对库外隔离开关进行远程控制。视频监控系统通过库内和库前的摄像头对隔离开关和库内人员作业进行监视控制。其布局如下图1所示：

　　图1　列位安全联锁设备布置图

　　2）动车段中修库适用于动车车辆每运行30万公里，主要对动车走行部进行更换、维修工作。库内除检查库的检修平台外，还设有固定式架车机、移动式架车机、天车、侧移式接触网等设备。除检查库的安全联锁设备以外，将这些设备纳入到联锁控制系统中。例如：天车和侧移式接触网之间互锁，不允许同时动作；移动式架车机和固定式架车机的复位信号作为允许车辆动作的必要条件。

　　3）动车段临修库适用于动车临时更换单个转向架或轮对以及对车轮进行镟轮操作时。库内除侧移式接触网外，还设有镟轮机、换转向架机等设备。其中，镟轮机、换转向架机的轨道复位信号作为允许车辆动作的条件纳入到了安全联锁控制中。

3.系统体系架构

　　随着工业控制自动化的不断提高和计算机在工业领域的广泛应用，用户往往希望能够从复杂的按钮操作中解脱出来，利用计算机的人机界面更直观、更快捷的了解信息和进行操作。动车段内的安全联锁系统其底层设备种类繁多、逻辑关系复杂、系统响应速度要求快，通过计算机控制子系统和PLC网络控制子系统的运用能够有效的解决这些难题。

　　力控监控组态软件整体的开放性，工程师可基于产品进行系统扩展，通过开放式接口，开发其自己的应用系统，它可方便地与标准程序和用户程序组合在一起使用，建立人机界面，精确地满足实际需要。

　　动车段的安全联锁系统利用调度室的PLC主站和每股道的PLC子站通过CC-LINK线组成的网络来进行通讯，从而控制系统中的信号灯、显示屏、闪烁灯等各项设备。并将这些信息通过PLC主站的I/O Driver传输到计算机的力控监控组态软件上，使操作人员可以直观的在计算机界面上进行操作，包括车辆出入库信号与警示画面显示，各个信号灯状态显示，各个保护设备的连锁状态和运行参数，以及从PLC传输过来的其他数据参数。

　　门禁子系统设有专门的门磁控制器，安装在各个检查库，数据通过专线传输到门磁总控器，所有门禁数据可在专设的门禁计算机中显示。同时PLC主站可调取门磁总控器的数据，上传到力控监控组态软件实时显示各个门禁的状态。

　　视频监控系统独立设置，通过硬盘录像机将摄像头的实时图像传输到调度室的视频服务器，实现各个检修段的实时图像监控。图2所示为系统架构图。

　　图2　系统架构图

　　3.1车辆出入库系统应用

　　动车段的调度控制分为段调度中心和库内调度室两部分。动车入库前，会先将车辆停靠在入库信号灯外，并利用通信设备与库内调度室联系。调度员在收到入库请求，向段调度中心请示并确认库内线路安全后，按下入库指示按钮。这时入库信号被开放，司机根据白色信号灯入库进行作业。动车出库时，库内调度员与段内调度中心联系，确认并获批准后，出库信号灯落白灯，动车车辆方可出库。

　　力控监控组态软件通过其方便友好的开发环境、面向对象的设计，使组态工作量大大降低。画面中根据车辆出入库系统要求，可按不同检查库和不同股道分别动态显示库内外进、出车位状态，隔离开关状态，各个信号灯状态，以及各项报警状态。画面色彩生动，动画效果真实流畅，使得现场工程师直观的了解车辆出入库的实时状态。

　　3.2门禁系统应用

　　动车段安全监控系统中，门禁控制子系统中的电磁锁由调度室内的门禁计算机控制。当接触网无电并且接地杆接地良好时，门禁计算机自动将作业门的电磁锁打开，同时门禁指示灯绿灯亮。检修作人员可在调度室登记领取门禁卡后进入检修平台作业。当接触网有电时，门禁计算机将所有作业门的电磁锁锁闭，同时作业门指示灯红灯亮，此时即使有门禁卡也无法打开作业门，保证了检修人员的人身安全。图3所示为动车段保护人身安全的安全联锁子系统。

　　图3：动车段保护人身安全的安全联锁子系统

　　门禁控制系统的数据可同时通过PLC总站汇总到力控监控组态软件平台，可实时显示出入库车辆人员的门禁卡号，生成各类工作日志报表，为日后的数据汇总分析提供了强大的数据支持。

　　3.3 计算机和PLC网络控制子系统的应用

　　利用PLC网络控制系统和力控组态软件相结合的这种控制模式具有以下几种特点：

　　1）便捷性：由PLC组成的网络控制系统对工业现场数据进行采集、逻辑运算和输出，以灵活多样的“组态方式”来进行系统集成，将其预设置的各种软件模块进行简单的“组态”，便可以非常容易地实现和完成监控层的各项功能，缩短了自动化工程师的系统集成的时间，大大的提高了集成效率。

　　2）直观性：安全联锁系统的列车进入库状态、信号灯、接触网有无电、大门信号和爆闪灯等功能都以图片或动画的形式综合体现在力控组态软件的控制界面上。同时，各种工位的状态显示栏和操作按钮都有序的排列在控制界面的下方。系统的状态提示和控制操作可以在同一界面进行操作。图4所示为安全连锁系统控制界面。

　　可生成各个数据的日报表，月报表及年报表，且可生成分时等特殊报表的功能。任意组合用户测量趋势、测量参数累计、故障时段等趋势记录通过打印机打印输出。

　　3）可扩充性：当现场（包括硬件设备或系统结构）或用户需求发生改变时，不需作很多修改而方便地完成软件的更新和升级。例如：在动车段现场，用户可能需要将一些其他设备纳入联锁控制关系，这时对PLC内部程序进行修改，同时力控监控组态软件支持远程部署，可以在线修改参数，适合多人协作开发，构建典型的分布式应用，可以同步构建历史站、事件服务器、报警服务器等多种应用模式。专门配备了远程部署—服务器以及远程部署—客户端工具。

　　4）易维护性：整套系统易于维护便于升级，力控监控组态软件预留数据交互接口，可以为更高一级调度中心的数据平台提供实时数据，从而轻松搭建全省乃至全国的动车段安全系统数据中心。

4.结语

　　随着高速铁路和城市轨道交通的不断发展，安全联锁系统将得到越来越广泛的应用。在进行安全联锁系统设计的时候，应根据用户的要求合理的考虑系统的布置方案，同时要尽量减少控制设备逻辑关系的复杂程度、提高控制系统的可靠性，也要兼顾采购设备和安装工程的经济性。

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