車站區(qū)間一體化信號(hào)安全控制系統(tǒng)方案的探討

楊 斌，王燕芹，孔維珍

（蘭州交通大學(xué) 自動(dòng)化與電氣工程學(xué)院，碩士研究生，甘肅 蘭州 730070）

車站區(qū)間一體化信號(hào)技術(shù)代表當(dāng)今世界鐵路信號(hào)控制技術(shù)的發(fā)展方向，它將是我國(guó)既有鐵路提速、客運(yùn)專線、貨運(yùn)專線、高速鐵路及城市軌道交通建設(shè)急需的信號(hào)安全控制技術(shù)。

近幾年來(lái)，由于計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)廣泛地運(yùn)用于鐵路行車指揮系統(tǒng)、車站聯(lián)鎖系統(tǒng)和一些列控系統(tǒng)等設(shè)備，信號(hào)技術(shù)在數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化等方面已經(jīng)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，車站聯(lián)鎖設(shè)備已由繼電聯(lián)鎖向計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖全面過(guò)渡。但區(qū)間、電碼化的控制邏輯及站間聯(lián)系還停留在繼電水平，同時(shí)車站和區(qū)間設(shè)備分屬2套系統(tǒng)，二者之間仍以繼電方式聯(lián)系。因此，研制一套車站區(qū)間統(tǒng)一控制、區(qū)間控制設(shè)備計(jì)算機(jī)化的站區(qū)一體化系統(tǒng)是大勢(shì)所趨。區(qū)間列控與車站聯(lián)鎖一體化的方案可以有多種，本文特提出一種不改變既有信號(hào)設(shè)備的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、外型尺寸和安裝方式，僅改變控制方式的車站區(qū)間一體化技術(shù)方案。

1 車站區(qū)間一體化的必要性

車站區(qū)間一體化的目的是通過(guò)系統(tǒng)集成和創(chuàng)新，提高系統(tǒng)的可靠性與安全性，增強(qiáng)系統(tǒng)信息共享的能力，提高車站區(qū)間的管理效率。

1.1 列控系統(tǒng)與車站聯(lián)鎖的邏輯電路重疊 列控系統(tǒng)和車站聯(lián)鎖都要與CTCS（或TDCS）微機(jī)監(jiān)測(cè)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換［1］。車站聯(lián)鎖與區(qū)間列控系統(tǒng)分別設(shè)立是由于歷史原因形成的。鐵路信號(hào)初期是先有獨(dú)立的車站聯(lián)鎖，而區(qū)間閉塞是由簡(jiǎn)單的通話閉塞、路簽閉塞、半自動(dòng)閉塞后形成自動(dòng)閉塞。在自動(dòng)閉塞大規(guī)模建設(shè)時(shí)，車站聯(lián)鎖系統(tǒng)已經(jīng)形成，而新的自動(dòng)閉塞是在車站既有聯(lián)鎖基礎(chǔ)上增加，從而形成2個(gè)系統(tǒng)。先期的自動(dòng)閉塞是二顯示或三顯示，相對(duì)信息量小、接口少，少量繼電器即可完成。隨著列車速度的提高和信息量增加，接口工作量越來(lái)越大，2個(gè)系統(tǒng)之間的關(guān)系也更加密切。車站聯(lián)鎖和區(qū)間列控在邏輯電路上已經(jīng)重疊，和TDCS或CTC的信息交換內(nèi)容也有大量的重疊。

1.2 車站區(qū)間一體化的優(yōu)越性 在目前的鐵路干線中，車站是由車站聯(lián)鎖控制，區(qū)間是由列控中心控制。車站區(qū)間一體化就是指車站和區(qū)間統(tǒng)一由集中聯(lián)鎖來(lái)控制，即在每個(gè)車站或中繼站設(shè)置一個(gè)集中聯(lián)鎖控制系統(tǒng)，它不僅實(shí)現(xiàn)本站的聯(lián)鎖邏輯控制，而且還處理區(qū)間閉塞控制及聯(lián)鎖；每個(gè)集中聯(lián)鎖系統(tǒng)控制1個(gè)車站和該站左、右各半個(gè)區(qū)間，每個(gè)集中聯(lián)鎖又與相鄰的集中聯(lián)鎖相互通信。這樣可以充分實(shí)現(xiàn)車站與區(qū)間之間的信息共享，減少了設(shè)備數(shù)量，提高了車站和區(qū)間的管理效率。

2 設(shè)計(jì)原則及設(shè)計(jì)思想

2.1 設(shè)計(jì)原則 區(qū)間列控與車站聯(lián)鎖一體化的方案可有多種，其差異在于實(shí)現(xiàn)的方式和接口平臺(tái)的不同。本設(shè)計(jì)不改變既有信號(hào)設(shè)備的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)條件、技術(shù)指標(biāo)、外型尺寸和安裝方式，僅改變控制方式，由繼電器接口改為計(jì)算機(jī)通信接口，由繼電器邏輯控制改為計(jì)算機(jī)邏輯控制，采用三取二方式提高系統(tǒng)安全性，采用冗余方式提高其可靠性。傳輸通道選用抗干擾、抗沖擊能力強(qiáng)的光通道。車站聯(lián)鎖站內(nèi)部分仍可維持既有的控制監(jiān)測(cè)模式［2］。

2.2 設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想 一體化的基本控制系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖。其指導(dǎo)思想是將區(qū)間閉塞與區(qū)間軌道電路作為車站聯(lián)鎖軌道電路的一部分進(jìn)行采集，編碼由車站聯(lián)鎖驅(qū)動(dòng)輸出控制，通過(guò)信號(hào)點(diǎn)燈作為車站聯(lián)鎖列車信號(hào)的一部分進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制。而方向電路、站間聯(lián)系電路、電碼化電路、閉環(huán)檢查和鎖頻信號(hào)發(fā)送電路、個(gè)別進(jìn)站點(diǎn)有源點(diǎn)式應(yīng)答器，目前已經(jīng)由車站聯(lián)鎖控制。

3 車站區(qū)間一體化的系統(tǒng)分析

車站區(qū)間一體化核心思想就是把車站看作是1個(gè)具有聯(lián)鎖關(guān)系的特殊區(qū)間，把此特殊區(qū)間嵌入到一般區(qū)間中去，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)整條線路區(qū)間化。對(duì)車站處理的具體方法是把它劃分為2個(gè)特殊的區(qū)間，即從進(jìn)站信號(hào)機(jī)到出站信號(hào)機(jī)看作一個(gè)區(qū)間，從出站信號(hào)機(jī)到一離去信號(hào)機(jī)處為另一個(gè)區(qū)間［3］。

3.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)采用雙重冗余CAN現(xiàn)場(chǎng)總線構(gòu)建安全數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)交換通道，實(shí)現(xiàn)安全數(shù)據(jù)毫秒級(jí)實(shí)時(shí)交換。地面控制中心采用三取二容錯(cuò)方式，通過(guò)安全現(xiàn)場(chǎng)總線向各區(qū)段軌道電路發(fā)送單元下達(dá)發(fā)碼命令，并接收各單元得到譯碼結(jié)果，構(gòu)成自動(dòng)閉塞邏輯關(guān)系?？刂浦行腃PU板、CAN總線、電源等關(guān)鍵模塊采用三重冗余結(jié)構(gòu)，任何的單點(diǎn)故障不影響系統(tǒng)的工作。I/O模塊，接收模塊為二乘二取二方式［4］。

一體化設(shè)備從功能上可分為5個(gè)部分，即控制中心部分、車站I/O部分、區(qū)間部分、電碼化部分和電源部分。以雙重冗余CAN現(xiàn)場(chǎng)總線構(gòu)建安全通信網(wǎng)絡(luò)，以容錯(cuò)計(jì)算機(jī)構(gòu)成地面控制中心，使信號(hào)設(shè)備進(jìn)一步簡(jiǎn)化，提高系統(tǒng)整體可靠性，與其它系統(tǒng)有良好的接口。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 車站區(qū)間一體化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3.2 系統(tǒng)各部分結(jié)構(gòu)

3.2.1 控制中心部分 控制中心部分主要包括地面控制中心機(jī)柜、維修機(jī)。地面控制中心機(jī)機(jī)柜放在微機(jī)室，安裝聯(lián)鎖機(jī)、監(jiān)控機(jī)、通信控制器、光端機(jī)。維修機(jī)放在微機(jī)室值班操作臺(tái)上。

3.2.2 車站I/O部分 車站I/O部分主要包括車站執(zhí)行機(jī)柜、防雷接口架。車站執(zhí)行機(jī)柜放在微機(jī)室，安裝智能安全I(xiàn)/O模塊。防雷接口架安裝在機(jī)械室，繼電器驅(qū)動(dòng)采集線在防雷接口架匯總。

3.2.3 區(qū)間部分 區(qū)間部分主要包括區(qū)間執(zhí)行機(jī)、移頻綜合架、自動(dòng)閉塞室外設(shè)備。區(qū)間執(zhí)行機(jī)柜安裝發(fā)送單元、接收單元、功放單元、衰耗濾波單元。移頻綜合架在機(jī)械室，安裝電纜模擬單元、防雷單元。自動(dòng)閉塞室外設(shè)備包括匹配單元（BP）、調(diào)諧單元（BA）、平衡線圈（SVA）、補(bǔ)償電容等。區(qū)間部分系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，如圖2所示。

3.2.4 電碼化部分 電碼化部分主要包括電碼化執(zhí)行機(jī)、電碼化接口架、電碼化室外設(shè)備。

3.2.5 電源部分 電源部分包括電源柜，放在微機(jī)室，安裝UPS、UPS切換器、24V電源、24V電池。

4 結(jié)束語(yǔ)

由于該設(shè)備采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，采用模塊化結(jié)構(gòu)，通過(guò)改變軟件和硬件組合，可以構(gòu)成滿足不同線路需求的列控地面設(shè)備。通過(guò)充分利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信、數(shù)字信號(hào)處理等先進(jìn)成熟技術(shù)并采用已有成熟設(shè)備兼容現(xiàn)場(chǎng)等有效措施，使整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理緊湊，設(shè)備數(shù)量顯著減少，設(shè)備綜合投資大幅度下降，大大簡(jiǎn)化了外圍繼電電路，提高了系統(tǒng)的可靠性和安全性，從而為高速鐵路的發(fā)展提供先進(jìn)的信號(hào)安全控制系統(tǒng)。

［1］林瑜筠.區(qū)間信號(hào)自動(dòng)控制［M］.北京：中國(guó)鐵道出版社，2009.

［2］李浩，王強(qiáng).武九線車站區(qū)間一體化信號(hào)安全控制系統(tǒng)［J］.鐵路通信信號(hào)工程技術(shù)，2005，（2）：7-9.

［3］高建國(guó)，陳光武，苗成偉，吳偉楷.車站區(qū)間一體化的研究與仿真［J］.鐵路計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2011，（1）：20-22.

［4］郭進(jìn)，陳紅霞，楊揚(yáng).站間微機(jī)化自動(dòng)閉塞系統(tǒng)雙機(jī)冗余系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.西南交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，40（4）：484-487.