铁路货物线固定式防护信号集控系统 设计及应用

吴 军，陈朝峰

(中国铁路上海局集团有限公司 金华货运中心，浙江 金华 321000)

近年来，随着我国经济的发展，铁路货运量逐年增长，对货运场站装卸作业效率的要求也越来越高，如何在确保安全基础上，通过铁路装卸设备的自动化、信息化，提升货运装卸作业质量和效率，是目前铁路货运场站亟待解决的课题。

1 铁路货物线固定式防护信号装置运用现状

铁路货物线进行装卸作业，必须在线路来车方向左侧钢轨上安设带有脱轨器的防护信号牌[1]，它的设置和撤除是铁路货物线上装卸作业和调车作业之间交接的依据，直接关系着装卸人员劳动安全和调车作业安全[2]。防护信号牌的设置和撤除作业涉及货运员、装卸人员、货运调度员、行车值班员等岗位，各岗位间通过电话传递设撤状态信息，并以录音和台账的形式进行过程留痕，作业全程为人工作业，智能化水平较低。铁路装卸防护信号牌主要有移动式和固定式2种，相较于固定式，移动式防护信号牌存在不易保管、重量大、携带不便等问题，因而近年来中国铁路上海局集团有限公司各主要货运站均已将移动式替换为更为安全、方便的固定式防护信号牌装置[3]，如金华南、义乌西、杭州北等货运站。

1.1 现行作业流程

对金华南货运站现行固定式防护信号设置和撤除作业情况进行深入调研，作业过程涉及4个岗位(装卸工组、货运员、货运调度员、行车值班员)，其中作业信息一般由货运员发起，并在货运员、货运调度员、行车值班员之间传递，传递过程中通过口头授予密码和纸质台账记录方式确保信息传递的准确性，上道作业由货运员和装卸工组共同完成。现行固定式防护信号设置和撤除作业流程如图1所示。

图1 现行固定式防护信号设置和撤除作业流程Fig.1 Flow chart of current fixed protection signal setting and removal

1.2 存在的主要问题

现行固定式防护信号设置和撤除作业流程从作业内容上已经相当完善，安全卡控措施均制定到位。但在实际作业中，防护信号设撤作业一直是安全两违问题频发的“重灾区”。

（1）岗位间互控制度落实不到位。参与防护信号装置设撤作业的各岗位均是通过电话的形式传递各环节作业信息，岗位间除了纸质台账记录外，缺少其他有效的互控手段，无法做到相互监督，一旦某一环节出现问题，缺乏自我纠偏能力。

（2）存在较大的劳动安全隐患。人工设撤作业需要货运员和装卸作业人员长距离往返行走于股道和作业场所之间，路面情况较为复杂，同时上道作业过程中还需做好防止车辆伤害的各项措施，容易发生劳动安全事故。

（3）作业效率有待提高。经过调研发现，每条股道设置或撤除防护信号作业全过程动辄需20 min以上，在当前主要铁路货场作业能力均已接近或达到满负荷的情况下，容易出现为了提升作业效率而简化作业流程的情况。目前长达500 ~ 600 m的货物线已经成为新建铁路货场的标配，每条货物线上多个装卸工组同时作业已经成为常态，如金华南货场23道最多时有5个装卸工组同时作业，包线货运员与各装卸工组结合部往往是日常管理的难点，如何让各装卸工组做到以防护信号为令、令行禁止，也是作业效率提升和安全稳定的关键[4]。

2 固定式防护信号集控系统设计

通过对现行固定式防护信号牌作业流程中存在问题的分析，要彻底消除原有作业中存在的过程繁琐、效率低、安全系数低等不利因素，需要设计一套固定式防护信号集控系统，主要实现以下目标。①将现有的固定式防护信号人工作业模式升级为电动操作模式。②优化现行防护信号牌设撤作业流程，实现货运调度员岗位集中控制。③设计安全可靠的电动防护信号装置，通过电动控制，自动完成防护信号牌和脱轨器的竖立和翻倒。④设计安装于作业线路中间的防护信号复示装置，同步显示股道防护信号状态，使长股道所有装卸工组对防护信号状态一目了然，做到令行禁止。

2.1 系统架构

固定式电动防护信号集控系统包括货运调度主控模块、行车值班员控制模块、货运员控制模块、货物线防护信号复示装置、电动防护信号装置、联锁互控装置。固定式电动防护信号集控系统架构如图2所示。

图2 固定式电动防护信号集控系统架构Fig.2 Architecture of centralized control system for fixed electric protection signal

（1）货运调度员主控模块。包括主控计算机、通信适配装置、UPS供电装置、集控软件。主控计算机经通信适配器通过光缆、电力电缆与前端电动防护信号装置相连。

（2）货运员控制模块和行车值班员控制模块。包括控制计算机、客户端软件。控制计算机与主控计算机通过网络进行数据交互，协同主控计算机完成电动防护信号装置作业。

（3）电动防护信号装置。由脱轨器、安装支架、驱动电机、换向齿轮箱、防护红牌(LED表示灯)、锁闭装置组成。电动防护信号装置结构如图3所示。电动防护信号装置采用单侧钢轨安装方式，安装后整体低于轨面[5]。

图3 电动防护信号装置结构Fig.3 Structure of electric protection signal device

（4）货物线防护信号复示装置。复示装置安装在货物线中间位置，其电路与股道防护信号装置现有线路相连接，可以同步显示货物线防护信号状态。货物线防护信号复示装置结构如图4所示。①指示标牌：标示复示信号表示的状态。②允许作业指示灯：红色双面显示信号灯亮起，标识货物线防护信号装置已立起，允许进行货物装卸作业。③禁止作业指示灯：红色信号双面显示灯熄灭，标识货物线防护信号装置已撤除，禁止进行货物装卸作业。 ④语音喇叭：防护信号状态变化时语音通报。

图4 货物线防护信号复示装置结构Fig.4 Structure of protection signal repeater for freight line

（5）联锁互控装置。由远程IO模块、信号采集器、联锁继电器组、电机驱动器组成。联锁互控装置安装在每个电动防护信号上，为电动防护信号牌设撤的安全控制装置[6]。

2.2 流程优化

根据固定式防护信号集控系统功能需求，对防护信号设撤作业进行了流程优化。

2.2.1 电动防护信号设置

调车作业结束后，在开始装卸作业前，需要对等待进行货物作业的股道设置防护信号。电动防护信号设置作业流程如图5所示。

图5 电动防护信号设置作业流程Fig.5 Flow chart of electric protection signal setting

（1）货运员点击电动防护信号集控系统软件上的防护信号使用申请按键，货调端系统提示“XX股道防护信号作业申请，请批准”。

（2）货运调度员点击电动防护信号集控系统软件上的防护信号使用申请按键，行车室的电动防护信号集控系统软件上语音提示“XX股道防护信号作业申请，请批准”。

（3）行车值班员在确认防护信号使用条件后，点击电动防护信号集控系统软件上的申请同意按键，自动生成设置密码(或录入密码)。此时系统传输指令控制联锁互联装置接通电动防护信号的电机电源，打开电动防护信号锁闭装置。

（4）接收到行车值班员同意提示并查看确认密码后，货运调度员点击软件上的防护信号设置按键，电动防护信号的电机带动换向齿轮组转动，换向齿轮组联动脱轨器和防护红牌(脱轨器翻转180°，防护红牌翻转90°)。当脱轨器和防护红牌运动至限位时，系统关闭电机电源，启动锁闭装置锁闭脱轨器和防护红牌。信号采集器实时采集防护信号状态并反馈至电动防护信号集控系统软件，完成设置过程后，系统中本股道电动防护信号图标变为红色。

（5）股道红牌设置后，货运员端系统提示“XX道防护信号已设置，可以开始作业”。

2.2.2 电动防护信号撤除

装卸作业完成后，需要撤除装卸货物股道的防护信号。电动防护信号撤除作业流程如图6所示。

图6 电动防护信号撤除作业流程Fig.6 Flow chart of electric protection signal removal

（1）货运员在电动防护信号集控系统软件上点击“防护信号可撤除”按钮，自动生成撤除密码，此时系统传输指令控制联锁互联装置接通电动防护信号的电机电源，打开电动防护信号锁闭装置。

（2）货运调度员端系统语音提示“XX股道防护信号可撤除，请确认”，确认后，货运调度员点击“防护信号撤除”按键。此时系统传输指令控制联锁互联装置接通电动防护信号的电机电源，打开电动防护信号锁闭装置。货运调度员点击软件上的防护信号撤除按键，电动防护信号的电机带动换向齿轮组转动，换向齿轮组联动脱轨器和防护红牌撤除(脱轨器向内翻转180°，防护红牌向内翻转90°)。当脱轨器和防护红牌运动至限位时，系统关闭电机电源，启动锁闭装置锁闭脱轨器和防护红牌。信号采集器实时采集防护信号状态并反馈至电动防护信号集控系统软件，完成设置过程后，软件中本股道电动防护信号图标变为蓝色。

（3）行车室的电动防护信号集控系统软件上语音提示“XX股道防护信号已撤除”，行车值班员确认本股道电动防护信号图标变为蓝色。

2.3 关键功能设计

2.3.1 远程确认防护信号状态

固定式防护信号集控系统实时采集现场防护信号的设撤状态。对于不属于这2种状态的情况(即防护信号设置不到位)，均判断为故障告警。同时对现场控制采样设备断线、通讯异常等问题均实现故障告警[7]。

货运调度员和其他各岗位人员通过防护信号集控系统软件可以直观了解现场防护信号的状态，并对发生的异常情况及时进行处置。

2.3.2 货运员与车务系统防护信号牌流程办理网络化

货运调度员和行车值班员原有的防护信号牌申请流程均通过防护信号集控系统软件实现。即货运调度员通过软件向行车值班员申请防护信号牌的使用权并输入防护信号牌使用密码，车务系统同意货运调度员的申请后，货运调度员方可在软件上进行防护信号牌设置及撤除的操作。整个流程的时间、密码信息等均由数据库自动记录备查。

2.3.3 防护信号安全性控制

电动防护信号相比普通手动式防护信号除了具备原有的故障导向安全功能以外，还具备电气联锁、机车闯禁预警及告警的功能。

（1）电气联锁。货运员未办理防护信号牌申请手续前，电动防护信号电机不供电，电动防护信号依靠机械锁闭装置保持原有状态。只有当货运员办理完成防护信号牌申请手续后，电动防护信号电机才能供电。电动防护信号在完成设撤作业后，自动断开电机供电。

（2）机车闯禁预警及报警接口。在股道上警冲标内安装轮对传感器，当机车驶入股道时，系统检测前方防护信号状态。如前方防护信号未处于撤除状态，立刻通过高分贝喇叭进行现场报警，语音提示调车人员“前方防护信号未撤除，立即制动”[8]。

3 结束语

固定式防护信号集控系统中固定式防护信号电动装置和货物线防护信号复示装置的设计、系统代码编制等主要工作均已完成，目前试运行取得良好效果：作业时长从原有20 min降低至几秒钟；各作业环节环环相扣，由简化作业流程或颠倒作业流程引发的装卸作业安全风险得到有效控制；通过取消上道作业，有效规避相关劳动安全风险。固定式防护信号集控系统通过改变传统的防护信号设撤上道作业模式，进一步优化作业流程，降低劳动强度，提升安全系数，实现货物线防护信号设置和撤除作业的自动化和信息化。后续该系统将重点对防护信号电动装置的翻转和锁闭机械稳定性提升、岗位间信息数据传递及系统APP研制等方面进行深入研究，进一步完善各项功能。