基于通信交互擴(kuò)展信息實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)/自動(dòng)站間閉塞的方案及優(yōu)勢(shì)分析

李湘宜，鐘遠(yuǎn)寧，王宇琮

（卡斯柯信號(hào)有限公司，北京 100070）

1 概述

閉塞是指保證一個(gè)區(qū)間（或分區(qū)）內(nèi)，在同一時(shí)間里只能允許一個(gè)列車占用，是防止列車對(duì)撞或追尾，保證鐵路行車安全的重要手段。目前廣泛應(yīng)用的閉塞類型主要有半自動(dòng)閉塞、自動(dòng)站間閉塞和自動(dòng)閉塞3類。半自動(dòng)閉塞主要應(yīng)用于單線鐵路，目前國(guó)內(nèi)仍有4萬多km的單線鐵路采用繼電電路實(shí)現(xiàn)的半自動(dòng)/自動(dòng)站間閉塞功能。

64D繼電半自動(dòng)閉塞設(shè)備從20世紀(jì)60年代應(yīng)用至今，技術(shù)成熟、設(shè)備簡(jiǎn)單，但自身存在的問題也逐步顯現(xiàn)。

1） 站間敷設(shè)電纜，施工成本高，且在開通運(yùn)營(yíng)后，經(jīng)常發(fā)生因外部挖溝等緣故導(dǎo)致的斷線等問題，影響系統(tǒng)使用，且恢復(fù)周期較長(zhǎng)。

2） 設(shè)備采用變壓器、電容、電阻等器件，時(shí)間久了容易出現(xiàn)性能下降，導(dǎo)致功能失效。

3） 繼電組合電路較為復(fù)雜，但站間傳輸信息只有正、負(fù)電兩種，對(duì)時(shí)序要求嚴(yán)苛，經(jīng)常出現(xiàn)常規(guī)操作導(dǎo)致閉塞混亂的情況。

隨著科技的發(fā)展，光纜普遍代替了電纜，而計(jì)算機(jī)技術(shù)也逐步在鐵路運(yùn)營(yíng)中廣泛發(fā)展，基于通信交互信息實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)閉塞的功能成為今后的發(fā)展趨勢(shì)。

2 基于通信交互擴(kuò)展信息實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)/自動(dòng)站間閉塞的方案

2.1 站間交互信息

目前實(shí)際應(yīng)用中有部分車站鋪設(shè)了站間光纜，通過光通道傳輸繼電電路的正、負(fù)電信息，但由于正、負(fù)電信息代表的含義過于豐富，依然存在很多時(shí)序上的問題。通過兩站增加計(jì)算機(jī)設(shè)備，通信交互擴(kuò)展信息實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)/自動(dòng)站間閉塞功能，例如列控聯(lián)鎖一體化設(shè)備或者計(jì)算機(jī)半自動(dòng)閉塞設(shè)備，可解決正、負(fù)電信息含義不明確導(dǎo)致的狀態(tài)判斷錯(cuò)誤。

站間通信采用RSSP-I鐵路信號(hào)安全通信協(xié)議。將半自動(dòng)/自動(dòng)站間閉塞的站間交互信息由原本的正、負(fù)電信息擴(kuò)展為2 Byte長(zhǎng)度的信息，分別為請(qǐng)求發(fā)車、通知出發(fā)、取消復(fù)原、自動(dòng)回執(zhí)、同意接車、到達(dá)復(fù)原和事故復(fù)原7種信息，協(xié)議如表1所示。

表1 半自動(dòng)閉塞站間交互信息數(shù)據(jù)塊Tab.1 Data block of inter-station interactive information on semiautomatic block

狀態(tài)信息判斷邏輯遵循64D半自動(dòng)閉塞繼電電路或計(jì)軸疊加64D半自動(dòng)閉塞繼電電路，只將站間傳遞的正負(fù)電脈沖信息，轉(zhuǎn)化為7種閉塞命令。為保證站間信息的可靠接收，7種閉塞命令均持續(xù)發(fā)送 3 s。

2.2 半自動(dòng)閉塞邏輯實(shí)現(xiàn)

兩站閉塞空閑，甲站按壓本站閉塞按鈕，向乙站發(fā)送請(qǐng)求發(fā)車信息持續(xù)3 s，乙站接收到甲站的請(qǐng)求發(fā)車信息后，立即向甲站發(fā)送自動(dòng)回執(zhí)信息。甲站收到自動(dòng)回執(zhí)信息，發(fā)車表示燈亮黃燈。停止發(fā)送自動(dòng)回執(zhí)信息后，乙站接車表示燈亮黃燈。

乙站值班員按下閉塞按鈕后，乙站接車表示燈亮綠燈，向甲站發(fā)送同意接車信息，甲站收到同意接車命令，甲站發(fā)車表示燈亮綠燈。

列車從甲站出發(fā)，壓入進(jìn)路最末區(qū)段時(shí)，同時(shí)向乙站發(fā)送通知出發(fā)信息，乙站收到通知出發(fā)信息，接車表示燈亮紅燈。甲站停止發(fā)送通知出發(fā)信息后，甲站發(fā)車表示燈亮紅燈。

列車到達(dá)乙站，壓入乙站進(jìn)站內(nèi)方首個(gè)道岔區(qū)段，乙站發(fā)車表示燈亮紅燈。乙站值班員按下復(fù)原按鈕，乙站接發(fā)車表示燈均滅燈，同時(shí)向甲站發(fā)送到達(dá)復(fù)原信息。甲站收到到達(dá)復(fù)原信息后，發(fā)車表示燈滅燈，閉塞復(fù)原。正常辦理站間信息交互時(shí)序如圖1所示。

設(shè)備上電啟動(dòng)后，均為發(fā)車表示燈亮紅燈，接車表示燈滅燈狀態(tài)。站間接口交互命令均為0。任意站按壓事故復(fù)原按鈕，向鄰站發(fā)送事故復(fù)原命令，兩站閉塞復(fù)原。

甲站向乙站請(qǐng)求發(fā)車，收到乙站自動(dòng)回執(zhí)消息后，在乙站同意接車前，甲站按下復(fù)原按鈕，辦理取消復(fù)原，甲站向乙站發(fā)送取消復(fù)原，乙站閉塞復(fù)原。

2.3 自動(dòng)站間閉塞邏輯實(shí)現(xiàn)

兩站閉塞空閑，甲站辦理發(fā)車進(jìn)路，進(jìn)路鎖閉后，信號(hào)尚未開放，甲站設(shè)備向乙站發(fā)送請(qǐng)求發(fā)車信息持續(xù)3 s，乙站收到請(qǐng)求信息后點(diǎn)亮接車黃燈，并返回自動(dòng)回執(zhí)信息持續(xù)3 s，甲站收到自動(dòng)回執(zhí)信息后，點(diǎn)亮發(fā)車黃燈。

乙站在返回自動(dòng)回執(zhí)信息結(jié)束后，立即發(fā)送同意接車信息持續(xù)3 s，隨后點(diǎn)亮接車綠燈。甲站收到同意接車信息后，點(diǎn)亮發(fā)車綠燈。此時(shí)區(qū)間空閑，甲站開放發(fā)車信號(hào)，列車出發(fā)，壓入發(fā)車進(jìn)路最后一個(gè)軌道電路時(shí)，甲站點(diǎn)亮發(fā)車紅燈，向乙站發(fā)送通知出發(fā)信息。乙站接收到甲站的通知出發(fā)信息點(diǎn)亮接車紅燈。

乙站排列接車進(jìn)路，列車壓入進(jìn)站內(nèi)方第一區(qū)段，乙站接發(fā)車表示燈均點(diǎn)亮紅燈。列車完全進(jìn)入站內(nèi)，區(qū)間出清，乙站向甲站發(fā)送到達(dá)復(fù)原信息持續(xù)3 s，隨后接發(fā)車表示燈均滅燈，甲站收到乙站到達(dá)復(fù)原信息后，發(fā)車表示燈滅燈，甲站閉塞復(fù)原。

3 基于通信交互信息實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)/自動(dòng)站間閉塞的優(yōu)勢(shì)

3.1 自動(dòng)站間閉塞取消發(fā)車進(jìn)路場(chǎng)景

在繼電自動(dòng)站間閉塞制式下，當(dāng)甲站辦理發(fā)車進(jìn)路后，點(diǎn)亮發(fā)車黃燈，但未點(diǎn)亮發(fā)車綠燈之前，由于計(jì)劃更改等原因，取消已辦理的發(fā)車進(jìn)路，會(huì)造成甲乙兩站閉塞接車綠燈交替閃爍的故障，需雙方車站按壓事故按鈕方可閉塞復(fù)原。

根據(jù)繼電電路分析，當(dāng)甲站辦理發(fā)車進(jìn)路時(shí)，向乙站發(fā)送代表請(qǐng)求閉塞的正電信息，乙站給甲站回復(fù)代表自動(dòng)回執(zhí)的負(fù)電信息，甲站由于取消進(jìn)路，發(fā)車鎖閉繼電器（FSBJ）吸起，閉塞復(fù)原。此時(shí)乙站回復(fù)給甲站代表同意接車的正電信息，乙站接車亮綠燈，在甲站閉塞空閑、無請(qǐng)求閉塞的情況下，代表乙站向甲站請(qǐng)求閉塞，甲站自動(dòng)回復(fù)給乙站代表自動(dòng)回執(zhí)的負(fù)電信息，又被乙站誤認(rèn)為是取消復(fù)原，乙站接車燈滅，此時(shí)甲站給乙站發(fā)送的代表同意接車的正電信息，甲站接車亮綠燈，在乙站閉塞空閑、無請(qǐng)求閉塞的情況下被乙站誤認(rèn)為是代表請(qǐng)求閉塞的正電信息，如此循環(huán)往復(fù)，甲乙兩站的接車表示燈反復(fù)亮綠燈、滅燈再亮綠燈。

若按照通信方式交互閉塞信息，上述場(chǎng)景下，當(dāng)甲站取消發(fā)車進(jìn)路，甲站閉塞復(fù)原，同時(shí)向乙站發(fā)送取消復(fù)原信息。此時(shí)，即使甲站收到乙站發(fā)送的自動(dòng)回執(zhí)或者同意接車信息，由于不處于請(qǐng)求發(fā)車等待乙站回復(fù)的階段，都不會(huì)響應(yīng)鄰站信息，仍處于閉塞空閑狀態(tài)。同時(shí)乙站收到甲站的取消復(fù)原信息，乙站也閉塞復(fù)原。由此可見，基于通信的信息交互含義明確，甲站取消發(fā)車進(jìn)路時(shí)，發(fā)送給乙站的不是多重含義的負(fù)電信息，而是明確的取消復(fù)原；而乙站發(fā)送的同意接車信息，不會(huì)被誤認(rèn)為請(qǐng)求閉塞信息。

3.2 半自動(dòng)閉塞中途折返場(chǎng)景

在繼電64D半自動(dòng)閉塞制式下，當(dāng)閉塞建立后，發(fā)車站辦理發(fā)車進(jìn)路，列車出發(fā)至區(qū)間因故需要中途折返。列車返回發(fā)車站，發(fā)車站可按壓事故按鈕復(fù)原閉塞，同時(shí)向接車站發(fā)送代表事故復(fù)原的負(fù)電信息。而接車站由于已經(jīng)收到通知出發(fā)的正電，通知出發(fā)繼電器（TCJ）吸起，軌道繼電器（GDJ）吸起，同意接車?yán)^電器（TJJ）落下，無法通過鄰站的負(fù)電信息直接復(fù)原。需要值班員在發(fā)車站按下事故復(fù)原按鈕的同時(shí)，按下接車站的復(fù)原按鈕，勵(lì)磁FUJ，從而復(fù)原閉塞。電路原理如圖2所示。這種方式對(duì)于值班員操作要求較高，如果操作不當(dāng)，接車站也需要通過破鉛封按下事故復(fù)原按鈕來復(fù)原閉塞。

采用通信方式來交互半自動(dòng)閉塞信息時(shí)，發(fā)車站在按下事故復(fù)原按鈕時(shí)，向鄰站直接發(fā)送事故復(fù)原信息，由于信息明確，接車站收到事故復(fù)原信息進(jìn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換，復(fù)原閉塞，無需額外的人工操作。

3.3 半自動(dòng)閉塞閉塞建立后事故復(fù)原場(chǎng)景

在繼電64D半自動(dòng)閉塞制式下，當(dāng)閉塞建立后，接車站按下事故復(fù)原按鈕，對(duì)于發(fā)車站而言，收到鄰站的負(fù)電信息，按照?qǐng)D2的復(fù)原繼電器電路，當(dāng)選擇繼電器（XZJ）落下時(shí)，可復(fù)原發(fā)車站的閉塞，如果XZJ吸起，則無法復(fù)原發(fā)車站閉塞，只能通過發(fā)車站的操作來復(fù)原。所以當(dāng)發(fā)車站辦理發(fā)車進(jìn)路時(shí)，才可以復(fù)原，若尚未辦理發(fā)車進(jìn)路，則無法復(fù)原。造成這種現(xiàn)象的原因是電路中需要通過XZJ的狀態(tài)來區(qū)分收到的負(fù)電信息是自動(dòng)回執(zhí)還是復(fù)原信息。而通過通信交互的信息，由于表意明確，不受單一狀態(tài)的限制。

3.4 施工和維護(hù)優(yōu)勢(shì)

通過通信方式交互半自動(dòng)/自動(dòng)站間閉塞信息的優(yōu)勢(shì)不僅僅體現(xiàn)在上述具體的場(chǎng)景中，在項(xiàng)目前期施工和后期維護(hù)也有明顯的優(yōu)勢(shì)。

在施工方面，每個(gè)站至少節(jié)約3個(gè)按鈕繼電器、16個(gè)邏輯繼電器和6個(gè)表示燈繼電器以及電路涉及到的電容電感等元器件；無需進(jìn)行復(fù)雜的電路配線，節(jié)約組合架空間；無需敷設(shè)站間電纜，減少了挖溝等施工成本。

在運(yùn)營(yíng)維護(hù)方面，繼電半自動(dòng)/自動(dòng)站間閉塞電路使用多年，元器件參數(shù)老舊，需要定期校準(zhǔn)和檢修；繼電邏輯電路復(fù)雜，故障點(diǎn)不易查找；站間電纜易發(fā)生斷線、混線、接地、外界干擾等問題。而基于通信方式交互擴(kuò)展信息實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)/自動(dòng)站間閉塞的方案由安全計(jì)算機(jī)完成，設(shè)備具備冗余性，維護(hù)終端可實(shí)時(shí)記錄站間交互的接口信息、當(dāng)前設(shè)備運(yùn)行以及通信狀態(tài)，便于故障定位和問題分析，降低維護(hù)成本。

4 總結(jié)

基于通信方式交互的閉塞信息將既有繼電電路傳遞的正、負(fù)電信息還原成含義更準(zhǔn)確的請(qǐng)求發(fā)車、同意接車等信息，可以更直觀準(zhǔn)確地判斷鄰站的命令，對(duì)于復(fù)雜場(chǎng)景的適應(yīng)性更強(qiáng)。而以站間光纖代替站間電纜，用計(jì)算機(jī)邏輯代替繼電電路組合，節(jié)省繼電器等元器件，減少配線工作量，節(jié)約了敷設(shè)電纜的施工成本，同時(shí)在運(yùn)營(yíng)維護(hù)方面，可通過計(jì)算機(jī)的維護(hù)終端準(zhǔn)確顯示實(shí)時(shí)的接口信息和通信狀態(tài)，并便于故障定位和問題分析，簡(jiǎn)化維護(hù)工作量。