鐵路信號分布式計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的道岔控制模塊分析

王彩

（新疆鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830011）

鐵路建設(shè)是中國陸上交通建設(shè)體系的重要組成部分，其對中國民生質(zhì)量與社會經(jīng)濟的發(fā)展具有重要促進作用。分布式道岔控制模塊對于中國來說，還處在一個起步階段，目前研究時間較短，但已初步取得了階段性的成功。本文將對分布式道岔控制模塊進行研究分析，并對控制模塊的設(shè)計進行分析。

1 道岔控制模塊需求分析

鐵路信號又叫鐵道信號，是用來控制列車與列車之間的運行距離，保障列車安全的重要信息類型。在鐵路信號的通信應(yīng)用過程中，主要包含著三個環(huán)節(jié)，分別是信號環(huán)節(jié)、聯(lián)鎖環(huán)節(jié)和閉塞環(huán)節(jié)。在這當(dāng)中，聯(lián)鎖環(huán)節(jié)在鐵路信號中占據(jù)著重要地位，其安全性、可靠性的分析與維護也是現(xiàn)階段研究的熱點，也是推動鐵路行業(yè)更好發(fā)展、技術(shù)升級的關(guān)鍵切入點。本文將以此作為基礎(chǔ)，在分布式計算機聯(lián)鎖研究系統(tǒng)的基礎(chǔ)上對道岔控制模塊進行分析研究。綜合來說，可以將鐵路信號系統(tǒng)劃分在安全系統(tǒng)的范疇內(nèi)，而其中所包含的道岔控制模塊占據(jù)著重要地位。在鐵路信號系統(tǒng)實際運行的過程中，道岔控制模塊的硬件與軟件不僅需要完成系統(tǒng)功能需求的分析，在此基礎(chǔ)上，還要完成對系統(tǒng)安全性的分析工作?；诖?，在本次研究中，主要對道岔控制模塊的功能及安全性兩方面的需求展開深入分析，并以此為基礎(chǔ)提出一種高效率、高質(zhì)量的分布式道岔控制模塊的軟硬件設(shè)計方案。

1.1 轉(zhuǎn)轍機接口需求分析

對于轉(zhuǎn)轍機而言，其在道岔控制系統(tǒng)中主要承擔(dān)著“執(zhí)行機構(gòu)”的任務(wù)，是計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)執(zhí)行單元的重要結(jié)構(gòu)。在道岔控制系統(tǒng)的實際運行過程中，轉(zhuǎn)轍機可以帶動道岔轉(zhuǎn)入閉鎖或是轉(zhuǎn)換狀態(tài)，且可以對道岔所處狀態(tài)、所在位置進行及時的反應(yīng)。能夠看出，轉(zhuǎn)轍機在維護行車安全方面發(fā)揮出了重要作用，必須要重點保證、提升其質(zhì)量與運行可靠性，并對轉(zhuǎn)轍機性能進行優(yōu)化。

1.2 模塊功能需求分析

在實際情況中，道岔控制電路是涉及行車安全的電路，所以需要對它的安全可靠性提出極高的要求，需要對故障的來源和具體發(fā)生類型展開分析，一旦出現(xiàn)故障問題，需要在第一時間發(fā)出警報，同時落實適當(dāng)?shù)墓收咸幚泶胧?/p>

為了實現(xiàn)上述目標(biāo)，必須要保證基于分布式計算機聯(lián)鎖的道岔控制模塊具備以下幾種功能：①能夠完全與聯(lián)鎖主機保持通信功能，實現(xiàn)與通信分級的信息互換，過程中必須使用安全的通信協(xié)議，從而確保指令輸送的正確性；②能夠自行檢查故障并且將故障定位，而且要對異常情況的發(fā)生進行故障警報[1]。

2 道岔模塊硬件設(shè)計

2.1 硬件安全可靠性技術(shù)

2.1.1 避錯技術(shù)和容錯技術(shù)

對于避錯技術(shù)而言，其能夠在高質(zhì)量硬件設(shè)備的支持下，實現(xiàn)對設(shè)備故障的有效規(guī)避，降低設(shè)備故障問題的發(fā)生概率，促使整個系統(tǒng)可以長時間保持在安全、穩(wěn)定、高質(zhì)量、高效率運行的狀態(tài)下。在道岔模塊設(shè)計中，引入的避錯技術(shù)可以細(xì)化為兩項，即質(zhì)量控制技術(shù)、環(huán)境清潔技術(shù)，提高基本設(shè)備的可靠性和穩(wěn)定性，有效地減少出錯率。容錯技術(shù)主要通過對電路板電線的布局和多種抗干擾方法來提升設(shè)備的運行穩(wěn)定性和對環(huán)境的適應(yīng)程度[2]。

2.1.2 故障-安全技術(shù)

就當(dāng)前的技術(shù)發(fā)展以及研究現(xiàn)狀來看，無故障元件的研發(fā)尚未達(dá)到理想水平，若是設(shè)備、元件發(fā)生故障，則需要將研究重點聚焦于故障問題的及時發(fā)覺與定位、降低故障引發(fā)負(fù)面后果的嚴(yán)重性、避免生成危險輸出這幾方面。為了實現(xiàn)上述目標(biāo)，要在道岔模塊中引入故障-安全技術(shù)。對于故障-安全技術(shù)而言，其可以細(xì)化為多種類型，不同類型其運行原理也存在一定的差異性，常見的幾種運行原理包括：通過對故障展開及時、全面的屏蔽維護系統(tǒng)與設(shè)備安全，通過第一時間排除故障問題實現(xiàn)系統(tǒng)功能與設(shè)備安全性的維護，通過維持正常運轉(zhuǎn)保障系統(tǒng)與設(shè)備運行安全等。

2.2 道岔控制主回路

2.2.1 固態(tài)繼電器

固態(tài)繼電器有很多種，根據(jù)使用的輸出器件不同可以將其簡單地分為晶體三極管型、單向可控硅型、雙向可控硅型、場效應(yīng)管型和絕緣柵型場效應(yīng)管型等，在輸出器件不同的情況下繼電器的性能也有著不同之處。同時，對于不同的輸出器件，其在額定頻率、額定電流電壓等參數(shù)方面也存在著較大的差異性。通常情況下，可以根據(jù)負(fù)載電源類型的不同完成對固態(tài)繼電器類型的細(xì)分，包括交流型固態(tài)繼電器、直流型固態(tài)繼電器。在此基礎(chǔ)上，可以將交流型固態(tài)繼電器進一步細(xì)化為隨機型交流固態(tài)繼電器和過零型交流固態(tài)繼電器兩種。相比較而言，過零型交流固態(tài)繼電器擁有更為強大的抗干擾性能，因此負(fù)載上的波形更加理想。但是，過零型交流固態(tài)繼電器的負(fù)載波形延時比隨機型交流固態(tài)繼電器的更大，反應(yīng)速度也不如隨機型交流固態(tài)繼電器[3]。

2.2.2 道岔動作電路設(shè)計

在本次分布式道岔控制模塊的硬件設(shè)計中，主要利用對四線制直流轉(zhuǎn)轍機定操和反操的控制制定道岔動作電路設(shè)計方案。對于道岔動作電路而言，其設(shè)計科學(xué)性以及運行效果與模塊控制的安全程度息息相關(guān)，所以，必須要對道岔動作電路展開優(yōu)化設(shè)計與搭建。為了滿足道岔控制模塊的功能需求，需要在道岔動作電路中引入道岔控制主回路和電流檢測電路，保證電路及模塊運行的可靠性。其中，道岔控制主回路主要承擔(dān)著斷路控制以及通路監(jiān)控的任務(wù)，而電流檢測電路主要承擔(dān)著檢測控制主回路電流的任務(wù)。另外，在完成對控制主回路電流的檢測（電流檢測電路動作）后，要融合電路動作的狀態(tài)和故障情況的監(jiān)測，以此搭建起完整的、性能全面的、安全可靠性更高的道岔動作電路設(shè)計方案。

2.2.3 安全監(jiān)督電路

安全監(jiān)督電路在道岔動作電路中起著極為關(guān)鍵的作用，道岔動作電路中任何元件失效都可能造成模塊功能故障，這會直接造成故障隱患的產(chǎn)生，但電路最終誤動作是由開關(guān)的誤動作造成，所以對于開關(guān)狀態(tài)的實時可靠的檢測來說其質(zhì)量安全問題是不言而喻的。安全監(jiān)督電路主要完成對繼電器短路與斷路故障的監(jiān)督，以這樣的形式來實現(xiàn)繼電器狀態(tài)的實時監(jiān)測，從而保證電路故障能夠及時被發(fā)現(xiàn)。

3 道岔模塊軟件設(shè)計

3.1 軟件安全可靠性技術(shù)

要想切實有效地提高模塊的安全性與可靠性，確保道岔控制模塊的功能得到充分發(fā)揮，必須重點保證軟件指令均得到迅速、準(zhǔn)確的執(zhí)行，且促使程序可以始終穩(wěn)定在運行狀態(tài)下。為了實現(xiàn)上述目標(biāo)，可以從避錯、檢測、屏蔽故障幾方面入手，促使道岔控制模塊的運行安全性增強（與硬件安全性維護方法相類似）。實踐中，也可以引入冗余容錯技術(shù)，結(jié)合軟件版本冗余量的增加、故障檢測與隔離、損壞估計、故障自動修復(fù)等技術(shù)的應(yīng)用，進一步強化道岔控制模塊軟件方面的安全可靠性。

3.2 道岔控制模塊軟件設(shè)計

在設(shè)計模塊軟件的過程中必須要重點參考功能需求、硬件電路原理展開模塊軟件的安全設(shè)計。在此過程中，可以依托C語言技術(shù)展開編程，以此保證相應(yīng)軟件程序具有較強的可讀性和可移植性。同時，通過推動設(shè)計方案的結(jié)構(gòu)化，達(dá)到程序模塊化的效果。

4 道岔控制模塊安全性分析

在以往的繼電聯(lián)鎖系統(tǒng)中，一般使用專門的安全型電磁式繼電器、相互制約的安全型邏輯關(guān)系達(dá)到維護道岔控制模塊安全可靠性的效果，降低故障問題的發(fā)生概率，促使道岔控制模塊能夠在較長的時間內(nèi)維持在正常運行的狀態(tài)下。而在鐵路信號執(zhí)行單元設(shè)備中，更多依靠自身硬件與軟件設(shè)計中的非對稱處理，結(jié)合在智能化芯片結(jié)合結(jié)構(gòu)上引入閉環(huán)設(shè)計，達(dá)到提升系統(tǒng)與設(shè)備運行安全可靠程度的效果。所以，在對設(shè)備實施生產(chǎn)設(shè)計時，必須要充分發(fā)揮出安全性分析技術(shù)的作用，落實對模塊的系統(tǒng)性分析，這樣才能便于設(shè)計優(yōu)化，對道岔控制模塊的安全性予以提升。

5 結(jié)論

綜上所述，基于中國鐵路工程信息化、現(xiàn)代化建設(shè)的發(fā)展背景，對應(yīng)用于分布式計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的道岔控制模塊進行細(xì)致的研究很有必要。在分析道岔控制模塊的設(shè)計需求時，需要從安全性、功能性等多個方面進行考量。在此基礎(chǔ)上，還需做好軟件與硬件的科學(xué)化、協(xié)調(diào)化設(shè)計，確保道岔控制模塊整體具備良好的故障應(yīng)對與容錯能力，從而實現(xiàn)其作用價值的有效發(fā)揮。希望此研究能夠?qū)χ袊蔫F路事業(yè)的發(fā)展起到一定的幫助作用。