信号应急联锁系统的分析与研究

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引言：本文从研制的任务、目的、关键技术、总体结构和主要功能等方面阐述了信号应急联锁系统设计的基本思路与实现过程，并通过对现场试验效果的分析证明了该系统的实用价值。最后，给出总体评价。
一、概述
在铁路应急抢险过程中车站信号联锁系统建设周期一般为3～4个月；特殊情况下的抢建也需1～1.5个月；在原信号设备基础上的抢修约为1周；抢建1个最简单的车站信号联锁系统至少需要5天。目前，国内尚无更简单快捷的应急手段和措施，国外也未见相关文献报道。
我国铁路车站联锁设备分为继电联锁和计算机联锁。全路共5000多个车站，继电联锁占85%，计算机联锁占15%。目前的计算机联锁执行电路采用继电器，继电器用量较继电联锁减少三分之二，但仍然很庞大。一般中小站占地面积约40～50m2，大站约80～120m2，设备重量至少4～6t。全电子计算机联锁取消了全部继电器，设备大大减少，设备重量约2t，最小系统重量小于1t，不含电源系统时重量仅300～600kg。因此，在全电子计算机联锁系统基础上研发体积小、重量轻、安装调试方便快捷的信号应急联锁系统（以下简称应急系统）不仅非常必要，而且切实可行。
二、应急系统的任务
应急系统应该采用模块化、结构化的设计思想，整个系统由几个独立的功能单元组成，各个功能单元之间的连接简单、方便、快捷；应能够适应于各种不同规模、结构的站场。为满足快速开通的要求，系统各功能单元应小型化、轻便式、可移动、可积木式搭建。
联锁计算机已是成熟的技术，应急系统主要进行联锁软件的开发研究，要求根据车站站场图形自动生成数据文件，由数据文件自动生成联锁软件。因此，快速搭建系统，执行单元与现场设备的连接做到快捷、方便，以及接口方式的研究都十分重要。此外，为了节省电缆、尽量缩短现场施工布线的时间，系统宜采用集中联锁、执行机单元设在室外咽喉区的分布式控制方案。
三、应急系统的目标
（1）研究全套的应急系统设备和技术，不依赖于既有室内联锁设备、电源和干线电缆，但可以根据现场实际灵活利用既有现场基础设备。系统可以在任何情况或环境下，独立构成联锁系统而发挥作用，且不妨碍既有系统的抢建、抢修。
（2）应急系统是一种临时信号联锁系统，因此应能够完成最基本的行车控制，保证应急情况下的铁路运输，而不要求达到正常行车系统的所有联锁功能。最基本的行车控制就是根据铁路中间站的运输作业方式而完成通过、追踪、会让、越行的基本行车方式的控制，而对区段站、编组站、大型客货运站，则是最基本的列车、调车进路控制。
（3）既有铁路信号联锁系统规模差别较大，站场的形状差异也很大。应急系统应能同时适合绝大多数车站应急抢险及施工过渡的需求，能适合单线线路所、复线线路所、单线三股道车站、复线四股道、非电化区段、电化区段、提速区段的车站。且系统具有积木式、开放式扩展功能，以适应不同规模、不同结构的站场扩充需要。
（4）应急系统应符合现行的《铁路信号抢修（建）技术规程》、《铁路信号联锁技术规范》的要求和铁路信号显示意义的规定。应急系统应能在到达现场的最短时间内投入运用，战术时间要求不大于8小时。
四、应急系统的关键技术
（1）联锁计算机是一个成熟的技术，特别是双机热备系统运用相当稳定，应急系统对联锁机的研究主要是增加网络接口和改变主、备机转换模式。执行机基本电子模块已定型，若要应急系统投入实用，还需抓紧完成六线制道岔、五线制道岔、闭塞接口和通信接口模块的产品实用化研究。
（2）联锁软件。根据车站站场图形自动生成数据文件，由数据文件自动生成联锁软件，这是应急系统的重点、难点。应急系统研究应当在选定制式的联锁机上进行研究。软件应当充分利用多媒体功能，给使用者提供友好界面，使用对象是经过简单培训的专业信号维修工程师。除联锁功能模块外，所有软件均为开放式软件。生成的联锁软件车站数据、站场图形、I/O接口地址功能均可提供给使用者修改完善。
（3）标准站场。为了达到应急系统的时间要求，有可能归纳一些标准的中间站站场形状，做成若干标准的联锁软件和标准执行机配置，电缆网络和标准的室外设备配线资料存入计算机档案，在应急时可以立刻实施。而对于区段站以上的站场，如客运站、编组站，应设计应急系统方案，以在关键时刻可以立即调用。
五、应急系统的主要功能
（1）应急联锁机
主要功能包括：生成联锁软件；进路表示；控制命令；控制监督。
（2）应急监控机（人机接口）
主要功能包括：完全再现CAD所绘制的站场；实现与联锁机的可靠通信；车站信号的完全真实表示；操作控制现场设备；显示操作员操作信息。
（3）应急执行单元
执行单元：依据转辙机、信号机、轨道电路等不同类型的控制与采样对象，按完全独立的单元模块结构研究设计，模块通过网络总线直接与联锁机相连。电子模块：按国际标准的6U模件设计，模块插在6U标准机笼中，每个机笼可插8个。执行单元的整体结构为，每个机柜可安装2层机笼，共计16个模块。系统可安装4台执行单元机柜，6层机笼，共计48个模块，可扩展至8台执行单元，96个模块；执行单元供电：采用双回路冗余不间断供电，模块具有带电热插拔性能，任一模块可随时接入和退出系统，同一型号的模块具有互换性；网络总线：所有模块采用双网络CAN总线，其网络采样周期≤100ms。
六、现场试验效果
由郑州局电务处、人防战备处，兰州交通大学自动控制研究所，武汉中铁勘察设计研究院共同开发研制的“信号联锁设备应急系统”在郑州局新密车站试验成功。在新密车站的试验中，4小时内搭建完成了一套全新的应急系统，所有性能指标都达到了预期的设计目标。试验表明该应急系统具有以下显著特点：①根据站场信号平面图能够快速生成数据文件；②根据生成的数据文件自动生成联锁软件；③执行单元采用具有扩展功能的全电子化、智能化执行模块，根据站场的规模和使用环境可进行自由组合和扩展；④联锁机与执行单元之间的通信采用应急光缆；⑤执行单元与外设的联接和接续采用快速连接电缆；⑥具有体积小、重量轻、安装调试快捷方便、通用性强，在数小时内完全能够重新搭建一套完整的应急系统且达到应急行车的使用程度。
结论
车站信号联锁设备应急系统在国内属首次研究开发，其设计思路独特，符合国防建设、抢险救灾、施工过渡等情况下的需要，具有广泛应用价值。
参考文献
[1]陈邦兴，吴芳美.铁路信号联锁逻辑形式化建模研究[J].铁道学报，2002，12.
[2]刘丽萍，郭荣佐，王霖.铁路信号联锁系统安全规范的形式化描述与验证方法[D].北京交通大学，2013，3.
（作者单位：北京铁路局天津电务段）