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基于RFID的铁路防挤岔机理分析.pdf

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西南交通大学硕士学位论文主要工作贡献声明本人在学位论文中所做的主要工作或贡献如下1通过对道岔区段联锁控制、机车信号状态等分析,得出机车发生挤岔情况多是因为不能按标准化作业操作人为因素造成的,在此基础上得出一种防挤岔的思路。2通过对现有防挤岔系统方案的研究,分析对比现有改进方案的优缺点。3通过对道岔结构工作原理的认识,总结归纳不同类型的道岔的可能出现的挤岔情况。4根据对多种现有常用无线通信方式的对比、道岔控制电路的深入认识研究,提出一种防挤岔控制方案,阐述其防挤岔的机理并提出所需进一步工作。本人郑重声明所呈交的学位论文,是在导师指导下独立进行研究工作所得的成果。除文中已经注明引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体,均己在文中作了明确说明。本人完全了解违反上述声明所引起的一切法律责任将由本人承担。学位论文作者签名啮磁带日期砂仃.f·V万方数据西南交通大学硕士研究生学位论文 第l页摘要作为我国交通运输必不可缺少的一部分,更是作为我国最为重要的基础设施,铁路对我国经济的腾飞起到了至关重要的作用。最近10年间,我国铁路事业出现了跨越式的发展,在这样的背景下,铁路运输生产安全就越来越被人们所关注。作为铁路运输中的三大惯性事故之一,挤岔事故理应是铁路部门防范的重中之重。所以避免出现挤岔事故对于铁路安全来说就显得尤为重要。本论文基于对现有防挤岔改进方案的对比,总结现有方案的优缺点。通过对行车实际情况以及道岔区段的行车环境进行深入认识,仔细研究道岔与信号机,道岔与进路之间的联锁控制。挤岔事故的发生,绝大多数情况是因为都是在无码区进行调车作业,在这样的情况下机车车载安全设备不能够起到其应有的作用,而依靠员工进行信号识别时可能出现操作不当等情况。在这样的情况下,通过提高管理机制来控制挤岔事故的发生,收效甚微。在此基础上,提出增加设备将道岔开通状况传递给车辆就具有重要的意义。为了消除司机臆测行车所带来的安全隐患,则要保证列车能够接收到道岔开通状态的信息。需要加装一套无线通信设备,通过对现有常用无线通信方式的比较,选择在道岔区段运行环境中有较大优势的RFID。论文中提出的解决方法是加装一套RFID设备,在机车前端下方加装RFID的阅读器和道岔前端适合位置加装RFID电子标签。当机车进入可接受信息范围时,车载设备接收到信号,确认道岔的开通情况,若开通正确不影响正常行车,若开通错误则能够自动采取紧急停车。这样就能够在很大程度上避免挤岔事故的发生,进而提升铁路运输安全。关键词挤岔事故、联锁控制、RFID无线射频识别、防挤岔装置万方数据西南交通大学硕士研究生学位论文 第lI页Ab stractRailway is the country s infrastructure,the backbone of the transportation system,theartery of national economy and mass transport in today’S China play an important role.Railway transportation safety Can satisfy the requirement of national key material,engineering construction,scientific research base and military transportation,but alsobrought vigor and vitality into local economic development and technological development.With the rapid development of China’S railway transport,protect the security of rail transportbecomes more important.Approach,one of the three inertial accident,in the process ofchanging lanes or through route squeeze the fork accident still is the dead security guard’Sfacilities.Fork to prevent accidents on squeeze the fork to ensure safe and smooth railtransport has great significance.In this paper,based on the comparison of the existing antiextrusion fork improvementprogram,summarizes the advantages and disadvantages of existing programs.get the depthunderstanding of the driving environment in the switch section,careful study of the interlocksystem between tumout and signal,between tumout and through route.After a lot ofsqueeze the tumout accident analysis,indicating the reason is due to crowd tumout occurredin the absence of the majority of shunting operation code area,the vehicle in thissegment,traffic safety equipment Can not play an effective control,it need to manuallyconfirm the signal.frequently people neglect SO cannot carefully cuted according tostandardized operations.In this case,by improving the management mechanism to controlthe squeeze bifurcated accident that produce little effect.On that basis,we propose toincrease device that can turn the situation will be very meaningful to the vehicle passed.To maximize eliminate driver’S guesswork that brought traffic safety problems,the needto ensure that trains can receive ination tumouts open state.Need to install a wirelesscommunications device,by comparison of existing wireless communication thenchoose the RFID.Paper proposed solution is to install a set of RFID equipment,install thefront beneath the locomotive and tumout RFID reader suitable location to install the frontRFID tags.When the locomotive enters the acceptable range of ination,incar devicereceives a signal to confirm patency turnout,if the opening is right does not affect normaldriving,if the error is opened automatically take emergency stop.In order to ensure trafficsafety,prevent squeeze fork accidents occur.Keywordssqueeze fork accident,interlock control,RFID radio frequency identification,anti.saueeze bifurcated device万方数据西南交通大学硕士研究生学位论文 第1I I页目 录第1章绪论11.1问题的提出11.2道岔区段行车安全研究现状11-3论文研究主要内容与方法5第2章道岔区段运行控制72.1联锁控制系统72.1.1联锁控制系统概况一72.1.2道岔与信号机之间联锁一92.1.3道岔与进路之间联锁1 02.2轨道电路..122.2.1轨道电路的组成和作用122.2.2道岔区段轨道电路142.3道岔控制电路..152.3.1道岔启动电路152.3.2道岔表示电路1 82.4道岔区段机车信号状态一202.4.1机车信号系统及其显示202.4.2轨道电路电码化222.4.3电路电码化的类型222.4.4道岔区段机车信号的状态25第3章形成挤道岔事故的分析..303.1道岔结构与状态..303.1.1道岔基本组成和工作原理303.1.2道岔的锁闭方式3 13.1.3铁路道岔状态及常见故障模式323.2挤岔形成及处理..333.2.1挤岔类型333.2.2挤岔事例及成因37万方数据西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 V页3.2.3挤岔事故的处理38第4章防挤岔方法研究..404.1 RFID无线射频识别技术的应用404.1.1高频通信方案比较404.1.2RFID设备的工作原理及类型一414.2 RFID防挤岔方案设计434.3 RFID防挤岔方法实现方式444.4 RFID防挤岔方法实施与进二步工作46结论与展望47致 谢48参考文献49万方数据西南交通大学硕士研究生学位论文 第1页1.1问题的提出第1章绪论作为我国交通运输必不可缺少的一部分,铁路运输具备能耗低和运量大的优点。要保证这个经济大动脉的畅通、保证人民群众的便捷出行、保证物流顺畅,必须把安全放在首位【2]。随着我国经济的不断腾飞,我国在新的五年规划中又一次将铁路建设作为了重点,现阶段已经初步形成了“四纵四横”的铁路网络,至2014年我国的运营铁路已经突破了十万公里。与此同时,与铁路交通相应的配套设施也在不断的完善、更新。机车在行车过程中,会接受道床上信号设备发送相关信息,进而在机车安全设备的监控下实现安全运行。在现阶段,车站调度也能够在轨道电路电码化技术的帮助下实时监控机车状态,并且加以调控,但是出于技术运用不成熟以及成本的考虑,没有实现全路列装。在铁路运营,特别是货运机车中,调车作业是日常工作的重要部分,而铁路事故中,由调车作业引起的挤岔事故比重较大。而车站作为调车作业最为频繁的地点,更是挤岔事故的多发地带。在作业的生产过程中,往往是依靠员工使用对讲机进行呼叫应答,在这样的情况下,长时间工作势必会出现注意力不集中的情况,特别是一些员工不按标准化作业操作,更是造成了挤岔事故的频繁发生。研究挤岔事故发生的原因,掌握发生的规律采取相应的对策,防止挤岔事故的发生,就能够在现有基础上确保铁路运输的顺利进行,能够迅速提升铁路运输的安全性【3j。综上所述,深入分析研究怎样才能防止挤岔事故的发生,保证机车能够顺利的通过道岔,确保铁路运输安全是非常有必要的。1.2道岔区段行车安全研究现状我国在铁路安全运输方面也做了大量的工作,随着铁道公司对行车安全设施的大量投入,各类行车事故明显减少,但是随着经济的快速增长,调车作业也越来越多,而在现阶段机车调车还是依托于调度的指令以及扳道工的手动扳道,这种由调度员、扳道员等通过简单的人工应答方式来完成的机车控制,很容易引起操作人员的误操作或是对信号的误认,从而引发挤岔事故的发生。在这样的情况下降低了机车运行的安全性。仅仅依靠对标准化作业的强调,想要彻底消除挤岔事故的发生是收效甚微的。随着针对道岔区段运行安全的研究不断深入,越来越多的方法被提出用来作为道岔区段运行的安全保障手段,比较典型的几种保障方案如下所示1道岔位置表示冗余系统主要结构组成如下图所示,通常情况下有转撤机,线万方数据西南交通大学硕士研究生学位论文 第2页缆,密贴检查器,挤岔记忆拉板以及电器柜等等部分。见图11。图11道岔位置表示冗余系统结构示意图一1道岔表示冗余系统的主要目的就是使得道岔能够存在冗余表示、挤岔监督和检查功能。一般情况下该系统存在二种不同的情况第一,是所有站段的道岔都具备上诉功能;第二,单单在正线道岔实现上述功能,对于使用较少的侧线道岔单单实现挤岔监督。通常使用第一种方式作为道岔冗余表示系统的实现方案,系统中的冗余指的是道岔的室外动作通过转辙机传递到车站联锁系统之后,同时通过密贴检查器传达到系统控制柜,然后系统控制会把表示信号再传递到车站联锁系统,另外控制柜还会将道岔信息表示在道岔表示盘上,从而实现两方面的表示传达,形成冗余。采用该系统之后,系统电路与原有的道岔控制电路相结合,能够实时清晰的反映道岔的真实状态,解决了因为道岔位置表示错误而可能引发挤岔事故的问题,但该方案只能解决道岔表示错误的问题,道岔冗余表示系统由于其对现有的道岔表示方案进行了较多的改进,冗余信号来自于后期加装的道岔密贴检查器,而该方案的实现需要改造道岔结构,在每个道岔位置加装密贴检查器,同时需要改造车站联锁系统增加冗余信号显示,需要在软件和硬件两个层面改造现有系统,复杂程度高,可行性较低。可靠性尚未得到验证,还未推广使用,但该系统的方案是解决挤岔问题的正确角度之2在出入库走行时使用机车监控装置来防止挤道岔,其主要工作方式如下该方法的设计思路是首先要求车辆的乘务人员严格按照地面信号的显示行车。然后在车辆的进路中,要求所有道岔的顺向开放位置正确地面信号显示绿色,同时地面环线向车辆发送信号码,车辆的机车监控装置接收到信号码之后会利用语音和灯光来显示允许通过信号。在所有的道岔没有处于正确位置时,亦或者值班工作人员未发出出入库指令时,系统会及时做出反应一方面地面信号会变红;另一方面机车会出现万方数据西南交通大学硕士研究生学位论文 第3页语言警报和灯闪警报,如果司机没有及时停车,此时机车会自动运行制动系统,进而防止事故的产生。该系统的运行原理如图1.2所示。|地藤轨道环线发秘l枧车信号感应器图12防挤岔流程图该方法具有以下特点①该方法采用现有的机车监控装置,避免了装置的升级和改造节约了成本,同时实现在未联锁道岔区域的机车车辆监控,有较大的应用价值。②基于机车监控装置,可以做到在道岔位置不正确,动车时机错误或者车辆溜逸时能够实现对车辆的紧急控制,为了便于管理,还可以在同一时间存储数据。该方案设置地面环线发码系统,通过改造车载监控装置,来实现道岔开通或者允许通过的双重确认功能,本方案实际仍是利用地面信号机信号结合车载设备的显示和控制功能来确认道岔状态,解决了信号禁行情况下车辆运行的问题,但并不能消除信号正确但道岔位置错误的隐患,保障功能较为片面。3采用电磁感应原理在道岔前方适当位置安装电磁信号发生器,在机车前端安装一个电磁信号感应器。若道岔开通错误电磁信号发生器产生感应电流,此感应电流经放大器使继电器作用,启动自动停车装置。地面信号发生器电路如图13所示。万方数据西南交通大学硕士研究生学位论文 第4页适荔联馥电譬发筘图l一3电磁信号发生器电路若某一股道岔前方进路须经过1撑、3撑、5撑道岔,当三个道岔同时开通正确时,联锁开关K1、K3、K5在同一时间断开,假如存在任何一个道岔没有开通正确,至少存在一个开关处于闭合状态,进而使得发生器接通电源,产生电磁信号。机车信号感应器产生的电流接通自动停车电路,使机车自动停车。在此方案中,若对应不同的进路则需要设置不同的控制电路,使整个系统比较繁冗,采用加装电磁感应设备,电磁信号发送时容易受天气,障碍物等削弱影响,降低了整套设备的可靠性。4道岔的开闭直接控制继电器的开断,进而来控制地面辅助设备,车载设备,信号发射器等等设备的接通状态。为了防止出现发送错误信息的情况,必须要在道床检查设备的监控下报告机车行驶方向。一旦出现道岔处于不正确的状态,亦或是车辆在过道岔前道岔出现转动等情况,会第一时间触动信号发送,进而使得机车在车载设备的作用下发出警报,使得机车迅速制动。其逻辑控制原理图如图14所示。图1.4控制逻辑图车辆在过道岔前道岔出现转动等情况,开关1DQJ会在第一时间闭合,使得电路接通,发出信号,若道岔未转换则道岔处于定位或反位FBJ或1DQJ吸起,同时检测装置检测到车辆运行方向,一旦出现道岔处于不正确的状态,在车载设备的作用下发出警报,使得机车迅速制动。此方案通过加装检测装置避免误发信息,且这种装置可以获取道岔的定反位信息,在实际运用中,使用时更加灵活方便。万方数据西南交通大学硕士研究生学位论文 第5页该方案基于道岔控制电路设计,通过检测电路中继电器的开闭状态来判断道岔的开通情况,该方案的弊端在于无法准确获得道岔的准确位置信息,即使道岔继电器位置正确,道岔仍有可能由于外界因素的影响转辙不到位,即电路动作正确而道岔位置不正确的情况。此外,信号发射器与车载设备的信息传输是一个难点,涉及到车次的筛选,信息防止误发送和误接收等,这都对该方案的实现造成了很大的阻碍。除了以上几种防挤岔的思路和方案,还有很多别的方案和装置被开发出来,例如可挤型转辙机、可挤道岔等等,这些方案和装置从不同的角度来解决挤岔风险对铁路行车安全的影响。在可以实际解决上述难题的同时,该方法也不可避免的会存在一些漏洞。通常在低速情况下能够有效地防止或消除挤岔带来的危害,而随着挤岔的速度的增大,则防挤岔实现的难度越高;或者系统效果明显但构建复杂并且可靠性低,在降低挤岔风险的同时带来了其他安全隐患,因此当前的防挤岔方案仍存在相当大的局限性。1.3论文研究主要内容与方法本文主要研究铁路在道岔区段防止挤岔,以铁路道岔区段引起挤岔事故的各种因素作为本文的分析主要目标,在理论结合实际工作的基础上,依据实际铁路运输,深入分析了车辆在道岔的行车状况,其目的就是探索整体性分析道岔区段行车安全引起挤岔事故的各种风险因素,为道岔区段安全行车提供基础的依据,并利用现有的道岔控制电路,分析现有设备的条件下提出一种防挤岔的方案。本文通过对车站联锁设备、机车信号等相关知识进行深入认识,针对挤岔即防止挤岔的方法提出了切实有效的解决办法。通过对道岔结构的认识,通过对车站作业过程的了解,把握了车辆在道岔区段运行中造成挤岔的原因。一、对现有防挤岔方案研究,对比其优缺点。对车站联锁系统、车站与信号机问联锁、车站与进路间联锁、轨道电路、行车安全装备等道岔区段相关运行环境深入研究了解,进一步提出了防挤道岔的相关措施。二、对道岔的基本结构以及工作原理进行深入了解研究,了解道岔的闭锁方式以及常见故障,深入了解挤道岔形成机理,挖掘出事故产生的原因。三、提出了一套行之有效的防挤岔系统。对比现有高频通信方式的优缺点,提出一种具体的控制方案,并提出所需的进一步工作。整篇论文结构如下第一章,对论文的主题背景进行全面的介绍,对现阶段己存在的防挤岔改进方案进行剖析对比,对全文的结构进行简介。第二章,研究分析道岔所处的运行背景,对联锁系统,行车安全装备,轨道电路万方数据
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