何 瑄

（北京全路通信信號(hào)研究設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100073）

1 背景

控制車站的道岔、進(jìn)路和信號(hào)，并實(shí)現(xiàn)它們之間的聯(lián)鎖關(guān)系的信號(hào)設(shè)備，稱之為聯(lián)鎖設(shè)備。

國(guó)內(nèi)車站的聯(lián)鎖控制經(jīng)歷了機(jī)械聯(lián)鎖控制、電氣集中(以6502為代表)聯(lián)鎖控制、計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖加繼電器執(zhí)行控制3個(gè)大的發(fā)展階段，其中，由機(jī)械聯(lián)鎖發(fā)展到6502電氣集中，是一次重大的飛躍，大約是在70年代基本完成的[1]。隨著計(jì)算機(jī)、通信、控制3大技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)從80年代后期開始研究計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖，由于當(dāng)時(shí)電子技術(shù)的局限，最終采用了計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖加安全型繼電器執(zhí)行形式的控制系統(tǒng)，90年代進(jìn)行試驗(yàn)并逐漸批量上道使用。

目前計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)已處于推廣普及階段，隨著實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的積累，系統(tǒng)的性能也在不斷提高。在剛過(guò)去的鐵路“十一五”規(guī)劃中，大力推進(jìn)了計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖技術(shù)，已建設(shè)的武廣、滬寧、滬杭的客運(yùn)專線路都采用了計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)，在逐漸國(guó)產(chǎn)化的城市軌道交通中也都應(yīng)用了國(guó)產(chǎn)的計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖。繼電聯(lián)鎖除了在上個(gè)世紀(jì)已經(jīng)實(shí)施的車站外，目前在建車站基本不再使用。我國(guó)幅員遼闊，鐵路總長(zhǎng)度和覆蓋率較發(fā)達(dá)國(guó)家差距很大，尚有很大的發(fā)展空間。在“十一五”期間提出的“四橫四縱”的規(guī)劃使我國(guó)鐵路開始了快速發(fā)展，在“十二五”期間，則在城市軌道交通上又增加了鐵路的投資，這對(duì)鐵路信號(hào)中非常重要的聯(lián)鎖系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，是一個(gè)極大的市場(chǎng)，是非常好的發(fā)展契機(jī)。

縱觀車站聯(lián)鎖的發(fā)展歷程，就是隨著科技發(fā)展而發(fā)展的一個(gè)過(guò)程。目前電子技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到一個(gè)成熟的地步，我國(guó)的計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖也開始向全電子化的聯(lián)鎖轉(zhuǎn)變，而這個(gè)轉(zhuǎn)變正趕上了聯(lián)鎖發(fā)展的大好時(shí)機(jī)。

2 全電子計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖技術(shù)

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

全電子計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)取消了傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖中的繼電器接口部分，采用電子執(zhí)行單元直接控制信號(hào)設(shè)備。整個(gè)聯(lián)鎖系統(tǒng)由3個(gè)部分組成，分別為人機(jī)界面層（MM I）、聯(lián)鎖層（C IL）和執(zhí)行層（EEU）。系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.2 系統(tǒng)功能

全電子計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的電子執(zhí)行單元EEU，包含道岔模塊、信號(hào)機(jī)模塊、軌道模塊和零散模塊（通用輸入輸出模塊和6D閉塞模塊等）。

道岔模塊是用于驅(qū)動(dòng)道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)的電子執(zhí)行模塊。道岔模塊采用了二取二故障-安全的設(shè)計(jì)原則，完成控制功能和道岔位置表示功能。模塊與聯(lián)鎖邏輯部通過(guò)總線交互信息，根據(jù)聯(lián)鎖邏輯部下發(fā)的命令執(zhí)行道岔的定/反操作，并向聯(lián)鎖邏輯部實(shí)時(shí)反映道岔當(dāng)前的狀態(tài)信息。單個(gè)模塊能夠控制轉(zhuǎn)轍機(jī)，兩系模塊冗余控制，交替工作。道岔模塊同時(shí)也采集道岔的動(dòng)作電流、表示電壓的交直流分量等模擬量信息。

信號(hào)機(jī)模塊的是用于控制信號(hào)機(jī)的電子執(zhí)行模塊。信號(hào)機(jī)控制模塊采用二取二故障-安全的設(shè)計(jì)原則，具有控制和監(jiān)測(cè)功能。信號(hào)機(jī)控制模塊與聯(lián)鎖邏輯部通過(guò)總線交互信息，根據(jù)聯(lián)鎖下發(fā)的命令實(shí)現(xiàn)點(diǎn)燈操作，并向聯(lián)鎖邏輯部實(shí)時(shí)反映信號(hào)機(jī)當(dāng)前的狀態(tài)信息。

軌道模塊是與室外電路配合、用于檢測(cè)軌道占用的電子執(zhí)行模塊。具體分為25 H z相敏軌道電路模塊、50 H z軌道電路模塊、ZPW-2000型軌道電路模塊等。

2.3 系統(tǒng)故障-安全原則

鐵路信號(hào)設(shè)備與普通工業(yè)設(shè)備相比最重要的一個(gè)特性就是故障-安全特性，全電子計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)作為保證列車安全運(yùn)行的基礎(chǔ)設(shè)備，在開發(fā)設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)遵循以下故障-安全原則。

1）電子執(zhí)行單元采用雙CPU獨(dú)立的控制電路，對(duì)最終端輸出采用二取二控制機(jī)制，僅當(dāng)兩個(gè)CPU都輸出有效信號(hào)時(shí)，才可驅(qū)動(dòng)外設(shè)動(dòng)作。

2）電子執(zhí)行單元雙CPU控制的輸出信號(hào)采用動(dòng)態(tài)與靜態(tài)結(jié)合或雙動(dòng)態(tài)輸出。

3）電子執(zhí)行單元采用雙CPU獨(dú)立的采集電路，2個(gè)CPU分別對(duì)采集信息進(jìn)行處理，并通過(guò)交互通道對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，比較一致時(shí)，采集數(shù)據(jù)有效。

4）電子執(zhí)行單元在連續(xù)3個(gè)運(yùn)算周期內(nèi)無(wú)法正確接收到聯(lián)鎖邏輯部下發(fā)的控制命令，電子執(zhí)行單元的輸出導(dǎo)向安全側(cè)。

5）聯(lián)鎖邏輯部和電子執(zhí)行單元均設(shè)有看門狗，在系統(tǒng)出現(xiàn)異常如軟件崩潰、系統(tǒng)死機(jī)時(shí)能停止輸出，自動(dòng)復(fù)位系統(tǒng)。

6）遵循EN50129。

2.4 系統(tǒng)特點(diǎn)

全電子計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)是基于未來(lái)鐵路及城市軌道交通聯(lián)鎖設(shè)備集成度高、安裝速度快、維護(hù)方便的使用需求而研制。該系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)。

1）擴(kuò)展靈活，適用范圍大

模塊化程度高，只要增加或減少功能模塊的數(shù)量，就可以滿足不同規(guī)模站場(chǎng)的要求。對(duì)于30組道岔以內(nèi)的中小站，完全可以安裝在3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行機(jī)柜內(nèi)。對(duì)于大站，則可以將執(zhí)行機(jī)柜放置在咽喉區(qū)，與中心信號(hào)樓的聯(lián)鎖機(jī)之間通過(guò)光纖連接，進(jìn)行遠(yuǎn)距離控制，實(shí)現(xiàn)集中聯(lián)鎖、分布控制鄰近的小站或區(qū)間道岔，完全滿足高速鐵路和客運(yùn)專線的運(yùn)營(yíng)條件，從而增強(qiáng)了系統(tǒng)的適用性[2]。

2）維護(hù)量小

全電子聯(lián)鎖采用電子模塊代替執(zhí)行層的繼電器，具有自診斷功能，能夠定位故障點(diǎn)并在監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中顯示出來(lái)，便于維修人員的檢修。模塊故障時(shí)，只需要更換相應(yīng)的模塊，便于設(shè)備的更換。

3）安全性高

采用了相應(yīng)的手段，可以對(duì)聯(lián)鎖的輸出命令和執(zhí)行返回狀態(tài)進(jìn)行校核，通過(guò)自診斷功能，系統(tǒng)的輸入、邏輯判斷、控制輸出等都能將錯(cuò)誤控制在各自環(huán)節(jié)內(nèi)，使整個(gè)系統(tǒng)具有較高的安全性。全電子聯(lián)鎖系統(tǒng)一定程度上緩解了使用封連線帶來(lái)的安全問(wèn)題，并且減少了由于進(jìn)行大量配線而產(chǎn)生的錯(cuò)誤。

4）總體造價(jià)低、占用資源少

大幅減少繼電器的使用，大量減少信號(hào)電纜的使用，并且減少了組合架的大量配線工作，造價(jià)和開通用時(shí)大大低于仍使用繼電執(zhí)行單元的計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)。此外，由于不再使用繼電器，可以大大減少聯(lián)鎖系統(tǒng)使用的空間。技術(shù)上更有利于實(shí)現(xiàn)向數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化和綜合化的更新?lián)Q代。

3 全電子計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖的發(fā)展前景

3.1 全電子化計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖的重大社會(huì)經(jīng)濟(jì)意義

1）進(jìn)一步提高鐵路運(yùn)輸安全性

全電子化模塊貫徹安全第一和控制監(jiān)督檢測(cè)一體化的原則，自動(dòng)排除由于人為違章操作和設(shè)備原因引起的道岔虛假表示等各種危及安全的因素，為進(jìn)一步提高安全性提供了高技術(shù)裝備。

2）促進(jìn)鐵路科技進(jìn)步

全電子化計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)，促進(jìn)了鐵路電務(wù)信號(hào)設(shè)備由繼電電路聯(lián)鎖向以智能化全電子電路為基礎(chǔ)的計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖的轉(zhuǎn)變，這個(gè)轉(zhuǎn)變被行業(yè)內(nèi)評(píng)價(jià)為鐵道信號(hào)技術(shù)的一次革命。

3）經(jīng)濟(jì)意義巨大

現(xiàn)有的聯(lián)鎖設(shè)備大量使用繼電器，繼電器價(jià)格遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于電子元件，并且每15年就要大修更新，每次大修每個(gè)車站控制設(shè)備的投資約為50萬(wàn)元。因此，該領(lǐng)域技術(shù)更新升級(jí)換代的經(jīng)濟(jì)意義非常重大[3]。

3.2 發(fā)展預(yù)測(cè)

為保證鐵路運(yùn)輸?shù)目焖侔l(fā)展，鐵路信號(hào)市場(chǎng)要求充分發(fā)揮鐵路信號(hào)工廠、工程設(shè)計(jì)單位、專業(yè)施工單位、電務(wù)維修單位的作用，在保證其基本安全條件的基礎(chǔ)上，讓多級(jí)單位廣泛參與。

在這種情況下，聯(lián)鎖系統(tǒng)的理想狀態(tài)就是全電子聯(lián)鎖系統(tǒng)，全電子聯(lián)鎖系統(tǒng)完全滿足以下的工程需求：1）完全的工廠化生產(chǎn)；2）完全的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)；3）最簡(jiǎn)化的現(xiàn)場(chǎng)施工；4）最簡(jiǎn)化的驗(yàn)收模式；5）最簡(jiǎn)化的維護(hù)辦法；6）最簡(jiǎn)化的維修手段；7）最簡(jiǎn)單的二次開發(fā)以至于免二次開發(fā)；8）完備的設(shè)備參數(shù)監(jiān)測(cè)功能；9）滿足鐵路行車自動(dòng)化的接口功能[4]。

此外，計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的市場(chǎng)巨大。目前國(guó)營(yíng)鐵路約6 000個(gè)車站，上個(gè)世紀(jì)實(shí)施的絕大多數(shù)車站都采用了6502電氣集中設(shè)備，約占營(yíng)業(yè)車站的一半。而6502電氣集中設(shè)備是1970年基本定型的，它己超過(guò)技術(shù)服役期，急需技術(shù)更新和升級(jí)換代。并且隨著鐵路和城市軌道交通的大發(fā)展，還需要實(shí)施大量的聯(lián)鎖系統(tǒng)。

因此，克服了繼電聯(lián)鎖和既有計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖缺點(diǎn)的全電子計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)，必將會(huì)在市場(chǎng)上受到廣大客戶的歡迎。

4 結(jié)語(yǔ)

在目前的電子器件技術(shù)、計(jì)算機(jī)通信技術(shù)和電力電子技術(shù)下，采用信號(hào)機(jī)執(zhí)行電子模塊取代信號(hào)機(jī)繼電器執(zhí)行電路，從各個(gè)方面考慮都是可行的。全電子計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)做為鐵路信號(hào)控制的新一代聯(lián)鎖設(shè)備，具有既有聯(lián)鎖系統(tǒng)不具備的優(yōu)點(diǎn)，代表信號(hào)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)，必將取代現(xiàn)在的信號(hào)設(shè)備，成為主流，在鐵路的大發(fā)展中有著巨大的市場(chǎng)潛力。

[1]魏文軍，范多旺．鐵路車站全電子計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)[J]．自動(dòng)化與儀器儀表，2007（3）：19-22．

[2]張軍，陽(yáng)長(zhǎng)瓊．淺析LDJL-Ⅱ型全電子計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)[J]．鐵道通信信號(hào)，2009，45（5）：1-2.

[3]王永剛．淺談全電子計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖技術(shù)[J]．中國(guó)科技博覽，2010（6）：281.

[4]田賈明，劉紅燕．全電子模塊化計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)探討[J]．科學(xué)之友，2009，10（29）：112-113.