双套联锁系统并行工程设计研究

2018-05-02刘龙

城市轨道交通研究 2018年4期

刘龙

（合肥城市轨道交通有限公司，230001，合肥∥工程师）

联锁设备全电子化一直是国内信号行业研究发展的方向。按照国务院推动“双创”工作要求，经合肥市政府主管部门批示，合肥轨道交通2号线停车场全电子计算机联锁系统试用平台采用合肥工大高科信息科技股份有限公司（以下简称“合肥工大高科”）自主研发的GKI-33e型联锁系统。

合肥轨道交通2号线停车场既有的系统及设备包括：信号系统为通号DS6-60型计算机联锁及ITM-A100型ATS（列车自动监控）系统；室外轨道占用检查设备为科安达TAZ II/S295计轴，转辙机为三项交流五线制，信号机为交流110 V LED（发光二极管）发光盘型。

新增试用并行联锁系统为合肥工大高科GKI-33e型计算机联锁系统。该系统采用二乘二取二结构，由上位机（控显机）、联锁机、通信机、I/O（输入/输出）模块和维修机5部分组成。上位机负责人机交互；联锁机负责互锁信息运算；通信机负责各个I/O模块间，以及上位机、联锁机、维修机的信息交互控制；I/O电子模块是新增联锁设备的技术创新点，取代了原有继电器组合电路，负责室外设备的驱动采集和单元电路内部逻辑计算；维修机负责操作过程及系统状态信息记录，整个系统除维修机外均为双套冗余配置。

1 双联锁并用原则

1.1 并机原则

（1）为降低频繁开关机时浪涌电流对联锁设备产生的冲击，2套联锁常态均处于开机态，互为热备。

（2）为提升系统容错性，新增的GKI-33e型联锁系统的切换启用需要执行双确认流程。

（3）双套联锁并行使用物理隔离方案。即增加隔离切换柜将2套联锁系统上下位机的输入输出进行完全电气隔离。

1.2 切换电路设计原则

双套联锁系统并用的关键在于驱动采集电路、接口电路和电源的切换设计。根据并机原则，双套联锁并行切换柜使用继电器组合方式实现。

（1）按照故障导向安全原则设置切换继电器。其落下状态默认为既有DS6-60型联锁系统，为安全侧。切换继电器吸起状态为试用GKI-33e型联锁系统。

（2）切换继电器根据负载负荷，设置不同类型的继电器。

（3）轨道电路通过共同采集计轴设备输出GJ（轨道继电器）的不同接点组来反映室外轨道占用或空闲状态。为确保任何状态下室外设备单一受控，当一套联锁设备上线运行时，切断另一套联锁的GJ采集电源，造成切除离线的联锁系统轨道全部处于占用状态，同时由于轨道的占用锁闭，上位机信号开放与道岔操纵也得到控制。

（4）2套联锁下位机送出的驱动电源分别接通隔离切换柜继电器的前后接点，通过继电器固有故障安全属性保证室外信号机与转辙机驱动电源的唯一性。

（5）为防止双套联锁通过切换继电器切换电源时，继电器接点不同步所产生的大电流拉弧隐患，双套联锁设备均采用各自独立电源屏供电。

2 双套联锁系统工程实施方案

系统切换分为电气部分硬件切换和控显软件切换2部分。按照并用容错原则，新增试用GKI-33e型联锁系统的切换启用需要通过联控操作，即：通过使用GKI-33e型联锁系统控显机软切换控制与转动切换柜切换开关双套流程来实现。

按照故障导向安全原则系统满足bypast（）要求。鉴于DS6-60型联锁一直处于热备状态，一旦切换柜故障QHJ（切换继电器）落下，DS6-60型联锁下位机立刻获取室外设备驱采控制权限，在上位机执行上电解锁后即可实现对室外设备的操控。图1为双联锁系统切换原理图。

图1 双联锁系统切换原理图

2.1 隔离切换柜设计方案

隔离切换柜是整个系统电气部分隔离切换的核心部件，采用继电器组合作为切换执行单元，由切换开关、ZQHJ（总切换继电器）和QHJ组成。

（1）继电器选型：为提高电路可靠性，消除混电故障可能造成设备误动作，选用有极加强继电器JYJXC160/260作为ZQHJ；为避免大电流拉弧隐患选用无极加强继电器JWJXC-480作为转辙设备的QHJ，选用偏极继电器JPXC1000作为其余设备QHJ。

（2）电气切换动作时序：切换开关控制ZQHJ动作吸起，ZQHJ吸起控制QHJ动作吸起，最终由QHJ的接点组实现对GJK联锁下位机切换上线，如图2所示。

图2 切换柜动作时序图

（3）电路设计：因ZQHJ为有极继电器，故将切换开关13、14与23、24两组接点分别接通表示GKI-33e与DS6-60两路极性相反的KZ/KF电源，控制ZQHJ14线圈动作。所有QHJ的14线圈采用并联方式连接，按照直流电源双断控制安全原则，由ZQHJ1的111、112节点组控制QHJ1/4线圈KZ电源，ZQHJ2的111、112节点组控制QHJ1/4线圈KF电源。当切换开关接通13、14节点时，ZQHJ1/2线圈得到14方向电流，ZQHJ1/2吸起，随后所有QHJ的14线圈通过ZQHJ1/2的111、112接点得电吸起。图3为切换柜电路原理图。

2.2 联锁上位机切换方式

在GKI-33e联锁系统控显机上单独设置了切换按钮、计数器和表示灯（“DS6”按钮、“GKI”按钮、“故障”表示灯、“DS6”主用表示灯和“GKI”主用表示灯），在办理切换时伴随由语音报警。点击GKI按钮，弹出密码窗口，输入正确的密码后，GKI黄色按钮处于按下状态，“GKI”字符变为10s倒计时，在倒计时时间内完成隔离切换柜上旋转切换旋钮，则GKI黄色表示灯点亮并伴有“系统切换完成”的语音提示，此时停车场的计算机联锁就由GKI-33e联锁系统控制，DS6-60无法再控制室外现场信号设备。在倒计时时间内，如果未执行旋钮切换，需要重新办理。反之同理，切换回DS6-60的方法只需点击DS6按钮并转换切换旋钮即可。

图3 切换柜电路原理图

2.3 联锁下位机驱动采集电路的切换

下位机驱采电路的切换通过在分线盘前端的切换柜实现。QHJ接线原则为前接点连接GKI-33e型联锁系统下位机I/O模块电路，后接点连接DS6-60型联锁组合电路，中接点连接分线盘室外电缆。

场内驱动电路为信号机与转辙机动作电路，场内采集部分为计轴GJ以及正线接口电路。

（1）场内驱动电路：驱动电路主要是转辙机与信号电路。室外转辙机QHJ布置在切换柜的1—4层，信号机QHJ布置在7—10层。转辙机X1—X5线使用QHJ第一和第二组加强接点进行切换，信号机XJZ/XJF电源的控制切换全部通过QHJ第1—4组接点控制，QHJ吸起GKI-33e型联锁系统控制室外转辙机与信号机，QHJ落下DS6-60型联锁控制室外转辙机与信号机。图4为转辙机与信号机电路切换原理图。

（2）场内采集电路：场内采集主要为计轴GJ。科安达TAZ II/S295计轴系统通过对室外计轴磁头的状态采集，驱动相应区段的GJ。GJ使用JWXC1700型安全继电器，JWXC1700共计8组接点，DS-60型联锁双系双采已用2组GJ，故新增GKI联锁单独采集第7组空接点。根据并用原则，一系上线需切段另一系采集电源，将DS6-60型联锁的IOZ与GKI-33e型联锁的KZ两路采集电源分别入切换柜，通过切换柜ZQHJ1与ZQHJ2的12节点组将两路采集电源在系统切换时同步转换，使离线联锁的GJ采集全部失电。图5为GJ采集电路切换原理图。

图4 转辙机与信号机电路切换原理图

图5 GJ采集电路切换原理图

（3）与正线场联接口电路：停车场与正线的分界点分别位于XZC/SC和XZR/SR信号机处。XZC/XZR和转换轨（G2421/G2419/G2422/G2420）为正线控制；SC和SR为停车场控制。SCQJ和SRQJ为停车向正线发车请求继电器，SCG和SRG作为正线入场进路的保护区段同时也是XZR/XZC的接近轨。当排列正线至停车场进路时需要检查SCG和SRG空闲状态、SCZCJ与SRZCJS（CZ/SRZ照查继电器）吸起以及SC/SR红灯灯丝继电器（DJ）吸起；当排列停车场至正线的进路时需检查转换轨（G2421/G2419和G2422/G2420）的空闲、XZC/XZR照查继电器（XZCZCJ/XZRZCJ）吸起、XZC/XZR点灯继电器（XZCDJ/XZRDJ）以及SC/SR请求继电器（SCQJ/SRQJ）吸起。场联接口边界信息使用复示继电器进行传递，供电方式为采集侧负责复示继电器驱动电源供给。

既有正线场联接口电路切换分为2部分。一是将送出的正线采集所需条件复示继电器驱动电源进行切换，通过切换柜QH1层QHJ7第5/7两组接点实现驱动电源双断控制。前接点接通DS6系统的CL（场联）电源，后接点接通GKI的CL（场联）电源。对于正线送来的边界信息（XZC/XZR的DJ、ZCJ、LXJ、YXJ、转换轨GJ状态）直接进入切换柜QH1/2组合，通过QHJ第三组接点进行切换，后接点接通DS6-60型联锁采集的各个复示继电器，前节点接通GKI采集所用的零散模块。二是将正线送来复示继电器的驱动电源进行切换，同样通过切换柜QH1/2组合将驱动电源分别送入DS6-60型联锁的组合与GKI的零散模块。当QHJ吸起正线送来的CL电源送入GKI零散模块，并通过模块将联锁控制边界信息驱动电源送出；当QHJ落下正线送来的CL电源通过DS6-60型联锁组合内部SC/SR的 DJ、LXJ、YXJ、GJ、ZCJ、QJ 等接点分别将 CL 电源送出驱动正线的复示继电器。图6为停车场与正线接口电路原理图。

2.4 ATS系统设备接口

既有ATS系统设备与DS6-60型联锁系统采用RS422串口连接。联锁系统通过串口，把停车场实时状态信息传递给ATS系统。增设GKI-33e型联锁系统后，为提高切换设备的抗干扰性，2套系统采用光电隔离转换方式实现2套联锁上位机与ATS主机的交叉互连和切换。

2套联锁上位机双系的串口电信号通过光电转换设备变为光信号，转换后的光信号通过光电并接转换设备进行交叉互联，转换设备的切换控制信号由转换柜的QHJ提供，切换末端变为电信号后由RS422串口交叉互联回ATS两系。图7为ATS切换电路原理图。

3 结语

创新是一个行业发展的根本，但在轨道交通设备领域，对于安全等级要求较高的信号系统，为新型产品提供既有线试验平台，一直是业界的难题。本文提出的双套联锁系统并行设计案例只是新设备试用的一种具体形态，在轨道交通信号系统技术发展日新月异的今天，不断涌出的新产品都要面临成熟度的考验，只有在确保安全的前提下多为新技术提供一个试验平台才能推动我国轨道交通信号技术不断向前发展。