目前，我國鐵路上運行的電力機車所使用的電源，是接觸網提供的25kV單相交流電。在電氣化鐵路區段運行和整備作業的機車，經常需要作業人員通過人孔蓋登上車頂，對機車進行檢查維修工作。通常在上車頂工作前，作業人員應當按照登頂作業程序，在地面對作業網斷電，再打開車頂人孔蓋登頂作業。


然而，因為作業人員疏忽大意，未認真執行接觸網斷電的操作程序，在接觸網上仍帶電的情況下，就盲目登車頂工作，多次造成被電擊傷亡的事故。針對這一情況，我們研制了機車車頂人孔蓋安全報警聯運接地裝置，可以為登頂作業的工作人員提供可靠、有效的人身安全保護，確保登頂作業人員的人身安全。


本文將介紹一套可靠檢測接觸網有無高電壓的告警裝置和一套受告警裝置控制的聯運接地裝置。

系統組成


系統報警接地裝置分三大部分組成：高壓檢測與報警部分、電控部分和機械接地裝置部分。


當檢測到接觸網有高電壓存在時，人孔蓋電控鎖處于原來的閉鎖狀態，接地裝置不升起，高壓檢測裝置發出聲光告警，提醒作業人員不可以登頂作業；當高壓檢測告警裝置檢測到接觸網沒有高電壓存在時，在發出安全作業告警提示的情況下，打開人孔蓋、升起接地裝置，使接觸網對地短路（防止接觸網意外情況下出現高電壓），作業人員即可登頂機車實施業務。

控制系統設計

本系統采用了AVR單片機，AVR單片機是1997年由 ATMEL公司研發出的增強型內置FlashRISC(ReducedInstructionSetCPU)精簡指令集高速8位單片機。AVR 單片機具有高可靠性、功能強、高速度、低功耗和低價位等特點，可以廣泛應用于計算機外部設備、工業實時控制、儀器儀表、通訊設備、家用電器等各個領域。

ATmega128是ATMEL公司嵌入式AVR單片機中功能最強的一款，它的數據吞吐率高達1MIPS/MHz，從而可以緩減系統在功耗和處理速度之間的矛盾。


1硬件部分


本系統控制電路包括了為單片機提供穩定的工作電流的電源模塊；控制開關接口，確定系統是否處于工作狀態；通信模塊，通過RS232接口，采用MAX232對電平進行轉化，與PC進行通信；電機控制模塊，采用電機驅動芯片ULN2003控制電機的轉動，為接地裝置提供了穩定的動力；電流采樣接口模塊，接收從電流傳感器傳回的信號，確定機車上是否帶電；報警模塊，在確定機車還帶電的情況下，發出報警信號，如聲音、燈光等，阻止工作人員上車作業，保證安全。

2軟件部分


人孔蓋高壓告警聯動接地裝置的控制軟件結合了作業現場的實際，充分考慮到告警的安全和人身的安全及設備的安全。并且根據要求電器控制系統設計了自動控制和手動控制兩套方案。


當檢測到機車帶電的時候，系統會發出“滴”、“滴”的報警聲，以阻止作業人員登上車頂而發生危險，其程序如下：


#includeavr/io.h>
#includeavr/delay.h>
voidwaitms(unsignedinttime)//延時子函數
{
unsignedinti;
for(i=0;itime;i++)
{
_delay_ms(1);
}
}
intmain(void)
{
DDRD=(0DDD2)|(1ddd3);//設置PD2為輸入，PD3為輸出
PORTD=(1PD2)|(1PD3);//PD2上拉電阻有效，PD3輸出高電平
while(1)
{
if(!(PIND(1PIND2)))
{
PORTD=~(1PD3);
waitms(10);
PORTD1=(1PD3);
waitms(10);
}
}
}
return(0);


本控制系統采用了AVR-GCC編譯器，它是流行的GNUC編譯器在AVR平臺上的移植，有一個針對Win32平臺的WinAVR軟件包，具備更新速度快、代碼效率高、可移植性強的優點。


用AVRStudio作為仿真調試工具，它不僅能仿真出MCU的時序，而且能仿真出幾乎所有的片上I/O模型和內存，無須外接硬件，所有的工作全部在計算機內存中完成。


使用PonyProg2000進行程序下載，以更好地體現AVR單片機的ISP優點。


系統啟動自檢后，處于待機狀態，等待用戶進行工作狀態的選擇，然后控制軟件比較各傳感器送來信號的狀態，判斷高壓的有無并進入相應的控制程序。高壓檢測環節采取多次檢測的方法來判斷高壓的有無，且必須保證幾次采集的信號一致才最終確認信號的正確性。

結語


上述系統人機對話方便簡潔、穩定可靠，具有通用性和可擴展性，維護方便，能確實解決人為疏忽和管理漏洞所帶來的不安全問題，具有重大的實際和推廣意義。