廠礦企業鐵路信號聯鎖設備分析

朱建華，單 鵬，黃建兵

（中國石化集團茂名石油化工公司鐵路運輸公司，廣東 茂名 300387）

中國石化集團茂名石油化工有限公司鐵運分部（以下簡稱“鐵運分部”）位于茂名市油城二路，創建于1958年10月10日，鐵運分部有工業站、袂花站和金塘站3個鐵路站，鐵路線總長77 km、道岔164組、30股道，其中工業站場有19股道、金塘站5股道、袂花站6股道；道口69個，其中廠內道口28個、廠外道口41個；鐵路橋梁15座，其中大橋2座、中橋8座、小橋5座；鐵路涵洞103個，各鐵路專用線共有裝卸（洗）車位624個。

信號設備是鐵路運輸的關鍵設備，關系到鐵路運輸的生產和安全，多年來茂名石化聯鎖設備陳舊，上千個繼電器設備出問題后，排查困難，經過公司多次研究開會考察，決定對這批陳舊設備進行徹底整改。

1 6502電氣集中與全電子計算機聯鎖比較

茂名石化原有信號控制采用6502電氣集中。隨著設備的老化，故障率頻發，尤其是站場改造尤為復雜，且耗時長，不能滿足日益發展的鐵路運輸需求。復雜的6502電路對維護人員的技術要求也特別高。復雜、低效、安全隱患等因素，必須要升級為新一代計算機聯鎖系統。

在分析的過程中可以發現在鐵路信號控制當中，全電子計算機聯鎖系統是鐵路信號控制的新一代設備，它主要將計算機控制技術作為其核心內容，將電力電子開關技術作為基礎內容，借助計算機技術以及自動檢測技術等實現對鐵路信號的控制。這一整個系統將繼電器運用電子執行單元進行代替，這主要是因為其不僅體積小，而且還擁有十分強大的功能，組網工作相對更為方便，能夠為鐵路的自動化提供更多的技術支持。

聯鎖系統充分考慮了安全控制系統的RAMS（可靠性、可用性、可維護性、安全性）四大基本特征.。

模塊采用歐標認證的小型進口安全型繼電器進行接點控制，實時回讀接點狀態，保證輸出安全可靠。

2 簡單快捷化維護

一般來說，聯鎖系統能夠在最大程度上對系統結構進行簡化，它采用一些當前階段計算機行業當中最為先進的技術，從鐵路信號設計的方方面面入手，采用模塊化以及單元化的設計理念，在對室外各種信號設備進行控制時以模塊化為單元。

模塊執行還具備對外線路進行保護的功能，不再使用一些容易老化的熔斷器而采用南非開關，這能夠使得信號故障當中最多的問題得到解決。由于很多功能都需要依靠軟件的操作才能夠實現，而軟件屬于是一種沒有磨損的產品，所以在調試成功之后就不再需要后期的維修。此外，由于直接采用電纜將模塊執行單元控制與室外設備相連，在機柜之間不需要使用連接線，所以室內設備的故障將會大大減少。

模塊當中還具備相當完善的自檢功能，故障化計算機聯鎖系統設備將會對所有的計算機運行狀態實時進行檢測，并將檢測的結果展示出來，而且模塊更換也更為方便，處理故障時就會更加方便。之前在對故障處理時，往往都是遵守先查找故障，然后對故障進行判斷，最后修復故障的順序，采用這一系統設備之后，當發現故障之后直接就將故障單元替換掉，大大縮短排除系統故障的時間。

3 經濟效益分析

采用計算機聯鎖集中控制后，信號值班員的指揮工作將會更加方便，能夠使得進路辦理的時間大大縮短，使得值班人員的勞動條件得到改善，最終使得人力資源投入大幅降低，增加運輸設備的使用效率，統計值班信號員減員成果分析如下：

節約成本計算：集中后每班減員2人，共減員4×4班=16人，人均6萬元/年，一年減少支出16×6=96萬元。

4 6502電氣集中與計算機聯鎖的差異

隨著鐵路的不斷發展，信號設備也在不斷更新，但是由于6502電氣集中存在著一定的局限性，很容易就會出現不方便管理的情況，而且還與一些新技術不能夠配套使用。從這一方面來說，6502電氣集中已經很難滿足鐵路發展的實際需求。從一定程度上來說，這一控制系統將計算機控制技術與通信技術相互結合在一起，具有非常高的安全性。而計算機聯鎖的基本功能是以6502電路電氣集中的聯鎖電路作為依據，運用計算機的巨大優勢針對6502電路當中存在的一些問題進行完善，下本主要針對這一方面的問題進行分析。

6502電路：列車運行前方區段瞬間紅光帶而后恢復，由于紅光帶的區段FDGJ↑→QJJ↓，所以這一區段可以采用人工的方式進行，但是運用計算機聯鎖卻不會出現這種情況。

6502電路：進路是人工解鎖的過程中發生，若接近軌道瞬時分路不良， JYJ↑， 12線立即供電，進路可錯誤解鎖，但是運用計算機就不會出現這種情況。

6502電路：某區段紅光帶，當引導信號被開放之后，由于原紅光帶的區段QJJ不↑→LJ不↓→C J不↓，因此當列車在進入到原紅光帶之后，就可以馬上將這一引導進路取消，同樣在計算機聯鎖當中不會這樣。

6502電路：如果在已經開放的一些信號接近區出現瞬間分路不良的情況，就可以立即將已經鎖閉的進路取消掉，但是如果將計算機聯鎖信號開放之后，一旦接近的區段被占用過，進路就一定會產生延時解鎖的情況。

6502電路：當列車開出之后，在咽喉區這一區域就可以按照反方向對折返的車信號進行調整，原來出發的列車還未完成的路程將會按照中途返回的形式進行解鎖，但是在計算機聯鎖當中就不會自動解鎖。

計算機聯鎖：當列車運行的前方出現岔道時將會出現間斷表示，一旦車經過之后將不會解鎖斷表示的區段，但是在6502電路當中卻沒有這一功能。

6502電路：當進站信號開放之后，列車在接近的過程中，一旦信號因為各種原因關閉，引導將會直接開放，而如果借助計算機聯鎖對引導進路解鎖進行辦理時，會出現三分鐘左右的延遲解鎖時間。

5 現有計算機聯鎖系統分析

（1）從一定程度上來說，在車站當中運用計算機聯鎖能夠確保行車的過程中更加安全，使得行車運輸的效率大大提升?，F階段我國常見的計算機聯鎖主要有以下四種類型：

傳統計算機聯鎖系統。由計算機系統和部分6502繼電器電路組成。這種系統的結構復雜，占用面積大，維護、改造都非常困難。

我國最早是在1984年開始對計算機聯鎖系統進行研制，在當前階段，計算機聯鎖系統是鐵路運輸中最為核心的安全控制系統，將原來的6502電氣集中系統取代了。但是在計算機聯鎖系統大規模使用的過程中出現了越來越多的問題。在計算機聯鎖系統當中還保留了將近30%的繼電電路，其占地面積十分大，接線非常多，很容易就會出現故障。此外由于連鎖軟件對知識產權進行保護，所以整個系統是完全封閉的，不能夠深入而且全面控制聯鎖軟件，測試的范圍也大大受限。

（2）PLC加6502繼電器接口電路。由PLC邏輯控制器和部分6502繼電器柜組成。這種系統的結構仍然復雜，電路設計時采用閉環檢查的辦法保證安全，不能做到板級故障檢查，存在安全隱患。鐵道部管轄的線路甚至明確規定禁止使用PLC結構的聯鎖系統。為生產安全著想，不建議采用此類型的聯鎖系統。

（3）全電子計算機聯鎖。這類聯鎖高電壓通過電子開關可控硅去控制室外設備，而當可控硅被擊穿后，很有可能會導致室外設備勿動，存在不安全因素。

（4）模塊化計算機聯鎖系統。此類系統全部取消6502的重力式繼電器，采用歐標微型繼電器與電子電路集成，并且通過單片機控制繼電器的閉合和斷開。其室外設備的控制電壓則通過這些微型繼電器接點將電送出，以達到室內控制室外的目的，且每一個執行模塊內部電路的輸出均采用雙套電路2取2設計原則，保證信號系統的安全性、可靠性！另外因為此類系統的結構簡單，占用面積小，改造用時短，維護簡單而深受廣大用戶的好評。

基于以上四類系統比較，并結合現場實際作業頻繁的情況，在站場改造期間最大化的不影響其正常作業、方便日后維護、保證系統安全可靠穩定的運行、甚至可以由客戶自行站場改造。茂名石化采用青邁啟迪公司自主研發并且獲得相關資質證明的QM-I型全電子模塊化計算機聯鎖系統。

從一定程度上來說，計算機聯鎖系統是車站當中為了確保行車安全而使用的一種控制設備，能夠確保行車更加安全，而且還能夠更好地對勞動條件進行改善。

這三十幾年的發展往往都是注重如何提升計算機當中軟硬件安全性的變化，但這一層面的計算機聯鎖系統作用只是用計算機軟件簡單地替代原有6502的聯鎖邏輯功能，而繼電器接口層依然保留了近30%繼電器作為接口電路。

由于傳統的計算機聯鎖系統整體設計思想上依然保留6502的結構，造成計算機聯鎖系統從設計到后續施工復雜、周期較長、故障范圍廣，維護的工作量及難度均較大等一系列的問題。從某種程度上嚴重影響了日益繁忙的鐵路運輸工作。

QM-I型全電子模塊化計算機聯鎖系統符合鐵道部頒布的《計算機聯鎖技術條件》。在保證系統安全、可靠、穩定的前提下，軟、硬件采用“模塊化”的思想設計開發，采用一些最為先進的技術，對性能更加可靠以及安全更加有保障的車站聯鎖系統進行設計。

6 系統特點

6.1 專業化研制

系統由一批專業從事計算機聯鎖系統軟硬件工程師傾力研制。充分考慮了安全控制系統的RAMS（可靠性、可用性、可維護性、安全性）四大基本特征，歷時數年研制完成。

模塊采用歐標認證的小型進口安全型繼電器進行接點控制，實時回讀接點狀態，保證輸出安全可靠。

6.2 標準化設計和工廠化施工

聯鎖系統真正意義上實現了軟、硬件模塊化設計。該系統真正意義上實現了100%工廠化施工。

6.3 占地面積小

系統取消了所有6502繼電器，所以取消了原本占地面積很大的繼電器接口柜，這樣能夠使得占地面積大大降低，例如針對一個40組道岔的車站來說，6502電氣集中往往采用20個組合架，其他計算機聯鎖機柜加各種接口柜合計為9個機柜左右。本系統僅為6502電氣集中的1/5；其他計算機聯鎖系統的1/2左右。極少的占地面積，用戶不用再擔心站場改擴建需考慮新建信號樓的問題。

6.4 高效的二次開發

聯鎖系統的聯鎖軟件依附于硬件模塊，而且針對消息傳遞以及模塊拼裝這些方面的思路來說，其與傳統6502的15條網絡線以及拼圖設計的方式非常類似。無論是站場改造還是站場新建，基于McCAD圖形編程軟件使用方面，并提供離線模擬仿真功能。在有足夠的系統硬件配置的情況下，很容易實現對既有站場改建或擴建。

6.5 擴展性強

聯鎖系統往往需要在網絡傳輸平臺的基礎上建立，因此其相對來說比較容易控制，即使是遠端的一些車站也不再需要聯鎖機就能夠實現對整個區域的聯鎖。如果遠端車站設置聯鎖機就能夠很方便的實現區域調度集中。開放的IO總線，只需通過光纜即可構成區域聯鎖和區域調度集中。

6.6 兼容性強

聯鎖系統能與其他各種外部系統進行連接，通過安全接口和標準協議實現數據交互。聯鎖系統與各種外部系統的兼容性強，具備將不同廠家的各種系統集成到一個平臺的能力。

7 系統結構原理，如圖1

圖1 聯鎖系統結構原理圖

8 系統層次結構

QM-I型全電子計算機聯鎖系統由硬件和軟件共同完成，在正常工作時，主機負責聯鎖運算與I/O控制，備機與主機實時通信，實現數據交換，并與主機保持同步。在主機故障時備機自動上升為主機，接替系統的輸出I/O控制，實現主、備機無縫切換，同時不會產生錯誤輸出。處于同步狀態的備機發生故障后，自動降為冷備，并發出故障報警，待故障修復后，自動又進入同步狀態。備機和主機之間具有跟蹤同步功能，備機開始正常運行時，能在最短時間內實現主、備機同步，大大提高系統的可用性。

9 全電子執行單元

全電子執行單元通過四種標準模塊（SW、SIG、TC、SIO）完成對室外設備驅動和采集的功能。

SW模塊，SIG模塊，TC模塊，SIO模塊統稱IO模塊。每種IO模塊硬件和軟件上均由兩套相互獨立電路組成，采用二取二的安全原則進行控制。

模塊控制的信號設備數量需要進行綜合考慮，即要考慮經濟效益，也要根據站場布置合理分配控制數量。確保因某一塊模塊故障對站場造成的影響減少到最低。某一塊模塊故障不會影響到其它模塊的正常運行。

計算機聯鎖系統組合完成模塊、斷路器、分線端子間的配線，控制室外設備。組合分為4種：SW組合、SIG組合、TC組合、SIO組合。每種組合由組合框、模塊機籠、南非斷路器、萬可分線端子等組成。見圖2。

圖2 CPU聯鎖模塊，SIG模塊，TC模塊，SW模塊，SIO模塊（組由左至右）

系統內部采用南非斷路器，具有更高的安全可靠性、技術先進性。

每架信號機的點燈電源與每組道岔的動作電源均采用歐標安全型繼電器雙接點一對一獨立輸出，執行單元通過歐標安全型繼電器接點實現強、弱電電氣隔離。

10 全電子執行單元替代6502繼電器說明

全電子執行單元通過四種標準模塊（SIG、SW、TC、SIO）模塊完成對室外設備驅動和采集的功能。

SIG模塊可代替原有6502信號組合的所有繼電器：

列 車 信 號 只 保 留 了LXJ、DJ、TXJ、2UJ、2UDJ、YXJ、2LJ、LUJ等，這些繼電器已經集成到了信號模塊內。

調車信號只保留了DXJ、DJ，這些繼電器已經集成到了信號模塊內。

SW模塊可代替原有6502道岔組合的所有繼電器：

道岔模塊只保留了DCJ、FCJ、DBJ、FBJ，這些繼電器已經集成到了道岔模塊內。

TC模塊可代替原有6502軌道組合的所有繼電器：

軌道模塊通過傳感器反映區段狀態，代替原有480繼電器。

SIO模塊可代替原有6502零散組合的所有繼電器：

零散模塊根據各種聯系電路的具體電路進行設計，通過零散模塊的驅動和采集接口電路來實現。

11 結論

文章從6502電氣集中與計算機聯鎖的分析對比出發，結合企業自身的運輸管理需求。提出采用計算機聯鎖系統的必要性。并從國產幾種類型的計算機聯鎖系統分析中選擇最適合企業鐵路運輸的全電子計算機聯鎖系統。并對全電子計算機聯鎖系統進一步分析其系統特點，從安全性、易用性、可維護性方面進行深入解析。6502電氣集中升級計算機聯鎖是大勢所趨，但需要在眾多的計算機聯鎖制式中選擇最適合地方企業鐵路運輸需要的。需要從經濟成本、安全性、穩定性、易用性、可擴展性、可維護性等各方面綜合考慮。