和谐机车安全报警装置的设计开发

李天闻

摘 要 机车防睡警惕装置是保证铁路运输安全的重要设备。针对HXD型机车原装防睡警惕装置一旦起控会造成紧急制动、影响重载运输安全的缺点，结合我段机车运用实际情况研制开发了一种和谐机车安全报警装置。试验表明该装置可以安全可靠地完成机车的防睡警惕功能。

关键词 HXD型机车 防睡警惕 安全报警

中图分类号：U269.6 文献标识码：A

Development of Security Alarming Device for HXD Locomotive

LI Tianwen

（Taiyuan Railway Bureau Hudong Electricity Depot， Datong， Shanxi 037300）

Abstract ASD is important equipment for the security of railway transportation. In view of the shortcoming of original ASD that emergency braking would be made if it takes action， influencing security of the heavy load transportation， a Security Alarming Device for HXD locomotive is developed with consideration of the practical using experiences of HXD locomotives. Experiments show that it can realize the function of sleep alert in good security and reliability.

Key words HXD locomotive； sleep alert； security alarming

1 概述

HXD型机车作为担当大秦线重载运输的主力车型，其运行安全与否直接影响大秦铁路货物运输的正常进行。开发一种安全实用的机车防睡警惕装置对于提高乘务员值乘精神状态，确保列车运行安全具有重要意义。

HXD1、HXD2机车原设计带有防睡警惕功能，功能投入后一旦起控，列车将起惩罚制动或紧急制动，严重影响重载列车运行安全，不适合现场实际需要。且对原机车防睡警惕功能进行适应性改进受技术垄断、经济效益差等因素制约，对其进行改进的必要性不大，最佳方法是在现有条件下重新设计一种新型安全报警装置。

2 安全报警装置的设计

2.1 工作原理及技术参数

该装置的工作原理为：检测机车速度信号，选择提示和报警时间。当达到提示时间时，开始发出提示声音。如果在报警时间内按动了警惕按钮，则重新计时；如果没有按动警惕按钮，则利用LKJ2000监控上的“巡检”通道，向LKJ送入一个记录信号。

该装置的相关技术参数如下：（1）电源电压：DC110V ？30%（2）额定功率：10W（3）绝缘电阻：>20 M （4）预警时间：5秒～30分钟（可调）（5）报警时间：5秒～60分钟（可调）（6）最高检测速度：120km/h（7）使用环境符合TB/T3021《机车车辆电子装置》

2.2 总体设计方案

和谐机车安全报警装置的核心部分为控制报警盒，通过连接电缆与机车警惕按钮、机车速度信号、机车电源和LKJ监控装置连接。整个安全报警装置的结构原理如图1所示。

2.3 硬件设计

图1 结构原理图

控制报警盒为此装置的设计重点，其包括警惕装置开关隔离电路、速度信号整形电路、单片机电路、声音报警驱动电路、监控装置输出隔离电路和电源电路，其结构如图2所示。

图2 控制报警盒的硬件结构

控制报警盒各组成部分的结构说明如下：（1）警惕装置开关隔离电路：开关信号为DC 110V输入，经过降压和光电耦合器隔离，产生5V电平，再经过斯密特反相器整形，送入单片机电路的I/O端口。其中Z1的作用是提高输入电压，防止干扰。（2）速度信号整形电路：机车速度信号进入控制盒后，通过运算放大器LM158进行差模放大，使输入的方波或正弦波信号，整形为5V电平的方波，送到单片机计数器端口。（3）单片机：单片机采用了成熟的89C2051芯片，利用了其I/O端口和计数器端口，采用上电复位和有源晶振。（4）监控装置输出隔离电路：监控装置输出电路采用继电器隔离，单片机电路输出信号，经过光耦隔离后，驱动开关管，控制继电器吸合，继电器的常开触点接通，给监控装置一个“巡检”信号。（5）声音报警驱动电路：单片机输出报警信息，驱动蜂鸣器。报警信息为一组频率信号，可以控制蜂鸣器鸣叫时间。此外还设计了电源、报警、速度指示灯，方便检查和测试。（6）电源电路：采用开关电源模块，将DC110V电源变为+15V和5V电源。

图3 控制报警盒的软件流程图

2.4 软件设计

根据和谐机车安全报警装置的工作原理，对其核心控制报警盒的软件部分进行设计，使其可以有效安全地完成机车的防睡警惕功能。通过对控制报警盒的控制部分——单片机进行编程即可实现其控制功能，其软件流程图如图3所示。

3 安装方法

安全报警装置在HXD型机车上的具体安装方案如下：（1）拆除原有警惕按钮布线，利用原有机车操作台警惕按钮（2个）及脚踏警惕按钮（1个）的常开通道。（2）在操作台下方隐蔽位置，安装警惕装置控制盒。（3）按接线图接线，如图4所示。

4 实际应用效果分析

和谐机车安全报警装置于2012年10月开始上车试验，随后在HXD1-98和HXD2-137机车进行了适应性改进，在使用过程中装置运行良好，受到了乘务员和检修人员的一致好评。该装置利用原车警惕按钮，不改变乘务员操作习惯，便于使用；可以根据实际需要调整报警周期，可以与LKJ数据同步下载、分析，不用改变现有机车整备场作业模式，有效缩短机车段内停留时间，提高机车利用率。

参考文献

[1] 张署光.HXD2型电力机车[M].北京：中国铁道出版社，2009（7）.

[2] 乔宝莲.电力机车电器[M].北京：中国铁道出版社，2007（12）.

[3] TBT3021-2001，铁路机车车辆电子装置[S].

[4] IEC60077-1，铁路应用-机车车辆电气设备第1部分：一般使用条件和通用规则[S].