专利名称：钴60货运列车检查用的列车辐射安全联锁方法及其系统的制作方法
技术领域：
钴60货运列车检查用的列车辐射安全联锁方法及其系统属于铁路列车检查用的辐射安全联锁技术领域。
本发明所述的列车辐射安全联锁方法的特征在于，它依次含有以下步骤(1).用位于铁轨上检测通道两端的两对火车行驶方向磁传感器来判别火车行驶方向；(1.1).若判定为出境方向，则再判断快门状态；(1.1.1).若快门关闭，则禁止再开快门，检查终止；(1.1.2).若快门开启，则关闭快门，禁止再开，检查终止；(1.2).若判定为入境方向，则执行下一步骤；(2).用基于货车车轮间距法或车厢间隙计数法的货车识别传感器组检测到的识别结果信号之一和系统收到的货车确认信号共同判别火车类别，即两者相与为“1”，确认为货车，反之，则确认为客车；(2.1).若为客车，则根据步骤(1.1)再判断快门状态执行相应操作；(2.2).若为货车，则执行下一步骤；(3).根据沿着火车入境方向安装在检测通道另一端的开快门传感器是否检测到机车到达信号来判断司机是否已到达安全区也即机车是否到达允许打开快门的位置；(3.1).若检测到机车到达信号则发出开快门指令，执行开快门操作；(3.2).若检测不到机车到达信号，则按步骤(1.1)判断快门状态，执行相应操作；
(4).打开快门，用钴60射线检查货车；(4.1).若遇紧急情况，则关闭快门，检查终止；(4.2).若在15秒内另一个火车行驶方向磁传感器未检测到车轮到达信号，则认为火车已离开，此时关闭快门，终止检查操作。所述步骤(2)的火车类别判断它同时使用了车轮间距法和车厢间隙计数法，它们分别依次含有以下步骤(1).车轮间距法(1.1).判断机车是否已经沿着入境方向通过设在一根铁轨内侧可发出识别信号的货车车轮间距识别用磁传感器后到达屏蔽机车用磁传感器的位置；(1.2).若机车已达到步骤(1.1)所述的位置则发出开始识别信号并进行识别；(1.3).若机车沿着入境方向进一步到达了设在同一根铁轨内侧的用于发出结束判断并读取识别结果信号的机车到达传感器的位置，则发出机车到达信号，接着判断两个货车车轮间距识别用传感器的输出是否曾同为低电平若曾同为低电平，则识别结果为货车；若未曾同为低电平，则识别结果为客车，结束判别；(2).车厢间隙计数法(2.1).判断沿火车入境方向预设在铁轨上的车厢间隙数统计区间两端的磁传感器中沿入境方向的一个即开始计数用磁传感器是否检测到列车到达信号；(2.2).若已经检测到列车到达信号，则用分别位于上述区间内的铁轨两侧且安放高度只能使检测光从车厢间隙中通过的光电发射器和相应的接收器来计数通过的车厢间隙数；(2.3).判断位于上述区间远离入境方向的另一端的结束计数用磁传感器是否发出了列车到达信号；(2.4).若接收到了火车到达信号，则发出结束车厢间隙计数的指令，停止计数操作；(2.5).判断车厢间隙数是否大于预先设定的阈值若大于或者等于阈值，则判别结果为货车；若小于阈值，则为客车；(2.6).终止判别操作。
本发明所述的列车辐射安全联锁系统的特征在于，它含有可编程控制器子站，经网络与可编程控制器子站分别相连的可编程控制器主站和主控制台操作面板，经网络与可编程控制器主站相连的工控机，分别与可编程控制器子站相连的车厢间隙计数法识别铁路客车货车的装置和车轮间距法识别铁路客车货车的装置，依次经电磁推动器、继电器与受控于可编程控制器子站的快门，与可编程控制器子站输入端相连的已检测快门开闭状态的接近开关，经磁传感器信号处理电路而与可编程控制器子站的输入端相连的检测机车到达允许开快门位置用的开快门磁传感器以及分别位于铁轨上检测通道的两端且经磁传感器信号处理电路而与可编程控制器子站的输入端相连的四个火车行驶方向磁传感器。所述的车轮间距法识别铁路客车货车的装置，它含有沿着火车入境方向任意一根铁轨内侧依次设有的其安装中心距等于一组货车车轮中心距的两个货车车轮间距识别用磁传感器，用于屏蔽机车且发出开始识别信号的磁传感器，判断机车是否到达且发出结束判断、读取识别结果信号的磁传感器，输出端与两个货车车轮间距识别用磁传感器输出端相连的磁传感器信号处理电路，输入端分别与机车屏蔽磁传感器的和机车到达磁传感器的输出端相连的另一个磁传感器信号处理电路，输入端分别与上述两个磁传感器信号处理电路共四个输出端相连的的可编程控制器，所述的两个磁传感器信号处理电路各自含有用于变换磁传感器输出电位的模块GXC9801以及与上述GXC9801模块输出端相连的各自用芯片LM324构成的电压跟随器。所述的车厢间隙计数法识别铁路客车货车的装置，它含有两个安装于铁轨内侧且其间的距离按照实际需要统计的车厢间隙数而定的磁传感器，位于上述两磁传感器之间且分别布置在铁轨外侧而离地面的高度只能使检测光线从货车车厢间隙中通过的光电发射器和接收器，输入端与上述两个磁传感器输出端相连的磁传感器信号处理电路，输入端与上述磁传感器信号处理电路输出端和上述光电接收器输出端相连的可编程控制器，与上述可编程控制器相连的显示屏及电源，所述的磁传感器信号处理电路是由GXC9801模块以及与其输出端相连的各自用芯片LM324构成的两个电压跟随器构成的。
使用证明它达到了预期目的。
图2、辐射安全联锁的判断流程图。
图3、用车轮间距法判断火车类别的流程图。
图4、用车厢间隙计数法判断火车类别的流程图。
图5、用车轮间距法判断铁路客车货车的装置的电路原理框图。
图6、用车厢间隙计数法判断铁路客车货车的装置的电路原理框图。
图7、本发明所述的各磁传感器和光电传感器沿入境方向在铁轨上的分布示意图。
图8、磁传感器信号处理电路的原理图。
图9、钴60货运列车检查用的列车辐射安全联锁系统的电路原理图。
图10、钴60货运列车检查用的列车辐射安全联锁方法的主程序流程框图。
再见图2。通过采用车轮传感器获取车轮到达信号的方法来判断火车到达和行驶方向、火车类别和机车是否已到达开快门位置即司机是否已进入安全区的位置。所用的车轮传感器均为GXDM-H/D型抗干扰磁传感器。以下将予以分别说明。
火车行驶方向判别用的磁传感器C11和C2～C4在沿入境方向的铁轨上的分布情况见图7。C5～C7是用于触发快门自动开启的开快门传感器；C8～C10是用“车轮间距法”来识别客货车的，其中C8、C9是货车车轮间距识别用的传感器，C10是用于屏蔽机车以发出开始识别信号的磁传感器，C1是用于判断机车是否到达并发出结束判断、读取识别结果信号的磁传感器。C11还是“车厢间隙计数法”来识别客货车的允许计数磁传感器，结束计数用的传感器与传感器C1共用；它们沿入境方向铁轨长度的分布示于图7中。另外，还有一个“车厢间隙计数法”用的光电传感器，它在水平方向的分布示于图7中，在垂直方向处于车厢底板之上车窗下沿之下，使检测光只能从位于铁轨外侧的一个光电发射器穿过车厢间隙而到达位于另一铁轨外侧的光电接收器，以保证只对车厢间隙计数而不能透过车厢。
再见图8。上述各磁传感器所得到的毫伏信号要经过磁传感器信号处理电路转化成可编程控制器所需要的0V/24V逻辑电平。本发明用GXC9801模块来处理各传感器的输出信号，在外围处理电路中把原来的输出逻辑由0/5V改为0/24V，即把原来的输出供电由5V改为24V，并根据处理模块GXC9801的输出电流的允许范围，修改了下拉电阻值，且在外围电路和可编程控制器之间加了一个用芯片LM324构成的电压跟随器。其输出信号分别用Out1、Out2表示。
火车行驶方向的判断是采用车轮传感器获取车轮信号，再经过软件判断得到行驶方向。由于这种磁传感器只能检测到沿磁传感器信号线方向过来的车轮，因此需要四个传感器才能判断出火车行驶的方向。从检测面的入境侧到出境侧依次安装4个磁传感器C11和C2～C4；C11和C2安装在入境侧，C3和C4安装在出境侧。当磁传感器C11被触发时C3没有被触发过，则认为是入境；当C4被触发时C2没有被触发过，则认为是出境。
请见图3。在一条铁轨上安装用于判断火车车轮到达的两个车轮间距识别用传感器。它们的安装中心距等于一组货车车轮中心距。当货车车轮经过时，总有两个脉冲同时发生的时刻，但对于客车而言，其一组车轮的中心距大于两个车轮传感器的安装中心距，因而不存在同时发生两个脉冲的时刻，从而可将客、货车区别出来。其电路原理见图5。可编程控制器采用PLC224，下同；其信号处理电路见图8。
再见图4。它是通过对车厢间隔进行计数来识别客货车的。货车车厢间一般存在半米的间隔，可用光电对射法产生列车车厢间隔的计数脉冲；而客车车厢间全部连通，使用光电传感器时不存在计数间隙脉冲产生。考虑客车和货车的机车与第一节车厢间的间隙也能触发首个脉冲，使用光电对射方法对行走中的列车会产生脉冲信号，它为首个计数。因而，如果能准确得到车厢间隔数，则总脉冲计数为1时代表客车，大于1时则为货车。为增加设备的判断准确度，可设6到8个车厢长度区间，选取3～5作为比较阈值。在一段包含数个车厢的距离内，如果车厢间隙的计数大于或等于阈值，确定为货车，反之，为客车。考虑客车在某些特殊情况产生的偶然缝隙计数，用阈值比较法可以使系统有很强的抗干扰能力。图6是其电路原理框图。10是两个分别为允许开始计数、结束计数的两个磁传感器，MAG1+和MAG1-、MAG2+和MAG2-分别是磁传感器信号处理电路11中模块GXC9801的两对传感器信号输入端，12是光电传感器中的接收器，13是LED显示屏，14是24V电源。
再见图9。15为工控机，16为可编程控制器主站PLC315-2DP，它与工控机15之间经MPI(Multi-Point Interface，多点接口)网络相连，17为主控台操作面板PP17，可编程控制器子站PLC224、主控台操作面板17都分别经DP(Distributed I/O，分布式I/O)网络与可编程控制器主站16相连。快门1采用MTJ1-230/50型号的长行程电磁推动器18驱动，由于电磁推动器18的输入控制电压为交流380V，而PLC224的输出为24V/0V逻辑电平，因此在两者之间增加了两个固态继电器G3NA-220B驱动。12是光电接收器，J1、J2是用于判断快门1开关状态的接近开关。磁传感器C1～C4、C5-C7、C8-C11分别经磁传感器信号处理电路11与可编程控制器子站PLC224的数字信号输入端相连。
从图7可见无论是车厢间隙计数法还是车轮间距法，它们对于火车类别的判断都在火车沿入境方向到达磁传感器C1时完成，C11不仅是允许计数用的和判断方向用的磁传感器，还同时给出提示信号以便进行人工确认并向系统发出货车手动确认的信号。对于车轮间距法而言，火车沿入境方向到达车轮间距识别传感器时便进入识别信号采集阶段，机车车轮到达机车屏蔽传感器C10位置，便由采集进入允许识别阶段，再进一步到达传感器C1的位置时，便结束判别、读取识别结果信号。对于车厢间隙计数法而言，火车车轮沿入境方向到达允许开始计数磁传感器C11时便进入准备计数阶段，火车车厢的第1个间隙到达光电传感器的位置时便开始计数，火车车轮进入磁传感器C1的位置时便结束计数，并进行判别。当系统收到手动发出的确认货车信号且用车轮间距法或车厢间隙计数法判别的结果是货车，才最终认为是货车。在判定为入境的货车后，为了保证司机的辐射安全，在偏离通道检测面的某一位置L处安装了磁传感器，用来检测机车的位置。只有机车第一组车轮到达此处时，才允许开快门，并自动触发开快门，进行扫描。由于两个机车总长约34m，且司机位于机车的头部，因此L选为25m。根据本系统的辐射安全防护设计书，这一距离已足以保证司机的安全，而且又给快门的开启预留了充足的时间。安装三个开快门磁传感器C5、C6、C7是为了保证可靠性，采用3取2的冗余方式。若在15秒内火车行驶方向磁传感器C3未检测到车轮到达信号，则认为火车已离开，此时关闭快门，终止检查操作，回到初始状态。当火车沿出境方向到达磁传感器C4时，即可判断出火车行驶方向为出境，不执行检查操作，回到初始状态。流程图见图10。
由此可见，本发明达到了对列车的辐射安全联锁的目的。
权利要求
1.钴60货运列车检查用的列车辐射安全联锁方法，含有用传感器采集反映火车行驶方向、机车位置和货车识别的信号，再用可编程控制器为主构成的信号处理电路接收上述信号并执行相应操作的步骤，其特征在于，它依次含有以下步骤(1.1).用位于铁轨上检测通道两端的两对火车行驶方向磁传感器来判别火车行驶方向；(1.1.1).若判定为出境方向，则再判断快门状态；(1.1.1.1).若快门关闭，则禁止再开快门，检查终止；(1.1.1.2).若快门开启，则关闭快门，禁止再开，检查终止；(1.1.2).若判定为入境方向，则执行下一步骤；(1.2).用基于货车车轮间距法或车厢间隙计数法的货车识别传感器组检测到的识别结果信号之一和系统收到的货车确认信号共同判别火车类别，即两者相与为“1”，确认为货车，反之，则确认为客车；(1.2.1).若为客车，则根据步骤(1.1.1)再判断快门状态执行相应操作；(1.2.2).若为货车，则执行下一步骤；(1.3).根据沿着火车入境方向安装在检测通道另一端的开快门传感器是否检测到机车到达信号来判断司机是否已到达安全区也即机车是否到达允许打开快门的位置；(1.3.1).若检测到机车到达信号则发出开快门指令，执行开快门操作；(1.3.2).若检测不到机车到达信号，则按步骤(1.1.1)判断快门状态，执行相应操作；(1.4).打开快门，用钴60射线检查货车；(1.4.1).若遇紧急情况，则关闭快门，检查终止；(1.4.2).若在15秒内另一个火车行驶方向磁传感器未检测到车轮到达信号，则认为火车已离开，此时关闭快门，终止检查操作。
2.根据权利要求1所述的钴60货运列车检查用的列车辐射安全联锁方法，其特征在于所述步骤(1.2)的火车类别判断它同时使用了车轮间距法和车厢间隙计数法，它们分别依次含有以下步骤(2.1).车轮间距法(2.1.1).判断机车是否已经沿着入境方向通过设在一根铁轨内侧可发出识别信号的货车车轮间距识别用磁传感器后到达屏蔽机车用磁传感器的位置；(2.1.2).若机车已达到步骤(2.1.1)所述的位置则发出开始识别信号并进行识别；(2.1.3).若机车沿着入境方向进一步到达了设在同一根铁轨内侧的用于发出结束判断并读取识别结果信号的机车到达传感器的位置，则发出机车到达信号，接着判断两个货车车轮间距识别用传感器的输出是否曾同为低电平若曾同为低电平，则识别结果为货车；若未曾同为低电平，则识别结果为客车，结束判别；(2.2).车厢间隙计数法(2.2.1).判断沿火车入境方向预设在铁轨上的车厢间隙数统计区间两端的磁传感器中沿入境方向的一个即开始计数用磁传感器是否检测到列车到达信号；(2.2.2).若已经检测到列车到达信号，则用分别位于上述区间内的铁轨两侧且安放高度只能使检测光从车厢间隙中通过的光电发射器和相应的接收器来计数通过的车厢间隙数；(2.2.3).判断位于上述区间远离入境方向的另一端的结束计数用磁传感器是否发出了列车到达信号；(2.2.4).若接收到了火车到达信号，则发出结束车厢间隙计数的指令，停止计数操作；(2.2.5).判断车厢间隙数是否大于预先设定的阈值若大于或者等于阈值，则判别结果为货车；若小于阈值，则为客车；(2.2.6).终止判别操作。
3.根据权利要求1或2所述的钴60货运列车检查用的列车辐射安全联锁方法而提出的系统，其特征在于，它含有可编程控制器子站，经网络与可编程控制器子站分别相连的可编程控制器主站和主控制台操作面板，经网络与可编程控制器主站相连的工控机，分别与可编程控制器子站相连的车厢间隙计数法识别铁路客车货车的装置和车轮间距法识别铁路客车货车的装置，依次经电磁推动器、继电器与受控于可编程控制器子站的快门，与可编程控制器子站输入端相连的已检测快门开闭状态的接近开关，经磁传感器信号处理电路而与可编程控制器子站的输入端相连的检测机车到达允许开快门位置用的开快门磁传感器以及分别位于铁轨上检测通道的两端且经磁传感器信号处理电路而与可编程控制器子站的输入端相连的四个火车行驶方向磁传感器。
4.根据权利要求3所述的钴60货运列车检查用的列车辐射安全联锁系统，其特征在于，所述的车轮间距法识别铁路客车货车的装置，它含有沿着火车入境方向任意一根铁轨内侧依次设有的其安装中心距等于一组货车车轮中心距的两个货车车轮间距识别用磁传感器，用于屏蔽机车且发出开始识别信号的磁传感器，判断机车是否到达且发出结束判断、读取识别结果信号的磁传感器，输出端与两个货车车轮间距识别用磁传感器输出端相连的磁传感器信号处理电路，输入端分别与机车屏蔽磁传感器的和机车到达磁传感器的输出端相连的另一个磁传感器信号处理电路，输入端分别与上述两个磁传感器信号处理电路共四个输出端相连的的可编程控制器，所述的两个磁传感器信号处理电路各自含有用于变换磁传感器输出电位的模块GXC9801以及与上述GXC9801模块输出端相连的各自用芯片LM324构成的电压跟随器。
5.根据权利要求3所述的钴60货运列车检查用的列车辐射安全联锁系统，其特征在于，所述的车厢间隙计数法识别铁路客车货车的装置，它含有两个安装于铁轨内侧且其间的距离按照实际需要统计的车厢间隙数而定的磁传感器，位于上述两磁传感器之间且分别布置在铁轨外侧而离地面的高度只能使检测光线从货车车厢间隙中通过的光电发射器和接收器，输入端与上述两个磁传感器输出端相连的磁传感器信号处理电路，输入端与上述磁传感器信号处理电路输出端和上述光电接收器输出端相连的可编程控制器，与上述可编程控制器相连的显示屏及电源，所述的磁传感器信号处理电路是由GXC9801模块以及与其输出端相连的各自用芯片LM324构成的两个电压跟随器构成的。
全文摘要
钴60货运列车检查用的列车辐射安全联锁方法及其系统属于铁路列车检查用的辐射安全联锁技术领域,其特征在于:它先用两对磁传感器来判别火车行驶方向;再用沿火车入境方向设在铁轨内侧的一对货车车轮间距识别用磁传感器、用于发出开始识别信号和终止识别信号磁传感器、以及用沿入境方向设在铁轨内侧的允许计数和结束计数磁传感器、设在铁轨外侧其高度在车厢底板和车窗下沿之间的统计车厢间间隙数用的光电传感器这二组传感器来同时判断火车类别,再用手动的货车确认信号和上述两个识别信号之一共同加以最终确认;接着用开快门磁传感器来判别机车是否已到达允许打开快门对货车作射线扫描检查的位置。它只对入境货车加以检查,且可确保司机安全。
文档编号B61L1/00GK1378934SQ02120800
公开日2002年11月13日 申请日期2002年5月31日 优先权日2002年5月31日
发明者张玉爱, 丛鹏, 谈春明, 吴志芳, 刘锡明, 刘以思, 周立业, 向新程, 安继刚 申请人:清华大学