道岔换铺设备遥控控制系统优化改造

道岔换铺设备遥控控制系统优化改造
PEM807/LEM460型道岔换铺设备是Geismar公司为铁路新建或大修期间移动、铺设混凝土或木枕道岔（和轨排）而设计的专用机械，该设备由PEM（无线电控制形式）型可伸缩道岔搬运机械、LEM型运输车及附属轨道组成。

道岔换铺设备共由24个吉斯玛PEM/LEM单元（1单元=1PEM 道岔更换龙门起重架+1LEM）和6条50 m长的附属轨道组成，分为二组道岔换铺装置，每一组都具备搬运和铺设一组60AT-12TS型重61.3t的可动心道岔。

但是两套设备不能通用，且不能满足国内需求。

随着铁路高速发展，整组道岔的长度与重量增加，精度提高。

现有道岔换铺已经无法满足施工需求；并且在长期的使用过程中发现，***** LEM/PEM型道岔铺换设备遥控发射及接收系统故障高，主要配件*****公司已停止供应，影响施工安全，基于此我们考虑开发一套控制装置来替代*****的原有控制装置。

道岔换铺设备遥控信号改造后，主要目的是优化改善原有控制系统，使设备能同时接受信号并能使动作迅速准确；改造后一代机与二代机控制系统相同，可以混合使用，在遇到较大较长道岔时可以增加设备组数（原来最多8组）。

1 设计方案
开发的新装置主要包括便携式遥控器、接收器、信号处理模块、电磁阀驱动模块及相关附件。

具体功能流程如下：设备得电后便携式遥控器、接收器、信号处理模块都处于节电待机模式，操作人员通过便携式遥控器发送操作指令，接收器接收操作指令后，发射接收信号给便携式遥控器，便携式遥控器接收到主机回传的接收信号，信号正确指示灯显绿色（红色表示回传失败），信号处理模块对相关指令进行处理，并将处理后的指令传给电磁阀驱动模块，电磁阀驱动模块驱动电磁阀完成相关的动作，其中上位机遥控器可以通过选择开关单独控制1台或者多台上位机（最多16台上位机，原控制系统由8台上
位机组成，考虑到实际使用过程中，对于比较长的道岔，需要8台以上的上位机，所以改造后的控制系统，比原控制系统增加了8台），下位机遥控器可以通过选择开关单独控制1台或者多个下位机（最多16台，原因同上），为避免相互干扰，上位机和下位机分别采用不同的频段，一代机和二代机之间采用不同的通信协议；不同的频段和不同的通信协议之间，可以通过选码开关进行选择，这样就保证了一代和二代机控制系统的互换性和统一性。

2 组成模块说明
1）接收器采用FPGA中央处理芯片、电源管理芯片、无线发射/接收模块、继电器驱动模块、继电器及相关芯片等。

2）便攜式遥控器主要采用ARM中央处理芯片、无线发射/接收模块、输人信号采集模块、信号放大模块、电源管理芯片及相关芯片。

3）信号处理模块主要采用控制器、数模转换芯片、运算放大器等对接收器输出的信号进行放大处理。

4）电磁阀驱动模块主要采用运算放大器对信号进行调理后直接驱动电磁阀完成相应的动作。

3 调试试验
只对驱动部分布线进行更换，将新系统的驱动部分直接接入原来的电磁阀控制电路，其余布线不变；加入的驱动线路尽量规整，对原有拆除的线路进行了标记和隔离保护。

对新控制系统进行实验：
1）单机实验：首先对单机进行编号（用编码开关选1-12中任何一个），发射器选择对应的编号，然后观察发动机是否进入高速模式，再选择不同的频段检修观察，如果一切正常，则单台对码完成；之后再对单台的动作进行实验，包括上升、下降、伸开、闭合、同步等动作进行实验，观察是否达到预期效果。

2）整体实验：首先对设备进行编号（编号1-12），发射器1-12编码开关全部打开，然后观察发动机是否全部进入高速模式，再选择不同的频段进行观察，如果一切正常，则全部对码完成，之后则对全
部动作进行实验，具体动作同单台实验，另外需要注意12台的统一性。

实验结果：对码和各种动作及统一性都正常。

控制箱选用及安装：控制箱采用防水压铸铝箱，防水等级IP65，安装方式采用平放四角固定安装，对指示灯和选频开关等开孔处进行防水处理，并在雨天进行了户外实验，满足防水要求。

4 安装实验
安装时主要是针对接收器（发射器不存在安装，随身携带），为了做到与原系统的兼容，安装时采用与原系统相同的重载连接器，以便于进行插拔更换。

安装时要注意以下几点：
1）稳定性，接收盒与车体之间加装减震橡胶块。

2）防水性，接收盒盖与盒体之间采用防水密封条，重载连接器与盒体之间采用防水橡胶垫。

3）防干扰，接收天线引到盒体外面，使高低频分离，防止干扰。

4）兼容性，与原系统连接器兼容。

5 控制系统改造后和改造前的优缺点分析
优点：改造后的控制系统，一代机和二代机可以互换，最多可以16台上位机和16台下位机组合在一起工作，满足了更换长道岔的施工要求；备件统一，维修和更换方便。

缺点：控制距离稍短，控制手柄的灵敏度欠佳，充电装置不太方面，发射器稍重。

改进目标：
1）增加模块的发射功率，以便控制距离增加。

2）更换灵敏度高的手柄。

6 推广应用情况
1）2021年8月份晏城北站长距离跨越障碍运输并更换18号道岔，因需要通过小半径曲线和接触网支柱，完成了人工无法更换施工项目。

2）2021年9月份即墨站成功更换42号道岔（长为137米，重
为241吨，）一级施工。

并在施工过程中节约了宝贵的时间、人力，并且首次使用16台上位机进行铺设在国内属于首例。

3）2021年10月份济南西货场站Ⅰ场成功运输并更换复式交分道岔，并可通过超高120 mm小曲线半径。

7 结束语
道岔换铺设备遥控信号改造后，使设备信号稳定可靠及动作迅速准确，能给正常的换铺作用赢得更多宝贵时间，提高了现场施工作业效率。

同时，可以完成大型道岔换铺工作，填补了我国使用道岔换铺设备换铺大型道岔工作的空白。