井下铁路信号微机集中联锁系统的改造.pdf

2 0 0 5年第 4期 梅山科技 1 9 井下铁路信号微机集中联锁系统的改造 李文芳 梅 山矿业公 司 南京2 1 0 0 4 1 摘 要 介绍梅 山铁矿井下--3 3 0水平铁路信号微机集中联锁 系统升级改造工程 ， 实现 了 运输 系统的安全、 稳定性和可靠性， 提 高运输效率。 关键词 井下铁路信号； P L C； 微机联锁 Re n o v a t i o n o f Co mp u t e r Ce n t r a l i z e d I n t e r l o c k i ng S y s t e m o f Un d e r g r o u nd Ra i l wa y Si g na 1 ．Li We n f a n g Me i s h a n Mi n i n g C o r p ． ， Na n j i n g 2 1 0 0 4 1 Ke y W o r d s U nd e r g r ou n d r a i l wa y s i g na l ； PLC； Co m p ut e r i nt e r l oc ki ng 0 引言 副控机 。 梅山矿业公司一3 3 0 水平二期工程设计年运 2 ． 3 室内部分 输量为 4 0 0万 t ， 于 2 0 0 4年实现。每班约有 4 O趟 系统硬件主要 由研华工控机 上位机 和西门 列车 每趟列车约 8 ～9节 2 0 t 矿车皮 由 3个编 子公司 P L C 下位机 5 4 c m彩色监视器、 打印机、 组机车同时作业 ， 运输 战线凸显繁忙。为提高系 控制台、 电源屏、 组合架、 车号译码器组成 。 统的安全性、 稳定性 、 可靠性， 提高运输效率 ， 确保 2 ． 4 软件组成 人身和设备安全， 一3 3 0水平信集 闭微机联锁系 i WI N C C是 西门子公 司一种 人机界面软 统升级改造工程于 2 0 0 3年 1 O月 i日至 8日完 件 ， 它是在生产和过程 自动化 中解决 可视化 和控 成 ， 由研华工控机 上位机 和西 门子公 司 P L C 制任务的工业技术 中性系统， 它提供 了适用 于工 下位机 取代原系统 P C一9 8 0 1 F C工控机、 非标 业的图形显示、 消息 、 归档以及报表的功能模板。 矩阵 J N和动态输出板 D T。 高性 能的过程耦合 、 快速的画面更新 、 以及可靠的 数据使其具有高度的实用性。 I 运输方式 2 S T E P 7是用于西 门子公司可编程逻辑控 电力牵引机 车在巷道行使进入各穿脉溜井 制器组态和编程的标准软件 ， 它是西门子公司工 群 ， 通过溜井振动放矿机将采 区原矿源源不断地 业软件的组成部分 。具有按用户 自动化解决方案 装入各矿车内， 装满完毕 ， 最后以 1 ． 8 k m／ h的速 组态硬件 、 组态网络和通讯连接、 编程语言、 诊断 度在卸矿站卸矿 。所有室外站场各类电机车运行 测试程序 、 数据 块参数 赋值 等 功能 。功 能块 图 路线均由信集闭微机联锁系统控制 ， 一3 3 0水平 F B D 是 S TE P 7编程语言的图形表达方式 ， 使用 运输系统站场平面见图 i 。 与布尔代数相类似的逻辑框来表达逻辑 。复合功 能可用逻辑框相连直接表达。 2 系统组成 3 用户软件包括命令输入和分析程序 ， 选路 2 ． 1 系统结构框图 见图 2 检查程序 ； 选路执行程序； 信号控制程序 ； 取消进 2 ． 2 室外部分 路程序； 故障解锁程序； 脉冲周期控制程序； 道岔 室外主要有 5 4段轨道区段， 2 9组道岔， 3 O架 人工解锁程序； 进路正常解锁 和中途折返解锁程 信号机组成 、 车号发送器 、 车号接收器 、 光缆 、 地面 序 ， 区段锁闭和解锁程序 、 单操道岔程序 、 信号人 维普资讯 2 0 梅 山科技 2 0 0 5年第 4期 手动道 手动道彷 1 2 “K I l I 手动道岔 一銎 ， 似 吠 一 图 1 3 3 0水平 运输 系统站场 平 面 图 工解锁程序 、 站场图形显示和处理程序、 定时程 序 、 操作台命令及设备状态变化记录处理程序等 。 这些程序都是模块化结构 ， 具有通用性， 现场条件 若有变动 ， 只需修改联锁表中相应的数据 ， 即可完 成站场联锁运算和显示 。 3运行 过程 计算机联锁实际上是微机周期性 的对室 内、 外设备当前状态和机内存贮器中的信息状态进行 扫描， 扫描周期为 2 0 0 ms ， 然后按联锁程序进行 逻辑运算 ， 决定是否输出控制信息 ， 通过推动元件 达到室外设备的执行 目的。 操作人员揿按 鼠标， 将排列进路、 单操道岔 、 故障解锁、 取消进路等各种命令通过 Wl NC C软 件功能由程序扫描通过通讯接 口输入 P L C， 再由 命令分析程序根据预定的编码去识别命令种类 ， 然后转入相应 的软件模块 ， 在确认命令 的合法性 后进行联锁检查 。执行具备条件 的命 令， 废弃不 能执行的命令 。同时轨道区段 ， 道岔和信号机等 设备的状态 ， 通过西门子输入模块 由程序扫描输 入微机， 并存入特定的内存 区段 ， 供联锁运算时检 查这些设备 的实时状态用 。 供联锁运算时检查轨道区段是否锁闭的状态 信息 ， 是由联锁程序在运算过程 中形成 的特定代 码 ， 贮存在相应 的状态信息区。联锁运算数据按 联锁表结构形成存入 内存 。对任何一条进路的运 算过程和逻辑关系都是相同 的， 联锁表提供了每 条进路中应参与联锁的运算 函数 ， 这就保证 了联 锁程序的通用性 ， 在命令执行过程 中， 对涉及到需 转换道岔位置 ， 开放信号等命令 ， 通过西门子输出 模块输出接 口， 由西 门子输 出模块核对 主机内部 和输 出接 口无故障后 ， 驱动控 制设备去控制道岔 维普资讯 李文芳 井下铁路信号微机集 中联锁 系统的改造 2 1 T c P ／ l P 协议 接矿局域网，以太网结构连接 ● 1 ． 雌 C o mp u te d 甲 ～ CP56地13 默 认 L ． 通 讯 卡 ‘ 井上部分 L _ O L M 缆 l 0 o 0 l l 光 电 转 换 器 P CI 、 P C 2 工控机内装W I N C C画面 组态，显示站场变化状态，操作 人员利用鼠标操作控制电机车 运行路线。 井下室内部分 采用 P r o fi b u s D P 总线结构 井下信集闭工控机 默认O o m p u ’ 面 丽 而丽 井 下 现 场 可 编 程 序 控 制 器 P b O 柜 测 西 门 子 公 司 I 臻 1 l 垡 量 I l戛 篙 答 镰 f l l 筝 I l搂 出 均 采 用 单 点 I 8 点l l 点 I l 曝 输出 I I I I l 譬 塑 l J 道 岔 l I 电 机 I I 轨 道l l 信 号 电 源 I l 电 源 I l 车 号 I I 电 路I l 视 电 l l 继 电 I I 采 样l I 表 示I l 路 表 啦l I 器 控 I I 输 入I I 输 入l l 示 输 输 I I 制 输 I I 信 号I I 信 号 l l 入 信 出1 l I 出1 l I l 2 点 I I 1 0 8 l l 号 5 点 l I 点 I I I I 点 l J 点 井下室I 外部分 Io } { 道岔 信号机数码管显示 绿妻I IXHDYJ IJWJC．．．480 ‘二 绿灯电源继电器 l l I l I译码器输入BcD码l I，Ⅵ， I l 1，十⋯ ，I 奉⋯ ov l ” 上2 2 ．．6 0 2 - 2 l 0 4 - 1 D B J 0 4 - 2 道 竽 电 源 继 器 l D J ＼ 十 D C D Y J 0 1 -3 ． 。 、 ， 。 0 l H l 图 2 系统 结构框 图 转换或开放信号 。站场图形和各种命令 的执行情 况 ， 显示在高分辨率彩色监视器屏幕上。通常情 况下， 站场图形显示为蓝色 ， 轨道区段锁闭时显示 白色， 有车占用时显示红色 ， 色灯信号机在屏幕上 显示相应于室外信号机灯光的颜色 ， 禁行信号为 红色 ， 开放信号为绿色 ， 断丝时闪烁。 4 系统 安全 1 故障倒 向安全。铁路信号是保证行车安 全的技术装备 ， 任何制式 的联锁设备都必须体现 故障一安全 即系统任何环节发生故 障时必须倒 向安全侧 这一基本原则 ， 危及行车安全的软件缺 陷， 可 以通过调试和运行考核得到纠正， 因此 ， 采 用经过运行考核的通用软件 ， 是保证行车安全 的 重要方式。 硬件对系统安全 的保证 ， 传统的方法是采用 安全型元件组成 系统。例如 继 电联锁 由安全型 继电器组成 ， 在 电路结构某些安全措施 的配合下 ， 实现故障一 安全原则 ， 但是 ， 微型计算机内部的逻 辑运算部件 ， 存贮信息 的部件 和接 口部件都是非 安全型文件。显然， 微机联锁只能 也必须从 系统 总体上采取措施 ， 却体现故 障一安 全原则。现 一 3 3 0 水平的微机联锁采取了以下各项措施。 2 两套运行程序。下位机 中设 置了两套软 件执行相同的功能。但结构不同 编程方法不同 ， 编程人员也不 同 ， 只有两套 软件 的运 算结果相 同， 其结果才被确认 ， 当运算结果不一致 时， 表 明 硬件或软件发生了故障， 不会有输 出， 实现了“ 故 障一安全” 原则。 由于两套程序置于不同的内存 区域 ， 并有各 自的输 出接 口， 两套程序已经过 时间的检验 ， 因 此 ， 比较两者 的运算结果 ， 就能检验 出硬件有无故 西 输 信 入 位 输 路 司， 输 两 码 公 块 示 用 编 用子模表采余 采门入号均 冗入 岔路示入号点 道电表输信 维普资讯 2 2 梅山科技 2 0 0 5年第 4期 障 。 3 表示信息冗余编码 。微机在执行联锁逻 辑运算时 ， 要对轨道区段、 道岔和信号机的状态作 出判断， 这些状态信息 由程序根据其实时状态定 时输入计算机 ， 经滤波后存贮在 RAM 区， 当存贮 这些信息的任一单元发生故 障时 ， 就有可能造成 运算结果的错误 而危及行车安全。为此， 采用 了 表示信息的冗余编码来确保故障一安全原则。即 每一设备状态用两位二进制码表示。如在 O 0 B、 1 0 B 、 0 1 B、 l 1 B四组编码 中取 1 0 B和 0 1 B为有 效码， 当由于硬件故障而出现 O 0 B、 l 1 B G两组非 法码时， 由软件检出并倒向安全侧 ， 如果是轨道状 态则判断为有车； 如果 是道岔状态则判断为四开 位 置 。 4 采用 8号可检测输 出模块。采用 了可 由 用户进行故障诊 断的 8路输 出接 口模块 ， 当发现 模块的任 以路有故障时， 立即强制系统导向安全 侧 ， 从而实现“ 故障一安全” 原则 。 5 配置条件电源 。为了进一步确保安全， 设 置了 两 个 分 别 控 制 绿 灯 信 号 电 源 的继 电器 XHD Y J和控制道岔动作 电源 的继 电器 D C DY J 。 这两个继电器平时均在无 电释放状态， 绿灯信号 电源 ⅪZ 2 2 0 L 和道岔动作 电源 D Z 2 2 0 均被断 开。只有当需要开放信号或转移道岔时 XHD Y J 或 D C D Y J才会 吸起。X J Z 2 2 0 L或 D Z 2 2 0才会 接通 。实现了多重安全保护。 5．系统功能 1 由研华 工控机 上位 机 和 西 门子公 司 P L C 下位机 组成信集闭系统的核心。 2 井下控 制 网络采用 P RO F I B US D P总 线结构 ， 工控机和 P L C之间通过 D P总线进行通 讯 。 3 设置井上控制室 和井下控制室两个控制 点 ， 两个控制点都拥有独立操作控制功能， 但不允 许同时操作， 必须通过权 限申请方可实现控制权 的转换 ， 实现一点控制， 另一点监视或浏览 当控 制点设备发生故障时实现控制权 自动转换 。 4 井上工控机和矿业公 司局域 网之间采用 以太 网结构连接， 以实现公司局域 网相关用户浏 览井下铁路信号动态站 场图形 画面和相关数据 ， 公司局域 网相关用户分为两层 ， 经授权后两层用 户可分别浏览不同控制画面和数据 。 5 系统操作控制方式 由原来 的控制台按钮 操作改为鼠标操作 。 6 操作提示保留汉字屏幕显示 ， 增加语音提 示 功能 。 7 增加对所有运行列车的车号 跟踪显示功 能 。 8 采用能数稳压断路器保护方式的 中站电 源屏取代原电子稳压， 保 险器保护方式的 中站电 源 屏 。 9 井下工控机和 P L C， 由一台 1 k VA的常 时工作制参数稳压器供 电， 其输入 电源引 自中站 电源屏专用输 出稳压电源 ， 形 成两级稳压和保护 的供 电方式 。 1 0 联锁软件的设计不 同于通常采用 的对应 于电气集中组合 电路 即以控制对象位模块 的方 法 ， 而是采用 了以功能位模块 的设计方法。这种 软件 不依赖于电气集 中电路 ， 因此 ， 定型率高， 通 用性强 ， 使用在不同的站场 ， 只需要输入相应的站 场数据就可完成联锁运算 ， 只要对 功能模块进行 取舍 ， 就可组成适合于井下铁路 ， 地面准轨铁路的 不 同特点和作业要求的联锁系统 。 1 1 功能模块包括选路检查 ， 选路执行 ， 单操 道岔检查， 单操道岔执行 ， 开 放和关闭信号 ， 解锁 进路 ， 道岔人工解锁 ， 故障解锁 ， 轨道 区段故障确 认 ， 车号跟踪等 3 0多个， 都包括在软件包 中。 6 信 号 表示 车号跟踪包括 1 每一台机车上安装一个车号发送器 ， 根据 已经编好的号码在列车运行 中发送 车号 ， 在井下 1 1 XQG 的 调 度 室 处 ， 8 D G 的 8号 道 岔 前 ， 2 4 2 5 DG的 2 5号道岔前各设一个车号接收器 ， 将经 过此处的接收到的车号通过电缆传送到调度室内 各 自的车号译码器， 译码器输 出端 的低 4位采用 B C D码通过西门子输入模块接 口输入 P L C， 进行 车号程序判断， 显示在站场屏幕上 。 2 车号发送器安装在机 车顶部或 侧上方 。 车号接收器安装在和车号发送 器相对 的巷道壁 上。车号发送器输入 电源为牵引直流 5 5 0 V， 由 发送器 内的逆变器变成交流后作 为发送器的工作 电源 ， 车号接收器输入电源为 2 2 0 V， 可引 自信号 维普资讯 李文芳井下铁路信号微机集中联锁 系统的改造 2 3 机和巷道照明电源。列车驶过上述三个车号接收 点的任一点时， 车号被译码器译码后采用 B C D码 送入计算机表示 回路。 车号接收器的输 出信号是峰值 为 l 2 V 的编 码脉冲串行信号 ， 须使用线径≥ l mm 的信号 电 缆传输 ， 在没有近距离强烈电磁干扰的情况下 ， 传 输距离≥2 k m。 3 为了进一步确保安全 ， 设置了条件 电源控 制绿灯信号电源的继 电器 X HD Y J ， 这个继 电器 平时均在无电释放状态 ， 绿灯信号 电源 X J Z 2 2 0 L 被断开。只有 当需要 开放信号 时 XHD Y J才 会吸起 。X J Z 2 2 0 L才会接通。实现了多重安全 保护。 7 系统特色 1 采用 P L C可 编程序控制器 的信集 闭系 统 。在井下矿山应用 ， 突出表现为设计 比原非标 矩阵 J N和动态输 出板 DT 分立元件 系统大大 简化， 硬件部分设备接线大幅度减少 ， 施工速度加 快 ， 调试容易 ， 出现问题查找方便 ， 特别是许多单 纯靠硬件接线实现起来非常繁琐和 困难的功能 ， 靠软件编程较为容易地实现了， 系统越复杂， 其优 越性越突出。 2 由于硬件设备减少 ， 机构部分故障相应降 低 ， 系统可靠性增强 ， 维护工作量减少 ， 维护人员 也随之减少 ， 其工作量及劳动强度降低。 3 可编程控制器编程 的软件是 由继 电器梯 形图直接构成 ， 清晰直观 、 形象方便、 易学好懂 ， 一 般人员在经过短期培训后即可掌握 ， 可根据线路 变化随时修改 ， 给现场使用带来了便利， 这一点较 之一般微机中的高级语 言更适合矿山现场， 优势 明显 。 4 矿山井下因环境恶劣 、 粉尘大、 湿气重、 温 度高、 通风差、 电磁干扰、 机械震动 、 电压不稳等一 系列问题 ， 限制了一般微机的下井和工作状态 ， 而 可编程控制正是为适应这种现场环境而设计制造 的抗外界干扰能力强 ， 质量有可靠的保证 ， 从而保 证了系统的可靠性 ， 使系统可以长时间、 稳定地工 作于井下环境中。 5 井下控制 网络采用 P R OF I B US D P总 线结构， 工控机和 P L C之间通过 D P总线进行通 讯。其通讯联 网功能得到加强， 为今后系统增加 远程分站及井上、 井下联网通讯实现调度中心集 中监控提供了技术保证 。 6 选用小 型化 的 Z D一6型电动转辙机 ， 体 积小、 重量轻 ， 允许频繁挤岔， 性能可靠 ， 使用效果 良好 ， 本系统线路复杂 ， 使用 电动转辙机共 2 9台， 是 目前 国内井下信集闭系统中数量最多的。 8结论 信集闭系统的作用是保证运输安全 、 提高运 输效率、 加快车辆周转、 减少运输服务人员、 降低 工人劳动强度 、 降低消耗。效率十分明显。 保证运输安全 。改善劳动条件 ， 减轻调度员 劳动强度。提高 自动化水平 ； 可减员增效， 节省开 支。车辆集中统一调度， 增强了车场和 区间的通 过能力 ， 加速机车周转 ， 提高运输效率 。减少机车 刹车、 停车和重新启动 ， 省电节能明显。 编辑 于 留春 维普资讯