陳兆衛(wèi)

（中鐵通信信號勘測設計院有限公司，北京 ，100036）

1 全電子聯(lián)鎖系統(tǒng)概述

全電子聯(lián)鎖系統(tǒng)是城市軌道交通信號系統(tǒng)的重要組成部分，融合應用了現(xiàn)代電子信息技術、可靠性冗余技術在內的多項主流技術，實現(xiàn)對信號控制系統(tǒng)的優(yōu)化，凸顯出電子化、模塊化的特征[1-2]，在此技術應用思路下，為城市軌道交通信號系統(tǒng)設備的升級創(chuàng)設了良好的基礎。

全電子聯(lián)鎖的核心組成包含安全平臺和聯(lián)鎖應用2部分，采用的是電子接口型安全平臺，技術形式與繼電接口相比，安全功能更為突出。繼電接口型安全平臺運行中，采用繼電接口電路，以此來實現(xiàn)對室外信號設備的控制，繼電接口與電子接口平臺對比見圖1。間接口電路，可顯著提升可靠性。對比分析發(fā)現(xiàn)，對于傳統(tǒng)的繼電接口電路，其除了完成接口功能外，還需提供防護功能；而對于繼電接口型安全平臺，需充分保留既有接口電路的安全功能，以免影響到系統(tǒng)的安全性。

圖1 繼電接口與電子接口平臺對比

電子接口型安全平臺作為一種新型方案，在實際應用中也面臨一些問題，例如：不再采取弱電控制的模式，需要主動向強電控制轉換；電子器件存在故障時，如何維持導向安全極為關鍵；無繼電接口電路的隔離，即此時室外的強干擾將有可能造成影響。電子接口型安全平臺的優(yōu)勢也較為突出，其功能的多樣化特征顯著，具有傳統(tǒng)繼電接口電路所不具備的功能，其中以基于編碼的電路較為突出，在此項功能的加持下，可提高混線防護水平；又如燈絲檢測功能，能夠及時掌握燈絲的實際工作狀態(tài)，更快地識別出故障狀態(tài)的部分。

2 全電子聯(lián)鎖系統(tǒng)的主要特征

2.1 執(zhí)行驅動電子化

對于傳統(tǒng)的計算機聯(lián)鎖執(zhí)行層，在其配置工作中，通過與6502相同的執(zhí)行組電路與室外設備接口，此方式的局限之處在于需要配套豐富的鐵路專用繼電器，且隨著使用時間的延長，更易出現(xiàn)嚴重的氧化問題，后期運維階段需要定期更換，工作繁瑣，成本較高。全電子化聯(lián)鎖系統(tǒng)則對硬件裝置的配套方式做出升級，此時不再采用重力型安全繼電器，儀器配置得到精簡，取而代之的是電力電子開關器件，更加高效地控制室外設備，具有穩(wěn)定可靠、維修便捷等突出特點。

2.2 監(jiān)測一體化功能

信號集中監(jiān)測的模式能夠全面采集動作電流、工作電壓等各項關鍵的數(shù)據(jù)，進而做出相應調控，例如道岔的電流動作曲線則具有重要的參考價值。傳統(tǒng)的計算機聯(lián)鎖方式，實施的是開關量控制的機制，而全電子聯(lián)鎖模塊則配套采集電路，由其生成信號，以便對各項關鍵的信息全面監(jiān)測，監(jiān)測水平得以提高，且無需單獨安裝采集傳感器，達到精簡配置、提高運行水平的效果。

2.3 設備小型化特征突出

全電子化聯(lián)鎖系統(tǒng)采用到功能性較強的電子器件，在此配套方式下，可以實現(xiàn)6502執(zhí)行組電路的功能，而該類電子器件的尺寸較小，可減少對空間的占用量，尤其是在軌道交通行業(yè)，可以減小車站的建筑規(guī)模降低土建的建設成本。以6502執(zhí)行組電路的應用為例，對于單個道岔而言，需要配套7個繼電器，而在全電子化聯(lián)鎖系統(tǒng)中，僅用體積較小的全電子模塊即可有效替代，設備的配套復雜度降低，現(xiàn)場檢維修工作量也隨之減少。

3 全電子聯(lián)鎖系統(tǒng)的開發(fā)和應用

3.1 關鍵標準

綜合考慮多類標準，全方位提高全電子聯(lián)鎖的應用水平，全電子聯(lián)鎖開發(fā)標準規(guī)范主要包括EN5012X系列標準，鐵路信號相關標準及計算機聯(lián)鎖相關標準。全電子聯(lián)鎖開發(fā)標準規(guī)范可分為3類。

第1類：通用的安全標準，適用于電子系統(tǒng)的EN 50129、安全軟件的EN 50128等。

第2類：鐵路信號行業(yè)類標準，例如《LED鐵路信號機構通用技術條件》（TB/T 3242—2010），諸如此類標準的重點在于提出明確的外部要求和約束，以保證運行環(huán)境的合理性。

第3類：計算機聯(lián)鎖直接相關的標準，較為關鍵的是《鐵路車站計算機聯(lián)鎖技術條件》（TB/T 3027—2015），給車站計算機聯(lián)鎖做出更為清晰的引導，提出聯(lián)鎖功能、可靠性要求、軟硬件配套要求等。在整個計算機聯(lián)鎖所涵蓋的各項細分內容中，全電子聯(lián)鎖屬于重要組成部分，因此該行業(yè)標準的頒布對于全電子聯(lián)鎖相關工作的開展具有重要的引導意義。

3.2 系統(tǒng)結構組成

傳統(tǒng)計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的構成包含3部分：

（1）人機對話層。接收操作命令，高效地傳遞給聯(lián)鎖運算層；接收狀態(tài)表示信息，同時可根據(jù)實際情況發(fā)出報警和提示信息，起到告知的作用。

（2）聯(lián)鎖運算層。核心功能在于負責聯(lián)鎖邏輯運算，操作命令和接收設備狀態(tài)信息均可由該層接收，在獲得相應的信息后，展開計算，據(jù)此生成相應的控制命令，傳輸給執(zhí)行表示層，以便進一步操作。

（3）執(zhí)行表示層。一方面，可全面采集源自于接口設備的信息，并將此部分完整地送至聯(lián)鎖運算層；另一方面，接收輸出命令，有效控制驅動接口繼電器。

3.3 全電子聯(lián)鎖系統(tǒng)的結構層次

全電子聯(lián)鎖系統(tǒng)的結構可分為3個層次：操作接口層、主控層和執(zhí)行層。

（1）操作接口層由聯(lián)鎖監(jiān)控機和維修機組成。分別為調度人員和信號人員提供設備操作監(jiān)控和分析維護兩類不同的功能界面，同時也為其它系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)接口。

（2）主控層由聯(lián)鎖邏輯主機構成。是計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)完成其主要控制邏輯和功能邏輯的核心層，是系統(tǒng)安全平臺的核心。

（3）執(zhí)行層由對象控制器和各種執(zhí)行單元組成。接受主控層的控制，直接控制室外設備并采集室外設備狀態(tài)。其中執(zhí)行層電子執(zhí)行系統(tǒng)采用全電子接口單元直接對道岔轉轍機、信號機等軌旁設備進行控制和狀態(tài)采集，取代了數(shù)量眾多的安全型繼電器。全電子聯(lián)鎖系統(tǒng)的結構仍保留了前述提及的3部分，但以執(zhí)行表示層較為特殊，在傳統(tǒng)方式的基礎上升級，此時采用到電子執(zhí)行單元，接收聯(lián)鎖運算層的控制命令，進而得到引導，做出相應的控制動作；并且，可全面采集現(xiàn)場信號設備的狀態(tài)信息；也可以對現(xiàn)場設備的模擬量信息做轉化處理，得到相應的數(shù)字量，在此運行機制下，發(fā)揮出集中監(jiān)測設備的功能優(yōu)勢。全電子聯(lián)鎖系統(tǒng)結構見圖2。

圖2 全電子聯(lián)鎖結構

3.4 系統(tǒng)安全層面的要求

全電子聯(lián)鎖取消繼電接口電路，由于采取到此布置方式，聯(lián)鎖系統(tǒng)需承擔原本繼電接口提供的接口功能，顯現(xiàn)出系統(tǒng)邊界擴大的特征。

在傳統(tǒng)計算機聯(lián)鎖中，采用到繼電接口，相關行業(yè)規(guī)范對其安全功能每小時容許危害率做出明確限定，要求該值必須控制在1×10-8以內。從邏輯功能邊界的角度看，全電子計算機聯(lián)鎖有其獨特性，其融入接口功能部分，此時自然會對安全功能提出更高的要求，一方面需要充分考慮到傳統(tǒng)聯(lián)鎖執(zhí)行表示層所具備的安全功能，另一方面則要密切關注到傳統(tǒng)模式下的繼電電路，必須實現(xiàn)其具備的安全功能。

通過對傳統(tǒng)繼電接口電路的分析可以得知，其配套安全型繼電器，視為本質安全一類。在此基礎上對比分析，對于全電子聯(lián)鎖的模式，配套有電子執(zhí)行模塊，要求應當具備傳統(tǒng)模式下的相關安全功能，不僅于此，還需進一步考慮到安全完整性的要求，即至少滿足執(zhí)行表示層的安全設計要求；新模式下，配套的電子執(zhí)行單元需要有良好的協(xié)調性特征，不可危及行車安全的驅動，也不可對正常的信息輸出動作造成干擾。

3.5 信號機模塊的設計

（1）從2個思路切入，開展信號機模塊的設計工作。①采用智能控制模塊，在此配置方式下，點燈命令由聯(lián)鎖運算層下發(fā)，在調控機制下形成特定的燈光組合，或是靈活完成的斷絲處理操作；②匹配的是通用控制信號模塊，其突出優(yōu)勢在于邏輯較為簡單，聯(lián)鎖邏輯具有重要的作用，例如實現(xiàn)對燈位的組合控制，也可以完成斷絲檢查作業(yè)。

（2）對于信號機模塊，無論在何種方式下，均要實現(xiàn)6502信號點燈電路所提供的幾項功能。例如：短路和混線保護，在開展信號點燈電路的設計工作中，需要有全局化的理念，兼顧斷線保護和混線防護的雙重要求，以便營造良好的運行環(huán)境；燈絲監(jiān)督功能，例如同時點亮兩個或更多燈光的情況，以便及時識別到其中某斷絲的燈泡；而在點亮單個燈光的狀態(tài)下，也必須針對斷絲現(xiàn)象做有效的反饋，及時反映出實際情況。

（3）信號機模塊的軟啟動功能。在點燈的狀態(tài)下，啟動電路有循序漸進的變化狀態(tài)，逐步增加至正常值，在此方式下，可防止因燈絲突然點亮而產生大電流沖擊作用，對于燈絲而言有良好的保護效果，并且系統(tǒng)信號的可靠性也將大幅度提升，而從經濟效益層面來看，維護成本也有所降低。

（4）信號機模塊的冷絲檢測功能。著重針對白熾燈展開測試，通過此方法的應用，判斷燈泡在未點亮狀態(tài)下燈絲的實際情況（例如是否存在不完好的情況）。配置LED燈，需要開展對等的測試工作，目的在于檢查信號機的配線是否具有合理性，以及對電路的完好程度做出相應判斷。

3.6 道岔模塊

現(xiàn)階段，四線制和五線制的電路較為常見，突出特性在于安全防護性能良好，在接地、短路等方面的防護工作中能夠取得突出的效果。道岔表示極為關鍵，原因在于其是極具重要性的信號設備，且從多數(shù)聯(lián)鎖廠家的技術發(fā)展狀況看，對道岔表示功能也予以了高度關注，提高道岔表示的正確性，最大限度規(guī)避道岔表示電路故障帶來的風險，以保證安全。

在產生道岔轉換命令后，需要及時做出相應的響應，例如此時聯(lián)鎖軟件切斷道岔表示，后續(xù)采集到的道岔表示與發(fā)出命令一致時，認可表示信息。

系統(tǒng)初始化時，對道岔表示提出特定的操作要求，此時需要用到人工確認的方式，以免出現(xiàn)故障錯誤表示的情況。而在有關于道岔模塊的設計中，還需要密切關注的是傳統(tǒng)道岔控制電路，重點識別其具備的安全防護功能，在全新的設計中予以保留，提升功能的可靠性。

3.7 分布式控制方式的實現(xiàn)

計算機控制系統(tǒng)面向生產過程采取分散控制措施，在自動化水平逐步提高的背景下，對綜合控制系統(tǒng)的應用水平提出更高的要求，此時系統(tǒng)的復雜度有所提高，通常需融合包含計算機技術、網(wǎng)絡技術在內的一系列技術形式，將危險分散，減輕對運行狀態(tài)的不良影響。作為新型控制系統(tǒng)，踐行分散控制的理念，但與此同時又融合了集中管理的思想，總體呈現(xiàn)出層次化的結構特征。全電子聯(lián)鎖系統(tǒng)的核心組成包含聯(lián)鎖邏輯運算、操作表示、數(shù)據(jù)網(wǎng)、執(zhí)行單元，可采用的結構包含集中聯(lián)鎖、分散控制，在安全通信技術迅猛發(fā)展的趨勢下，給全電子聯(lián)鎖系統(tǒng)的建立提供了重要的技術支持，此時更易實現(xiàn)分布式控制的目標。

概括而言，在合理應用分布式控制的方式后，可以取得以下效果：（1）被控子站的配置較為簡單，僅設電子執(zhí)行終端即可，在降低配置難度的同時還可減少成本投入；（2）終端電子單元的布置更具靈活性，可以優(yōu)化軌旁布置，同時也減少了設備機房空間被大量占用的問題；（3）終端電子執(zhí)行單元與邏輯部門形成良好的通信關系，其特點在于可有效規(guī)避電纜傳輸距離受限的問題，深度優(yōu)化電力電纜的運行狀態(tài)，以免由于此部分存在異常而誘發(fā)短路或因線纜傳輸距離導致的其他形式的故障。

3.8 聯(lián)鎖列車控制一體化的方式

聯(lián)鎖和列車控制分開設置的方案在我國鐵路建設領域取得廣泛的應用，其建設初衷在于盡可能削弱對既有聯(lián)鎖系統(tǒng)所造成的干擾，為此配套的是獨立的列車控制中心，由其提供應答器控制等相關功能。值得思索的是，聯(lián)鎖和列車控制分開設置的方式有其存在的價值，但在實際應用中也有可能暴露出一系列的問題，例如聯(lián)鎖和列車控制中心功能重合，部分內部關鍵變量的共享水平有限。在此環(huán)境下，做進一步的探索，即如何實現(xiàn)聯(lián)鎖和列車控制的一體化建設，此方面是重要的突破口。

在一體化的設計方式下，列車控制中心、聯(lián)鎖功能重新優(yōu)化，彼此的協(xié)同性得以提升，可集中交換信息，在此思路下，有助于提高系統(tǒng)內部數(shù)據(jù)的共享水平，從而規(guī)避以往獨立設置所存在的問題。全電子聯(lián)鎖的方式還能夠在不影響功能正常實現(xiàn)的前提下精簡軌旁信號設備，施工配線量較之于傳統(tǒng)方式減少，針對故障的診斷能力突出，也更便于開展維護工作。全電子聯(lián)鎖的協(xié)同性特征突出，對于各類車站列車控制中心控制的設備而言，均得到充分的考慮，同時通過分布式控制技術的應用，還可進一步提高列車運行控制系統(tǒng)的設計水平，充分彰顯出此類系統(tǒng)在簡捷化、電子化方面的特性，也能給全電子聯(lián)鎖的推廣創(chuàng)設良好的條件。

4 結語

在城市軌道交通建設中，信號系統(tǒng)全電子聯(lián)鎖是重要的突破口，技術的探討極為關鍵。分析全電子聯(lián)鎖和傳統(tǒng)聯(lián)鎖2種模式，充分保留以往傳統(tǒng)模式的優(yōu)質功能，并在此基礎上進一步探索，以求突破。提出全電子聯(lián)鎖的系統(tǒng)結構，并且，在分布式控制和列車控制一體化的協(xié)同作用下，能夠創(chuàng)設更多的發(fā)展契機，對于全電子聯(lián)鎖系統(tǒng)的發(fā)展大有裨益。