基于 GSM無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的鐵路站場(chǎng)照明遠(yuǎn)控方式研究

余 翔

(中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,西安 710043)

1 概況

鐵路車(chē)站是辦理客貨運(yùn)輸?shù)幕?除了辦理客貨運(yùn)輸各項(xiàng)作業(yè)外,還要辦理與列車(chē)運(yùn)行有關(guān)的接發(fā)、會(huì)讓、越行,車(chē)列的解體、編組,機(jī)車(chē)的換掛、整備,車(chē)輛的檢查、修理等各項(xiàng)作業(yè)。車(chē)站不僅是鐵路內(nèi)部各項(xiàng)作業(yè)的匯合點(diǎn),也是提高鐵路運(yùn)輸效率和運(yùn)輸安全的保證。鐵路站場(chǎng)照明是保證行車(chē)安全、提高勞動(dòng)效率、保護(hù)視看者視力健康、創(chuàng)造舒適環(huán)境的必要條件。近些年隨著技術(shù)水平的發(fā)展,鐵路站場(chǎng)照明設(shè)施已經(jīng)得到了很大程度的完善,燈塔、燈橋等大型照明設(shè)備的應(yīng)用已經(jīng)得到了很大程度的普及,有力地保障了鐵路的全天候安全運(yùn)營(yíng)。面對(duì)全世界范圍內(nèi)的能源與環(huán)境危機(jī),如何跟上鐵路車(chē)站設(shè)備和作業(yè)過(guò)程現(xiàn)代化和自動(dòng)化的步伐,提高站場(chǎng)照明的信息化水平,減少現(xiàn)場(chǎng)控制人員的操作強(qiáng)度,通過(guò)科技手段實(shí)現(xiàn)鐵路站場(chǎng)照明的節(jié)能目標(biāo),是鐵路照明設(shè)計(jì)目前的任務(wù)之一。

2 鐵路站場(chǎng)照明控制問(wèn)題的提出

鐵路站場(chǎng)照明設(shè)計(jì)主要包含照明設(shè)備選擇、照明設(shè)備布置方案的確定、照明控制方式的選擇和照明配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)。目前鐵路站場(chǎng)照明設(shè)備主要是以燈塔、燈橋等高效的照明設(shè)備為主,實(shí)際照明效果也較好,照明設(shè)備的布置方案在《鐵路電力設(shè)計(jì)手冊(cè)》等資料中介紹也比較多,在照明設(shè)計(jì)中尚需改進(jìn)的問(wèn)題主要是在照明控制方式和與之配套的照明配電系統(tǒng)方面。

既有鐵路站場(chǎng)照明設(shè)備多采用有線控制方式,站場(chǎng)照明系統(tǒng)存在電力線路利用率低,維護(hù)不便、控制方式不靈活、節(jié)能效果差等問(wèn)題。特別對(duì)于大型的站場(chǎng)而言,問(wèn)題尤為突出,采用有線控制方式勢(shì)必需要使用大量的電纜,這既增加了工程建設(shè)成本也增加了建成后運(yùn)營(yíng)維護(hù)電纜線路的工作量,特別由于控制方式的不靈活,車(chē)站每年要花很高的代價(jià)來(lái)維持車(chē)站照明設(shè)施的使用,嚴(yán)重制約著車(chē)站節(jié)能和降低運(yùn)營(yíng)成本目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

隨著科學(xué)技術(shù)和信息化水平的普及,手機(jī)成為日常生活不可缺少的物品,GSM無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)遍布我們身邊的每個(gè)角落,GSM無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)以其網(wǎng)絡(luò)容量大、穩(wěn)定性強(qiáng)不易受干擾、信息靈敏、通話(huà)死角少的特點(diǎn),保障著隨時(shí)隨地全天候的可靠通信。正是 GSM無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的普及,使得利用 GSM無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)通道進(jìn)行照明控制成為改進(jìn)既有的鐵路站場(chǎng)照明控制方式的一種可行方案。

3 鐵路站場(chǎng)照明遠(yuǎn)控方式研究

根據(jù)《鐵路電力設(shè)計(jì)規(guī)范》(TB10006—2006)“燈橋電源控制箱宜同時(shí)具有遠(yuǎn)控、自控、就地手控等控制方式”的要求,既有站場(chǎng)照明一般都設(shè)有自控和就地手動(dòng)方式,自控一般采用光、時(shí)控方式,而就地手動(dòng)方式多用于檢修或在自動(dòng)、遠(yuǎn)控方式發(fā)生故障時(shí)使用。鐵路站場(chǎng)照明一般是在有作業(yè)需要時(shí)開(kāi)啟照明,在無(wú)作業(yè)需要時(shí)關(guān)閉照明,以節(jié)約電能。但光、時(shí)控只能根據(jù)室外光線強(qiáng)度或設(shè)定好的時(shí)間來(lái)控制燈的開(kāi)啟,如采用光控,即使無(wú)作業(yè)需要,只要到了天黑的時(shí)候,它也會(huì)將燈開(kāi)啟,無(wú)法做到按需開(kāi)燈;如采用時(shí)控,由于車(chē)站上有些作業(yè)并不是每天都會(huì)在特定的時(shí)間點(diǎn)來(lái)進(jìn)行,因此同樣也無(wú)法實(shí)現(xiàn)按需開(kāi)燈。因此鐵路站場(chǎng)照明一般還設(shè)有遠(yuǎn)控方式,為保證能夠及時(shí)開(kāi)燈,一般遠(yuǎn)控終端都設(shè)在 24h有人值班的車(chē)站運(yùn)轉(zhuǎn)室。自控和就地手動(dòng)控制方式較為成熟,本文重點(diǎn)進(jìn)行遠(yuǎn)控方式的研究。

目前鐵路站場(chǎng)照明普遍采用的遠(yuǎn)控方式根據(jù)控制線路與配電電源線路的關(guān)系,可分為獨(dú)立式與共用式。獨(dú)立式,照明設(shè)備的控制由配電電源線路和控制線路兩條線路來(lái)完成,配電電源線只負(fù)責(zé)給照明設(shè)備供電,控制線路來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)照明設(shè)備的控制;共用式,照明設(shè)備的控制只需要 1條線路來(lái)完成,其配電電源線路即為控制線路。

兩種方式的優(yōu)缺點(diǎn)如表1所示。

表1 兩種遠(yuǎn)控方式的優(yōu)缺點(diǎn)

以上兩種方式各有其優(yōu)缺點(diǎn)。獨(dú)立式的優(yōu)點(diǎn)在于電源接引方式靈活,站場(chǎng)配電系統(tǒng)可以采用樹(shù)干式向各照明設(shè)備供電,能夠提高配電線路的利用率;共用式的優(yōu)點(diǎn)在于不需敷設(shè)控制線路,但站場(chǎng)配電系統(tǒng)必需采用放射式向每座照明設(shè)備供電,運(yùn)轉(zhuǎn)室的控制端至設(shè)備間需敷設(shè) 1條專(zhuān)用配電線路,以便既起到提供電源,又起到控制的作用。如能有一種方式把獨(dú)立式與共用式的優(yōu)點(diǎn)集于一體,使站場(chǎng)內(nèi)的照明設(shè)備既可以就近方便地接引到電源,又可以不單獨(dú)敷設(shè)控制線路就能實(shí)現(xiàn)在運(yùn)轉(zhuǎn)室的遠(yuǎn)控,那這種方式將不但可以方便地進(jìn)行照明控制,又可以降低建設(shè)成本,將完美解決站場(chǎng)照明控制問(wèn)題。

4 基于 GSM無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的鐵路站場(chǎng)照明遠(yuǎn)控方式的原理

基于GSM無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的鐵路站場(chǎng)照明遠(yuǎn)控方式使站場(chǎng)照明問(wèn)題的解決成為可能。具體如圖1所示。

圖1 基于GSM無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的鐵路站場(chǎng)照明控制示意

這種控制系統(tǒng)與普通手機(jī)通信類(lèi)似,由控制端、無(wú)線通信網(wǎng)、受控端組成。

控制端:普通固定電話(huà)或手機(jī),用于發(fā)出開(kāi)燈和關(guān)燈信號(hào)。

無(wú)線通信網(wǎng):利用現(xiàn)有的 GSM無(wú)線移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)。GSM無(wú)線通信網(wǎng)主要組成部分可分為基站子系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)?；咀酉到y(tǒng)(簡(jiǎn)稱(chēng)基站 BS)由基站收發(fā)臺(tái)(BTS)和基站控制器(BSC)組成;網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)由移動(dòng)交換中心(MSC)和操作維護(hù)中心(OMC)以及原地位置寄存器(HLR)、訪問(wèn)位置寄存器(VLR)、鑒權(quán)中心(AUC)和設(shè)備標(biāo)志寄存器(EIR)等組成?；咀酉到y(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)均由移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商負(fù)責(zé)其日常維護(hù),并向手機(jī)客戶(hù)端提供服務(wù)。

受控端:一個(gè)由手機(jī)模塊和單片機(jī)組成的一個(gè)信號(hào)接受、控制裝置。通過(guò)撥打電話(huà)時(shí)的來(lái)電顯示和振鈴聲的觸發(fā)下,來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)燈具的開(kāi)、關(guān)的控制。

受控端原理:WECOMSMS加上單片機(jī)組成的一個(gè)控制系統(tǒng)。WECOMSMS主要是用來(lái)建立無(wú)線信道,并接收和發(fā)出短消息。單片機(jī)系統(tǒng)用來(lái)控制手機(jī)模塊,并且對(duì)收到的短消息信息進(jìn)行解釋并執(zhí)行。單片機(jī)控制板采用雙 CPU模式,使系統(tǒng)能同時(shí)處理多項(xiàng)任務(wù),采用獨(dú)立時(shí)鐘的看門(mén)狗電路,防止軟件死機(jī)。由 MT8870S負(fù)責(zé)雙音頻解碼,完成 DTMF通話(huà)遙控,MAX232完成和計(jì)算機(jī)的 RS232通訊,CD4094完成輸出串行轉(zhuǎn)并行的八路隔離驅(qū)動(dòng)繼電器。具體原理詳見(jiàn)圖2。

圖2 受控端原理

調(diào)整受控端進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)后,用手機(jī)向受控端SIM卡號(hào)碼發(fā)一條內(nèi)容為“打開(kāi)第一路”的短消息,受控端收到短信后,J1發(fā)光管會(huì)亮,同時(shí) J1繼電器吸合。再發(fā)一條內(nèi)容為“關(guān)閉第一路”的短消息,受控端收到后,J1發(fā)光管滅,同時(shí) J1繼電器釋放,這就是短信遙控功能。我們還可以發(fā)一條短信同時(shí)遙控多路繼電器實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)照明回路的控制。

如果在發(fā)出短信遙控指令后加上一個(gè)“?”就能遙控繼電器的同時(shí),讓受控端自動(dòng)回復(fù)一條控制結(jié)果狀態(tài)短信,例如發(fā)出“打開(kāi)第五路?”的控制短信息,系統(tǒng)就能自動(dòng)打開(kāi)第五路,并且自動(dòng)回復(fù)一條“打開(kāi)第五路”表示第五路確實(shí)已經(jīng)打開(kāi)了。也可以單獨(dú)發(fā)送短信“狀態(tài)查詢(xún)”獲得繼電器的最新開(kāi)關(guān)狀態(tài)。

DTMF遙控:用電話(huà)撥打受控端,聽(tīng)到 4～5聲回鈴音以后,受控端能自動(dòng)接通。接通后,在電話(huà)鍵盤(pán)上按“1*”第一路繼電器應(yīng)吸合,按“2*”第二路繼電器吸合,……按“8*”第8路繼電器吸合。按“1號(hào)”第一路繼電器釋放,……按“8號(hào)”第八路繼電器釋放。

5 基于 GSM無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的鐵路站場(chǎng)照明遠(yuǎn)控方式的實(shí)施方案

采用基于 GSM無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的鐵路站場(chǎng)照明遠(yuǎn)控方式的照明控制可采用圖3方案,如對(duì)單照明回路控制原理進(jìn)行擴(kuò)展,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)回路的控制。

圖3 單照明回路控制原理

6 實(shí)施效果

采用基于 GSM無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的鐵路站場(chǎng)照明控制方式(即無(wú)線式)的站場(chǎng)照明系統(tǒng),既具有獨(dú)立式電源接引方便、電源線路短的特點(diǎn),又具有共用式不需敷設(shè)控制線路的特點(diǎn),它擁有獨(dú)立式與共用式兩者的優(yōu)點(diǎn),并很好地消除了獨(dú)立式與共用式的缺點(diǎn)。

采用這種遠(yuǎn)控方式的站場(chǎng)照明系統(tǒng)在改建鐵路京包線大同至包頭段電氣化改造工程中已得到應(yīng)用,并通過(guò)驗(yàn)收,投入運(yùn)營(yíng)。大包線集包段設(shè)站 30處,全線設(shè)有燈塔 70座,燈橋 23座,獨(dú)立式、共用式、無(wú)線式 3種照明控制方式的建設(shè)投資(不含照明設(shè)備)及運(yùn)營(yíng)成本比較如表2所示。

表2 3種照明控制方式建設(shè)投資及運(yùn)營(yíng)成本比較

從建設(shè)投資和運(yùn)營(yíng)成本的綜合效益來(lái)說(shuō),采用基于 GSM無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的鐵路站場(chǎng)照明控制方式均遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于獨(dú)立式和共用式的遠(yuǎn)控方式。

基于 GSM無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的鐵路站場(chǎng)照明遠(yuǎn)控方式使站場(chǎng)照明實(shí)現(xiàn)了信息化控制,由于它不像其他遠(yuǎn)控方式有固定的控制端,因此這種控制方式可以實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地、全天候控制,不管在什么地方只要有固定電話(huà)、手機(jī)就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)站場(chǎng)照明設(shè)施的實(shí)時(shí)控制,極大地方便了現(xiàn)場(chǎng)控制人員,減輕了工作強(qiáng)度;這種控制方式也不存在普通有線方式存在的線路檢修、維護(hù)問(wèn)題;對(duì)于設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō),也不存在控制距離太長(zhǎng),接觸器線圈兩端電壓過(guò)低無(wú)法操作的問(wèn)題。

7 結(jié)語(yǔ)

采用基于GSM無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的鐵路站場(chǎng)照明遠(yuǎn)控方式對(duì)長(zhǎng)大鐵路線和大規(guī)模鐵路站場(chǎng)照明控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō),具有顯著的優(yōu)點(diǎn),提高了鐵路照明控制系統(tǒng)的信息化水平,減輕了現(xiàn)場(chǎng)控制人員的工作強(qiáng)度,減少了線路檢修、維護(hù)難的問(wèn)題,節(jié)約了能源,為鐵路運(yùn)營(yíng)帶來(lái)了良好的綜合效益。

[1]蔣昌星,馮 勁,徐竟天,等.基于 GSM遠(yuǎn)傳的油田集油站監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2009(9).

[2]張春艷.簡(jiǎn)單 GSM短信遠(yuǎn)程開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)原理[J].齊齊哈爾大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2009,25(3).