軌道交通全電子化聯(lián)鎖系統(tǒng)安全技術(shù)的應(yīng)用探討

孫鑫

摘要：全電子化聯(lián)鎖系統(tǒng)安全技術(shù)的應(yīng)用，可以為軌道交通運營安全提供更多的保障。因此，文章在分析軌道交通全電子化聯(lián)鎖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其安全技術(shù)的基礎(chǔ)上，對安全技術(shù)在道岔信號采集、道岔動作電路設(shè)計和道岔通信電路設(shè)計上的應(yīng)用問題展開了探討，以便為關(guān)注z--話題的相關(guān)人士提供參考。

關(guān)鍵詞：軌道交通；全電子化聯(lián)鎖系統(tǒng)；安全技術(shù)；應(yīng)用

全電子化聯(lián)鎖系統(tǒng)的應(yīng)用，可以提高軌道交通運營的安全性、智能性和高效性，能夠在一定程度上降低軌道交通的運營成本。而了解軌道交通全電子化聯(lián)鎖系統(tǒng)的安全技術(shù)，則能夠為系統(tǒng)的推廣應(yīng)用提供科學(xué)的依據(jù)。因此，有必要對軌道交通全電子化聯(lián)鎖系統(tǒng)安全技術(shù)的應(yīng)用問題展開探討。從而為全電子化聯(lián)鎖系統(tǒng)的推廣應(yīng)用打下良好的基礎(chǔ)。

1軌道交通全電子化聯(lián)鎖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其安全技術(shù)

從結(jié)構(gòu)上來看，軌道交通全電子化聯(lián)鎖系統(tǒng)主要由全電子執(zhí)行單元和聯(lián)鎖主機構(gòu)成。其中，全電子執(zhí)行單元需要進行軌道電路、轉(zhuǎn)轍機和信號機等設(shè)備狀態(tài)的采集和控制，聯(lián)鎖主機需要完成聯(lián)鎖邏輯運算。就目前來看，全電子執(zhí)行單元一共由11種控制模塊組成，可以按照類型和數(shù)量進行模塊的組合，并將模塊安裝在機柜中。而聯(lián)鎖主機需要利用CAN總線與各模塊連接，利用CAN總線將聯(lián)鎖命令傳送至各模塊叫。

根據(jù)歐洲鐵路標準EN50129，目前系統(tǒng)的安全性設(shè)計主要使用3種安全技術(shù)，即組合式故障安全、反應(yīng)式故障安全和固有式故障安全。其中，組合式故障安全技術(shù)需要用2個部件執(zhí)行相關(guān)安全功能，而每個部件相互獨立，可以避免系統(tǒng)出現(xiàn)共因失效問題。在鐵路信號系統(tǒng)中，該技術(shù)的常用結(jié)構(gòu)模式為“二取二”，能夠檢測出系統(tǒng)部件中的危險故障，并能在足夠時間內(nèi)拒絕故障再次在系統(tǒng)發(fā)生。反應(yīng)式故障安全技術(shù)可以由單獨部件執(zhí)行安全相關(guān)功能，但是需要以快速實現(xiàn)危險故障檢測和拒絕為前提，以便確保系統(tǒng)的安全操作。在應(yīng)用該技術(shù)的過程中，雖然其安全相關(guān)功能只由1個部件實施，但是也可以將檢查功能當作是第2部件。但是，檢查功能與安全功能的實現(xiàn)是相互獨立的，可以避免出現(xiàn)共因失效現(xiàn)象。此外，固有式故障安全也是常用的安全技術(shù)，并且也由單個部件執(zhí)行安全相關(guān)功能。而該技術(shù)應(yīng)用的前提是，假定部件的所有失效模式都是安全的。利用該技術(shù)，可以在應(yīng)用其他安全技術(shù)的系統(tǒng)中進行某些安全功能的實現(xiàn)。就目前來看，“故障安全”型電子元器件是得到普遍使用的應(yīng)用固有式故障安全技術(shù)的電子器件。但是，由于該技術(shù)本身具有故障不對稱性，因此往往會在系統(tǒng)安全的最后關(guān)口使用。

2軌道交通全電子化聯(lián)鎖系統(tǒng)安全技術(shù)的應(yīng)用

在軌道交通系統(tǒng)中，道岔控制是系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。而使用全電子化聯(lián)鎖系統(tǒng)安全技術(shù)設(shè)計道岔控制單元，可以為系統(tǒng)的安全運行提供保障。

2.1道岔模塊結(jié)構(gòu)安全設(shè)計

從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上來看，道岔模塊由信號采集電路、微控制電路、通信電路和動作電路等多個電路組成。利用信號采集電路，可以實時進行轉(zhuǎn)轍機位置情況的檢查，繼而為系統(tǒng)安全提供保障。利用開關(guān)控制電控，可以控制三相交流轉(zhuǎn)轍機的反轉(zhuǎn)或正轉(zhuǎn)，所以該電路同樣是系統(tǒng)安全功能電路。再者，利用微控制器電路可以完成整個模塊的核心邏輯運算，而利用控制通道通信電路能夠?qū)崿F(xiàn)模塊與聯(lián)鎖機的通信，并且進行道岔轉(zhuǎn)動操作命令和表示狀態(tài)的接收和傳送，同樣為系統(tǒng)的安全功能電路。

2.2安全技術(shù)在信號采集上的應(yīng)用

在檢測道岔模塊位置時，信號采集電路可能發(fā)生2種危險性故障。具體來講，就是將道岔無表示錯誤采集為反位或?qū)⒌啦矶ㄎ诲e誤采集為反位。此時，可以利用道岔模塊位置檢測功能故障樹結(jié)構(gòu)進行電路故障的分析，然后根據(jù)電路的對稱性進行故障事件的安全性分析。在分析的過程中，需要將道岔無表示錯誤采集為反位設(shè)定為事件A，并將道岔定位錯誤采集為反位設(shè)定為事件B。通過分析可以發(fā)現(xiàn)，道岔無表示時，可以將此故障等效為A點處斷開。采用Relex工具進行定量分析可以發(fā)現(xiàn)，事件A的安全性指標并不滿足安全需求。而分析導(dǎo)致A事件發(fā)生的電路重要度較大的部件，則可以通過改進該部件實現(xiàn)對電路的改進，繼而使事件A的安全性指標滿足安全需求。采取同樣的方法可以完成對事件B的故障樹的構(gòu)建，同時也能夠提高其安全性指標，繼而使信號采集電路的設(shè)計具有一定的安全性。

2.3安全技術(shù)在道岔動作電路設(shè)計中的應(yīng)用

從結(jié)構(gòu)上來看，道岔動作電路由隔離驅(qū)動電路、反饋檢測電路和微控制器電路等多個電路組成。根據(jù)聯(lián)鎖計算機命令發(fā)出的動作指令，微控制器電路設(shè)計“0”為有效電平輸出電路，可以進行開關(guān)控制電路的控制。而電路輸出如果為“1”。系統(tǒng)將不進行轉(zhuǎn)轍機的操作。在分析電路的安全性時，可以使用“二取二”系統(tǒng)架構(gòu)，并使用故障樹分析法分析道岔模塊動作功能故障。而利用Relex工具，可以進行動作電路安全性指標的計算。此外，在分析的過程中，通過建立五線制道岔模塊動作電路故障樹，可以完成該模塊電路的安全性指標的分析。而通過分析各事件的重要度，則可以找出重要度最高的事件，并通過提高這些事件的安全性來提高道岔模塊的動作電路的安全性。但是，單獨采用“二取二”的“組合式故障安全”的安全技術(shù)進行電路的設(shè)計，一般難以達到系統(tǒng)的安全性指標要求。因此，在設(shè)計此部分電路時，還需要使用反應(yīng)式故障安全和固有式故障安全等其他安全技術(shù)。例如，在檢測電路的單故障時，由于電路故障主要體現(xiàn)在錯誤動作上，所以需要重點檢測開關(guān)的錯誤閉合狀態(tài)。根據(jù)系統(tǒng)故障的安全設(shè)計原則，應(yīng)該將有能量狀態(tài)下的電路設(shè)計為危險側(cè)。在道岔動作時，如果檢測到電路故障，就不能進行開關(guān)閉合狀態(tài)的檢測。而根據(jù)這一原理，就可以實現(xiàn)對安全型檢測電路的設(shè)計。在檢測完成后，第1個危險故障如果以單獨形式與第2個故障組合出現(xiàn)，并且迅速被檢測到，同時也能夠進入到安全狀態(tài)，就意味著電路滿足反應(yīng)式故障安全條件。而在這種情況下，故障檢測和拒絕的時間將不超過潛在危險輸出持續(xù)時間限制。

2.4安全技術(shù)在道岔模塊與聯(lián)鎖計算機通信設(shè)計中的應(yīng)用

在設(shè)計道岔模塊與聯(lián)鎖計算機的通信接口時，需要滿足歐標對安全通信系統(tǒng)的設(shè)計技術(shù)要求。具體來講，道岔模塊與聯(lián)鎖計算機將使用CAN現(xiàn)場總線為通信接口，而該接口具有抗干擾能力強和實時性好等多方面的優(yōu)勢。但是，通信系統(tǒng)安全性不僅與通信可靠性有關(guān)，同時也將與通信故障安全性有關(guān)。所以，在使用CAN總線基礎(chǔ)上，需要設(shè)計具有故障安全性的通信協(xié)議，以滿足軌道交通系統(tǒng)信息安全傳輸?shù)囊?。根?jù)這些要求，需要將CAN總線格式設(shè)計為擴展幀格式，而聯(lián)鎖機傳輸?shù)膱笪男畔⑿枰ㄎ徊倏孛?、道岔鎖閉防護命令和反位操控命令等命令，道岔模塊需要傳輸?shù)膱笪男畔随i閉防護狀態(tài)、道岔定位表示和轉(zhuǎn)動狀態(tài)等。在此基礎(chǔ)上，還要完成通信接口安全性的定性分析和定量分析，以便了解系統(tǒng)傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

3結(jié)語

總而言之，通過分析軌道交通全電子化聯(lián)鎖系統(tǒng)安全技術(shù)的應(yīng)用情況可以發(fā)現(xiàn)，利用組合式故障安全、反應(yīng)式故障安全和固有式故障安全等多個安全技術(shù)，可以使全電子化聯(lián)鎖系統(tǒng)設(shè)計達到預(yù)期的安全指標，繼而為軌道交通運營提供更多的安全保障。