廠礦企業內部鐵路微機聯鎖系統改造方案的研究分析

馮經緯

（日照鋼鐵有限公司電控處，山東 日照 276806）

鐵路系統電氣化、調車系統自動化和智能化是現代鐵路運輸系統的發展方向。雖然廠礦企業內部專用鐵路線的調度作業強度和精細化需求較國鐵要低，但其目前采用的人工排進路、手動扳道岔的作業方式，在調車作業效率低下、工人勞動強度大和操作失誤風險性高等方面的缺點，越來越成為制約生產的關鍵性因素。因此，企業內部專用鐵路線的自動化改造勢在必行。由于鐵路系統在往電氣化、自動化和智能化方向發展的過程中，衍生出現了多種類型的鐵路微機聯鎖系統。在制定鐵路系統的自動化改造方案時，應根據各聯鎖系統的優缺點，同時結合鐵路的現場情況和調車作業的實際需求進行綜合考慮。

1 鐵路微機聯鎖系統的架構

1.1 系統框架

雖然目前國內鐵路的微機聯鎖系統的種類較多，但系統框架結構大致可分為3層：人機交互層、聯鎖運算層、執行表示層，詳見圖1。

（1）人機交互層。具有可視化的功能，可以為維護和操作人員提供人機操作界面。不僅可接受操作員的輸入信息，還可實時顯示相關站場的畫面信息，包括道岔、軌道和信號機等設備的現場狀態。

（2）聯鎖運算層。聯鎖運算層是鐵路微機聯鎖系統的核心，該層依據人機交互層的指令信息和執行表示層中道岔、軌道及信號機等設備的狀態信息，進行安全聯鎖相關的邏輯計算，將運算結果輸出給執行表示層，再由執行表示層實現對室外信號設備的安全控制。

（3）執行表示層。執行表示層包括了道岔、軌道、信號、零散等執行單元，具有采集并判斷室外設備狀態的功能，如軌道電路的狀態及電壓檢測、道岔及轉轍機狀態檢測、信號機燈絲檢測等。同時，該層還依據聯鎖運算層的控制信息來驅動現場設備的動作。

圖1 鐵路微機聯鎖系統架構示意圖

1.2 聯鎖運算層類型

類型一：三取二模式。

①實現方式：3個聯鎖機同時運算，只要其中有2個運算結果相同，則輸出。

②優點：聯鎖機有3臺，2臺運算結果一致即輸出，相當于有1臺為備用。

③缺點：系統架構復雜，安全性、可靠性相對其他方式較差。

類型二：雙機熱備(專用聯鎖機主機)模式。

①實現方式：2個聯鎖機(專用聯鎖機主機)，每個聯鎖機內有1個CPU，1臺運算、1臺熱備用。

②優點：1臺聯鎖機為另1臺做備用，有一定的可靠性。

③缺點：a、該方式為普通熱備方式，運算結果不進行對比表決，決策輸出的安全性一般；b、聯鎖主機軟硬件均為各廠家自己研發，備件的通用性較差。

類型三：雙機熱備(PLC)模式。

①實現方式：同類型二的實現方式，聯鎖機由通用PLC代替。

②優點：a、同類型二的優點；b、聯鎖機為通用PLC，備件的通用性較好；c、價格為4種類型中最低。

③缺點：a、同類型二的缺點a；b、無國鐵準入許可資質。

類型四：二乘二取二模式。

①實現方式：2臺聯鎖機同時在線運算，互相校驗運算結果，每個聯鎖機內各有2個CPU，當2個CPU運算結果一致時，則輸出。

②優點：a、可靠性為4種類型中最高；b、每臺聯鎖機的運算結果都可自行對比表決，決策輸出安全性為4種類型中最高。

③缺點：a、同類型二的缺點b；b、價格為4種類型中最高。

1.3 執行表示層類型

類型一：安全繼電器模式。

①實現方式：通過安全繼電器的組合方式，對現場設備進行控制或采集現場信號。

②優點：目前國鐵干線的全部、國鐵支線和地方專用線的絕大部分采用此種模式，技術成熟度最高。

③缺點：a、占地面積大、后續維護工作量大、投資高；b、發生故障時，繼電器部分需通過設計圖紙進行人工定位排查，效率較低。

類型二：全電子模塊式（單系）模式。

①實現方式：道岔聯鎖系統生產廠家自行開發的全電子模塊式執行單元，采用模塊化、單元化的方式，直接控制現場設備或采集現場信號。其中，執行單元采用單套硬件，硬件上具有雙CPU或雙電路設計。

②優點：a、占地面積小、后續維護工作量小、投資相對較低（道岔數量越多，相對價格越低）；b、發生故障時，可通過執行單元自動提示，精確定位，效率較高。

③缺點：目前國鐵干線沒有此種類型的應用業績，其業績主要集中在廠礦企業內部的鐵路上。

類型三：全電子模塊式（雙系）模式。

①實現方式：在類型二的基礎上，執行單元采用雙套硬件，每個硬件上均有雙CPU或雙電路設計。

②優點：a、同類型二的優點；b、在執行表示層實現二乘二取二，可靠性、安全性為3種類型中的最高。

③缺點：a、屬近2年各廠家新開發出的類型，部分廠家還處在產品驗證階段；b、硬件雙套配置，執行表示層的設備投資較類型二提高1倍。

2 鐵路微機聯鎖系統的類型和優缺點

2.1 鐵路微機聯鎖系統的類型

根據聯鎖運算層和執行表示層類型的不同，現有的鐵路微機聯鎖系統可分為8種類型，詳見表1。

2.2 各類型鐵路微機聯鎖系統的優缺點

（1）現場應用業績。類型一：現場應用業績不多，且現在已經基本淘汰。類型二：在2014年之前，國鐵幾乎全部采用此種類型，因此業績最多。類型三、類型七：僅在國鐵支線、地方鐵路線和企業內部鐵路線有應用，國鐵干線暫時無應用。類型四、類型五：由于無國鐵準入許可，因此在國鐵任何區段均未應用過，僅在廠礦企業的內部鐵路上有應用。類型六：2014年之后在國鐵的部分鐵路開始應用，業績較少。類型八：國鐵沒有應用業績，部分廠礦企業的內部鐵路上有應用。

表1 鐵路微機聯鎖系統類型

（2）成套系統價格。類型六與類型八的價格相近，相較其他類型價格最高；類型五，相較其他類型價格最低。

（3）廠商資源。類型二的現場應用業績最多，因此相關廠商的資源也最多。類型四和類型五，由于僅在廠礦企業的內部鐵路有應用業績，因此相關的廠商資源最少。雖然類型八的現場應用業績比類型四和類型五還要少，但幾乎所有主流生產廠家均在開發或推廣此種類型，是今后鐵路微機聯鎖系統的發展趨勢，因此相關的廠商資源也較多。

3 鐵路微機聯鎖系統改造方案的建議

3.1 從性價比、后續備件通用性方面考慮

通用PLC和安全繼電器的供貨渠道眾多，價格透明，備件采購方面較為靈活，成本可控性好，因此若從性價比、后續備件的通用性方面綜合考慮，建議選用類型四，若單純從價格方面考慮，可選用方案五。

3.2 從安全性、可靠性方面考慮

二乘二取二和全電子模塊式執行單元（雙系）采用了獨特的雙套軟硬件配置，以及對比表決式的運算結果輸出方式，因此若從安全性、可靠性方面綜合考慮，建議選用類型八。

3.3 從國鐵準入資質方面考慮

三取二、雙機熱備(PLC)和全電子模塊式執行單元（雙系）均無國鐵準入資質，因此若從國鐵準入資質方面來考慮，只能選取類型二、類型三、類型六、類型七。

3.4 其他

（1）因廠礦企業內部鐵路沿線環境復雜，多數地段的排水能力不足，且環境中金屬粉塵較多，進行軌道電路改造時易出現“紅光帶”的問題，建議此部分區段采用繼軸軌道電路解決。

（2）為保證廠礦企業內部鐵路系統后續CTC（Centralized Traffic Control調度集中控制）項目的順利實施，建議在進行鐵路微機聯鎖系統改造時，預留好鐵路調度信號的標準軟硬件接口。

4 結語

目前，各廠礦企業對其內部鐵路進行微機聯鎖系統改造的需求越來越強烈。但由于國鐵的特殊性，其標準和技術要求與廠礦企業內部鐵路并不一致，因此鐵路微機聯鎖系統在從傳統的408軌道電路往集成電子電路方向發展的過程中，也衍生出現了眾多的類型，且各有優缺點。本文針對各種類型的鐵路微機聯鎖系統進行了詳細的研究和分析，并給出了相應的改造方案建議，可為廠礦企業相關技術人員在制定鐵路微機聯鎖系統改造方案時，提供一定的借鑒和參考。