全電子計算機聯(lián)鎖的發(fā)展與規(guī)模化應(yīng)用

陳亮

摘 要

本文結(jié)合全電子聯(lián)鎖的發(fā)展歷程，總結(jié)了全電子聯(lián)鎖的特點，對當前全電子聯(lián)鎖規(guī)模化推廣應(yīng)用進展比較緩慢的原因進行了分析，闡述了全電子化后對傳統(tǒng)計算機聯(lián)鎖的工程范圍、施工調(diào)試、維護管理等各方面的影響。

關(guān)鍵詞

全電子計算機聯(lián)鎖;聯(lián)鎖系統(tǒng)

中圖分類號： U284.362 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.15.004

Abstract

Combined with the development of full-electronic interlocking， this paper summarizes the characteristics of full-electronic interlocking， analyzes the reasons for the slow progress of the popularization and application of full-electronic interlocking on a large scale， and expounds the influence of full-electronic interlocking on the project scope， construction commissioning， maintenance management and other aspects of traditional computer interlocking.

Key Words

Full-electronic Computer Interlocking System

1 全電子計算機聯(lián)鎖發(fā)展歷程

鐵路信號技術(shù)最早可以追溯到1841年英國采用的臂板信號機，在1856年出現(xiàn)了機械聯(lián)鎖裝置，隨后經(jīng)歷了一個漫長的發(fā)展過程，于1978年在瑞典哥德堡開通了第一個計算機聯(lián)鎖車站[1]。同期，中國在20世紀70年代實現(xiàn)了從機械聯(lián)鎖到繼電聯(lián)鎖（6502）的轉(zhuǎn)變[2]，并于1984年開通了第一個計算機聯(lián)鎖加繼電器接口軌旁設(shè)備的聯(lián)鎖系統(tǒng)，至今主流的計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)仍然保持著該模式。

在國外，幾家電子技術(shù)實力比較強的信號廠商，如西門子、ABB和京三，先后采用了全電子化接口的計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)，體積小、安全可靠性高，深得用戶認可。我國從1996年開始研制全電子聯(lián)鎖技術(shù)，1999年被納入鐵道部《鐵路科技發(fā)展計劃項目》，并于2000年1月通過鐵道部技術(shù)審查。該系統(tǒng)從2001年開始，先后在信陽電廠、襄樊北機務(wù)段整備場投產(chǎn)使用。然而在接下來的十幾年期間，發(fā)展一直比較緩慢，基本上都是在地方鐵路或支線鐵路上應(yīng)用。隨著我國高鐵應(yīng)用的日趨廣泛，對設(shè)備可靠性和安全性要求越來越高，網(wǎng)絡(luò)化、智能化已經(jīng)成了當今鐵路信號發(fā)展的主要趨勢。全電子聯(lián)鎖低故障、易維護、高集成的優(yōu)點，正好契合了這個要求。在《鐵路車站計算機聯(lián)鎖技術(shù)條件》[3]中，已經(jīng)將電子執(zhí)行單元納入管理。目前正在規(guī)劃研究的列控-聯(lián)鎖一體化系統(tǒng)，已經(jīng)明確要求可通過全電子執(zhí)行單元對軌旁設(shè)備進行控制。

2 全電子計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和特點

全電子計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)，聯(lián)鎖運算部分與既有計算機聯(lián)鎖是完全相同的，其主要區(qū)別在于執(zhí)行表示部分。全電子聯(lián)鎖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

目前國外的全電子執(zhí)行單元基本上是單系結(jié)構(gòu)，一個模塊控制一個軌旁信號設(shè)備。這樣的配置如果單個模塊發(fā)生故障了，將會影響運營。我國早期的全電子執(zhí)行單元也基本上是單系結(jié)構(gòu)，近來，隨著信號系統(tǒng)對可靠性的要求不斷提高，大多數(shù)信號企業(yè)均已開發(fā)出了冗余的電子執(zhí)行模塊。電子執(zhí)行模塊的冗余技術(shù)要求比較高，并且根據(jù)其特點不同，有采用主備切換技術(shù)設(shè)計，也有采用并驅(qū)并采技術(shù)進行設(shè)計的不同方案[4]。

各電子執(zhí)行模塊通過冗余的通信模塊與聯(lián)鎖機進行通信，通信模塊具備冗余的通信通道，根據(jù)電子執(zhí)行模塊與聯(lián)鎖機所處位置和距離，可采用光纖方式進行通信。由于采用了網(wǎng)絡(luò)化的結(jié)構(gòu)，電子執(zhí)行單元也可根據(jù)需要直接就近放置于軌旁，只要鋪設(shè)好通信通道即可。

電子執(zhí)行模塊一般是采用2取2的組合故障安全技術(shù)進行設(shè)計。由于采用了微電子技術(shù)，可以對模塊各元器件進行智能檢測，在設(shè)備故障時給出精確的故障診斷信息。電子執(zhí)行模塊既可對軌旁設(shè)備進行控制，比如控制轉(zhuǎn)轍機的動作、信號機的開放和關(guān)閉，又可以對軌旁的設(shè)備狀態(tài)進行監(jiān)視，通過采集軌旁設(shè)備的模擬量信息，判斷這些設(shè)備的表示以及健康狀態(tài)。

相較于傳統(tǒng)的繼電器接口方式，全電子化的接口具有很多優(yōu)點：

高安全性：

全電子系統(tǒng)對聯(lián)鎖輸出命令和執(zhí)行返回狀態(tài)進行校核，使整個系統(tǒng)具有更高的安全性。全電子系統(tǒng)在一定程度上緩解了使用封連線帶來的安全問題。全電子系統(tǒng)減少了中間的施工環(huán)節(jié)，利于在工廠進行集成，減少了原來施工中容易出現(xiàn)的錯配線等安全隱患。

高可靠性：

全電子系統(tǒng)支持熱插拔，允許用戶不關(guān)閉系統(tǒng)，進行執(zhí)行單元更換，確保了系統(tǒng)不間斷工作。配線簡單，降低了繼電電路施工配線容易發(fā)生錯誤及接點虛焊的問題，大幅縮短了施工周期，提高了施工質(zhì)量?？梢?guī)避繼電接口混線、斷線的故障?？梢?guī)避繼電接口時接口電路非冗余的低可靠性問題。

維護便利：

完善的自檢設(shè)計，故障定位更加精確。熱插拔設(shè)計，方便維護。接口簡單，維護容易。

小空間，低投資：

插卡式設(shè)計，體積小巧，節(jié)約機房面積，減少施工調(diào)試成本。

易擴展：

模塊化設(shè)計、網(wǎng)絡(luò)化的結(jié)構(gòu)，適用于不同規(guī)模不同配置的車站應(yīng)用，并能滿足遠程集中控制、模塊自由分散設(shè)置的用戶需求[5]。

3 全電子聯(lián)鎖規(guī)?；瘧?yīng)用現(xiàn)狀

如前文所述，全電子聯(lián)鎖有著許多優(yōu)點，小空間、低投資、少維護、易擴展、高冗余，任何一條都是十分有吸引力的，而為什么至今為止，全電子聯(lián)鎖僅僅是在支線鐵路，甚至多數(shù)是地方或礦山鐵路應(yīng)用呢？

首先，缺少明確的規(guī)范。在TB/T 3027-2015《鐵路車站計算機聯(lián)鎖技術(shù)條件》修訂之前，沒有任何地方提及全電子聯(lián)鎖的技術(shù)要求。而TB/T 3027-2015《鐵路車站計算機聯(lián)鎖技術(shù)條件》雖然將全電子執(zhí)行單元納入，并無詳細的規(guī)定。無規(guī)矩不成方圓，鐵路信號是個非常嚴謹?shù)男袠I(yè)，是關(guān)系到億萬人民群眾出行安全的行業(yè)，因此，在規(guī)范不明確的情況下，不可能進行大規(guī)模的推廣。

其次，一項新的技術(shù)從出現(xiàn)到成熟運用需要經(jīng)驗積累。全電子聯(lián)鎖起源于國外，然而全電子執(zhí)行單元直接控制著軌旁的設(shè)備，國內(nèi)外的軌旁設(shè)備有很大差異，在軌旁控制要求上也不同，比如國外的道岔電路基本上是驅(qū)動和表示分離的，而國內(nèi)為了節(jié)省電纜，多數(shù)是共用接口的。因此沒有辦法直接借鑒國外的經(jīng)驗，一切要從頭開始。

再次，信號行業(yè)沒有準備好全面接納全電子聯(lián)鎖。從意識層面，很多信號專業(yè)人員感覺沒有了繼電器的隔離，心里不踏實。在設(shè)計方面，不同廠家的全電子模塊都不同，尚缺乏統(tǒng)一的標準，因此不能像設(shè)計傳統(tǒng)的繼電器接口那么得心應(yīng)手。在維護使用方面，面對微電子智能電路，信息看不見、摸不著，以前積累的維護經(jīng)驗毫無用武之地，尤其是室內(nèi)外結(jié)合電路，以往根據(jù)室內(nèi)各繼電器狀態(tài)或監(jiān)測的不同點電壓就能判斷出故障點，換了全電子后感覺無從下手。

4 全電子聯(lián)鎖進一步規(guī)?；茝V應(yīng)用的工作

目前，政策層面已經(jīng)有了利好消息。正在討論的列控-聯(lián)鎖一體化的技術(shù)規(guī)范中，已經(jīng)明確了將可以采用全電子執(zhí)行單元作為軌旁設(shè)備的接口，并且對全電子執(zhí)行單元的功能和接口設(shè)計都做了較詳細的規(guī)定。隨著一體化的試點，意味著高鐵的大門已經(jīng)為全電子打開了。城市軌道交通協(xié)會也已經(jīng)著手修訂相關(guān)的技術(shù)規(guī)范，擬在地鐵中納入全電子聯(lián)鎖設(shè)備。廣州、深圳、杭州等城市，已經(jīng)規(guī)劃了若干試點項目，距離全電子在地鐵正線上運用已經(jīng)不遠了。

各個信號廠商紛紛拿出了自己的全電子產(chǎn)品，積極在支線鐵路和廠礦企業(yè)進行試驗，收集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，積累應(yīng)用經(jīng)驗，為規(guī)?；茝V做準備。

全電子模塊特點是跟所連接的軌旁設(shè)備功能密切相關(guān)，因此，幾乎沒有辦法像以前繼電器接口那樣，只要一塊驅(qū)動板，一塊采集板幾乎就可以包打天下。比如一個轉(zhuǎn)轍機控制模塊，要包含電機驅(qū)動功能、電流采集功能、電壓采集功能、相序判斷功能，波形判斷功能等等，要實現(xiàn)以往道岔電路中各種技術(shù)要求，比如一旦啟動要轉(zhuǎn)動到底，到位之后自動停轉(zhuǎn)，控制和表示的互鎖，隨時可以向相反方向轉(zhuǎn)動等等，麻雀雖小五臟俱全，一個模塊就是一個系統(tǒng)。尤其是不同模塊功能不同，能夠重用的部分幾乎很少。這就導(dǎo)致全電子模塊的成熟穩(wěn)定會比較慢，需要大量的應(yīng)用經(jīng)驗，需要不斷的修正和改進，才能滿足鐵路信號產(chǎn)品高安全、高可靠的要求。

全電子模塊另外一特點是直接連接至軌旁設(shè)備，容易引入室外高壓浪涌沖擊，因此安全隔離防護要做到位。傳統(tǒng)的計算機聯(lián)鎖有繼電器接口作為隔離，電子設(shè)備與室外的高壓、強干擾有著較強的隔離空間，能夠保持工作穩(wěn)定。有鑒于此，全電子設(shè)備在防護雷電沖擊、浪涌保護、混線混電（尤其是高壓電）、電磁干擾和輻射等各方面，形成一個多級防護系統(tǒng)，在最不利的情況下，保證將故障的影響縮小到一個足夠小的范圍內(nèi)，在最壞的情況下，仍保證故障導(dǎo)向安全。

在設(shè)計層面，不同信號生產(chǎn)廠家的電子模塊功能分配和接口有所差異，因此在工程設(shè)計中無法完全統(tǒng)一。由于現(xiàn)狀是先有產(chǎn)品，再有標準，各個信號廠家的產(chǎn)品是依據(jù)自己的經(jīng)驗和適合自身產(chǎn)品的架構(gòu)需求，進行的功能分配，這就導(dǎo)致標準沒有辦法將所有細節(jié)都統(tǒng)一。比如有的廠家一個道岔模塊控制一個設(shè)備，有的是控制兩個設(shè)備，有的信號機是按照燈位靈活組合控制，有的是按照功能不同，固定燈位控制等等。不過考慮到在國內(nèi)，各個廠家產(chǎn)品首先要滿足對既有設(shè)備的接口兼容，因此，從電源供電、軌旁設(shè)備接口、雷電防護、基礎(chǔ)的維護要求方面進行統(tǒng)一，其他設(shè)計細節(jié)保持各自的自由。

全電子規(guī)?；瘧?yīng)用，需要在各種配套方面進行大量工作。全電子化之后，對施工招標的范圍有較大影響。機房面積和空間布局的改變，電源供電和走線的改變，增加了電子機柜，減少了組合柜和配線，施工標準改變，設(shè)備調(diào)試內(nèi)容和方式改變。對計算機聯(lián)鎖設(shè)備提供商的改變主要體現(xiàn)在設(shè)計、生產(chǎn)和現(xiàn)場調(diào)試等方面。電子模塊是和軌旁設(shè)備特性相關(guān)的，以往不太關(guān)注的轉(zhuǎn)轍機類型、信號機特性、軌道電路特性、電碼化編發(fā)碼邏輯等等，在設(shè)計初期都要進行詳細了解，根據(jù)實際情況對模塊參數(shù)進行設(shè)置。全電子模塊和相關(guān)機柜的出廠調(diào)試與以往也有很大差別，要配置相應(yīng)的電源和仿真負載，做好配線和功能的校驗工作?，F(xiàn)場調(diào)試不僅僅是核對碼位，還要進行參數(shù)的調(diào)試與檢驗，報警的校核等。由于條件所限，很可能現(xiàn)場的實體設(shè)備不具備接入條件，無法完成聯(lián)鎖系統(tǒng)的功能調(diào)試，這就需要準備相應(yīng)的仿真負載。在維護方面，充分結(jié)合電子模塊自身的智能診斷與其他系統(tǒng)如微機監(jiān)測的相關(guān)信息，進行綜合的分析，從而實現(xiàn)對包括全電子設(shè)備和軌旁設(shè)備的快速故障定位和維護管理。

5 結(jié)語

總之，全電子聯(lián)鎖從蹣跚起步，到逐漸規(guī)模性推廣應(yīng)用，目前已經(jīng)到了十分關(guān)鍵的階段，大到政策引導(dǎo)、規(guī)范跟進，小到模塊配置、工廠和現(xiàn)場的參數(shù)調(diào)整，從設(shè)計、生產(chǎn)制造、數(shù)據(jù)準備、安裝調(diào)試、維護管理，全生命周期內(nèi)均將對聯(lián)鎖系統(tǒng)帶來深遠的影響。

參考文獻

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