普速自動(dòng)閉塞系統(tǒng)采用計(jì)算機(jī)編碼的方案探討

李 鵬

（中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司，北京 100055）

1 概述

隨著我國(guó)鐵路建設(shè)和發(fā)展，普速鐵路自動(dòng)閉塞系統(tǒng)已成熟并廣泛使用，為提高運(yùn)輸效率、特別是滿足我國(guó)日益增長(zhǎng)的貨運(yùn)能力需求起著至關(guān)重要的作用。目前新建或改造普速雙線自動(dòng)閉塞線路時(shí)，自動(dòng)閉塞系統(tǒng)均采用ZPW-2000系列發(fā)碼設(shè)備，采用繼電器編碼和控制區(qū)間信號(hào)機(jī)顯示，采用繼電方向電路，并利用電纜傳輸站間聯(lián)系信息，該方案需設(shè)置大量繼電器及組合柜等設(shè)備、占用較大的信號(hào)設(shè)備房屋，同時(shí)增加設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)維護(hù)的工作量及勞動(dòng)強(qiáng)度。

近年來(lái)，客運(yùn)專線鐵路在國(guó)內(nèi)大范圍建成及投入運(yùn)營(yíng)，客專信號(hào)技術(shù)已趨于完善、成熟，其核心設(shè)備車站列控中心在客專信號(hào)系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用，車站列控中心具有軌道電路編碼、應(yīng)答器報(bào)文儲(chǔ)存和調(diào)用、區(qū)間信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈控制、站間安全信息（區(qū)間軌道電路狀態(tài)、中繼站臨時(shí)限速信息、區(qū)間閉塞和方向條件等信息）傳輸功能，根據(jù)軌道電路、進(jìn)路狀態(tài)及臨時(shí)限速等信息產(chǎn)生行車許可，并通過(guò)軌道電路及有源應(yīng)答器將行車許可傳送給列車?？蛯Ｗ詣?dòng)閉塞系統(tǒng)由于列控中心的使用，大大減少了繼電器、組合柜的使用，減少站間聯(lián)系電纜的敷設(shè)，閉塞系統(tǒng)更加集成化、模塊化和智能化。

如圖1所示，客專列控中心具有普速自動(dòng)閉塞系統(tǒng)所需的軌道電路編碼、區(qū)間信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈控制、站間信息傳輸?shù)裙δ?，本文著重探討普速自?dòng)閉塞系統(tǒng)采用與客專列控中心相似的計(jì)算機(jī)編碼設(shè)備的方案，以下從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)以及運(yùn)營(yíng)維護(hù)3個(gè)方面分析方案的可行性。

2 普速自動(dòng)閉塞系統(tǒng)采用編碼計(jì)算機(jī)設(shè)備方案可行性分析

2.1 技術(shù)可行性分析

2.1.1 編碼計(jì)算機(jī)設(shè)備

如圖2所示，普速鐵路自動(dòng)閉塞系統(tǒng)利用計(jì)算機(jī)完成軌道電路編碼、區(qū)間信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈控制和站間聯(lián)系信息的傳輸功能，該計(jì)算機(jī)編碼設(shè)備可按以下兩種方案實(shí)施。

方案一、設(shè)置獨(dú)立的區(qū)間編碼計(jì)算機(jī)設(shè)備

采用與行車指揮系統(tǒng)、聯(lián)鎖系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立的區(qū)間編碼計(jì)算機(jī)設(shè)備。該方案的優(yōu)點(diǎn)是編碼計(jì)算機(jī)設(shè)備與行車指揮系統(tǒng)、聯(lián)鎖系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立，各系統(tǒng)故障、維修期間互不影響，同時(shí)可借鑒已成功上道并廣泛使用的客專列控中心設(shè)備硬件平臺(tái)，減少研發(fā)難度；缺點(diǎn)是需增加計(jì)算機(jī)主機(jī)等設(shè)備的投資。

方案二、利用聯(lián)鎖系統(tǒng)主機(jī)擴(kuò)展區(qū)間編碼功能

利用成熟的聯(lián)鎖系統(tǒng)主機(jī)擴(kuò)展區(qū)間編碼功能模塊，用于區(qū)間控制的功能模塊與聯(lián)鎖共用主機(jī)，即聯(lián)鎖、閉塞一體化（聯(lián)鎖、列控一體化）設(shè)備。該方案優(yōu)點(diǎn)是使信號(hào)系統(tǒng)更加集成化，便于區(qū)間、站內(nèi)結(jié)合部分功能的實(shí)現(xiàn)；缺點(diǎn)是系統(tǒng)主機(jī)故障時(shí)，同時(shí)影響站內(nèi)和區(qū)間行車安全及運(yùn)輸效率，且目前國(guó)內(nèi)暫無(wú)聯(lián)鎖、列控一體化的實(shí)施案例及成熟的設(shè)備，對(duì)聯(lián)鎖系統(tǒng)改動(dòng)較多，研發(fā)難度較大。

為減少各系統(tǒng)間互相干擾，減小研發(fā)難度，采用方案一，該編碼計(jì)算機(jī)設(shè)置獨(dú)立的二乘二取二硬件安全冗余結(jié)構(gòu)。編碼用計(jì)算機(jī)設(shè)備可充分利用國(guó)內(nèi)成熟的客專列控系統(tǒng)車站列控中心設(shè)備平臺(tái)，并相應(yīng)簡(jiǎn)化、取消列控中心設(shè)備的應(yīng)答器報(bào)文儲(chǔ)存和調(diào)用等客專獨(dú)有的功能模塊。采用計(jì)算機(jī)完成軌道電路編碼、區(qū)間信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈控制和站間聯(lián)系信息的傳輸功能。

2.1.2 普速自動(dòng)閉塞系統(tǒng)編碼軟件

編碼計(jì)算機(jī)根據(jù)區(qū)間軌道區(qū)段占用情況，利用軟件進(jìn)行邏輯運(yùn)算并控制軌道電路發(fā)碼和信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈，為進(jìn)一步提高閉塞系統(tǒng)整體安全性，確保列車運(yùn)行安全，增加區(qū)間正常占用和邏輯占用軟件邏輯檢查判斷功能。

按安全性要求劃分軟件安全性完善度等級(jí)，并采取與確定等級(jí)相適應(yīng)的技術(shù)措施。根據(jù)所劃分的安全性完善度等級(jí)，遵照軟件質(zhì)量保證體系、軟件生命周期來(lái)設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)和測(cè)試軟件。為使軟件達(dá)到確定的安全性完善度等級(jí)，采用可靠性和安全性技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，如容錯(cuò)設(shè)計(jì)（N版本、恢復(fù)塊）、避錯(cuò)、冗余、降額、自測(cè)試（失效故障測(cè)試）、動(dòng)態(tài)重構(gòu)、故障屏蔽，以及利用智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)的操作合理性檢查，對(duì)難以修正的危險(xiǎn)側(cè)輸出和信息傳輸中斷時(shí)的安全處理及其他異常處理等。

2.1.3 工程設(shè)計(jì)

2.1.3.1 系統(tǒng)原理

編碼計(jì)算機(jī)與聯(lián)鎖主機(jī)接口，采集GJ狀態(tài)，接收聯(lián)鎖的車站進(jìn)路信息和來(lái)自軌道電路的列車占用軌道區(qū)段信息，控制軌道電路的低頻信息編碼，并驅(qū)動(dòng)區(qū)間軌道電路方向繼電器，控制軌道電路的發(fā)碼方向；對(duì)列車在區(qū)間的走行進(jìn)行三點(diǎn)邏輯檢查，對(duì)軌道電路占用、出清、非正常邏輯進(jìn)行判斷和報(bào)警，并采取必要的防護(hù)措施；驅(qū)動(dòng)點(diǎn)燈繼電器完成區(qū)間信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈控制，同時(shí)采集燈絲繼電器狀態(tài)，對(duì)燈絲斷絲做相應(yīng)處理，使其具備紅燈轉(zhuǎn)移功能。

車站編碼計(jì)算機(jī)將自身運(yùn)行狀態(tài)和內(nèi)部邏輯狀態(tài)實(shí)時(shí)地傳遞給運(yùn)輸調(diào)度指揮系統(tǒng)和信號(hào)集中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；中繼站編碼計(jì)算機(jī)將自身的運(yùn)行狀態(tài)和內(nèi)部邏輯狀態(tài)實(shí)時(shí)地傳遞給所屬車站編碼計(jì)算機(jī)和信號(hào)集中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

2.1.3.2 系統(tǒng)構(gòu)成

車站及中繼站室內(nèi)設(shè)置區(qū)間編碼計(jì)算機(jī)、區(qū)間移頻柜、網(wǎng)絡(luò)接口柜、組合柜、ZPW-2000系列發(fā)送器、接收器、冗余衰耗器、模擬網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、點(diǎn)燈隔離變壓器、繼電器等設(shè)備以及編碼計(jì)算機(jī)與聯(lián)鎖設(shè)備、運(yùn)輸調(diào)度指揮設(shè)備、信號(hào)集中監(jiān)測(cè)設(shè)備間的接口。室外設(shè)置與傳統(tǒng)普速自動(dòng)閉塞系統(tǒng)室外信號(hào)機(jī)、軌道電路、信號(hào)電纜等一致的信號(hào)設(shè)備。

設(shè)置區(qū)間改方組合，由ZGFJ、FGFJ、FJ繼電器組成，設(shè)置軌道區(qū)段組合，由相應(yīng)的區(qū)段軌道繼電器GJ組成，設(shè)置方向組合，各區(qū)段相應(yīng)設(shè)置方向繼電器FQJ，設(shè)置點(diǎn)燈組合，對(duì)應(yīng)每架通過(guò)信號(hào)機(jī)相應(yīng)設(shè)置DJ、HJ、UJ、LJ、LUJ繼電器。

2.1.3.3 通信通道

車站之間除設(shè)置普速線路標(biāo)準(zhǔn)配置的運(yùn)輸調(diào)度指揮系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通道、信號(hào)集中監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)通道外，另需設(shè)置站聯(lián)信息及方向控制信息光通道，同時(shí)減少站間聯(lián)系電纜的設(shè)置。

2.2 經(jīng)濟(jì)可行性分析

2.2.1 采用計(jì)算機(jī)編碼與采用繼電編碼比較

1）車站

增加編碼計(jì)算機(jī)及其與聯(lián)鎖設(shè)備、運(yùn)輸調(diào)度指揮設(shè)備間的接口、站聯(lián)信息數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)等設(shè)備；減少繼電器、組合柜等設(shè)備，相應(yīng)減少信號(hào)設(shè)備房屋面積。

2）中繼站

增加編碼計(jì)算機(jī)及站聯(lián)信息數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)等設(shè)備；減少繼電器、組合柜及熔斷器等設(shè)備，相應(yīng)減少信號(hào)設(shè)備房屋面積。因目前大部分普速線路中繼站設(shè)置CTC采集分機(jī)，采集軌道區(qū)段及點(diǎn)燈狀態(tài)信息，采用計(jì)算機(jī)編碼方式后，相應(yīng)減少中繼站CTC車站分機(jī)設(shè)備。

3）傳輸通道

增加站間安全信息傳輸光纖通道、減少站間聯(lián)系電纜（一般為37芯）。

2.2.2 投資對(duì)照分析

1）以40 km普速雙線自動(dòng)閉塞線路為例，設(shè)定橋隧比20%、平均閉塞分區(qū)長(zhǎng)度1.2 km，其中設(shè)置一座車站及一座中繼站，則車站及中繼站共管轄約68個(gè)閉塞分區(qū)、80個(gè)軌道區(qū)段。以下具體從繼電編碼和計(jì)算機(jī)編碼存在數(shù)量差別的計(jì)算機(jī)編碼設(shè)備、中繼站CTC分機(jī)、組合架、繼電器、傳輸通道等主要設(shè)備測(cè)算投資，如表1所示。

表1 繼電及計(jì)算機(jī)編碼投資對(duì)照表

2）投資比較分析：就舉例線路而言，計(jì)算機(jī)編碼較繼電編碼方式節(jié)省投資約17萬(wàn)元，且隨著繼電器、信號(hào)電纜等器材價(jià)格不斷上漲，計(jì)算機(jī)編碼方式將更加具有節(jié)省投資的優(yōu)勢(shì)。

2.3 對(duì)運(yùn)營(yíng)維護(hù)的影響

我國(guó)鐵路信號(hào)聯(lián)鎖系統(tǒng)曾經(jīng)歷從6502電氣集中聯(lián)鎖升級(jí)至計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)，聯(lián)鎖邏輯運(yùn)算由軟件代替，相應(yīng)大量減少繼電器的使用，從而極大地減輕運(yùn)營(yíng)維護(hù)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度和工作量。與6502電氣集中聯(lián)鎖升級(jí)至計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)相似，采用編碼計(jì)算機(jī)代替繼電器功能，相應(yīng)大量減少繼電器的使用，減少設(shè)備間配線，減少故障點(diǎn)，降低設(shè)備故障率。同時(shí)，因?yàn)橛?jì)算機(jī)編碼設(shè)備更加智能化，有利于電務(wù)維修人員及時(shí)查找故障原因，更迅速地處理解決信號(hào)故障，從而提高運(yùn)輸效率。

3 結(jié)論

首先，普速自動(dòng)閉塞編碼計(jì)算機(jī)設(shè)備可充分利用國(guó)內(nèi)成熟的客專列控中心平臺(tái)，技術(shù)上具有可行性。其次，采用計(jì)算機(jī)編碼方案可相應(yīng)減少繼電器、組合架、信號(hào)電纜的使用，具有較好的經(jīng)濟(jì)性。另外，采用計(jì)算機(jī)編碼方式使自動(dòng)閉塞系統(tǒng)更加集成化、智能化，有利于減輕電務(wù)維修人員的勞動(dòng)強(qiáng)度和減少故障處理時(shí)間、提高運(yùn)輸效率。電子設(shè)備代替繼電設(shè)備是信號(hào)系統(tǒng)的發(fā)展方向，采用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)普速鐵路自動(dòng)閉塞軌道電路編碼、區(qū)間信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈控制和站間聯(lián)系信息傳輸功能將是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。

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