廠(chǎng)礦企業(yè)內(nèi)部鐵路微機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)改造方案的研究分析

馮經(jīng)緯

（日照鋼鐵有限公司電控處，山東 日照 276806）

鐵路系統(tǒng)電氣化、調(diào)車(chē)系統(tǒng)自動(dòng)化和智能化是現(xiàn)代鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)的發(fā)展方向。雖然廠(chǎng)礦企業(yè)內(nèi)部專(zhuān)用鐵路線(xiàn)的調(diào)度作業(yè)強(qiáng)度和精細(xì)化需求較國(guó)鐵要低，但其目前采用的人工排進(jìn)路、手動(dòng)扳道岔的作業(yè)方式，在調(diào)車(chē)作業(yè)效率低下、工人勞動(dòng)強(qiáng)度大和操作失誤風(fēng)險(xiǎn)性高等方面的缺點(diǎn)，越來(lái)越成為制約生產(chǎn)的關(guān)鍵性因素。因此，企業(yè)內(nèi)部專(zhuān)用鐵路線(xiàn)的自動(dòng)化改造勢(shì)在必行。由于鐵路系統(tǒng)在往電氣化、自動(dòng)化和智能化方向發(fā)展的過(guò)程中，衍生出現(xiàn)了多種類(lèi)型的鐵路微機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)。在制定鐵路系統(tǒng)的自動(dòng)化改造方案時(shí)，應(yīng)根據(jù)各聯(lián)鎖系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)，同時(shí)結(jié)合鐵路的現(xiàn)場(chǎng)情況和調(diào)車(chē)作業(yè)的實(shí)際需求進(jìn)行綜合考慮。

1 鐵路微機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的架構(gòu)

1.1 系統(tǒng)框架

雖然目前國(guó)內(nèi)鐵路的微機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的種類(lèi)較多，但系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)大致可分為3層：人機(jī)交互層、聯(lián)鎖運(yùn)算層、執(zhí)行表示層，詳見(jiàn)圖1。

（1）人機(jī)交互層。具有可視化的功能，可以為維護(hù)和操作人員提供人機(jī)操作界面。不僅可接受操作員的輸入信息，還可實(shí)時(shí)顯示相關(guān)站場(chǎng)的畫(huà)面信息，包括道岔、軌道和信號(hào)機(jī)等設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)。

（2）聯(lián)鎖運(yùn)算層。聯(lián)鎖運(yùn)算層是鐵路微機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的核心，該層依據(jù)人機(jī)交互層的指令信息和執(zhí)行表示層中道岔、軌道及信號(hào)機(jī)等設(shè)備的狀態(tài)信息，進(jìn)行安全聯(lián)鎖相關(guān)的邏輯計(jì)算，將運(yùn)算結(jié)果輸出給執(zhí)行表示層，再由執(zhí)行表示層實(shí)現(xiàn)對(duì)室外信號(hào)設(shè)備的安全控制。

（3）執(zhí)行表示層。執(zhí)行表示層包括了道岔、軌道、信號(hào)、零散等執(zhí)行單元，具有采集并判斷室外設(shè)備狀態(tài)的功能，如軌道電路的狀態(tài)及電壓檢測(cè)、道岔及轉(zhuǎn)轍機(jī)狀態(tài)檢測(cè)、信號(hào)機(jī)燈絲檢測(cè)等。同時(shí)，該層還依據(jù)聯(lián)鎖運(yùn)算層的控制信息來(lái)驅(qū)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的動(dòng)作。

圖1 鐵路微機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)架構(gòu)示意圖

1.2 聯(lián)鎖運(yùn)算層類(lèi)型

類(lèi)型一：三取二模式。

①實(shí)現(xiàn)方式：3個(gè)聯(lián)鎖機(jī)同時(shí)運(yùn)算，只要其中有2個(gè)運(yùn)算結(jié)果相同，則輸出。

②優(yōu)點(diǎn)：聯(lián)鎖機(jī)有3臺(tái)，2臺(tái)運(yùn)算結(jié)果一致即輸出，相當(dāng)于有1臺(tái)為備用。

③缺點(diǎn)：系統(tǒng)架構(gòu)復(fù)雜，安全性、可靠性相對(duì)其他方式較差。

類(lèi)型二：雙機(jī)熱備(專(zhuān)用聯(lián)鎖機(jī)主機(jī))模式。

①實(shí)現(xiàn)方式：2個(gè)聯(lián)鎖機(jī)(專(zhuān)用聯(lián)鎖機(jī)主機(jī))，每個(gè)聯(lián)鎖機(jī)內(nèi)有1個(gè)CPU，1臺(tái)運(yùn)算、1臺(tái)熱備用。

②優(yōu)點(diǎn)：1臺(tái)聯(lián)鎖機(jī)為另1臺(tái)做備用，有一定的可靠性。

③缺點(diǎn)：a、該方式為普通熱備方式，運(yùn)算結(jié)果不進(jìn)行對(duì)比表決，決策輸出的安全性一般；b、聯(lián)鎖主機(jī)軟硬件均為各廠(chǎng)家自己研發(fā)，備件的通用性較差。

類(lèi)型三：雙機(jī)熱備(PLC)模式。

①實(shí)現(xiàn)方式：同類(lèi)型二的實(shí)現(xiàn)方式，聯(lián)鎖機(jī)由通用PLC代替。

②優(yōu)點(diǎn)：a、同類(lèi)型二的優(yōu)點(diǎn)；b、聯(lián)鎖機(jī)為通用PLC，備件的通用性較好；c、價(jià)格為4種類(lèi)型中最低。

③缺點(diǎn)：a、同類(lèi)型二的缺點(diǎn)a；b、無(wú)國(guó)鐵準(zhǔn)入許可資質(zhì)。

類(lèi)型四：二乘二取二模式。

①實(shí)現(xiàn)方式：2臺(tái)聯(lián)鎖機(jī)同時(shí)在線(xiàn)運(yùn)算，互相校驗(yàn)運(yùn)算結(jié)果，每個(gè)聯(lián)鎖機(jī)內(nèi)各有2個(gè)CPU，當(dāng)2個(gè)CPU運(yùn)算結(jié)果一致時(shí)，則輸出。

②優(yōu)點(diǎn)：a、可靠性為4種類(lèi)型中最高；b、每臺(tái)聯(lián)鎖機(jī)的運(yùn)算結(jié)果都可自行對(duì)比表決，決策輸出安全性為4種類(lèi)型中最高。

③缺點(diǎn)：a、同類(lèi)型二的缺點(diǎn)b；b、價(jià)格為4種類(lèi)型中最高。

1.3 執(zhí)行表示層類(lèi)型

類(lèi)型一：安全繼電器模式。

①實(shí)現(xiàn)方式：通過(guò)安全繼電器的組合方式，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行控制或采集現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)。

②優(yōu)點(diǎn)：目前國(guó)鐵干線(xiàn)的全部、國(guó)鐵支線(xiàn)和地方專(zhuān)用線(xiàn)的絕大部分采用此種模式，技術(shù)成熟度最高。

③缺點(diǎn)：a、占地面積大、后續(xù)維護(hù)工作量大、投資高；b、發(fā)生故障時(shí)，繼電器部分需通過(guò)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行人工定位排查，效率較低。

類(lèi)型二：全電子模塊式（單系）模式。

①實(shí)現(xiàn)方式：道岔聯(lián)鎖系統(tǒng)生產(chǎn)廠(chǎng)家自行開(kāi)發(fā)的全電子模塊式執(zhí)行單元，采用模塊化、單元化的方式，直接控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備或采集現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)。其中，執(zhí)行單元采用單套硬件，硬件上具有雙CPU或雙電路設(shè)計(jì)。

②優(yōu)點(diǎn)：a、占地面積小、后續(xù)維護(hù)工作量小、投資相對(duì)較低（道岔數(shù)量越多，相對(duì)價(jià)格越低）；b、發(fā)生故障時(shí)，可通過(guò)執(zhí)行單元自動(dòng)提示，精確定位，效率較高。

③缺點(diǎn)：目前國(guó)鐵干線(xiàn)沒(méi)有此種類(lèi)型的應(yīng)用業(yè)績(jī)，其業(yè)績(jī)主要集中在廠(chǎng)礦企業(yè)內(nèi)部的鐵路上。

類(lèi)型三：全電子模塊式（雙系）模式。

①實(shí)現(xiàn)方式：在類(lèi)型二的基礎(chǔ)上，執(zhí)行單元采用雙套硬件，每個(gè)硬件上均有雙CPU或雙電路設(shè)計(jì)。

②優(yōu)點(diǎn)：a、同類(lèi)型二的優(yōu)點(diǎn)；b、在執(zhí)行表示層實(shí)現(xiàn)二乘二取二，可靠性、安全性為3種類(lèi)型中的最高。

③缺點(diǎn)：a、屬近2年各廠(chǎng)家新開(kāi)發(fā)出的類(lèi)型，部分廠(chǎng)家還處在產(chǎn)品驗(yàn)證階段；b、硬件雙套配置，執(zhí)行表示層的設(shè)備投資較類(lèi)型二提高1倍。

2 鐵路微機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的類(lèi)型和優(yōu)缺點(diǎn)

2.1 鐵路微機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的類(lèi)型

根據(jù)聯(lián)鎖運(yùn)算層和執(zhí)行表示層類(lèi)型的不同，現(xiàn)有的鐵路微機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)可分為8種類(lèi)型，詳見(jiàn)表1。

2.2 各類(lèi)型鐵路微機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)

（1）現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用業(yè)績(jī)。類(lèi)型一：現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用業(yè)績(jī)不多，且現(xiàn)在已經(jīng)基本淘汰。類(lèi)型二：在2014年之前，國(guó)鐵幾乎全部采用此種類(lèi)型，因此業(yè)績(jī)最多。類(lèi)型三、類(lèi)型七：僅在國(guó)鐵支線(xiàn)、地方鐵路線(xiàn)和企業(yè)內(nèi)部鐵路線(xiàn)有應(yīng)用，國(guó)鐵干線(xiàn)暫時(shí)無(wú)應(yīng)用。類(lèi)型四、類(lèi)型五：由于無(wú)國(guó)鐵準(zhǔn)入許可，因此在國(guó)鐵任何區(qū)段均未應(yīng)用過(guò)，僅在廠(chǎng)礦企業(yè)的內(nèi)部鐵路上有應(yīng)用。類(lèi)型六：2014年之后在國(guó)鐵的部分鐵路開(kāi)始應(yīng)用，業(yè)績(jī)較少。類(lèi)型八：國(guó)鐵沒(méi)有應(yīng)用業(yè)績(jī)，部分廠(chǎng)礦企業(yè)的內(nèi)部鐵路上有應(yīng)用。

表1 鐵路微機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)類(lèi)型

（2）成套系統(tǒng)價(jià)格。類(lèi)型六與類(lèi)型八的價(jià)格相近，相較其他類(lèi)型價(jià)格最高；類(lèi)型五，相較其他類(lèi)型價(jià)格最低。

（3）廠(chǎng)商資源。類(lèi)型二的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用業(yè)績(jī)最多，因此相關(guān)廠(chǎng)商的資源也最多。類(lèi)型四和類(lèi)型五，由于僅在廠(chǎng)礦企業(yè)的內(nèi)部鐵路有應(yīng)用業(yè)績(jī)，因此相關(guān)的廠(chǎng)商資源最少。雖然類(lèi)型八的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用業(yè)績(jī)比類(lèi)型四和類(lèi)型五還要少，但幾乎所有主流生產(chǎn)廠(chǎng)家均在開(kāi)發(fā)或推廣此種類(lèi)型，是今后鐵路微機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)，因此相關(guān)的廠(chǎng)商資源也較多。

3 鐵路微機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)改造方案的建議

3.1 從性?xún)r(jià)比、后續(xù)備件通用性方面考慮

通用PLC和安全繼電器的供貨渠道眾多，價(jià)格透明，備件采購(gòu)方面較為靈活，成本可控性好，因此若從性?xún)r(jià)比、后續(xù)備件的通用性方面綜合考慮，建議選用類(lèi)型四，若單純從價(jià)格方面考慮，可選用方案五。

3.2 從安全性、可靠性方面考慮

二乘二取二和全電子模塊式執(zhí)行單元（雙系）采用了獨(dú)特的雙套軟硬件配置，以及對(duì)比表決式的運(yùn)算結(jié)果輸出方式，因此若從安全性、可靠性方面綜合考慮，建議選用類(lèi)型八。

3.3 從國(guó)鐵準(zhǔn)入資質(zhì)方面考慮

三取二、雙機(jī)熱備(PLC)和全電子模塊式執(zhí)行單元（雙系）均無(wú)國(guó)鐵準(zhǔn)入資質(zhì)，因此若從國(guó)鐵準(zhǔn)入資質(zhì)方面來(lái)考慮，只能選取類(lèi)型二、類(lèi)型三、類(lèi)型六、類(lèi)型七。

3.4 其他

（1）因廠(chǎng)礦企業(yè)內(nèi)部鐵路沿線(xiàn)環(huán)境復(fù)雜，多數(shù)地段的排水能力不足，且環(huán)境中金屬粉塵較多，進(jìn)行軌道電路改造時(shí)易出現(xiàn)“紅光帶”的問(wèn)題，建議此部分區(qū)段采用繼軸軌道電路解決。

（2）為保證廠(chǎng)礦企業(yè)內(nèi)部鐵路系統(tǒng)后續(xù)CTC（Centralized Traffic Control調(diào)度集中控制）項(xiàng)目的順利實(shí)施，建議在進(jìn)行鐵路微機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)改造時(shí)，預(yù)留好鐵路調(diào)度信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)軟硬件接口。

4 結(jié)語(yǔ)

目前，各廠(chǎng)礦企業(yè)對(duì)其內(nèi)部鐵路進(jìn)行微機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)改造的需求越來(lái)越強(qiáng)烈。但由于國(guó)鐵的特殊性，其標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)要求與廠(chǎng)礦企業(yè)內(nèi)部鐵路并不一致，因此鐵路微機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)在從傳統(tǒng)的408軌道電路往集成電子電路方向發(fā)展的過(guò)程中，也衍生出現(xiàn)了眾多的類(lèi)型，且各有優(yōu)缺點(diǎn)。本文針對(duì)各種類(lèi)型的鐵路微機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的研究和分析，并給出了相應(yīng)的改造方案建議，可為廠(chǎng)礦企業(yè)相關(guān)技術(shù)人員在制定鐵路微機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)改造方案時(shí)，提供一定的借鑒和參考。