基于NDJC 系列机车高压报警装置的改进设计

doi:10.16648/ki.1005-2917.2020.05.008
基于NDJC系列机车高压报警装置的改进设计
梁慧丽
（中车兰州机车有限公司，甘肃兰州　730050）
摘要：NDJC系列机车高压报警装置是由兰州铁路局兰州西机务段研制的，主要安装在该局所有内电机车上，用于相关作业操作人员登顶作业时判断接触网是
否已断电和高压预警，减少高压意外触电事故发生。

然而，NDJC系列机车
高压报警装置在技术上存在着部分缺陷，导致该装置后期维护不方便、功能
单一、使用寿命短。

本文提出了针对NDJC系列高压报警装置的一些改进
方法。

关键词：NDJC系列；高压；报警；改进设计
引言
截止2019年，我国电气化铁路里程已超过10万公里，跃居世界第一。

近年，又新建通车了多条高铁、动车组线路，随着我国电气化铁路的快速延伸，如何运用科技手段，提供给用户安全可靠的产品，贯彻“安全第一、预防为主、综合治理”的安全生产方针，保障铁路从业人员人身安全是铁路装备供应商的一大职责。

为满足机车车辆高效运行的要求，机车检修人员或乘务人员经常需要攀爬车顶作业，偶有在电气化区段高压人身伤害事故发生。

为避免在电气化区段高压触电事故发生，迫切需要研制一种安全可靠的车顶高压预警系统，从技术手段上提醒或杜绝类似事故发生，给通往车顶的道路增加一道安全屏障。

因此，涌现了多种机车车顶高压报警装置，本文针对兰州西机务段研制的NDJC系列机车高压报警装置提出了一些改进设计方法。

1. NDJC系列高压报警装置简介
1.1 组成结构
NDJC系列机车高压报警装置由高
压报警装置主机、车顶高压感应接收器、车顶门状态检测行程开关组成。

图1为该装置外观图。

（1）主机安装在机车车顶门梯附近，由机车蓄电池提供DC110V工作电源，检测车顶接触网带电情况及车顶门开闭状态，当输入信号满足报警条件时发出声光报警，语音提示“有电危险，禁止攀登”，主机“有电”指示灯点亮。

（2）车顶高压感应接收器安装在机车车顶门附近纵轴线上，接收车顶高压接触网的电磁场信号，并传送给车内主机进行识别。

（3）车顶门状态检测采用LX19系列行程开关，主机发出DC110V信号，通过行程开关常闭触头，车顶门关闭状态下DC110V信号断开，车顶门打开状态下DC110V信号导通并送入主机，从而完成车顶门开闭状态检测功能。

图1　NDJC车顶作业安全报警装置及感应接收器
1.2 工作原理
NDJC系列高压报警装置工作原理如图2所示。

当车顶高压感应接收器接收到接触网的电磁场信号，主机进行信号识别，若接触网带电，则进行滤波调整放大，驱动声光报警，“有电”指示灯点亮，并发出报警提示音；若接触网不带电，则“无电”指示灯点亮。

另外，当“自检”按钮按下，装置也能发出声光报警，可判断装置输出部分工作是否良好。

2. 几点改进设计
通过现场检修、安装及试验发现，NDJC系列车顶作业安全报警装置主要
存在着以下几点问题：①采用了5节1.2V串联的DC6V/1200mAh镍镉蓄电池组，未设计电池组安装座，挤压在电路板与外壳之间，容易造成电路板发热，或晃动导致元件损坏，并且无电池充放电管理电路，外接DC110V电路接通后一直充电，影响电池的使用寿命，导致续航能力差，需要经常更新蓄电池。

②未设置“检测”功能，只有在操作者遗忘在高压网下作业盲目登顶时才能报警，不能进行车顶接触网带电状态测试。

③装置功能单一，无报警历史记录转储等功能，人机界面简单。

④通往车顶的安全屏障简单，仅限于声光报警。

针对上述问题，通过调研、试验，对NDJC系列车顶作业安全报警装置提出了以单片机为控制核心、改用性能更高的锂电池做自备电源、设置高压“检测”功能、用数码管动态显示网压、系统时间调用存储查询转储报警历史记录、智能电控锁控制车顶门等改进措施。

改进后的硬件结构如图3所示。

2.1 电源改进
装置外电源取自机车蓄电池前级，增加自动开关控制主机的得电，保证装置时刻获得工作电源。

主机将DC110V 电源变换成DC12V给模拟部分供电，再采用美国VICOR公司生产的DC–DC 电源模块将DC12V变换成DC3.3V稳压电源供给微处理器系统工作。

考虑到该系统应在切断蓄电池的状态下能正常工作，系统需自备DC3.3V/2000mA 续航锂电池，在系统外部电源正常时及时给锂电池充电，使用TI公司生产的BQ2057锂电池充放电管理芯片解决锂电池过充等问题，提高锂电池使用效
图2　NDJC车顶作业安全报警装置工作原理图
图3　改进后硬件结构图
率。

并在电路板上设计锂电池安装座，
保证电池的安装方便牢固。

2.2 设置“检测”功能
操作者登车顶作业前，按下“检测”
按钮，进行车顶接触网带电状况检查，
当车顶接触网带电时，发出声光报警。

“检测”功能可直接使用独立按键输入
单片机P00口，并通过软件去抖方式消
除按键抖动。

程序流程如图4所示。

2.3 基于单片机的数字功能设计
高压感应接收器采集车顶网压信
号、键盘输入采集用户输入功能选择信
号，经过信号识别、滤波、转换，通过
微处理器分析输出相应的动作，数码管
显示网压值、调用实时时钟记录报警历图4　“检测”功能输入程序流程图
史信息。

网压值由4位七段数码管实时动态显示，选用MAX7219芯片驱动，单片机IO口P10、P12作为MAX7219的串行数据输入信号DIN端和时钟信号CLK端，P11作为LOAD信号。

网压数码显示电路如图5所示。

实时时钟采用DS1302芯片，经过一个简单的串行接口与单片机通信，实时提供年月日时分秒信息，与时钟RAM通信只需3根线：复位RST、数据线IO和串行时钟SCLK，使用32768Hz晶振，并接入补偿电容，Vcc1为备用电源、Vcc2为主电源。

实时时钟芯片与微处理器连接电路如图6所示。

图5　网压显示电路图图6　实时时钟电路
2.4 增加车顶门电控锁
车顶门上安装电控锁，接触网带电的情况下，通过技术手段锁死车顶门，禁止高压网下登顶作业。

并在主机上设置“开锁”键，登顶作业时，按下开锁键，若接触网不带电，则电控锁打开，否则锁闭。

结论
通过以上改进设计，NDJC系列车顶作业安全报警装置可具备更加丰富的功能，实现实时显示接触网压信号、记录历史报警时间，并且增加“检测”功能及电控锁，增加了系统可靠性，电源改进设计，可大幅提高备用电池的使用寿命。

综上，以上改进措施能使车顶作业安全报警装置更好地发挥作用，给乘务及检修人员有效地增加了一道安全屏障。

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行焊接的情况，需要实现精度更加高的焊接技术，在不断引入现代科技的同时，充分结合电子计算机技术，在汽车制造和生产的过程中使焊接工艺变得更加精湛，实现汽车的高密度和高精度，促进汽车质量的进一步提升。

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作者简介：农露森（1989.4），男，汉族，籍贯：广西贵港市，助理工程师，大学本科，研究方向：汽车车身工艺。

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