全電子計算機聯(lián)鎖發(fā)展的思考

何 瑄

（北京全路通信信號研究設計院有限公司，北京 100073）

1 背景

控制車站的道岔、進路和信號，并實現(xiàn)它們之間的聯(lián)鎖關系的信號設備，稱之為聯(lián)鎖設備。

國內(nèi)車站的聯(lián)鎖控制經(jīng)歷了機械聯(lián)鎖控制、電氣集中(以6502為代表)聯(lián)鎖控制、計算機聯(lián)鎖加繼電器執(zhí)行控制3個大的發(fā)展階段，其中，由機械聯(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]。隨著計算機、通信、控制3大技術的發(fā)展，我國從80年代后期開始研究計算機聯(lián)鎖，由于當時電子技術的局限，最終采用了計算機聯(lián)鎖加安全型繼電器執(zhí)行形式的控制系統(tǒng)，90年代進行試驗并逐漸批量上道使用。

目前計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)已處于推廣普及階段，隨著實踐經(jīng)驗的積累，系統(tǒng)的性能也在不斷提高。在剛過去的鐵路“十一五”規(guī)劃中，大力推進了計算機聯(lián)鎖技術，已建設的武廣、滬寧、滬杭的客運專線路都采用了計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)，在逐漸國產(chǎn)化的城市軌道交通中也都應用了國產(chǎn)的計算機聯(lián)鎖。繼電聯(lián)鎖除了在上個世紀已經(jīng)實施的車站外，目前在建車站基本不再使用。我國幅員遼闊，鐵路總長度和覆蓋率較發(fā)達國家差距很大，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，這對鐵路信號中非常重要的聯(lián)鎖系統(tǒng)來說，是一個極大的市場，是非常好的發(fā)展契機。

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)展的一個過程。目前電子技術已經(jīng)發(fā)展到一個成熟的地步，我國的計算機聯(lián)鎖也開始向全電子化的聯(lián)鎖轉(zhuǎn)變，而這個轉(zhuǎn)變正趕上了聯(lián)鎖發(fā)展的大好時機。

2 全電子計算機聯(lián)鎖技術

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

全電子計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)取消了傳統(tǒng)計算機聯(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設備。整個聯(lián)鎖系統(tǒng)由3個部分組成，分別為人機界面層（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

全電子計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的電子執(zhí)行單元EEU，包含道岔模塊、信號機模塊、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)動道岔轉(zhuǎn)轍機的電子執(zhí)行模塊。道岔模塊采用了二取二故障-安全的設計原則，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)鎖邏輯部實時反映道岔當前的狀態(tài)信息。單個模塊能夠控制轉(zhuǎn)轍機，兩系模塊冗余控制，交替工作。道岔模塊同時也采集道岔的動作電流、表示電壓的交直流分量等模擬量信息。

信號機模塊的是用于控制信號機的電子執(zhí)行模塊。信號機控制模塊采用二取二故障-安全的設計原則，具有控制和監(jiān)測功能。信號機控制模塊與聯(lián)鎖邏輯部通過總線交互信息，根據(jù)聯(lián)鎖下發(fā)的命令實現(xiàn)點燈操作，并向聯(lián)鎖邏輯部實時反映信號機當前的狀態(tài)信息。

軌道模塊是與室外電路配合、用于檢測軌道占用的電子執(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

鐵路信號設備與普通工業(yè)設備相比最重要的一個特性就是故障-安全特性，全電子計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)作為保證列車安全運行的基礎設備，在開發(fā)設計過程中應遵循以下故障-安全原則。

1）電子執(zhí)行單元采用雙CPU獨立的控制電路，對最終端輸出采用二取二控制機制，僅當兩個CPU都輸出有效信號時，才可驅(qū)動外設動作。

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

3）電子執(zhí)行單元采用雙CPU獨立的采集電路，2個CPU分別對采集信息進行處理，并通過交互通道對采集數(shù)據(jù)進行比較，比較一致時，采集數(shù)據(jù)有效。

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

5）聯(lián)鎖邏輯部和電子執(zhí)行單元均設有看門狗，在系統(tǒng)出現(xiàn)異常如軟件崩潰、系統(tǒng)死機時能停止輸出，自動復位系統(tǒng)。

6）遵循EN50129。

2.4 系統(tǒng)特點

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

1）擴展靈活，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)模站場的要求。對于30組道岔以內(nèi)的中小站，完全可以安裝在3個標準執(zhí)行機柜內(nèi)。對于大站，則可以將執(zhí)行機柜放置在咽喉區(qū)，與中心信號樓的聯(lián)鎖機之間通過光纖連接，進行遠距離控制，實現(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專線的運營條件，從而增強了系統(tǒng)的適用性[2]。

2）維護量小

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，能夠定位故障點并在監(jiān)測系統(tǒng)中顯示出來，便于維修人員的檢修。模塊故障時，只需要更換相應的模塊，便于設備的更換。

3）安全性高

采用了相應的手段，可以對聯(lián)鎖的輸出命令和執(zhí)行返回狀態(tài)進行校核，通過自診斷功能，系統(tǒng)的輸入、邏輯判斷、控制輸出等都能將錯誤控制在各自環(huán)節(jié)內(nèi)，使整個系統(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的安全問題，并且減少了由于進行大量配線而產(chǎn)生的錯誤。

4）總體造價低、占用資源少

大幅減少繼電器的使用，大量減少信號電纜的使用，并且減少了組合架的大量配線工作，造價和開通用時大大低于仍使用繼電執(zhí)行單元的計算機聯(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。技術上更有利于實現(xiàn)向數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化和綜合化的更新?lián)Q代。

3 全電子計算機聯(lián)鎖的發(fā)展前景

3.1 全電子化計算機聯(lián)鎖的重大社會經(jīng)濟意義

1）進一步提高鐵路運輸安全性

全電子化模塊貫徹安全第一和控制監(jiān)督檢測一體化的原則，自動排除由于人為違章操作和設備原因引起的道岔虛假表示等各種危及安全的因素，為進一步提高安全性提供了高技術裝備。

2）促進鐵路科技進步

全電子化計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)，促進了鐵路電務信號設備由繼電電路聯(lián)鎖向以智能化全電子電路為基礎的計算機聯(lián)鎖的轉(zhuǎn)變，這個轉(zhuǎn)變被行業(yè)內(nèi)評價為鐵道信號技術的一次革命。

3）經(jīng)濟意義巨大

現(xiàn)有的聯(lián)鎖設備大量使用繼電器，繼電器價格遠遠高于電子元件，并且每15年就要大修更新，每次大修每個車站控制設備的投資約為50萬元。因此，該領域技術更新升級換代的經(jīng)濟意義非常重大[3]。

3.2 發(fā)展預測

為保證鐵路運輸?shù)目焖侔l(fā)展，鐵路信號市場要求充分發(fā)揮鐵路信號工廠、工程設計單位、專業(yè)施工單位、電務維修單位的作用，在保證其基本安全條件的基礎上，讓多級單位廣泛參與。

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）完全的標準化設計；3）最簡化的現(xiàn)場施工；4）最簡化的驗收模式；5）最簡化的維護辦法；6）最簡化的維修手段；7）最簡單的二次開發(fā)以至于免二次開發(fā)；8）完備的設備參數(shù)監(jiān)測功能；9）滿足鐵路行車自動化的接口功能[4]。

此外，計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的市場巨大。目前國營鐵路約6 000個車站，上個世紀實施的絕大多數(shù)車站都采用了6502電氣集中設備，約占營業(yè)車站的一半。而6502電氣集中設備是1970年基本定型的，它己超過技術服役期，急需技術更新和升級換代。并且隨著鐵路和城市軌道交通的大發(fā)展，還需要實施大量的聯(lián)鎖系統(tǒng)。

因此，克服了繼電聯(lián)鎖和既有計算機聯(lián)鎖缺點的全電子計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)，必將會在市場上受到廣大客戶的歡迎。

4 結(jié)語

在目前的電子器件技術、計算機通信技術和電力電子技術下，采用信號機執(zhí)行電子模塊取代信號機繼電器執(zhí)行電路，從各個方面考慮都是可行的。全電子計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)做為鐵路信號控制的新一代聯(lián)鎖設備，具有既有聯(lián)鎖系統(tǒng)不具備的優(yōu)點，代表信號控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，必將取代現(xiàn)在的信號設備，成為主流，在鐵路的大發(fā)展中有著巨大的市場潛力。

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

[2]張軍，陽長瓊．淺析LDJL-Ⅱ型全電子計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)[J]．鐵道通信信號，2009，45（5）：1-2.

[3]王永剛．淺談全電子計算機聯(lián)鎖技術[J]．中國科技博覽，2010（6）：281.

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