XX鋼鐵鐵路道口無人值守系統(tǒng)技術(shù)方案

1、1 編寫目的本文對XX鋼鐵內(nèi)部的鐵路道口無人值守系統(tǒng)的技術(shù)方案進(jìn)行分析和設(shè)計，用來指導(dǎo)該系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計。2 鐵路道口現(xiàn)狀2.1 道口2.1.1 道口設(shè)備參數(shù)和運(yùn)行情況2.1.1.1 主要道口設(shè)備參數(shù)道口設(shè)備道閘控制：電源220VAC，遙控器控制，抬/落桿時間均為5秒。通過改造后，使用開關(guān)量控制；。報警器規(guī)格：電源36VAC，采用100W燈泡。目前，道口的電源都是來自于附近的高爐，均為220VAC。2.1.1.2 設(shè)備運(yùn)行情況道口報警與道閘動作的時間關(guān)系為：火車頭（或尾）接近道口50米左右時，聲光報警響起；然后等待1520秒后，開始落下道閘桿；火車尾（或頭）一過道口離開段，馬上抬桿放行。延時2秒

2、左右，取消聲光報警。2.1.2 各個道口基本情況2.1.2.1 1#道口1#道口指1#高爐與煉鋼廠之間的大道口。機(jī)動車和人均允許通過。當(dāng)夏天雨季來臨時，1#道口附近的鐵軌會嚴(yán)重積水，鐵軌表面就會布滿水，清理水需要56小時。1#道口的道口值班室，職能包括：軌道衡值班、火車調(diào)度值班等。目前，1#道口因施工停止通過。2月份后，煉鋼廠需要向北擴(kuò)，與軋鋼廠的位置平齊，靠1#道口比較近（具體距離見后面的道口平面圖）；煉鋼廠北移后，煉鋼廠北面中間的軌道向東移，因此，該軌道從煉鋼廠出來后將變直。另外，煉鋼廠北擴(kuò)后，會新建轉(zhuǎn)爐，因此，天車吊鐵水罐的位置也會向北移20多米。粗略估計，當(dāng)火車頭卸下鐵水罐，離開一段距

3、離停止時，火車頭離道口只有56米。在煉鋼廠內(nèi)，2條鐵道是分開的，而且西邊軌道比東邊的長10多米。2.1.2.2 2#道口2#道口（?。褐?#高爐與煉鋼廠之間的小道口，主要通過鏟車，上露天料；一般不允許其它機(jī)動車通行；允許人走。2.1.2.3 3#道口3#道口（?。褐?#高爐與2#高爐之間的小道口，主要是人行道口，不走機(jī)動車。2.1.2.4 4#道口4#道口：指2#高爐與3#高爐之間的大道口，機(jī)動車和人均允許通過。目前聲光報警器和道閘均配備，最為繁忙。2.1.2.5 5#道口5#道口：指3#高爐與4#高爐之間的道口。只通過鏟車上露天料，一般不允許通過其它機(jī)動車；允許人通行。2.2 高爐1#高

4、爐比較特殊，向南沒有鐵軌，出鐵水過程為：火車向北運(yùn)行，經(jīng)道岔并到東邊軌道，然后倒車向南運(yùn)行到煉鋼廠。1#高爐附近的單軌在改造后，會變短，大概10米左右（現(xiàn)30米左右）。2#高爐、3#高爐和4#高爐內(nèi)部的軌道均為雙向軌道，火車都可以雙向運(yùn)行。一般情況下，當(dāng)1#高爐（450m3）、2#高爐（580m3）、3#高爐（450m3）都正常運(yùn)行時，需要2輛火車在軌道運(yùn)行。當(dāng)4#高爐（1080m3）正常生產(chǎn)時，需要34輛火車在鐵道上運(yùn)行。2.3 鐵道和火車相關(guān)2.3.1 基本鐵道參數(shù)鐵軌參數(shù)：50鐵軌，50kg/m，長12.5m?；疖囕嗛g距：1435mm?；疖囓囶^單側(cè)2個車輪，鐵水包單側(cè)4個車輪。2.3.2

5、 火車運(yùn)行情況火車運(yùn)行速度：56Km/h，空載車（以下簡稱“空車”）速度稍高，裝載鐵水的火車（以下簡稱“實車”）速度較低，一般要求不超過5Km/h。一般情況下，火車會拉34節(jié)左右的鐵水罐（每節(jié)鐵水罐長度為7.5米，車頭基本也7.5米）?；疖?yán)蔫F水罐數(shù)量因鐵道的不同而不同，其中，東邊的鐵道（該軌道在煉鋼廠的盡頭有坑道，比西邊的短10多米），最多允許拉4節(jié)鐵水罐；西邊的鐵道，最多允許拉7節(jié)鐵水罐。一般情況下，1個車頭用1個鐵道：空車?yán)?，實車倒，車頭始終朝北。其中，當(dāng)實車到達(dá)煉鋼廠后，到達(dá)合適位置。處于安全考慮，火車頭卸下鐵水罐，開出來后在外面，等待鐵水罐清空，再掛上空鐵水罐。有時，空載火車頭會到

6、別的高爐，拉新的鐵水罐。正常情況下，如果需要換車頭，都會將火車停在1#道口附近的道岔上，即3條軌道變2條軌道附近?；疖囎咴阼F路上，偶爾調(diào)頭回去，發(fā)生這種情況的原因為：軌道衡沒有出現(xiàn)合適的質(zhì)量數(shù)，需要火車倒回去重新通過一遍軌道衡，因此，不可能出現(xiàn)火車倒回到出發(fā)位置（如某個高爐或煉鋼廠）的情況。2.4 其它2.4.1 鐵水包維修鐵水包在使用的過程中，需要及時維修。維修鐵水包的火車行車路線為：從煉鋼廠出來回1#道口附近的道岔口，再換道岔后再到鐵水包修理廠。當(dāng)每一包鐵水倒向鋼包時，都會安排人來檢查包內(nèi)有無耐火磚脫落和缺損等情況；鐵水包使用壽命沒具體時間參考值。2.4.2 火車頭維修火車頭維修路線廠方未

7、定，估計2月下旬能確定此事。初步設(shè)想是：將維修點設(shè)在1#道口的值班室附近最西邊的軌道上。2.4.3 軌道衡軌道衡安裝在1#道口附近，屬于動態(tài)衡，因此，軌道衡不影響火車從道口通過：當(dāng)火車通過軌道衡到道口時，正常聲光報警和落桿。只有軌道衡測重不正常時，才需要將火車倒回去，重新稱重。2.5 鐵道及道口平面示意圖圖1 1#道口到3#道口平面示意圖圖2 3#道口以北平面示意圖3 鐵路道口無人值守系統(tǒng)特點鐵路道口無人值守系統(tǒng)利用視頻監(jiān)控、自動控制和計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)三種技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，通過將有人值守道口改進(jìn)為 “無人值守道口”，并在后臺的控制中心，通過實時視頻圖像和控制技術(shù)，實現(xiàn)對散布在廠區(qū)的各個道口進(jìn)行控制。鐵

8、路道口無人值守系統(tǒng)，具有以下主要特點：n 安全性高：全景圖像實時、清晰、無死角，實時，保證道口有較高的安全性。n 擴(kuò)容性高：系統(tǒng)具有較好的模塊化結(jié)構(gòu)，當(dāng)需要增加道口數(shù)量時，可以簡單修改和設(shè)置，就可滿足更多道口的設(shè)立要求，提高經(jīng)濟(jì)性，也節(jié)省了成本。n 視頻錄像提高道口相關(guān)人的安全意識：視頻錄像技術(shù)有助于提高行人及機(jī)動車駕駛員的安全意識，輔助事故處理。而且，通過完善的技術(shù)防范和警示設(shè)備，來減少安全隱患發(fā)生的幾率。n 節(jié)約人力成本，提高生產(chǎn)效率：將道口改為無人值守后，減少有人值守時值班人員責(zé)任心不同帶來的差異，提高生產(chǎn)效率，同時也節(jié)省人工。 n 改善企業(yè)環(huán)境：道口警示明確，自動化程度較高，進(jìn)一步優(yōu)化

9、了企業(yè)內(nèi)部環(huán)境。4 鐵路道口無人值守系統(tǒng)組成與功能4.1 硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括：系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、系統(tǒng)組成與功能、主要設(shè)備特性介紹。4.1.1 系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)滂F路道口無人值守硬件系統(tǒng)，其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D3所示。 第15 / 15頁圖3 鐵路道口無人值守硬件系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D整個系統(tǒng)的控制室設(shè)在1#道口值班室。1#道口和4#道口配備完整的道口設(shè)備，包括：鐵軌傳感器、紅外對射器、聲光報警器、信號燈和道閘、功放和音箱、攝像頭；2#、3#、5#小道口，只配備鐵軌傳感器和聲光報警器。道口設(shè)備與控制室計算機(jī)系統(tǒng)之間詳細(xì)的連接關(guān)系，如圖4所示。圖4 單個鐵路道口無人值守硬件系統(tǒng)圖其中：n 控制臺通過網(wǎng)絡(luò)，控制

10、錄像的錄制，以及在本機(jī)顯示器或大屏幕顯示器上回放。n 大屏幕顯示屏：可以為27吋以上的液晶顯示器，通過VGA接口連接到視頻服務(wù)器（即硬盤錄像機(jī)）上。n 視頻服務(wù)器通過多個BNC輸入接口，來連接多個視頻光端機(jī)的模擬視頻信號。n 拾音器輸出接到視頻光端機(jī)的音頻輸入接口上，實現(xiàn)后臺中控室向道口現(xiàn)場發(fā)送緊急廣播。視頻光端機(jī)的音頻輸出到功放上，將音頻放大后再到喇叭輸出。n 鐵軌磁感式傳感器和紅外對射器將火車接近/離開的信息輸入到道口控制器上，尤其進(jìn)行邏輯判斷后，決定信號燈、聲光報警器和道閘的動作情況。4.1.2 系統(tǒng)組成及功能鐵路道口無人值守硬件系統(tǒng)，包括三部分：道口設(shè)備系統(tǒng)、光纖通信系統(tǒng)、后臺調(diào)度指揮

11、系統(tǒng)。4.1.2.1 道口設(shè)備系統(tǒng)道口設(shè)備系統(tǒng)包括：鐵軌壓力傳感器、道閘、道口信號燈、聲光報警燈、攝像頭等設(shè)備，以及道口控制器。n 鐵軌壓力傳感器：檢測火車到達(dá)道口和離開道口附近的信號，其信號輸出至道口控制器。n 道口控制器：根據(jù)火車到達(dá)道口和離開道口信號，控制道閘、道口信號燈、報警燈和蜂鳴器等道口設(shè)備的動作；與后臺的控制臺控制信息；對音頻信號的輸出進(jìn)行適當(dāng)?shù)墓β史糯?。n 道閘：阻止/允許行人和車輛的通行。n 道口信號燈：分為紅、黃、綠三色，功能同一般路口的交通信號燈。n 聲光報警燈：發(fā)出聲光，進(jìn)行報警。n 攝像頭：拍攝道口的火車接近/離開情況。4.1.2.2 光纖通信系統(tǒng)光纖通信系統(tǒng)主要為光

12、纖、視頻光端機(jī)、光電轉(zhuǎn)換器等。n 視頻光端機(jī)：視頻信號和音頻信號的光電轉(zhuǎn)換。n 光電轉(zhuǎn)換器：控制信號的光電轉(zhuǎn)換。注：光電轉(zhuǎn)換器未畫在拓?fù)鋱D中。4.1.2.3 后臺調(diào)度指揮系統(tǒng)后臺調(diào)度指揮系統(tǒng)：包括視頻服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、控制臺、大屏幕顯示器（選用）和集線器等。n 視頻服務(wù)器主要為硬盤錄像機(jī)，將每次錄制的視頻按照一定的規(guī)律進(jìn)行存放；并輸出視頻信號到控制臺上實時顯示。n 數(shù)據(jù)庫服務(wù)器主要記錄火車每次到來和離開的時間、值班人等信息；為每次操作建立日志；為以后擴(kuò)展預(yù)留數(shù)據(jù)接口（如火車運(yùn)送的鐵水信息、火車司機(jī)個人信息等）。n 控制臺主要是監(jiān)控道口傳輸過來的視頻錄像，并根據(jù)情況進(jìn)行操作。n 大屏幕顯示器

13、，將道口傳輸過來的視頻錄像放大，方便后臺調(diào)度指揮系統(tǒng)操作員離開控制臺，在較遠(yuǎn)的距離來查看道口情況。4.1.3 傳感器布局方案根據(jù)對道口附近建筑物相對位置，以及火車運(yùn)行軌跡和規(guī)律，確定傳感器布局方案，道口傳感器的布局方案有兩種：單軌道8個傳感器布局方案和單軌道3個傳感器布局方案。4.1.3.1 單軌道8個傳感器布局方案單軌道8個傳感器布局方案指單條軌道按行駛方向分為上行路線和下行路線。上行路線在本方向上火車接近點放置2個傳感器，離開點放置2個傳感器；下行路線的放置方法相同。為保證可靠，在1#和4#大道口，布設(shè)紅外對射器，來確定火車位置。4.1.3.1.1 應(yīng)用范圍單軌道8個傳感器布局方案用于1#

14、大道口和4#大道口，其中，1#大道口較寬，布設(shè)4對紅外對射器；4#大道口布設(shè)2對紅外對射器。一般情況下，接近點的傳感器離道口約4050米，離開點距離道口幾米左右，具體位置視道口附近的建筑物相對距離而定。4.1.3.1.2 判斷邏輯簡介利用2個傳感器的輸出信息，來判斷火車運(yùn)行的方向，然后再確定是接近點還是離開點。接近點啟動報警（啟動報警包括啟動報警器，以及延時后道閘落桿），離開點解除報警（解除報警包括道閘起桿，以及延時后關(guān)掉報警器）。如遇兩輛火車在道口附近對開，則用最先達(dá)到接近點的火車時刻啟動報警，而以最后離開的離開點的火車時刻解除報警。4.1.3.2 單軌道3個傳感器布局方案單軌道3個傳感器布

15、局方案指單條軌道在兩個行駛方向的接近點各放置1個傳感器，道口邊放置1個作為離開點，屬于相對簡化的布局方案。4.1.3.2.1 應(yīng)用范圍單軌道3個傳感器布局方案用于2#、4#和5#小道口。4.1.3.2.2 判斷邏輯簡介到火車到達(dá)接近點（不論是離開道口，還是接近道口）啟動報警。若在一定延時時間內(nèi)收到離開點的傳感器信號，則解除報警，火車到達(dá)另一接近點時，則復(fù)位整個判斷過程。4.1.4 主要設(shè)備特性簡介現(xiàn)簡單介紹目前調(diào)研的幾款主要設(shè)備的特性。4.1.4.1 道口控制器道口控制器特點包括：n 提供多達(dá)32路磁感式傳感器輸入接口。n 內(nèi)置道口設(shè)備判斷和控制邏輯，可根據(jù)道口需要進(jìn)行自動控制設(shè)備動作。n 提

16、供多路開關(guān)量的輸出接口，連接報警器、信號燈、道閘等設(shè)備。n 提供以太網(wǎng)口，可與后臺控制臺進(jìn)行通訊。n 配有30W音頻的功率放大功能，可根據(jù)現(xiàn)場測試聲音情況，來判斷是否需要購買專門的功放。4.1.4.2 硬盤錄像機(jī)硬盤錄像機(jī)可采用?？低旸S-9016，或大華混合高清數(shù)字硬盤錄像機(jī)DH-DVR1604HG-U，二者基本功能類似，現(xiàn)以大華產(chǎn)品為例，進(jìn)行介紹。n 錄像管理：支持的錄像方式有手動錄像、動態(tài)檢測錄像、定時錄像、報警錄像等。n 錄像回放：其中：模擬部分，支持1、2、3、4、N路同步回放功能（N代表設(shè)備最高路數(shù)）；數(shù)字部分，支持16路D1或8路720P或4路1080P同步回放。n 視頻輸入接

17、口：16路模擬視頻輸入BNC接口，16路數(shù)字視頻輸入D1接口。n 視頻輸出接口：1路模擬視頻BNC接口，1路VGA輸出，1路HDMI輸出。n 矩陣輸出：4/8/16選1視頻矩陣進(jìn)行輸出。n 音頻接口：16路線性音頻輸入，1路線性音頻輸出。n 網(wǎng)絡(luò)接口：1個 RJ45接口，10/100/1000M自適應(yīng)。n 硬盤接口：內(nèi)部支持8個SATA硬盤，硬盤容量可擴(kuò)展到16TB。n USB接口：4個USB 2.0接口。4.1.4.3 視頻光端機(jī)視頻光端機(jī)以廣州光橋GQ6002V1D2A1K型為例，進(jìn)行介紹。n 通過一根光纖同時傳輸2路視頻、2路雙向音頻、1路雙向異步數(shù)據(jù)信號等；n 視頻質(zhì)量可達(dá)到廣播級標(biāo)準(zhǔn)

18、，音頻質(zhì)量可達(dá)到CD級。n 視頻接口：2路模擬視頻信號BNC接口。n 雙向數(shù)據(jù)接口：1路，可用于控制一些控制數(shù)據(jù)。n 音頻數(shù)據(jù)接口：2路，可用于道口現(xiàn)場與后臺中控室的雙向通話。n 開關(guān)量接口：1路，可擴(kuò)展至多路。通過專用開關(guān)信號傳輸模塊，直接傳輸開關(guān)信號，可接控制設(shè)備，如攝像頭雨刷器。4.1.4.4 控制臺控制臺采用普通PC即可，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器可以與控制臺共用一臺PC機(jī)。4.1.4.5 攝像頭攝像頭以大華日夜型槍型攝像機(jī)DH-CA-F461CP-A為例，做簡單介紹。n 圖像傳感器：1/3" SONY Super HAD CCDn 視頻制式：PALn 有效像素：PAL:752（H）

19、15;582（V）n 分辨率：彩色 540 TVL，黑白 600TVLn 最低照度：彩色：0.05Lux/F1.2；黑白：0.01Lux/F1.2n 日夜轉(zhuǎn)換模式：ICR紅外濾片自動切換n 視頻輸出：1Vp-p Composite Output（75歐姆/BNC）n 日夜模式：自動/外部觸發(fā)/黑白/彩色現(xiàn)以百科博BN-7015HW保護(hù)罩為例，簡單介紹一下帶雨刷器的保護(hù)罩。n 電源：DC12Vn 功率分配：2W(風(fēng)扇)，30W（加熱器），8W（雨刷）n 加熱器開關(guān)：自動切換，其中：ON：8°C±5°C，OFF：20°C±5°Cn 風(fēng)扇開

20、關(guān)：自動切換，其中：ON：37°C±5°C，OFF：20°C±5°Cn 雨刷器工作方式：需DC12V、1A電流，用開關(guān)量控制。4.1.4.6 拾音器拾音器采樣環(huán)境聲音，將其接到視頻光端機(jī)就可傳輸?shù)竭h(yuǎn)端?，F(xiàn)以睿聲智誠的指向型拾音器LU602為例，進(jìn)行介紹。n 監(jiān)聽面積： 110m2/6m (自然發(fā)音，信噪比20dB) n 傳輸距離： >1000m n 指向性： 指向型n 輸出阻抗： 50非平衡 n 頻率響應(yīng)： 300Hz8000Hz(±6dB)n 靈敏度： -10.0dB+10.0dB (0dB=1V/Pa, 1KHz)

21、 n 信噪比： >60dB (標(biāo)準(zhǔn)音源1米,94dB SPL)4.2 軟件結(jié)構(gòu)鐵路道口無人值守系統(tǒng)的軟件子系統(tǒng)，采用C/S架構(gòu)，如圖5所示。圖5 鐵路道口無人值守軟件系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)4.2.1 Client端Client端的核心為控制臺。4.2.1.1 控制臺與道口控制器交互的信息道口控制器發(fā)向控制臺：每列火車到達(dá)接近點的信號，到達(dá)離開點的信號，依此觸發(fā)啟動錄像和停止錄像?？刂婆_發(fā)向道口控制器的命令：n 道閘控制命令：起桿和落桿信號n 報警控制命令：報警器和信號燈的啟動報警和解除報警n 攝像頭雨刷器動作控制命令：雨刷器起停詳細(xì)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)需與道口控制器的通訊協(xié)議結(jié)合起來定義。4.2.1.2 功能模塊控制臺核心功能是視頻管理功能，還包括用戶登錄管理等：n 視頻實時顯示、切換與控制：能夠自動或手工切換各個道口的車輛和行人通過的實時畫面；并能根據(jù)情況，人工來確定錄像的開始/結(jié)束時間。n 道口設(shè)備的人工控制：應(yīng)急情況下，人工控制道閘抬/落桿，信號燈變紅/變綠，以及報警燈