李 進(jìn)

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

目前電氣集中車站均使用繼電器接口，其傳統(tǒng)裝配方案采用定型組合和零散組合搭配完成，即由工廠完成組合生產(chǎn)和組合內(nèi)部的配線，各組合及組合架之間側(cè)面連接配線由施工單位在現(xiàn)場(chǎng)完成。這種裝配方案存在施工周期長(zhǎng)、配線質(zhì)量受人員因素影響大、容易出現(xiàn)虛焊和假焊等缺陷[1-3]。“三化”設(shè)計(jì)方案可有效克服上述缺陷，“三化”是指信號(hào)系統(tǒng)采用設(shè)計(jì)通用化、生產(chǎn)集成工廠化、現(xiàn)場(chǎng)施工插接化。設(shè)計(jì)通用化是指對(duì)現(xiàn)有各系統(tǒng)及接口電路進(jìn)行定型，形成模塊化結(jié)構(gòu)，用固定的模塊實(shí)現(xiàn)固定的功能，這提高了設(shè)計(jì)效率和組合的設(shè)計(jì)質(zhì)量；生產(chǎn)集成工廠化是指在工廠預(yù)生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)模塊，并依據(jù)具體車站工程施工設(shè)計(jì)在工廠進(jìn)行插接電纜的生產(chǎn)，并完成設(shè)備集成、調(diào)試、試驗(yàn)及驗(yàn)收的要求，確保產(chǎn)品及配線的質(zhì)量；現(xiàn)場(chǎng)施工插接化是指現(xiàn)場(chǎng)施工只是對(duì)工廠設(shè)備集成工作的重復(fù)及核對(duì)，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)需動(dòng)用烙鐵，縮短施工工期，避免由于現(xiàn)場(chǎng)配線人員水平不一而造成的虛焊、假焊等現(xiàn)象，提高了工程的質(zhì)量[4-8]。

1 三化方案研究方法

研究范圍為適用350、250 km/h客運(yùn)專線的站場(chǎng)，站場(chǎng)采用C3/C2運(yùn)營(yíng)模式各個(gè)控制系統(tǒng)的信號(hào)機(jī)械室基礎(chǔ)控制設(shè)備，具體包括：接口柜、組合柜、分線防雷柜、移頻發(fā)碼柜、網(wǎng)絡(luò)接口柜等。為兼容既有設(shè)備運(yùn)行和安裝環(huán)境，設(shè)定如下研究原則：1）現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)機(jī)房控制設(shè)備應(yīng)維持不變；2）電源室電源設(shè)備應(yīng)維持不變；3）機(jī)械室信號(hào)設(shè)備控制電路原理應(yīng)基本維持不變。

信號(hào)控制設(shè)備的設(shè)計(jì)方法和模式，決定其能否且以何種程度實(shí)現(xiàn)工廠化加工、集成和現(xiàn)場(chǎng)施工方法，因此信號(hào)控制設(shè)備能否實(shí)現(xiàn)三化方案以及實(shí)施效果如何，關(guān)鍵取決于設(shè)計(jì)通用化的實(shí)施效果[9]。作為本研究項(xiàng)目的技術(shù)要點(diǎn)，設(shè)計(jì)通用化要將現(xiàn)有的接口電路等進(jìn)行合理整合，按照現(xiàn)有的信號(hào)設(shè)備類型、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、運(yùn)營(yíng)方式、工程實(shí)施方法等進(jìn)行統(tǒng)一梳理，設(shè)計(jì)出具有固定功能、類型覆蓋全面、數(shù)量適當(dāng)、相對(duì)獨(dú)立且滿足不同數(shù)量配置要求的通用型標(biāo)準(zhǔn)控制模塊。其具體研究?jī)?nèi)容包括以下方面：

規(guī)范控制類型電路，將設(shè)備間的各種接口條件進(jìn)行歸類；

改變可以合并進(jìn)行的工作內(nèi)容、工作方法和工作環(huán)境，取消不必要的中間工作環(huán)節(jié)；

以機(jī)械室信號(hào)控制設(shè)備為整體單位進(jìn)行配置，合理優(yōu)化、擴(kuò)大、重組相對(duì)獨(dú)立的通用類型電路組合，減少相互間的不規(guī)則連線；

采用插接件代替?zhèn)让娑俗?，?shí)現(xiàn)不同類型模塊組合接口之間的條件集連。

在設(shè)計(jì)通用化的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)集成工廠化。生產(chǎn)集成工廠化包含兩方面含義。

通用型標(biāo)準(zhǔn)控制模塊由工廠進(jìn)行預(yù)生產(chǎn)。

根據(jù)使用站場(chǎng)信號(hào)控制設(shè)備的類型或訂貨需要，選取適當(dāng)?shù)耐ㄓ眯蜆?biāo)準(zhǔn)控制模塊，在工廠內(nèi)生產(chǎn)插接線纜，通過(guò)拼接組合、插接方式連接來(lái)完成站場(chǎng)信號(hào)設(shè)備的設(shè)計(jì)集成、調(diào)試、試驗(yàn)及驗(yàn)收。

在生產(chǎn)集成工廠化的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)施工插接化，即現(xiàn)場(chǎng)施工只是工廠設(shè)備集成工作的重復(fù)及室內(nèi)室外接口線纜的對(duì)接和核對(duì)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)施工不用動(dòng)烙鐵。在進(jìn)一步允許的情況下，用戶的驗(yàn)收也可以在工廠進(jìn)行。

2 三化方案研究過(guò)程

設(shè)計(jì)通用化是三化方案最關(guān)鍵的頂層設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，生產(chǎn)集成工廠化和現(xiàn)場(chǎng)施工插接化只是具體實(shí)施環(huán)節(jié)，因此三化方案研究過(guò)程實(shí)際就是設(shè)計(jì)通用化的研究過(guò)程。設(shè)計(jì)通用化過(guò)程分為前期工作、接口歸類和組合配置3個(gè)部分。

2.1 設(shè)計(jì)通用化前期工作

設(shè)計(jì)通用化的前期工作包含如下內(nèi)容。

對(duì)信號(hào)基礎(chǔ)設(shè)備的繼電器執(zhí)行電路進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)范，即按照最大通用化標(biāo)準(zhǔn)要求，對(duì)提速道岔和信號(hào)機(jī)控制等信號(hào)基礎(chǔ)設(shè)備繼電器執(zhí)行電路按照“系列同類型”的原則進(jìn)行規(guī)范化和統(tǒng)一化。

取消由不固定繼電器接點(diǎn)條件搭建而成的邏輯判斷零散電路。通過(guò)增加計(jì)算機(jī)控制軟件的功能，將邏輯判定功能統(tǒng)一交由計(jì)算機(jī)處理完成，取消由不固定繼電器接點(diǎn)條件搭建而成的邏輯判定零散繼電器電路。

對(duì)各種信號(hào)器材進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)范。對(duì)插接件、變壓器、防雷單元、斷路器、端子板、組合框及各種機(jī)柜等的規(guī)格、外形、顏色、安裝尺寸、走線方法等進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)范，達(dá)到系統(tǒng)設(shè)備外觀整齊、美觀的要求。

2.2 接口歸類

信號(hào)控制系統(tǒng)各種類型設(shè)備間的接口主要包含如下幾種。

計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)與信號(hào)各類型“電路組合”之間的采集驅(qū)動(dòng)接口。

計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與信號(hào)各類型“電路組合”之間的開(kāi)關(guān)量、模擬量采集接口。

信號(hào)各類型“電路組合”與其控制的室外現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)設(shè)備之間的控制接口。

列控中心與ZPW-2000A軌道電路接口及ZPW-2000A各設(shè)備間接口。

信號(hào)各類型“電路組合”供電接口。

2.3 組合配置

重組后的組合容量應(yīng)等于一個(gè)整體的同類信號(hào)基礎(chǔ)設(shè)備控制單元的單個(gè)容量或其整數(shù)倍容量。為滿足電源及接口插接件安裝位置的需求，其最小組合配置為兩層，即4U×2=8U，將其作為基本組合配置。因此，重組后的類型執(zhí)行繼電器電路組合為：4U×2=8U（2層）；4U×2+4U=12U（3層）；4U×2+4U×2=16U（4層）；4U×2+4U×2+4U=20U（5層）等。幾種典型的配置圖如圖1，2，3所示。

圖1 零層電源組合圖（4U，1層）Fig.1 Zero layer power supply combinational diagram (4U, 1 layer)

圖2 分線防雷組合圖（4U，1層）Fig.2 Branching and lightning protection combinational diagram (4U, 1 layer)

圖3 繼電器組合配置圖（12U，3層）Fig.3 Relay combinational diagram (12U, 3 layers)

轉(zhuǎn)轍機(jī)控制電路組合包含：1）ZD型4線、6線制直流道岔電路的組合類型，包括4DC（4層）、3DC（3層）、2DC（2層）等共3種，可以分別獨(dú)立完成4組、3組和2組道岔的控制。2）交流提速道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)控制組合類型，包括：a.TSDZ提速雙動(dòng)道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)控制主組合（3層），由原來(lái)的TSD、BHZS-1、BHZS-2三個(gè)基本組合合并而成。b.TSDZ(XL)提速雙動(dòng)道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)控制帶下拉主組合（4層），由原來(lái)的TSD、BHZS-1、BHZS-2、XL四個(gè)基本組合合并而成。c.TDDZ提速單動(dòng)道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)控制主組合（2層），由原來(lái)的TDD、BHZ兩個(gè)基本組合合并而成。d.TDDZ(XL)提速單動(dòng)道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)控制帶下拉主組合（3層），由原來(lái)的TDD、BHZ、XL三個(gè)基本組合合并而成。e.4TDF提速4臺(tái)道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)控制輔助組合（4層），由原來(lái)4個(gè)TDF基本組合合并而成。f.5TDF提速5臺(tái)道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)控制輔助組合（5層），由原來(lái)5個(gè)TDF基本組合合并而成。

信號(hào)機(jī)控制電路組合包含：1）調(diào)車信號(hào)機(jī)控制電路組合類型為：6DX（2層）、9DX（3層）、12DX（4層），共3種，可分別完成6、9、12架調(diào)車信號(hào)機(jī)控制。2）進(jìn)站信號(hào)機(jī)控制電路組合類型為：2JZ（3層）、3JZ（4層），共2種，可分別完成2、3架進(jìn)站信號(hào)機(jī)控制。3）出站信號(hào)機(jī)控制電路組合類型為：3CZ（2層）、6CZ（4層），共2種，可分別完成3～6架出站信號(hào)機(jī)控制。

移頻軌道電路ZGD組合的每個(gè)ZGD組合為2層，每層配置5DGJ+5FJ。每個(gè)ZGD組合與一個(gè)移頻柜10套軌道電路設(shè)備配合使用，可以完成一個(gè)移頻發(fā)碼柜10個(gè)區(qū)段的發(fā)碼方向轉(zhuǎn)換，并可提供軌道狀態(tài)信息。ZGD組合的第1層對(duì)應(yīng)移頻柜上面1～5個(gè)軌道電路設(shè)備，第2層對(duì)應(yīng)移頻柜下面的1～5個(gè)軌道電路設(shè)備。

97型25 Hz軌道電路組合及軌道測(cè)試盤組合為：1）25 Hz軌道繼電器電路組合包含5DGJ+5HF+3GFB+5GJF，共占據(jù)為2層，可識(shí)別5個(gè)區(qū)段受電端的軌道狀態(tài)。2）軌道測(cè)試盤占據(jù)一層（4U），可對(duì)4個(gè)25 Hz軌道繼電器電路組合共20個(gè)區(qū)段受電端的軌道狀態(tài)進(jìn)行測(cè)試。

組合柜電源零層組合為：1）電源零層組合類型為ZDY，占據(jù)一層，外型一樣，根據(jù)電源容量不同分為DC-ZDY，XH-ZDY，DG-ZDY 3個(gè)類型，可完成一個(gè)組合柜電源的供給。2）網(wǎng)絡(luò)柜電源零層組合類型為W-ZDY，占據(jù)一層，可完成一個(gè)組合柜電源的供給。

電纜絕緣繼電器電路組合為：1）E+A+B。將原有絕緣測(cè)試柜的E層、A層、B層組合在一起作為一個(gè)大組合，滿足256路的絕緣測(cè)試；2）E+A。將原有絕緣測(cè)試柜的E層、A層組合并作為一個(gè)大組合，滿足512路絕緣測(cè)試；3）通用組合C。絕緣測(cè)試數(shù)量在256～512之間或超過(guò)512后，E+A仍不能滿足時(shí)，需要添加的通用組合。4）漏流測(cè)試接入組合F：放置熔斷器。

分線防雷組合將分線與防雷統(tǒng)一考慮設(shè)計(jì)為定型組合，外觀一致。由于外接電纜對(duì)地絕緣線序存在差異，因此按照設(shè)備類型劃分為DC-F、XH-F、GD-F 3個(gè)類型。具體設(shè)計(jì)時(shí)，需按照實(shí)際使用類型進(jìn)行調(diào)整。

2.4 機(jī)柜配置

對(duì)繼電器組合柜、分線防雷柜、移頻柜和網(wǎng)絡(luò)接口柜的外形、風(fēng)格、顏色、安裝方法及走線方式進(jìn)行統(tǒng)一。機(jī)械室各種機(jī)柜尺寸均采用：高2 350 mm×寬 1 200 mm×厚600 mm。機(jī)柜底座寬1 200 mm，高與地板到地面高度相同，厚600 mm，同時(shí)作為電纜走線槽。各種機(jī)柜均應(yīng)考慮接地端子、安裝底座（走線槽），充分考慮線纜的容量，分線防雷柜還應(yīng)考慮各層防雷地的環(huán)接接地端子和電纜固定排以及電纜外皮接地端子。防雷地應(yīng)設(shè)斷開(kāi)開(kāi)關(guān)，平時(shí)閉合，進(jìn)行電纜接地測(cè)試時(shí)斷開(kāi)。繼電器柜最大使用高度為44U，其中安裝繼電器組合配置占40U，零層電源占4U。

3 工程設(shè)計(jì)

三化方案的具體工程設(shè)計(jì)包含如下方面。

選取合適的計(jì)算機(jī)控制及電源設(shè)備，即依據(jù)設(shè)計(jì)內(nèi)容選取相應(yīng)的計(jì)算機(jī)控制設(shè)備，同時(shí)針對(duì)不同的設(shè)備類型配備與之匹配的電源設(shè)備。

選取恰當(dāng)?shù)念愋徒M合。依據(jù)各種基礎(chǔ)設(shè)備類型在信號(hào)平面上的布置方案，選取恰當(dāng)?shù)念愋徒M合。例如道岔、信號(hào)、軌道、零層電源、分線防雷等類型組合，同時(shí)對(duì)各種類型組合的數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

對(duì)類型組合進(jìn)行排列。類型組合排列應(yīng)遵循多個(gè)相同組合柜內(nèi)排列的統(tǒng)一性及組合間需要連接的就近原則，建議同類同柜。

類型組合完畢后，需進(jìn)行設(shè)備排列，設(shè)備排列設(shè)計(jì)必須依據(jù)使用站場(chǎng)的房屋平面圖進(jìn)行，以此為依據(jù)，才能預(yù)先配置合適的插接電纜長(zhǎng)度。具體包括信號(hào)電源室、計(jì)算機(jī)控制室、控制操作室和機(jī)械室4個(gè)方面的內(nèi)容。

三化方案所設(shè)計(jì)的工程電路圖設(shè)計(jì)需選取類型組合對(duì)應(yīng)的類型電路圖，依據(jù)被控制設(shè)備的名稱、排列位置以及類型組合之間的相互關(guān)系等因素，通過(guò)填表的方法完成信號(hào)工程電路圖、插接圖和室外電纜對(duì)接圖。

4 應(yīng)用實(shí)例

按照上述三化方案，以棗莊西站信號(hào)配置及運(yùn)營(yíng)方式為例，制造并搭建一套信號(hào)控制系統(tǒng)室內(nèi)設(shè)備。該系統(tǒng)設(shè)備包括：1）DS6-K5B型聯(lián)鎖；2）TCC列控中心；3）CTC調(diào)度集中；4）TJWC型信號(hào)集中監(jiān)測(cè)。系統(tǒng)的效果如圖4、5、6所示。整個(gè)系統(tǒng)完成了導(dǎo)通測(cè)試、聯(lián)鎖、模擬運(yùn)營(yíng)試驗(yàn)，取得令人滿意的效果，充分驗(yàn)證三化方案的有效性和優(yōu)越性。

圖4 整體效果圖Fig.4 Overall show

5 總結(jié)

本文對(duì)電氣集中車站行業(yè)的三化方案進(jìn)行探索和闡述，并通過(guò)實(shí)際應(yīng)用效果證明三化方案的有效性和必要性。實(shí)踐證明，三化方案至少存在如下優(yōu)點(diǎn)：1）工程設(shè)計(jì)采用通用圖的設(shè)計(jì)方法，并采用整體組合拼接、填表的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)化信號(hào)工程設(shè)計(jì)，將設(shè)計(jì)人員的工作限定在規(guī)定的極小自由范圍內(nèi)，提高了工作效率和工程設(shè)計(jì)質(zhì)量。2）提前在工廠內(nèi)批量生產(chǎn)通用組合配置，在站場(chǎng)設(shè)備定型的前提下，根據(jù)站場(chǎng)設(shè)備的排列預(yù)配插接線纜，對(duì)設(shè)備進(jìn)行組裝、集成與聯(lián)調(diào)。通過(guò)這種方式將大量繁雜的現(xiàn)場(chǎng)施工工作轉(zhuǎn)移至工廠完成，將問(wèn)題消除在工廠生產(chǎn)環(huán)節(jié)，簡(jiǎn)化了現(xiàn)場(chǎng)施工流程，改善了設(shè)備的集成工作環(huán)境，提升了設(shè)備的整體質(zhì)量與可維護(hù)性。3）采用三化方案后，站前、站后工程可以同步進(jìn)行，縮短工程建設(shè)周期和故障處理時(shí)間，因此特別適用于建設(shè)周期要求短的應(yīng)用場(chǎng)合。

圖5 ZPW-2000A軌道繼電器組合Fig.5 ZPW-2000A track relay combination

圖6 電纜絕緣測(cè)試柜Fig.6 Cable insulation test cabinet