红外对射障碍物检测在道口控制系统的应用探讨

天津铁路信号有限责任公司 王延涛

铁路平交道口是铁路与公路的平面交叉，是铁路安全运营的重要设施，道口安全既关系着铁路行车安全，也关系着道路车辆、行人的安全。尤其是无人值守道口，在没有道口看守员的情况下，道口关闭后入侵道口的障碍物成为铁路安全运行的一大隐患。障碍物监测设备安置在道口铁路两侧，可监测铁路限界区域内的障碍物。当道口栏木放下后，如果检测到有入侵道口的障碍物，可实现报警，并将信息传递至铁路方向。通过道口红外报警系统可以最大限度减少障碍物入侵造成的危害。

1 系统组成

红外对射障碍物检测系统分为红外障碍物探测器、报警信息处理单元两部分。其中，红外障碍物探测器由投光器和受光器组成，报警信息处理单元由报警信息处理回路、报警输出接点和断电延时继电器组成，放置在箱盒内。投光器位于道口公路的一侧，受光器和报警信息处理单元位于公路的另一侧。如图1所示（报警信息处理单元可根据需要放在任一受光器侧）。

图1 红外对射障碍物检测系统安装示意图

2 设计实现

2.1 红外对射报警器

根据市场调研，本课题选定了一款深圳艾礼富数字变频三光束主动式红外入侵探测器ABE-50型。

该款产品技术参数如下：

光束数：3

光源：数字滤波式

探测方式：3光束同时遮断检知式

感应速度：50～700msec可调

警报输出：1C继电器接点输出 接点容量DC30V/0.5A MAX

电源电压：DC13.8～24V；AC11～18V

消耗电流：70 mA

防拆输出：1B接点输出，DC30V/0.5A MAX

使用温度：-25℃～55℃

使用湿度：5%～95%（RH）

水平角度调节：±90°

垂直角度调节：±10°

材料：工程塑料

器件特点：该款产品为3光束同时遮断感知式，只有当3束光同时遮断时，才会报警输出，可以防止落叶、飞鸟引起的误报警；适合室外安装使用，防护等级为IP65；具有防雨、防雷击、防强光设计，并具有防拆输出的特点；受光器遮光时间可调整，可以根据不同的使用环境设置不同的灵敏度；受光强度多级LED指示，便于调试。

抗震性能：设备安装位置在轨道附近，振动较大，抗震性能的好坏尤其重要。本款产品发射的光线为红外线，红外线具有发散的性能，ABE-50型红外探测仪的警戒距离为50m，光束扩散张角为1.5m。实际应用中，公路宽度一般可定为10m，则对应的光束扩散角为0.3m，即受光器中心距离±0.15m范围内均有红外光线，无遮挡时均不会有误报警。由于受光器的接收器上下距离是0.12m，因此，受光器的中心距离光线范围上、下边界均应大于0.06m，得到受光器可移动范围是±（0.15m-0.06m）=±0.09m。如图2所示，即投光器和受光器的相对位置偏差可达到±0.09m，对于火车带来的振动不会带来误报警。

图2 红外对射障碍物检测系统抗震示意图

2.2 结构设计

道口障碍物监测的红外报警系统，包括底座、红外报警发射装置和红外报警接收装置。底座分别固定于红外报警发射装置和红外报警接收装置的底端，红外报警发射装置包括型钢柱和投光器，红外报警接收装置包括型钢柱和接收器，型钢柱为空心结构，其内部可以走线，顶盖密封设于型钢柱的顶端，可以有效的防雨防尘。帽檐探出型钢柱的顶端，并分别设于投光器和接收器的上方，可以为投光器和接收器遮挡雨雪、强光、落叶等，可以有效的减少误报警，红外报警接收装置的型钢柱上设有带线孔的腔室，腔室位于与接收器相对的位置，腔室外设有门，腔室内安装有设有红外报警信息处理单元的安装板。发射装置的型钢柱为一体，没有门。该系统可以监测范围为垂直于地面向上300mm～1000mm。其结构示意图如图3所示。

图3 红外对射报警系统结构示意图

2.3 报警信息处理单元

报警信息处理是将道口两边的报警信息进行综合处理，统一给道口控制系统发送一组报警接点。其电气原理图如图4所示。

图4 红外对射报警系统的电路原理图

图4中的Z直流24V开关电源模块，为报警电路和红外探测器提供工作电源；FL为防雷装置；KT为断电延时继电器；1D-3，1D-5端子接红外对射报警器受光器的报警输出接点；1D-8、1D-9、1D-10为道口综合报警输出接点，为控制采集系统传送报警信息。当入侵物遮断红外光线时，红外报警系统给出报警信息，当入侵物移出时，解除报警；若移动速度过快，可以通过调节延时继电器的断电延时时间，适当增加报警时间，断电延时继电器的延时时间是0.1s～10s，进而减少漏报警。

主要器件选型如下：

（1）时间继电器：本课题选定了一款ABB的时间继电器，型号CT-ARE(延时时间0.1～10s)。该款时间继电器的技术参数为：输入电压：DC24V/AC220V；延时时间：0.1s～10s；继电器输出：一组全接点；工作温度：-20℃～60℃；延时类型：断电延时。

（2）直流开关电源：根据调研，本课题选定了一款ABB的直流开关电源，型号为CP-E24/2.5。该款直流开关电源的技术参数为：输入电压：AC85V～AC264V；输出电压：DC24V可调；输出电流：2.5A；工作温度范围：-25℃～70℃。

结束语:红外对射障碍物检测系统是道口障碍物视频监测的辅助测试手段，利用红外线对射的方式对区间道口的侵入物进行检测，尤其是报警信息处理单元的引入，增加直流24V电源模块，电源模块可以直接接入市电，增强了信息处理单元的适配性；受光器的报警节点为串接形式，而后组合到报警信息处理单元，再综合处理，最后给出控制系统一组报警接点；报警信息处理单元增加断电延时继电器，当入侵遮断物移开后，仍能根据需要增加报警时间，减少红外报警系统的漏报警。