铁路信号设备用房信息显示系统构建研究

张 昱

随着我国铁路事业在智能化方向的不断发展［1-3］，智能建造、智能运营、智能运维等多种技术不断发展和应用［4-6］，信号设备用房也采用了BIM 设计， 电缆采用多种设计手段和工艺方法［7］。由于铁路信号设备房屋的建设有着严格的标准，需要在机房环境、防雷、静电等方面满足多个现行规范、规定的要求［8-10］。铁路信号设备房屋建设和信号系统室内设备安装完成后，信号设备用房内有许多需要标注的信息，如电缆引入位置、电缆成端点、接地汇流装置的设置位置、机柜信息、机柜警示等。目前，这些需要标注的信息仍然采用传统的方式，如：信号设备房屋电缆引入位置、电缆径路走向、接地汇流装置的设置地点、机柜标识等信息标识大多通过粘贴标志牌的方式实现；机柜警示和电缆径路警示通过黄黑色警示胶带在防静电地板上绕机柜边缘和电缆托架粘贴一圈。在实际运营维护过程中，随着使用时间的延长，用于信号设备用房信息显示的标志牌、警示胶带会出现褪色、破损、老化等现象，防静电地板上粘贴的警示胶带，会出现起皮等现象，均会对运营单位维护造成不便。因此，针对目前存在的问题，本文构建了铁路信号设备用房信息显示系统，包括新型的多色块陶瓷面防静电地板、数字化信息显示节点，以及信息显示控制台。

1 多色块陶瓷面防静电地板

目前，铁路信号设备房屋通常都布置陶瓷面防静电地板来满足现行规范中对信号设备房屋的防静电要求。由于目前的陶瓷生产技术已经能实现生产不同颜色的防静电瓷砖，所以可以在陶瓷面防静电地板的生产过程中，直接实现警示胶带的色块排列。本文提出的多色块陶瓷面防静电地板结构如图1 所示，其中1 为防静电地板板基；2 为多色块防静电陶瓷表面；3 为多色块陶瓷表面的第一至第五色块区域。

图1 多色块陶瓷面防静电地板结构示意

本文提出的多色块陶瓷面防静电地板，不改变现有陶瓷面防静电地板的结构，只是将现有的陶瓷面进行替换，使之既具有现有警示胶带的色块排列，又能满足现行规范中对防静电地板防静电性能和承重荷载的要求。多色块防静电陶瓷表面是由不同颜色的色块相间排列，色块排列方式和陶瓷表面的几何尺寸均可根据现场使用需要灵活定制。在生产过程中，可以按照单色块生产后组合成多色块，也可以按照需求的色块排列直接生产。在信号设备机柜周围，铺设本文提出的多色块陶瓷面防静电地板，就能实现用黄黑色警示胶带绕机柜周围缠绕一圈的警示作用，并且美观、耐用。

2 数字化信息显示节点

铁路信号设备用房信息显示系统中的数字化信息显示节点，用于标识信号设备房屋内的信息，是以ARM、PLC（可编程控制器）或其他微控制器为核心，包含全封闭金属绝缘外壳、液晶显示器、显示器接口电路、存储器模块、电源模块、通信接口模块等的嵌入式系统。

由于信号设备用房内有严格的电磁兼容和防静电要求，本文提出的数字化信息显示节点的核心是嵌入式系统，是一个弱电设备，需要考虑完整的电磁屏蔽和防静电性能；同时结合现有信号设备用房内的信号标注点位置既有位于墙面上，又有位于机柜上的实际情况，还需要考虑其安装的便利性。为此，该显示系统提供了1 种数字化信息显示节点的电子防护盒，结构如图2 所示。

图2 数字化信息显示节点防护盒结构

其中，1 为盒盖，2 为前面板，3 为盒体，4 为金属内层，5 为后面板，6 为内部预留螺纹的后向安装螺孔，7 为嵌入式系统电缆引入孔（与金属内层同材质，并与金属内层相连），8 为盒盖与盒体连接的铰接结构，9 为内部预留螺纹的前向安装螺孔，10 为液晶显示器安装凹槽，11 为液晶显示器电缆引入孔（与金属内层同材质，并与金属内层相连）。

结合图2，本文提出了数字化信息显示节点的组成，如图3 所示。其中，1 为液晶显示器，2 为液晶显示器与嵌入式系统的连接电缆（用于液晶显示器供电和数据通信），3为嵌入式系统，4为信息显示节点通信网络（用于嵌入式系统供电和数据通信）。

图3 数字化信息显示节点组成

由图2 及图3 可知，信息显示节点防护盒的前向安装螺孔用于在机柜门上安装数字化信息显示节点，后向安装螺孔用于在墙面上安装数字化信息显示节点，嵌入式系统电缆引入孔、液晶显示器电缆引入孔均与金属内层相连。

在数字化信息显示节点中，信息显示节点通信网络具有金属护套，与嵌入式系统电缆引入孔连接；液晶显示器连接电缆也具有金属护套，与液晶显示器电缆引入孔连接；应选用满足电磁兼容性能的液晶显示器，液晶显示器外壳与液晶显示器电缆引入孔连接。这就使整个数字化信息显示节点形成一个完整的法拉第笼，将信息显示节点通信网络的金属护套与信号设备房屋的既有接地装置连接，实现了整个信息显示节点的接地，同时将整个信息显示节点接入了信号设备及房屋综合防雷系统，保证信息显示节点的防静电、电磁兼容性能满足现行规范的要求。

现有的LCD、LED 等液晶显示器，ARM、PLC 可编程逻辑控制器等嵌入式系统技术成熟，本文不再对信息显示节点中的液晶显示器、嵌入式系统的硬件组成进行赘述。

3 信息显示控制台

信息显示控制台为多个数字化信息显示节点配置显示信息，信号设备的维护管理人员可以通过信息显示控制台，输入每个信息显示节点需要显示的信息，信息显示控制台将这些信息通过通信网络传递给信息显示节点，由信息显示节点的液晶显示器显示。当某个信息显示节点的信息需要修改时，可由维护管理人员在信息显示控制台上重新输入即可。同时，信息显示控制台还监控信息显示节点以及其与信息显示控制台通信网络的工作状态。当检测到工作状态异常时，信息显示控制台输出报警信息和报警提示，提醒信号设备的维护管理人员进行处理。信息显示控制台与信息显示节点的连接见图4。

图4 信息显示控制台与信息显示节点连接示意

图4 中，1 为信息显示控制台，2 为多个数字化信息显示节点，3 为信息显示节点通信网络。

本文提出的信息显示控制台是工业控制计算机，且具备通信模块，能实现与数字化信息显示节点的信息交互。整个信号设备用房信息显示系统的有源部分，均可以通过信号设备用房内的既有信号电源设备增加供电模块来供电。由于目前分散控制系统DCS 及现场总线技术、PLC 可编程逻辑控制器控制系统等工业控制计算机技术成熟，本文对信息显示控制台的体系构成以及信息显示节点通信网络不再进行赘述。

4 系统应用前景

信号设备用房信息显示系统的应用示意图如图5 所示。其中，1 为多色块陶瓷面防静电地板，2 为多个数字化信息显示节点，3 为信息显示控制台。如前所述，信号机房内机柜的警示、机房内需要进行信息标注的位置，包括墙体、机柜等，均可以应用该信息显示系统。由于既有信号设备用房中各个机柜的电缆配线大多采用下走线的方式，信息显示控制台与信息显示节点之间的通信网络，可以使用现有信号设备机柜的下走线通道，不会影响信号设备用房的美观性。

图5 信号设备用房信息显示系统应用示意图

铁路信号设备用房信息显示系统能契合我国铁路技术运维智能化的发展方向，具有良好的应用前景。由于本系统以数字化方式实现了设备的信息标识，因此具有良好的可扩展性。在应用过程中，可以根据运营机构的实际需要，对某一信号车间管辖的各个车站的信息管理控制台进行通信组网，在信号车间设置1 个车间管理中心，可实现对管辖的每个车站的任一具体设备信息进行实时查看与管理；进一步地，可以在站段、路局设置管理中心，对全站段、全路局管辖范围内每个具体设备信息进行实时查看与管理，有助于实现信号设备的全生命周期管理。

5 结论

本文针对信号设备用房的信息标识，提出了用多色块陶瓷面防静电地板来实现机柜信息的警示，用数字化信息显示节点和信息显示控制台实现设备用房信息的数字化标识，以此构成的信号设备信息显示系统具备良好的电磁兼容性能与防静电性能，能与现有信号设备用房内的信号电源设备、防雷接地装置、电缆布置径路相结合，并能根据实际应用需要进行灵活配置，适用于各种类型的信号设备用房，为信号设备用房的信息标识提供了一种发展思路。