鐵路信號分布式計算機聯鎖系統的道岔控制模塊分析

王彩

（新疆鐵道職業技術學院，新疆 烏魯木齊 830011）

鐵路建設是中國陸上交通建設體系的重要組成部分，其對中國民生質量與社會經濟的發展具有重要促進作用。分布式道岔控制模塊對于中國來說，還處在一個起步階段，目前研究時間較短，但已初步取得了階段性的成功。本文將對分布式道岔控制模塊進行研究分析，并對控制模塊的設計進行分析。

1 道岔控制模塊需求分析

鐵路信號又叫鐵道信號，是用來控制列車與列車之間的運行距離，保障列車安全的重要信息類型。在鐵路信號的通信應用過程中，主要包含著三個環節，分別是信號環節、聯鎖環節和閉塞環節。在這當中，聯鎖環節在鐵路信號中占據著重要地位，其安全性、可靠性的分析與維護也是現階段研究的熱點，也是推動鐵路行業更好發展、技術升級的關鍵切入點。本文將以此作為基礎，在分布式計算機聯鎖研究系統的基礎上對道岔控制模塊進行分析研究。綜合來說，可以將鐵路信號系統劃分在安全系統的范疇內，而其中所包含的道岔控制模塊占據著重要地位。在鐵路信號系統實際運行的過程中，道岔控制模塊的硬件與軟件不僅需要完成系統功能需求的分析，在此基礎上，還要完成對系統安全性的分析工作。基于此，在本次研究中，主要對道岔控制模塊的功能及安全性兩方面的需求展開深入分析，并以此為基礎提出一種高效率、高質量的分布式道岔控制模塊的軟硬件設計方案。

1.1 轉轍機接口需求分析

對于轉轍機而言，其在道岔控制系統中主要承擔著“執行機構”的任務，是計算機聯鎖系統執行單元的重要結構。在道岔控制系統的實際運行過程中，轉轍機可以帶動道岔轉入閉鎖或是轉換狀態，且可以對道岔所處狀態、所在位置進行及時的反應。能夠看出，轉轍機在維護行車安全方面發揮出了重要作用，必須要重點保證、提升其質量與運行可靠性，并對轉轍機性能進行優化。

1.2 模塊功能需求分析

在實際情況中，道岔控制電路是涉及行車安全的電路，所以需要對它的安全可靠性提出極高的要求，需要對故障的來源和具體發生類型展開分析，一旦出現故障問題，需要在第一時間發出警報，同時落實適當的故障處理措施。

為了實現上述目標，必須要保證基于分布式計算機聯鎖的道岔控制模塊具備以下幾種功能：①能夠完全與聯鎖主機保持通信功能，實現與通信分級的信息互換，過程中必須使用安全的通信協議，從而確保指令輸送的正確性；②能夠自行檢查故障并且將故障定位，而且要對異常情況的發生進行故障警報[1]。

2 道岔模塊硬件設計

2.1 硬件安全可靠性技術

2.1.1 避錯技術和容錯技術

對于避錯技術而言，其能夠在高質量硬件設備的支持下，實現對設備故障的有效規避，降低設備故障問題的發生概率，促使整個系統可以長時間保持在安全、穩定、高質量、高效率運行的狀態下。在道岔模塊設計中，引入的避錯技術可以細化為兩項，即質量控制技術、環境清潔技術，提高基本設備的可靠性和穩定性，有效地減少出錯率。容錯技術主要通過對電路板電線的布局和多種抗干擾方法來提升設備的運行穩定性和對環境的適應程度[2]。

2.1.2 故障-安全技術

就當前的技術發展以及研究現狀來看，無故障元件的研發尚未達到理想水平，若是設備、元件發生故障，則需要將研究重點聚焦于故障問題的及時發覺與定位、降低故障引發負面后果的嚴重性、避免生成危險輸出這幾方面。為了實現上述目標，要在道岔模塊中引入故障-安全技術。對于故障-安全技術而言，其可以細化為多種類型，不同類型其運行原理也存在一定的差異性，常見的幾種運行原理包括：通過對故障展開及時、全面的屏蔽維護系統與設備安全，通過第一時間排除故障問題實現系統功能與設備安全性的維護，通過維持正常運轉保障系統與設備運行安全等。

2.2 道岔控制主回路

2.2.1 固態繼電器

固態繼電器有很多種，根據使用的輸出器件不同可以將其簡單地分為晶體三極管型、單向可控硅型、雙向可控硅型、場效應管型和絕緣柵型場效應管型等，在輸出器件不同的情況下繼電器的性能也有著不同之處。同時，對于不同的輸出器件，其在額定頻率、額定電流電壓等參數方面也存在著較大的差異性。通常情況下，可以根據負載電源類型的不同完成對固態繼電器類型的細分，包括交流型固態繼電器、直流型固態繼電器。在此基礎上，可以將交流型固態繼電器進一步細化為隨機型交流固態繼電器和過零型交流固態繼電器兩種。相比較而言，過零型交流固態繼電器擁有更為強大的抗干擾性能，因此負載上的波形更加理想。但是，過零型交流固態繼電器的負載波形延時比隨機型交流固態繼電器的更大，反應速度也不如隨機型交流固態繼電器[3]。

2.2.2 道岔動作電路設計

在本次分布式道岔控制模塊的硬件設計中，主要利用對四線制直流轉轍機定操和反操的控制制定道岔動作電路設計方案。對于道岔動作電路而言，其設計科學性以及運行效果與模塊控制的安全程度息息相關，所以，必須要對道岔動作電路展開優化設計與搭建。為了滿足道岔控制模塊的功能需求，需要在道岔動作電路中引入道岔控制主回路和電流檢測電路，保證電路及模塊運行的可靠性。其中，道岔控制主回路主要承擔著斷路控制以及通路監控的任務，而電流檢測電路主要承擔著檢測控制主回路電流的任務。另外，在完成對控制主回路電流的檢測（電流檢測電路動作）后，要融合電路動作的狀態和故障情況的監測，以此搭建起完整的、性能全面的、安全可靠性更高的道岔動作電路設計方案。

2.2.3 安全監督電路

安全監督電路在道岔動作電路中起著極為關鍵的作用，道岔動作電路中任何元件失效都可能造成模塊功能故障，這會直接造成故障隱患的產生，但電路最終誤動作是由開關的誤動作造成，所以對于開關狀態的實時可靠的檢測來說其質量安全問題是不言而喻的。安全監督電路主要完成對繼電器短路與斷路故障的監督，以這樣的形式來實現繼電器狀態的實時監測，從而保證電路故障能夠及時被發現。

3 道岔模塊軟件設計

3.1 軟件安全可靠性技術

要想切實有效地提高模塊的安全性與可靠性，確保道岔控制模塊的功能得到充分發揮，必須重點保證軟件指令均得到迅速、準確的執行，且促使程序可以始終穩定在運行狀態下。為了實現上述目標，可以從避錯、檢測、屏蔽故障幾方面入手，促使道岔控制模塊的運行安全性增強（與硬件安全性維護方法相類似）。實踐中，也可以引入冗余容錯技術，結合軟件版本冗余量的增加、故障檢測與隔離、損壞估計、故障自動修復等技術的應用，進一步強化道岔控制模塊軟件方面的安全可靠性。

3.2 道岔控制模塊軟件設計

在設計模塊軟件的過程中必須要重點參考功能需求、硬件電路原理展開模塊軟件的安全設計。在此過程中，可以依托C語言技術展開編程，以此保證相應軟件程序具有較強的可讀性和可移植性。同時，通過推動設計方案的結構化，達到程序模塊化的效果。

4 道岔控制模塊安全性分析

在以往的繼電聯鎖系統中，一般使用專門的安全型電磁式繼電器、相互制約的安全型邏輯關系達到維護道岔控制模塊安全可靠性的效果，降低故障問題的發生概率，促使道岔控制模塊能夠在較長的時間內維持在正常運行的狀態下。而在鐵路信號執行單元設備中，更多依靠自身硬件與軟件設計中的非對稱處理，結合在智能化芯片結合結構上引入閉環設計，達到提升系統與設備運行安全可靠程度的效果。所以，在對設備實施生產設計時，必須要充分發揮出安全性分析技術的作用，落實對模塊的系統性分析，這樣才能便于設計優化，對道岔控制模塊的安全性予以提升。

5 結論

綜上所述，基于中國鐵路工程信息化、現代化建設的發展背景，對應用于分布式計算機聯鎖系統的道岔控制模塊進行細致的研究很有必要。在分析道岔控制模塊的設計需求時，需要從安全性、功能性等多個方面進行考量。在此基礎上，還需做好軟件與硬件的科學化、協調化設計，確保道岔控制模塊整體具備良好的故障應對與容錯能力，從而實現其作用價值的有效發揮。希望此研究能夠對中國的鐵路事業的發展起到一定的幫助作用。