基于全电子联锁系统的道岔控制切换方案研究

谢 乾，孙晋敏，刘 军

目前，全国多数城市轨道交通项目信号系统以计算机联锁控制为主，实际上是一种计算机联锁＋继电器执行系统［1］。随着电子计算机技术的不断发展，全电子联锁系统应运而生，并在越来越多的城市轨道交通项目中得到应用。该系统的主要特点是取消了既有继电器接口电路［2］，将道岔设备作为全电子联锁的执行单元［3］。为此，本文提出以全电子联锁系统为基础，实现传统的继电器联锁道岔控制与全电子联锁系统道岔控制的相互切换，在全电子联锁系统故障情况下，通过道岔控制切换装置，实现继电器联锁道岔控制的接管，以此保障行车效率，实现道岔设备的冗余性，为行车安全提供保障。

1 设计方案

1.1 设计原理

以众合科技全电子联锁系统为例，在其联锁机柜上配置全电子联锁道岔控制WST5板卡（全电子联锁执行单元）和传统继电电路道岔控制VOB/VIB板卡（计算机联锁输入输出板卡）［4］。当传统继电器电路道岔控制时，配置相应的接口柜、组合柜和安全型继电器。全电子和继电驱动方式通过倒切开关控制盘进行并接处理。倒切开关控制盘以组合的形式设置于接口柜内，道岔输出板卡控制模块均采用二乘二取二的安全计算机平台［5］。

以三相交流电动转辙机、双机牵引道岔为例，1个倒切开关可以切换2台转辙机［6］，即1个倒切开关对应1组道岔，1个倒切开关控制盘有2个倒切开关。当1个联锁区内所有倒切开关转到全电子控制模式时，全电子控制继电器DZKJ↑；转到继电控制模式时，继电控制继电器JDKJ↑。

当DZKJ↑，且JDKJ↓时，联锁判断道岔处在全电子控制模式，通过道岔控制WST5板卡控制道岔动作和采集道岔表示；当JDKJ↑，且DZKJ↓时，联锁判断道岔处在继电控制模式，通过继电电路控制道岔动作和采集道岔表示。故障情况下，当DZKJ和JDKJ均落下时，联锁保持当前控制模式并报警；当DZKJ和JDKJ均吸起时，联锁切断道岔控制的输出并报警，联锁系统处理方式见表1。

表1 联锁系统道岔处理方式

1.2 硬件设计

倒切开关控制盘实现切换示意见图1。

图1 道岔全电子控制和继电控制切换示意

道岔全电子控制线路：联锁机柜（WST5）→倒切柜→分线柜→室外转辙机。

道岔继电控制线路：联锁机柜（VOB/VIB）→接口柜（接口层）→组合柜→倒切柜→分线柜→室外转辙机。

全电子控制和继电器控制布线原理见图2。道岔全电子控制A/B系各输出5根线缆（红色线、绿色线），直接接入倒切开关控制盘上的接线端子，通过接线端子对A、B两系输出进行并接处理，该过程不需要经过切换开关。

图2 全电子控制和继电控制布线原理

而道岔继电控制则先经过接口柜接口层输出到组合柜，再由组合柜输出5根线缆（紫色线）到接口柜倒切开关控制盘；道岔全电子板输出的5根线缆（黑色线）和组合柜输出的5根线缆（紫色线），通过接口柜倒切开关后，输出5根线缆（蓝色线），再通过分线柜连接室外设备。

2 电路实现原理

2.1 倒切开关

倒切开关采用在行业广泛应用的转换开关［7］，分为2挡（全电子模式、继电模式），其节点示意见图3。开关触头最大为12节，将其中第11节触头用于转换开关当前状态确认，第12节用于转换开关状态指示灯，1个倒切开关最多可以切换10组线缆，每个倒切开关控制盘最多安装2个倒切开关。

图3 倒切开关节点示意

倒切开关的额定容量为20 A，转辙机动作电流均值一般为2～2.5 A，峰值一般为6 A左右。一个开关控制倒切2个转辙机，可以满足接点通流量的要求。

2.2 切换过程

倒切开关节点安装在分线柜与组合柜之间（倒切柜），继电器联锁控制与全电子联锁控制互不影响，安全可控。

以三相五线制道岔控制电路为例，见图4。将倒切开关打至继电模式挡位，此时处于继电联锁模式下，道岔执行电路与全电子联锁完全独立，动作电源由组合柜继电联锁电路输出，经过倒切开关和分线柜送至室外转辙机，对室外道岔进行转换。道岔转动到位后，相关继电器落下，动作电源也被断开，道岔停止转动。待继电电路上相关继电器接通相应的道岔表示电路，完成继电器联锁控制接管及转换，可进行全电子联锁板卡及相关部件的维修。

图4 继电器联锁控制原理

在全电子联锁模式下时，需将倒切开关打至全电子联锁模式挡位，此时道岔的控制电路完全由全电子联锁控制，全电子联锁机笼执行命令逻辑处理，对相关道岔进行驱动，并执行到位。道岔转换到位后，相关采集板对道岔表示电流状态进行采集，并给出相应的道岔表示。此时可进行继电联锁相关部件等的维修，见图5。

图5 全电子联锁控制原理

3 切换管理机制

基于全电子联锁的道岔控制方案应从系统切换设计特点及运营实际情况出发，制定规范的切换管理机制，采取有效的防护措施，避免因人员误操作切换开关和设备造成对运营的影响。总结管理机制有以下5点。

1）基于联锁系统驱动及采集同步机制，若1个联锁区内实施切换控制的道岔，一部分采用全电子控制，一部分采用继电控制，就会出现道岔驱动采集不可用的状态，故切换时需确保倒切层内所有开关同时切换至“全电子控制模式”，或同时切换至“继电控制模式”。

2）若切换过程中出现道岔失表状态，则在切换完成后，需单操道岔恢复道岔定位和反位表示。同时，应确保不在转辙机动作过程中进行道岔控制切换的操作，否则将出现转辙机动作中断，挤岔告警。

3）在切换过程中，若出现1个开关故障，无法正常切换时，需将已切换的开关打至原位，确保所有开关都在同一个模式。

4）倒切设备钥匙（接口柜）需由相关专业人员统一管理，对倒切开关的状态进行人工确认和登记。

5）倒切设备需进行定期维护检查，确保倒切开关处于正常可用状态［8］。

4 全电子联锁道岔控制切换与既有设备比较

全电子联锁道岔切换结合了全电子联锁及继电器联锁控制优势，在平时运行过程中，采用全电子联锁控制道岔转换为主，利用全电子联锁执行单元来执行联锁命令，当发生故障时，自动切换至正常系工作，提高系统可用性；在全电子联锁执行单元失效情况下，通过手动倒切，由继电器联锁接管，坚持“先通后复”的故障处置原则，在高密度、短间隔的行车组织方式下，其优势尤其突出。以宁波地铁1号线为例，安全运营已达8年之久，据统计，2021年1～9月，因道岔故障导致影响行车2 min以上晚点就达5列次，采用该切换方案后能迅速恢复道岔控制，避免造成列车大面积晚点，大大提升对广大市民安全出行的服务能力［9］。

设备性能特点对比见表2，从安全性、维护性、智能性、应用性及经济性方面，对全电子联锁控制切换与既有设备进行比较。

表2 全电子联锁道岔控制切换与传统设备性能比较

5 结语

综上所述，基于全电子联锁系统道岔控制的切换方案是基于全电子联锁特性，结合传统继电器联锁特点设计的，该方案已应用于宁波市轨道交通5号线一期工程全自动运行信号系统项目。经试验，满足道岔安全冗余切换的目标。随着全电子联锁系统越来越广泛的应用［10］，在提升设备冗余性的同时，如何进一步健全全电子联锁系统道岔控制切换管理机制、提升故障处置效率、做好设备维护保养工作，为城市轨道交通行车安全提供更可靠的保障，需要相关运营设备维护人员进一步的深入研究及实践。