基于安全双冗余技术的机车整备作业安全联锁监控系统

吴凡

(中国铁路南宁局集团有限公司，广西 南宁 530000)

电力机车车辆的日常维护及定期检修需要检修人员在车顶上进行相关作业，这些作业稍有不慎就会酿成事故，因此，必须采取有效措施来确保作业人员的人身安全和机务有关设备的安全。安全联锁监控系统具有对隔离开关远程逻辑控制、作业股道电网网压检测、电网自动接地、作业股道自动防护、登顶作业人员身份及权限管理、作业过程语音提示、作业过程数据记录等功能，实现登顶作业人员身份识别、隔离开关、网压检测、电网接地、三层作业平台活动渡板状态等作业安全互锁，防止由工作失误、精神疲倦、联系不周等人为因素造成人身伤亡事故的发生，确保登车顶作业人员的人身和设备安全。并预留与检修管理系统、车号识别系统及股道自动化管理系统等的信息化接口。

1 机车整备作业安全风险分析

目前采用的作业安全防护系统，在使用过程中有如下缺陷还需要改进：（1）已有的安全联锁监控系统存在缺乏冗余采集、运算和控制，系统无法保证自身的安全可靠以及故障导向安全。（2）联锁系统故障后，可能导致接触网带电情况下打开门禁，对检修人员造成安全威胁；（3）操作效率不高，检修人员的安全防护操作未进行统一管理和控制，作业效率低；（4）存在安全隐患：检修人员的安全防护操作未实现安全联锁控制，误操作、误动作的情况时有发生；（5）现场提醒不足：库内各作业情况不明了，不便对车场的管理，同时，缺乏对作业人员有效的提醒和警示。为保障登顶作业人员的人身安全，实现系统的绝对可靠，改进后的系统在数据采集上采用抗混线设计和双冗余数据传输设计保证采集数据可靠；在数据运算处理上采用双处理器进行故障导向安全的运算设计保证数据运算结果的安全性；在控制命令执行上采用冗余控制设计保证命令执行的安全可靠性，保证系统各个环节安全可靠。对于人员进出车顶的门禁系统，改进后的系统通过增加一套完全独立的门禁控制系统——验电-门禁控制系统，此系统中的门禁电控锁与验电装置的验电结果进行联锁控制，实现对登顶门的双系统冗余控制，保证登顶人员无电登顶。

2 基于安全双冗余技术的机车整备作业安全联锁监控系统架构

机车检修作业安全联锁监控系统以PLC逻辑控制为核心，包含计算机显示与调度单元、自动化安全联锁控制单元、门禁单元、安全防护单元、视频语音单元。（1）显示与调度单元，综合显示各设备状态，实现对室外设备的监控。其功能主要包括：在中央控制室的显示、记录和查询车辆停留、台位占用、隔离开关位置、接地状态、接触网是否带电、车顶有无人员及人员具体情况等信息；中央控制室操作员通知设备操作员对指定台位断送电，并根据车顶作业状况和受电弓的视频图像信息等，批准或拒绝设备操作员对隔离开关分合闸操作的申请。（2）自动化安全联锁控制单元，基于PLC的逻辑运算实现对隔离开关、自动验电装置、自动接地装置、自动防护设备、门禁、信号灯、道闸机等设备的联锁逻辑控制，提供系统的核心运算功能。每股道应设置以PLC为核心控制器的现场操作端，各股道PLC的状态通过通讯总线和调度室进行通讯，在计算机上实时显示各股道设备的状态。（3）门禁单元，实现对登顶人员身份识别、登顶人数监控、门禁防尾随等功能。各登顶门处设指示灯，指示灯绿灯亮表示允许作业人员进出作业门，作业人员可以通过刷卡/指纹等方式进、出作业门，确保每次只能通过一个人，且系统具有防反潜功能；指示灯灭时门禁断电锁闭。此状态通过通讯总线输入到调度室计算机进行显示和记录。（4）安全防护单元，通过车位传感器、库门检测装置、信号灯、声光报警等反馈信号实现车辆和人员进出防护和警示功能，安全调度车辆移动。（5）视频语音单元，实现对室外设备、人员的实时远程监控。记录和存储操作人员操作过程，追溯整个历史操作记录,为作业人员作业过程评价提供决策依据。主要包括对车辆入库进行监控，以便检修调度员了解入库车辆的情况；对车辆出库进行监控，以便检修调度员了解车辆出库情况；车顶作业监控，包括人员滞留情况和受电弓升降情况；对隔离开关的分合闸状态进行监控；对接地装置是否挂接地线和撤除地线进行监控，以及通过语音交互，实时保障操作人员、检修人员的人身安全及相关设备安全。

3 基于安全双冗余技术的机车整备作业安全联锁监控系统关键技术

3.1 验电-门禁控制系统

验电-门禁控制系统中的电锁控制板采用双路RS485设计，一路采集验电装置信息，包括验电装置本身故障信息及验电结果，电控锁控制板基于验电结果，故障导向安全联锁计算后控制电控锁；另一路接操作终端，将采集的验电数据信息及电控锁状态信息发送给操作终端。

图1

3.2 故障安全

故障导向安全设计，本产品按照设备故障导向安全的原则进行系统设计，确保设备本身出现故障时不会出现影响安全的控制输出，主要措施如下：所有输出采用两个安全继电器串联以二取二的方式输出，电路或器件的任何一个故障都不会出现误输出，输出电路以双断方式连接驱动设备，在出现电源混线时不会导致设备误动作。

4 结语

基于安全双冗余技术的机车整备作业安全联锁监控系统，可防止由工作失误、精神疲倦、联系不周等人为因素造成人身伤亡事故的发生，确保登车顶作业人员的人身和设备安全，实现以下几点。

（1）实现了设备故障时保证输出结果为故障导向安全的输出。（2）实现安全联锁系统与增加的验电-门禁控制系统双冗余控制；①所有输入信号包括隔离开关状态、接地装置位置状态、接地线状态、验电装置状态、门锁及门状态等采集使用抗混线设计能检测出线缆断线、混线、短路故障。当出现上述故障时，系统按照故障-安全的导向值进行计算（例如验电装置故障时，以检查有电来进行逻辑计算）；②所有输入信号采集采用双冗余方式比较，只有两个采集电路全部一致时才认为采集有效否则按照故障安全原则进行处理；③所有通讯传输采用双冗余方式进行，数据采用SIL3安全要求的方式进行多重严格校验，只有严格符合数据格式及多重校验结果的才是有效数据，否则按照故障安全原则进行处理；（3）改进安全联锁监控系统，增加各回路检测、混线检测等。（4）改进安全联锁监控系统，增加故障导向安全的系统设计。