鐵路信號(hào)設(shè)備的自動(dòng)化控制技術(shù)分析

段國平

（鞍鋼集團(tuán)本鋼北營鐵運(yùn)公司，遼寧 本溪 117017）

引言

在鐵路信號(hào)設(shè)備的具體應(yīng)用中，自動(dòng)化控制是一種至關(guān)重要的技術(shù)形式，該技術(shù)有助于總控室實(shí)時(shí)了解鐵路列車的實(shí)際運(yùn)行情況，及時(shí)掌握各個(gè)列車在鐵路上的運(yùn)行距離，確保鐵路交通運(yùn)輸?shù)馁|(zhì)量與安全?；诖?，相關(guān)單位與技術(shù)人員一定要注重自動(dòng)化控制技術(shù)的應(yīng)用研究，在鐵路信號(hào)設(shè)備控制中更好地發(fā)揮作用，實(shí)現(xiàn)鐵路信號(hào)設(shè)備的自動(dòng)化控制，為鐵路交通運(yùn)輸質(zhì)量及其安全性提供基礎(chǔ)保障。

1 鐵路信號(hào)設(shè)備與自動(dòng)化控制技術(shù)概述

1.1 鐵路信號(hào)設(shè)備

鐵路信號(hào)設(shè)備的主要作用是給鐵路調(diào)車人員以及行車人員發(fā)送相應(yīng)的指示或指令信號(hào)，以此來實(shí)現(xiàn)鐵路交通運(yùn)輸?shù)暮侠碚{(diào)度與安全運(yùn)行。目前使用的鐵路信號(hào)設(shè)備主要有閉塞設(shè)備、聯(lián)鎖設(shè)備以及指示設(shè)備。鐵路信號(hào)設(shè)備的表現(xiàn)類型有兩種，一是視覺部分，包括信號(hào)燈、信號(hào)牌、信號(hào)旗、機(jī)車信號(hào)、信號(hào)機(jī)、信號(hào)表示器和信號(hào)標(biāo)志等；二是聽覺部分，包括機(jī)車鳴笛、響墩、號(hào)角和口笛等。合理應(yīng)用信號(hào)設(shè)備，可有效保障鐵路交通運(yùn)輸安全。

1.2 自動(dòng)化控制技術(shù)

早期的自動(dòng)化控制技術(shù)主要是通過接觸器和繼電器等對(duì)電氣設(shè)備的機(jī)械狀態(tài)進(jìn)行自動(dòng)化控制及邏輯控制。隨著微電子技術(shù)的不斷發(fā)展，自動(dòng)化控制技術(shù)不斷更新，傳統(tǒng)形式的接觸器開始逐漸被微電子設(shè)備所取代。目前，單片機(jī)以及PLC已經(jīng)成為自動(dòng)化控制技術(shù)中的主要設(shè)備，自動(dòng)化控制技術(shù)中最為典型的體系就是PLC、電氣設(shè)備與變頻器相結(jié)合的形式。

作為我國當(dāng)今最為安全的一種交通運(yùn)輸方式，鐵路信號(hào)的穩(wěn)定發(fā)射與接收對(duì)于其安全運(yùn)行至關(guān)重要。基于此，在鐵路信號(hào)設(shè)備的具體應(yīng)用中，就需要引入先進(jìn)的自動(dòng)化控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)各個(gè)設(shè)備的自動(dòng)化和智能化控制，最大限度降低信號(hào)設(shè)備系統(tǒng)的操作難度，讓調(diào)車、行車等工作人員的工作量及其作業(yè)強(qiáng)度得以有效降低，保障鐵路行車安全。

2 鐵路信號(hào)設(shè)備中的繼電器分析

2.1 主要工作原理

傳統(tǒng)的鐵路信號(hào)設(shè)備絕大多數(shù)都是通過繼電器來進(jìn)行自動(dòng)化控制。通常，鐵路信號(hào)設(shè)備中所配置的繼電器主要由電磁系統(tǒng)和接點(diǎn)系統(tǒng)組成，其中電磁系統(tǒng)主要包括固定鐵心、可動(dòng)銜鐵和線圈等，接點(diǎn)系統(tǒng)主要包括靜接點(diǎn)和動(dòng)接點(diǎn)。工作原理為：當(dāng)有電流輸入電路系統(tǒng)并通過線圈時(shí)，形成的電磁吸引力會(huì)受多方面因素的影響，最主要是受電磁影響。在電磁影響的作用下，銜鐵受到吸引并帶動(dòng)接點(diǎn)系統(tǒng)啟動(dòng)、運(yùn)行，改變當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)。

2.2 主要繼電器類型

在鐵路列車運(yùn)行過程中，為了確保鐵路信號(hào)設(shè)備安全，工作人員通常會(huì)將典型的繼電器（也就是安全等級(jí)最高的繼電器）應(yīng)用其中。此類繼電器的主要組成是無極式繼電器，可分為插入式繼電器和非插入式繼電器。這兩種繼電器的主要區(qū)別在于是否配備防塵罩，插入式繼電器為單獨(dú)使用，不需要配備防塵罩，非插入式繼電器為匝內(nèi)使用，要配備防塵罩。按照不同類型可將典型的繼電器劃分為三種，具體的分類情況如表1所示。

表1 鐵路信號(hào)設(shè)備中所應(yīng)用的典型繼電器具體分類情況

2.2.1 整流形式的繼電器

將二極管安裝在該繼電器中，可將電流轉(zhuǎn)化成全波或半波形式的整流電流。在此過程中，其直流電源主要通過交流電源直接進(jìn)行轉(zhuǎn)換而獲得，并在線圈中合理輸入。

2.2.2 無極形式的繼電器

無極形式的繼電器應(yīng)用過程中，電流大小會(huì)對(duì)其產(chǎn)生較大的影響，為有效完成相應(yīng)的工作任務(wù)，可通過改變電磁力的強(qiáng)弱實(shí)現(xiàn)拉桿運(yùn)動(dòng)，憑借著這種特殊的運(yùn)行模式，無極式繼電器在當(dāng)今的信號(hào)系統(tǒng)中都得到了廣泛應(yīng)用。其主要的動(dòng)作原理就是通過電、磁、力來達(dá)到拉桿動(dòng)作效果，為防止其兩接點(diǎn)間產(chǎn)生失控或者是短路故障，可將隔離裝置設(shè)置在基點(diǎn)之間，確保繼電器系統(tǒng)內(nèi)部的安全。同時(shí)，在實(shí)際應(yīng)用中，也可以安裝隔弧片，在發(fā)現(xiàn)有較大電流進(jìn)入到繼電器后，隔弧片便可進(jìn)行短路分隔，防止接點(diǎn)組件出現(xiàn)問題或被損壞。

2.2.3 有極形式的繼電器

有極形式的繼電器主要有兩種形態(tài)，一是定位，二是反位。有極繼電器靈敏度高，只需較少的安匝值就能動(dòng)作，動(dòng)作時(shí)間很快。具體應(yīng)用中，當(dāng)電流從繼電器中通過時(shí)，其結(jié)構(gòu)中的固定磁路便會(huì)和其他磁路間形成動(dòng)力，進(jìn)而對(duì)銜鐵產(chǎn)生影響，繼電器自身的開關(guān)狀態(tài)也會(huì)由此而改變。

2.3 主要運(yùn)行作用

在整個(gè)鐵路工程的信號(hào)設(shè)備運(yùn)行過程中，繼電器發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。繼電器可以用非常小的電信號(hào)來對(duì)電路中的大對(duì)象進(jìn)行控制，進(jìn)而使若干個(gè)對(duì)象和回路都達(dá)到良好的控制效果。其開關(guān)性能十分良好，能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離控制對(duì)象。在繼電器斷開的情況下，整體的電路中便會(huì)有很大的阻抗產(chǎn)生，可有效防止故障電路電流過大所導(dǎo)致的設(shè)備損壞情況。在繼電器閉合的狀態(tài)下，整體線路中的阻抗性會(huì)很小，可允許正常電流通過。通過這樣的方式，便可讓突發(fā)性事故得以有效避免。

在現(xiàn)階段的鐵路信號(hào)設(shè)備管理控制中，繼電器主要被用作接口元件。通過繼電器的合理應(yīng)用，鐵路設(shè)備管理控制系統(tǒng)中的主機(jī)、信號(hào)機(jī)以及軌道電路等各個(gè)執(zhí)行部分之間可以實(shí)現(xiàn)有效結(jié)合，促進(jìn)了鐵路信號(hào)設(shè)備的自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)與發(fā)展。

3 鐵路信號(hào)設(shè)備的自動(dòng)化控制

目前，鐵路信號(hào)自動(dòng)化控制的主要方式有兩種，一是繼電器聯(lián)鎖控制，二是計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制。

3.1 繼電器聯(lián)鎖控制

早期的鐵路信號(hào)設(shè)備自動(dòng)化控制技術(shù)是將繼電器作為核心的一種控制模式，雖然在當(dāng)今的一些鐵路信號(hào)控制系統(tǒng)中依然在使用，但是該模式正逐漸被計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制取代。因此，繼電器依然是鐵路設(shè)備的一項(xiàng)基礎(chǔ)設(shè)施。常見的繼電器分為兩個(gè)部分，一是電磁系統(tǒng)，二是接點(diǎn)系統(tǒng)。在繼電器工作時(shí)，輸入其中的電流會(huì)出現(xiàn)一大一小的差異，電磁系統(tǒng)中的線圈會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的電磁力，將周圍的銜鐵吸引，接點(diǎn)系統(tǒng)開始工作，繼電器的運(yùn)行狀態(tài)也隨之改變。因此，從根本來看，繼電器相當(dāng)于一種電磁開關(guān)，將其應(yīng)用到鐵路信號(hào)設(shè)備的自動(dòng)化控制中，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制信號(hào)繼電的開啟、關(guān)閉、進(jìn)路閉鎖、解鎖以及道岔轉(zhuǎn)換等。

3.2 計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制

在鐵路信號(hào)設(shè)備的自動(dòng)化控制中，計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖屬于一種更加先進(jìn)的集中聯(lián)鎖控制模式。在對(duì)鐵路信號(hào)設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)化控制的過程中，應(yīng)用的最新型聯(lián)鎖設(shè)備便是全電子形式的計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖設(shè)備，該設(shè)備主要借助計(jì)算機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場標(biāo)識(shí)信息以及車站值班員操作指令信息的邏輯運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)道岔控制及信號(hào)機(jī)控制等各項(xiàng)設(shè)備的集中控制。此類設(shè)備不僅體積小、能耗低，而且操作十分便捷，加之完善的監(jiān)控功能、到位的故障指示功能以及良好的自檢功能等優(yōu)勢(shì)，使其在鐵路信號(hào)設(shè)備自動(dòng)化控制中具有了非常顯著的可靠性和應(yīng)用價(jià)值。通過計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制的應(yīng)用，鐵路信號(hào)設(shè)備自動(dòng)化控制由原來的有接點(diǎn)控制轉(zhuǎn)變?yōu)橹悄軣o接點(diǎn)控制。

作為鐵路信號(hào)設(shè)備控制中的一種新型控制系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制最為主要的一個(gè)特征就是鐵路車站的聯(lián)鎖設(shè)備執(zhí)行層實(shí)現(xiàn)了全面電子化，將智能分析技術(shù)合理應(yīng)用其中，可實(shí)現(xiàn)全面智能化。將全電子化形式的執(zhí)行機(jī)構(gòu)與分布形式的聯(lián)鎖機(jī)構(gòu)結(jié)合在一起，便可構(gòu)成集中形式的計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖體系。在這一體系中，主要的模塊有三個(gè)，一是聯(lián)鎖機(jī)柜模塊，其主要功能是對(duì)軟件運(yùn)行加以控制，其中主要有三重冗余形式的聯(lián)鎖計(jì)算機(jī)、監(jiān)控計(jì)算機(jī)和電務(wù)維修計(jì)算機(jī)，后兩者可相互備用。通過該模塊，可下發(fā)相應(yīng)的控制指令，對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行檢測，并進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算。二是執(zhí)行機(jī)柜，其主要由智能模塊和監(jiān)測模塊組成，借助于執(zhí)行機(jī)柜，不僅能及時(shí)有效地完成軟件下發(fā)的指令，同時(shí)也可以對(duì)外部設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)信息的智能化采集與處理。三是防護(hù)機(jī)柜，主要組成部分包括機(jī)柜底座、機(jī)柜門、機(jī)柜體以及機(jī)柜蓋等，其主要功能是有效降低整體系統(tǒng)的溫升，為鐵路信號(hào)設(shè)備創(chuàng)造一個(gè)更加良好的運(yùn)行環(huán)境。在該模式下，全站都不需要進(jìn)行繼電器的設(shè)置，所有的鐵路信號(hào)設(shè)備都通過聯(lián)鎖機(jī)柜來進(jìn)行智能化集中控制，并依據(jù)相應(yīng)的關(guān)系，對(duì)信號(hào)機(jī)、道岔進(jìn)行開放與閉鎖控制。

4 結(jié)語

在當(dāng)今的鐵路交通運(yùn)輸過程中，為實(shí)現(xiàn)其交通秩序和交通安全的良好保障，鐵路部門和相關(guān)技術(shù)人員需要加大力度，開展信號(hào)設(shè)備的自動(dòng)化控制研究工作，特別要對(duì)先進(jìn)的計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制進(jìn)行重點(diǎn)研究，合理應(yīng)用PLC和單片機(jī)等技術(shù)設(shè)備，構(gòu)建鐵路信號(hào)自動(dòng)化控制系統(tǒng)，促進(jìn)我國鐵路交通運(yùn)輸工程的安全、穩(wěn)定發(fā)展。