軌道交通全電子化聯鎖系統安全技術的應用探討

孫鑫

摘要：全電子化聯鎖系統安全技術的應用，可以為軌道交通運營安全提供更多的保障。因此，文章在分析軌道交通全電子化聯鎖系統結構及其安全技術的基礎上，對安全技術在道岔信號采集、道岔動作電路設計和道岔通信電路設計上的應用問題展開了探討，以便為關注z--話題的相關人士提供參考。

關鍵詞：軌道交通；全電子化聯鎖系統；安全技術；應用

全電子化聯鎖系統的應用，可以提高軌道交通運營的安全性、智能性和高效性，能夠在一定程度上降低軌道交通的運營成本。而了解軌道交通全電子化聯鎖系統的安全技術，則能夠為系統的推廣應用提供科學的依據。因此，有必要對軌道交通全電子化聯鎖系統安全技術的應用問題展開探討。從而為全電子化聯鎖系統的推廣應用打下良好的基礎。

1軌道交通全電子化聯鎖系統結構及其安全技術

從結構上來看，軌道交通全電子化聯鎖系統主要由全電子執行單元和聯鎖主機構成。其中，全電子執行單元需要進行軌道電路、轉轍機和信號機等設備狀態的采集和控制，聯鎖主機需要完成聯鎖邏輯運算。就目前來看，全電子執行單元一共由11種控制模塊組成，可以按照類型和數量進行模塊的組合，并將模塊安裝在機柜中。而聯鎖主機需要利用CAN總線與各模塊連接，利用CAN總線將聯鎖命令傳送至各模塊叫。

根據歐洲鐵路標準EN50129，目前系統的安全性設計主要使用3種安全技術，即組合式故障安全、反應式故障安全和固有式故障安全。其中，組合式故障安全技術需要用2個部件執行相關安全功能，而每個部件相互獨立，可以避免系統出現共因失效問題。在鐵路信號系統中，該技術的常用結構模式為“二取二”，能夠檢測出系統部件中的危險故障，并能在足夠時間內拒絕故障再次在系統發生。反應式故障安全技術可以由單獨部件執行安全相關功能，但是需要以快速實現危險故障檢測和拒絕為前提，以便確保系統的安全操作。在應用該技術的過程中，雖然其安全相關功能只由1個部件實施，但是也可以將檢查功能當作是第2部件。但是，檢查功能與安全功能的實現是相互獨立的，可以避免出現共因失效現象。此外，固有式故障安全也是常用的安全技術，并且也由單個部件執行安全相關功能。而該技術應用的前提是，假定部件的所有失效模式都是安全的。利用該技術，可以在應用其他安全技術的系統中進行某些安全功能的實現。就目前來看，“故障安全”型電子元器件是得到普遍使用的應用固有式故障安全技術的電子器件。但是，由于該技術本身具有故障不對稱性，因此往往會在系統安全的最后關口使用。

2軌道交通全電子化聯鎖系統安全技術的應用

在軌道交通系統中，道岔控制是系統設計的關鍵環節。而使用全電子化聯鎖系統安全技術設計道岔控制單元，可以為系統的安全運行提供保障。

2.1道岔模塊結構安全設計

從系統結構上來看，道岔模塊由信號采集電路、微控制電路、通信電路和動作電路等多個電路組成。利用信號采集電路，可以實時進行轉轍機位置情況的檢查，繼而為系統安全提供保障。利用開關控制電控，可以控制三相交流轉轍機的反轉或正轉，所以該電路同樣是系統安全功能電路。再者，利用微控制器電路可以完成整個模塊的核心邏輯運算，而利用控制通道通信電路能夠實現模塊與聯鎖機的通信，并且進行道岔轉動操作命令和表示狀態的接收和傳送，同樣為系統的安全功能電路。

2.2安全技術在信號采集上的應用

在檢測道岔模塊位置時，信號采集電路可能發生2種危險性故障。具體來講，就是將道岔無表示錯誤采集為反位或將道岔定位錯誤采集為反位。此時，可以利用道岔模塊位置檢測功能故障樹結構進行電路故障的分析，然后根據電路的對稱性進行故障事件的安全性分析。在分析的過程中，需要將道岔無表示錯誤采集為反位設定為事件A，并將道岔定位錯誤采集為反位設定為事件B。通過分析可以發現，道岔無表示時，可以將此故障等效為A點處斷開。采用Relex工具進行定量分析可以發現，事件A的安全性指標并不滿足安全需求。而分析導致A事件發生的電路重要度較大的部件，則可以通過改進該部件實現對電路的改進，繼而使事件A的安全性指標滿足安全需求。采取同樣的方法可以完成對事件B的故障樹的構建，同時也能夠提高其安全性指標，繼而使信號采集電路的設計具有一定的安全性。

2.3安全技術在道岔動作電路設計中的應用

從結構上來看，道岔動作電路由隔離驅動電路、反饋檢測電路和微控制器電路等多個電路組成。根據聯鎖計算機命令發出的動作指令，微控制器電路設計“0”為有效電平輸出電路，可以進行開關控制電路的控制。而電路輸出如果為“1”。系統將不進行轉轍機的操作。在分析電路的安全性時，可以使用“二取二”系統架構，并使用故障樹分析法分析道岔模塊動作功能故障。而利用Relex工具，可以進行動作電路安全性指標的計算。此外，在分析的過程中，通過建立五線制道岔模塊動作電路故障樹，可以完成該模塊電路的安全性指標的分析。而通過分析各事件的重要度，則可以找出重要度最高的事件，并通過提高這些事件的安全性來提高道岔模塊的動作電路的安全性。但是，單獨采用“二取二”的“組合式故障安全”的安全技術進行電路的設計，一般難以達到系統的安全性指標要求。因此，在設計此部分電路時，還需要使用反應式故障安全和固有式故障安全等其他安全技術。例如，在檢測電路的單故障時，由于電路故障主要體現在錯誤動作上，所以需要重點檢測開關的錯誤閉合狀態。根據系統故障的安全設計原則，應該將有能量狀態下的電路設計為危險側。在道岔動作時，如果檢測到電路故障，就不能進行開關閉合狀態的檢測。而根據這一原理，就可以實現對安全型檢測電路的設計。在檢測完成后，第1個危險故障如果以單獨形式與第2個故障組合出現，并且迅速被檢測到，同時也能夠進入到安全狀態，就意味著電路滿足反應式故障安全條件。而在這種情況下，故障檢測和拒絕的時間將不超過潛在危險輸出持續時間限制。

2.4安全技術在道岔模塊與聯鎖計算機通信設計中的應用

在設計道岔模塊與聯鎖計算機的通信接口時，需要滿足歐標對安全通信系統的設計技術要求。具體來講，道岔模塊與聯鎖計算機將使用CAN現場總線為通信接口，而該接口具有抗干擾能力強和實時性好等多方面的優勢。但是，通信系統安全性不僅與通信可靠性有關，同時也將與通信故障安全性有關。所以，在使用CAN總線基礎上，需要設計具有故障安全性的通信協議，以滿足軌道交通系統信息安全傳輸的要求。根據這些要求，需要將CAN總線格式設計為擴展幀格式，而聯鎖機傳輸的報文信息需要包含定位操控命令、道岔鎖閉防護命令和反位操控命令等命令，道岔模塊需要傳輸的報文信息包含了鎖閉防護狀態、道岔定位表示和轉動狀態等。在此基礎上，還要完成通信接口安全性的定性分析和定量分析，以便了解系統傳輸的可靠性。

3結語

總而言之，通過分析軌道交通全電子化聯鎖系統安全技術的應用情況可以發現，利用組合式故障安全、反應式故障安全和固有式故障安全等多個安全技術，可以使全電子化聯鎖系統設計達到預期的安全指標，繼而為軌道交通運營提供更多的安全保障。