聯(lián)鎖驅(qū)動繼電器動作時(shí)序?qū)Φ皖l碼的影響及優(yōu)化分析

楊美君

(北京全路通信信號研究設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，北京 100070)

當(dāng)前國內(nèi)高速鐵路車站普遍采用列控中心進(jìn)行軌道電路編碼，但在部分高鐵與普鐵的銜接車站及普速鐵路中仍大量采用繼電電路進(jìn)行軌道電路編碼。計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖作為鐵路信號控制系統(tǒng)中最為基礎(chǔ)但最為重要的安全設(shè)備，其驅(qū)動的信號繼電器被用于編碼電路或列控編碼邏輯(采集信號繼電器狀態(tài)信息)，在這個(gè)過程中兩者的配合會因設(shè)備屬性、站界劃分、編碼方案等因素的存在而產(chǎn)生一些場景問題。這些場景問題雖然有一定的觸發(fā)時(shí)機(jī)或因素，但在一定程度上對列車運(yùn)行會產(chǎn)生影響，因此需要對這些場景中的繼電編碼電路進(jìn)行優(yōu)化分析，使電氣設(shè)備和電子設(shè)備間更有效地結(jié)合。本文將對計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖驅(qū)動繼電器的動作時(shí)機(jī)對優(yōu)化繼電編碼電路產(chǎn)生的影響進(jìn)行探討和優(yōu)化研究。

1 場景問題

1.1 場景1：正線通過時(shí)3JG閃U2碼或U2S碼

如圖1 所示，列車位于X3JG，當(dāng)車站辦理下行通過進(jìn)路后列車短暫收到U2 碼(有些場景下收到U2S 碼，原因同理）后轉(zhuǎn)L 碼。

圖1 X3JG閃U2碼后轉(zhuǎn)L碼編碼示意Fig.1 Changing to L code after flashing U2 code of X3JG coding circuit

1.2 場景2：正線通過時(shí)3JG閃H碼

在U2 的編碼電路中XLUXJ 落下接點(diǎn)串接SNZXJ 落下接點(diǎn)，如圖2 虛線框中內(nèi)容所示。此時(shí)列車位于X3JG，當(dāng)車站辦理下行通過進(jìn)路后列車短暫收到H 碼后轉(zhuǎn)L 碼，導(dǎo)致列車緊急制動停車。

2 場景分析

2.1 邏輯分析

早期6502 電氣集中聯(lián)鎖編碼電路設(shè)計(jì)中大量采用圖1 所示的編碼電路，并未有太多的發(fā)碼故障案例出現(xiàn)，但在近期計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖車站中相同的編碼電路卻出現(xiàn)了一些如上述場景問題所述的閃碼現(xiàn)象，對閃碼的邏輯分析如下。

如圖1 所示，X 進(jìn)站信號機(jī)由黃燈升級為綠黃/綠燈過程中，計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖對繼電器的驅(qū)動時(shí)序?yàn)椋合炔杉嚼^電器XILXJ 吸起后，再開始驅(qū)動XLUXJ/XTXJ 吸起，因此會出現(xiàn)XILXJ 吸起而XLUXJ/XTXJ 落下的中間過渡狀態(tài)。雖然是正線通過進(jìn)路，但在低頻編碼電路中，由于其所使用的XILXJ、XLUXJ、XTXJ 繼電器未同步動作，因而在XILXJ 吸起而XLUXJ/XTXJ 落下的間隙X3JG的編碼則會出現(xiàn)由U 碼先跳變?yōu)閁2 后再升級為LU 碼或L 碼的情況。X3JG 閃U2 碼的持續(xù)時(shí)長為：計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖設(shè)備驅(qū)動使得XILXJ 先吸起→聯(lián)鎖系統(tǒng)刷新采集到XILXJ 吸起→聯(lián)鎖再驅(qū)動XLUXJ繼電器吸起的時(shí)間。其中計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖設(shè)備的系統(tǒng)刷新周期及驅(qū)動繼電器吸起的時(shí)間特性根據(jù)聯(lián)鎖設(shè)備及數(shù)據(jù)配置的不同而存在差別，因此機(jī)車解碼后收到U2 碼也具有不確定性。

如圖2 所示，為解決上述閃U2 碼的問題，部分設(shè)計(jì)單位采用了在U2 碼發(fā)送通道中串入SNZXJ(或叫XIZTJ)落下節(jié)點(diǎn)的方案，由于正線通過時(shí)SNZXJ 保持吸起，因而在XILXJ 吸起而XLUXJ/XTXJ 落下的間隙可避免閃U2 碼。上述編碼電路在實(shí)現(xiàn)邏輯上看似是正確的，但卻忽略了一個(gè)問題：當(dāng)XILXJ 吸起而XLUXJ/XTXJ 落下的間隙過大時(shí)，會使得FBJ 落下而轉(zhuǎn)向“+1”發(fā)碼電路，而由于“+1”發(fā)碼電路和主發(fā)碼電路采用了相同的編碼邏輯而產(chǎn)生發(fā)出默認(rèn)H 碼的情況。

圖2 X3JG閃H碼后轉(zhuǎn)L碼編碼電路Fig.2 Changing to L code after flashing H code of X3JG coding circuit

2.2 原因分析

對比6502 電氣集中聯(lián)鎖和計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖，綜合分析現(xiàn)場運(yùn)行場景和設(shè)備特點(diǎn)，對產(chǎn)生上述閃碼的原因分析如下。

1) 6502 電氣集中聯(lián)鎖是采用搭接邏輯繼電電路的方式實(shí)現(xiàn)對道岔、信號等設(shè)備的控制，而繼電電路的特性是反應(yīng)速度快，因此當(dāng)XILXJ 吸起后，采用繼電電路使XLUXJ/XTXJ 勵(lì)磁吸起的時(shí)間短且相對固定。計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖對道岔、信號等設(shè)備的控制取決于計(jì)算機(jī)邏輯運(yùn)算處理的能力，隨著計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖的發(fā)展，它被賦予了越來越多的功能、任務(wù)和接口，并且根據(jù)安全設(shè)備需單任務(wù)處理才安全的原則，使計(jì)算機(jī)邏輯運(yùn)算所需要的時(shí)間越來越長，因此實(shí)際工程中計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖設(shè)備的系統(tǒng)周期變大，同時(shí)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖設(shè)備是采用固定周期進(jìn)行刷新和邏輯運(yùn)算的，從而導(dǎo)致當(dāng)XILXJ 吸起后，計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖驅(qū)動XLUXJ/XTXJ 吸起的時(shí)間變長。

2) 機(jī)車頭部的軌道電路接收設(shè)備靈敏度不斷提高，使短暫接收的U2 碼、U2S 碼或H 碼信息更容易被解碼。

3) 目前現(xiàn)場大量采用CTC 自觸方式進(jìn)行進(jìn)路辦理，因?yàn)镃TC 根據(jù)列車運(yùn)行位置和時(shí)間等參數(shù)來觸發(fā)進(jìn)路，所以現(xiàn)場進(jìn)路的觸發(fā)具有相對固定的時(shí)機(jī)。這種相對固定的觸發(fā)時(shí)機(jī)使現(xiàn)場同一閃碼場景有了更多次重現(xiàn)的可能。

4) 隨著鐵路運(yùn)力需求的提高以及運(yùn)行速度的提高，現(xiàn)場列車運(yùn)行間隔大大縮短，客觀上促使一些“緊追蹤”問題的暴露。

3 優(yōu)化方案

通過對上述場景的邏輯分析和原因分析得知，產(chǎn)生閃U2 碼、U2S 碼或H 碼的根源是計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖驅(qū)動XILXJ 吸起而XLUXJ/XTXJ 落下的“間隙”，合理處理這個(gè)“間隙”即可有效避免閃碼問題，因而如圖3 所示通過增加虛線框中內(nèi)容，進(jìn)行編碼電路優(yōu)化方案設(shè)計(jì)。

圖3 X3JG優(yōu)化后無閃碼編碼電路Fig.3 Optimized X3JG coding circuit with no flashing code

雖然上述優(yōu)化編碼電路可從原理上解決現(xiàn)場出現(xiàn)的閃碼問題，但在具體工程實(shí)踐中由于3JG 發(fā)碼電路還涉及到車站邊界劃分、現(xiàn)場實(shí)際所具備的電纜芯線限制、列控編碼條件等因素，因而需要將具體的場景進(jìn)行研討。

3.1 場景1：3JG歸屬本站且全站繼電編碼

如圖3 虛線框中內(nèi)容所示，在U2 碼或U2S碼的編碼電路中XLUXJ 落下接點(diǎn)處串入本站SNZXJ(或稱為XIZTJ)，通過使用SNZXJ 吸起接點(diǎn)溝通U 碼編碼電路。使發(fā)送器在XILXJ 吸起后，經(jīng)SLUXJF 落下接點(diǎn)、XNZXJF 吸起接點(diǎn)仍能溝通U 碼的低頻編碼電路進(jìn)行短暫碼序維持過渡，防止異常閃U2 碼，提高編碼電路準(zhǔn)確性和可靠性。

3.2 場景2：3JG歸屬鄰站且鄰站采用繼電編碼

當(dāng)3JG 歸屬鄰站管轄時(shí)，編碼電路中串入的SNZXJ 需通過站間電纜傳輸，根據(jù)兩站間的電纜芯線數(shù)充足與否逐一進(jìn)行分析。

1）站間電纜芯數(shù)充足時(shí)

兩站間直接采用兩根電纜芯線，將SNZXJ 直接傳輸至鄰站，如圖3 所示的方式接入編碼電路后解決閃U2 或U2S 碼問題。

2）站間電纜芯數(shù)不足時(shí)

通常既有車站的站間繼電傳輸方案如圖4 所示。

在圖3 所示的編碼邏輯和圖4 所示站間傳輸條件下，需要考慮將SNZXJ 與某個(gè)繼電器采用同芯線復(fù)示至鄰站。編碼電路所需的繼電條件同芯傳遞必須滿足下列兩個(gè)條件之一：當(dāng)A 繼電器在某種狀態(tài)時(shí)，B 繼電器的吸起落下條件對編碼電路沒有影響；A 繼電器和B 繼電器的吸起狀態(tài)互斥，即A 落下時(shí)B 才可能吸起。

圖4 既有車站間繼電傳輸電路Fig.4 Relay transmission circuit between existing stations

綜合分析上述場景中的繼電器狀態(tài)組合及相對邏輯關(guān)系如下。

當(dāng)SNZXJ 落下時(shí)，XTXJ 邏輯上必定是落下狀態(tài)，因此可考慮XTXJ 與SNZXJ 同芯線傳輸。

當(dāng)XZXJ 落下時(shí)，XILXJ 的狀態(tài)對編碼電路沒有影響，因而可考慮XZXJ 和XILXJ 同芯線傳輸。

當(dāng)XILXJ 落下時(shí)，SNZXJ 的狀態(tài)對編碼電路沒有影響，因而可考慮XILXJ 和SNZXJ 同芯線傳輸。

但分析如圖5 所示的站間電路a，雖然邏輯上正確，但考慮鄰站XILXJ、鄰站SNZXJ 繼電特性差異等因素，在鄰站還是存在一定概率發(fā)生短暫的XILXJ 吸起、SNZXJ 落下的情形。

圖5 SNZXJ與XLXJ同芯線站間傳輸電路aFig.5 Co-core line transmission circuit a form SNZXJ to XLXJ between stations

因此當(dāng)電纜芯數(shù)不足時(shí)，優(yōu)先考慮采用如圖6所示的站間傳輸電路b 方案。

圖6 SNZXJ與XTXJ同芯線站間傳輸電路bFig.6 Co-core line transmission circuit b form SNZXJ to XTXJ between stations

3.3 場景3：3JG歸屬鄰站且鄰站列控編碼時(shí)

根據(jù)本站的設(shè)備屬性、兩站間電纜/光纜傳輸條件等因素，進(jìn)行如下分析。

3.3.1 本站設(shè)置列控中心時(shí)

1) 本站列控中心與鄰站列控中心通信，采用中國鐵路總公司關(guān)于印發(fā)《高鐵列控中心接口暫行技術(shù)規(guī)范》的通知（鐵總運(yùn)[2015]75 號，以下簡稱75 號文）規(guī)定的接口協(xié)議傳遞邊界碼序，鄰站根據(jù)邊界碼序進(jìn)行編碼。

2) 當(dāng)因本站列控中心本身屬性(既有線列控中心等因素)不具備采用75 號文規(guī)定的接口協(xié)議條件時(shí)，可采用以下方式之一實(shí)施：

參照場景2 中的繼電傳輸方案將SNZXJ 狀態(tài)傳輸給鄰站，鄰站列控中心采集SNZXJ 狀態(tài)進(jìn)行編碼邏輯判斷；

由本站聯(lián)鎖通過站間通信將SNZXJ 狀態(tài)傳遞給鄰站聯(lián)鎖，鄰站聯(lián)鎖通過75 號文規(guī)定的接口協(xié)議（預(yù)留字節(jié)特殊定義）與鄰站列控中心通信完成SNZXJ 狀態(tài)的傳遞，鄰站列控中心根據(jù)SNZXJ 狀態(tài)進(jìn)行編碼邏輯判斷；

由本站聯(lián)鎖通過站間通信將SNZXJ 狀態(tài)傳遞給鄰站聯(lián)鎖，鄰站聯(lián)鎖驅(qū)動SNZXJ 的復(fù)示繼電器，鄰站列控中心采集SNZXJ 復(fù)示繼電器狀態(tài)并進(jìn)行編碼邏輯判斷。

3.3.2 本站無列控中心時(shí)

可參照場景2 中的繼電傳輸方案將SNZXJ 狀態(tài)傳輸給鄰站，鄰站列控中心采集SNZXJ 狀態(tài)進(jìn)行編碼邏輯判斷。

4 結(jié)束語

雖然X3JG 編碼電路中的XLUXJ 的后接點(diǎn)串入SNZXJ 后接點(diǎn)時(shí)，可以避免閃U2 碼或者U2S碼的問題，但在編碼電路中SNZXJ 的前接點(diǎn)必須勾通U 碼的編碼電路，以使XLUXJ 未勵(lì)磁吸起前仍然維持U 碼的發(fā)送，避免在XILXJ 吸起、XLUXJ落下的間隙FBJ 落下而使列車收到“+1”發(fā)送器的29 Hz 低頻（紅碼）信息。

隨著計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖技術(shù)的發(fā)展，聯(lián)鎖在處理功能和接口功能方面較電氣集中聯(lián)鎖有較大的優(yōu)勢，但由于計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖自身的特點(diǎn)，使得計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖和繼電電路間出現(xiàn)了一些新的結(jié)合部問題，需要在工程實(shí)踐中對實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)和運(yùn)營場景進(jìn)行深入分析，以求避免或解決結(jié)合部問題。另外在繼電電路的設(shè)計(jì)以及繼電器的型號選擇上，都需要充分考慮計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖的電子設(shè)備的特性，方可提高計(jì)算機(jī)與繼電器結(jié)合形成的控制系統(tǒng)的安全性和可靠性，從而確保列車的運(yùn)輸。