基于物联网的电动防护信号装置及智能监控系统

引 言

铁路是国家的基础性交通工具，物联网的发展应用给铁路运输系统带来了深远影响 [1]。2001 年 RFID 技术被成功运用在铁路车号自动识别系统中，成为物联网在我国铁路运输领域运用最早的成熟典范，大大提高了铁路组织管理效率 [2]。铁路安全运输是涉及国计民生的重要问题之一，中国铁路总公司多次就铁路安全问题下达指导意见 [3-6]。铁路货物线装卸作业防护信号的使用关系着货物线调车作业安全和货装作业人员劳动安全。当前，在装卸作业现场存在管理制度落实不到位、信息传递不顺畅、设备故障等原因造成的安全隐患， 作业前未设置防护信号，造成人身伤亡事故 ；设置防护信号但车站不知情，造成调车脱轨事故 [7]。本文基于物联网技术设计的电动防护信号装置及智能监控系统适用于铁路装卸作业防护信号装置的自动化安设、撤除及全过程监控，可有效提高装卸作业的安全性、管理水平。

1 系统整体设计

本系统采用物联网三层架构，感知层包括西门子 S7-300 PLC、光电开关、脱轨器驱动装置、脱轨器、网络高清摄像机等 ；网络层包括协议转换设备、网络交换机等 ；应用层包括基于 Java 开发的服务器端程序及客户端程序。PLC 作为感知层监控核心，执行应用层下达的控制指令，通过 2 路光电开关识别列车驶入、驶出状态，控制信号灯、脱轨器动作， 实时从脱轨器驱动装置、防护信号灯处采集信号，判断脱轨器和信号灯安设、撤除工作是否正常，当出现故障时及时将数据上传至应用层，通过上位机程序报警。网络高清摄像机可采集上传图像、音频数据，实现对作业现场状态的远程监督确认，解决了当前铁路作业现场因各岗位间防护信号设撤过程无痕迹而存在的管理漏洞，及发生安全问题时调查取证困难的现实问题 [7]，提高了作业现场的安全性。当出现设备故障或断电等情况时，系统可进行人工操作。架构如图1 所示。

2 系统功能

系统功能按照管理流程分为调度作业管理、防护信号管理、历史信息查询和系统管理四个模块，具有在值班室对作业任务全程跟踪管理，对防护信号操作、控制，对防护信号状态、作业现场进行视频监控、录像，对操作环节进行记录等功能，当防护信号安撤不到位、信号灯不亮、传输图像中断时可进行语音报警。系统功能如图 2 所示。

2.1 调度作业管理

模块负责与生产调度有关的组织工作，包括任务的调度发布，装卸工组的安排，班组作业信息的录入和采集等。

2.2 防护信号管理

该执行模块主要涉及防护信号的管理，包括防护信号的安设、安设确认、撤除等过程，是智能监控系统的核心。

2.3 历史信息查询

模块可查询与防护信号安撤相关的历史信息，包括历史生产记录，历史高清图像回放，播放历史音频，查询历史预警、报警信息，历史安设、撤除、确认记录的分析及打印等。

2.4 系统管理

该模块可实现系统参数设定权限及用户的管理，具有登录修改自身密码，提供系统帮助等功能。

3 系统软件设计

感知层 PLC 的软件核心流程如图 3 所示。当 PLC 通过光电传感器检测到有列车驶入时，控制脱轨器驱动装置中的电机正转，从而带动脱轨器上脱，并且通过采集脱轨器驱动装置的电流信号确认脱轨器是否上脱到位 ；当 PLC 通过光电传感器检测到有列车驶出时，控制脱轨器驱动装置中的电机反转，从而带动脱轨器下脱，并且通过采集脱轨器驱动装置的电流信号确认脱轨器是否下脱到位。实物如图 4 所示。

4 结 语

铁路装卸作业电动防护信号装置及智能监控系统的硬件部分具有坚固、防水、抗振性好、易于保养与维护等特点 ；软件部分具有操作方便、软件流程安排合理、使用快捷等特点，该系统符合现场应用要求，同时具备诸多优点 ：设备采用工业化设计，安全稳定可靠，故障率低，能够在恶劣环境下稳定持续地工作 ；操作简单，显示结果清晰明确，方便一线员工操作 ；在货运室中即可实现防护信号安撤的实时控制和监视，减轻职工劳动强度 ；引入指纹录入识别设备，提高防护信号管理的安全性和可靠性 ；便于维护安装与日常保养。

经证实，系统可靠、实时、准确、维护方便、故障率低，完全满足防护信号管理的需要且使用便捷，有效降低了人员工作量，提高了生产效率，具有良好的社会和经济效益。