信号机在城市轨道交通信号系统中的应用研究

赵德生

（南京铁道职业技术学院，讲师，江苏 南京 210031）

在城市轨道交通中，由于地铁设计规范未对信号机显示作出统一规范，致使各城市轨道交通的信号机显示略有不同，信号机点灯电路也存在差异。由于信号机的点灯状态直接影响行车安全，因此研究信号机显示方案及信号机点灯电路问题具有重要意义。

1 信号机显示方案

车辆段内的信号机常态点灯，正线信号机主要分为常态点灯和常态灭灯两种形式，本文将信号机显示方案与运营模式结合，对现存信号显示方案作如下分析：

1.1 常态CBTC运营模式与信号机灭灯正常情况下，列车在CBTC模式下运行时，正线信号机为灭灯状态，列车凭车载信号行车；而当非CBTC列车接近信号机且满足开放联锁条件时，信号机自动点亮允许灯光；当轨旁ZC故障，联锁将故障区域内的所有信号机转为点灯模式［1］。

1）常态灭灯方案优点：一是可解决司机正常驾驶的干扰问题；二是满足绿色环保的设计理念。

2）常态灭灯方案缺点：一是司机长期在灭灯状态下驾驶CBTC列车，容易产生思维定势；在驾驶非CBTC列车时，存在冒进信号的可能。二是信号机点灯故障无法被及时发现。

1.2 常态CBTC运营模式与信号机点灯

1）常态CBTC模式，后备和CBTC均点灯。计算机联锁根据ZC区域控制器传送的信息（列车是“CBTC模式”还是“后备模式”），来判断信号机点灯方式。后备模式时，联锁需检查进路内的区段空闲条件，以确定是否开放信号机，而CBTC模式下，凭车载信号行车，被列车移动授权覆盖的信号机亮相对应的允许灯光。如图1所示。

图1 CBTC与后备模式下信号机点灯对比

（1）优点：一是可实时监测信号机状态；二是正常情况下可实现车地信号显示意义的统一。

（2）缺点：一是后备模式下与CBTC模式下受红灯或其他灯位故障影响不同，前者将红灯故障视为禁止行车信号，后者以车载为主体信号，即使地面红灯，也不影响列车运行。二是系统设计较复杂，在后备模式时，联锁是依据计轴信息和其他联锁逻辑，判断是否驱动信号机；在CBTC模式时，联锁通过与轨旁ATP设备的实时交互、自身逻辑判断来驱动信号机点灯，计算机联锁驱采软件相对复杂。三是不符合节能环保的设计理念。

2）常态CBTC模式，随移动授权灭灯。CBTC模式下，信号机常态点灯，当列车接近信号机时，随着移动授权覆盖，使范围内的信号机灭灯，列车凭车载信号行车，列车越过信号机后，信号机自动再次点亮红灯；后备模式下的列车或非CBTC列车视地面信号的显示运行。

（1）优点：一是正常情况下，可以解决车地信号显示不一致问题；二是可实时监测信号机状态；三是相对于一直亮灯的显示方案，节能环保。

（2）缺点：系统设计较为复杂。

3）常态CBTC模式，信号点蓝灯。信号机在原有基础上增加一个蓝灯位，信号机常态点蓝灯，表示列车运行在CBTC模式下，凭车载信号行车，当蓝灯故障时，信号机改点红灯，灯丝监测装置对故障蓝灯进行报警提示；后备模式下，蓝灯为禁止信号，联锁设备根据计轴区段占用信息，实时动态控制列车运行前方和后方各两架信号机，点亮相应灯光，此时蓝灯灭灯状态。

（1）优点：一是正常情况下，解决车--地信号显示不一致问题；二是可实时监测信号机状态。

（2）缺点：一是相对灭灯方案，不符合节能环保设计理念；二是相对于三灯位的信号机而言，增加了信号机构和室外电缆费用。

4）常态CBTC模式，信号点红色M灯。信号机在原有基础上增加一个灯位（自上而下的灯光配列通常为M红、黄、绿、红），M红灯位的底色为白，字母为红，常态CBTC模式下，M红灯亮灯，表示信号机所防护进路为锁闭状态，CBTC列车凭车载信号运行，非CBTC列车需视M红灯为禁止信号；后备模式下，M红灯灭灯，联锁控制信号机点亮相应灯光；自动进路中的计轴区段故障也会将入口信号机转换为M红灯［2］。

（1）优点：一是正常情况下，可解决车地信号显示不一致问题；二是可实时监测信号机状态。

（2）缺点：一是远距离时，存在司机将M红灯误认为红灯的可能；二是不符合节能环保设计理念；三是相对于三灯位而言，增加了信号机构和室外电缆费用；

1.3 常态为后备运营模式

1）常态为后备模式，CBTC灭灯。

在常态后备模式下，信号机点红灯；当满足信号开放的联锁条件时，信号机开放允许信号（绿、黄、红黄）。当列车运行在CBTC模式下，室外信号机灭灯，当列车运行接近信号机时，信号机保持灭灯。

2）在常态后备模式下，信号机点红灯；当满足信号开放的联锁条件时，信号机开放允许信号；

在CBTC模式下，信号机常态点亮红灯，当CBTC列车接近信号机且满足开放条件时，信号机点亮蓝灯。

2 信号机点灯电路逻辑分析

2.1 正线信号机点灯电路逻辑分析及设计为了区分正线不同的运营模式，在传统点灯电路中增加DDJ（点灯继电器），ZC区域控制器将运营模式信息发送给联锁，联锁控制DDJ的状态，当DDJ落下（DDJ=0）时，表示信号机应该处于后备模式。当DDJ吸起（DDJ=1）时，表示信号机应该处于CBTC模式。

为简洁叙述，下文中“↑”表示继电器、控制器等电器元件吸起；“↓”表示继电器、控制器等电器元件落下。

1）常态CBTC，点灯电路分析及设计。图2为典型的正线信号机点灯电路。

图2 常态CBTC点蓝灯（后备正常）点灯电路

（1）常态CBTC运营模式下，DDJ↑，信号机点蓝灯。

（2）后备模式下，DDJ↓，联锁根据计轴状态，控制信号机点亮相应灯光。

（3）灯亮条件

红灯点亮条件：DDJ↓&LXJ（列车信号机继电器）↓&YXJ（引导信号继电器）↓；

绿灯点亮条件：DDJ↓&LXJ↑&ZXJ↑；

黄灯点亮条件：DDJ↓&LXJ↑&ZXJ↓；

引导信号点灯条件：DDJ↓&LXJ↓&YXJ↑。

对于常态CBTC模式、信号机灭灯的情况（后备模式信号机正常点灯），可将图2的信号机点灯电路作如下变动：去掉蓝灯机构、灯丝继电器及电缆；

2）常态后备模式，点灯电路分析及设计。

（1）对于常态后备模式，CBTC灭灯情况下（后备模式信号机点灯，CBTC模式信号机灭灯），信号机点灯电路可在图2的基础上做如下改动：去掉蓝灯机构、灯丝继电器及电缆；将DDJ的前接点换成后接点，串接在继电电路中。

（2）对于常态后备模式，CBTC亮蓝灯情况（后备模式下，信号机亮红灯；CBTC模式下，信号机常态红灯，列车接近信号机后，信号机亮蓝灯）的点灯电路如图3所示。

图3 常态后备，CBTC点蓝灯的点灯电路（无引导）

①后备模式下的点灯逻辑

红灯点亮条件：LXJ↓；

绿灯点亮条件：DDJ↓&LXJ↑&ZXJ↑&LDJ（绿灯继电器）↑&UDJ（黄灯继电器）↓，表示系统在联锁模式下，进路内道岔锁闭在直向位置且次架信号机已开放；

黄灯点亮条件：DDJ↓&LXJ↑&ZXJ↓&LDJ↓&UDJ↑，表示进路内至少有一组道岔锁闭在侧向位置；

绿黄灯点亮条件：DDJ↓&LXJ↑&ZXJ↑&LDJ↓&UDJ↓，表示在进路内的道岔锁闭在直向位置且次架信号机未开放。

将压缩机管网的正常出口压力设置为P1，将现场实际测定的压力值设置为P2，值由PLC中PID功能模块进行统计、计算，根据控制变频器的具体情况对电动机的运转速度进行合理化的调整，从而实现规定的具体的压力。ΔP值与现场压力、变频器输出频率、电动机的运转速度成正比，当ΔP＞0 时，其相关因素会随之提高，风压也会逐渐升高；当ΔP＜0 时，其相关因素会随之降低；不断的调整，使ΔP趋于0，保证压力处于稳定的状态，具体系统结构见图1。

②CBTC模式下的点灯逻辑

红灯点亮条件：LXJ↓；

蓝点亮条件：DDJ↑&LXJ↑，表示运行在CBTC模式下。

2.2 段内调车信号机点灯电路逻辑分析车辆段内以调车信号机居多，DXJ常态落下，信号机亮禁止灯光（蓝或红），当以调车信号机为始端排列进路时，联锁系统检查相关联锁条件，如联锁条件（进区段空闲、道岔位置正确且锁闭、敌对进路未建立等）满足后，DXJ被驱动吸起，信号机开放白色允许灯光。

3 信号机点灯电路故障分析处理

3.1 控制台蓝闪（红闪）报警段内调车信号机点灯及驱采电路如图4所示。

图4 段内调车信号机点灯及驱采电路

结合图4分析，平时蓝灯的主丝工作，当主丝熔断后，灯丝转换继电器两端失去电压，其接点落下，沟通副灯丝点灯回路，如果副灯丝也发生断丝故障，则变压器二次侧回路断开，一次侧失去电流，导致DJ落下，联锁无法采集到DJ的前接点状态，则控制台上的信号机会出现“蓝闪”现象，代表灯丝双断。

如果采用了主灯丝报警装置，则可及时发现断丝故障，就不会出现“蓝闪”的现象，故障原因通常为：灯丝继电器故障、采集电路开路、室内开路、室外开路等，但在运维过程中，需快速精准判断故障点。

（1）首先根据图纸，到分线架测量（A、BAH）电压值，如测得电压值为210 V左右且蓝灯正常点亮，则需要进一步判断（DJ被击穿或DJ采集电路开路）故障原因，通过对DJ的测试可判断其是否被击穿，如未被击穿，则可采用“借电源法”查找采集电路，如图4所示，万用表黑表笔可在其他组合侧面端子借用IOF电源，红表笔沿采集电路逐点测量，电压值从有到无，则代表出现断点，例如，红表笔测试到DJ的12接点时有正常电压值，当移动到DJ的11接点时，电压消失，则说明11-12接点接触不良；

虽测到210 v电压，但蓝灯不能点亮，说明室外点灯电路开路，由于室外点灯变压器和灯丝转换继电器被集成为一个点灯单元，室外结构简单，按照电路逐点查找故障即可。

（2）如测得电压小于10 v，需甩掉分线架至室外的电缆后，重新测量电压，电压仍小于10 v，则说明室内点灯电路开路，采用“借电源法”按图查找故障；若电压测得为210 v，说明室外开路故障，需按图逐点查找点灯电路。

3.2 控制台断丝报警如果控制台出现断丝报警，以该信号机为始端排列进路，白色灯位开放后，如故障消除，则可判断蓝色灯位故障。故障具体排查步骤、方法简介如下：

（1）拔出灯泡，检查灯泡（主灯丝是否断丝），如是则更换灯泡。

（2）若灯泡工作正常，则检查灯丝转换按钮是否损坏，如已损坏，则更换信号机灯座。

（3）若灯座正常，应检查灯丝变压器及相关配线、绝缘是否异常，发现问题及时处理。

3.3 允许信号（白灯）无法开放当出现允许信号无法开放及开放信号故障时，应测试分线架电压，根据所测得电压值进一步判断故障处所及原因。具体步骤与方法如下：

（1）当所测电压值小于10 v时，查看DXJ状态，若吸起后稍后落下，则室内DXJ31至分线架有开路现象，可采用“借电源法”并根据点灯电路逐点查找；继续查看DXJ状态，若未吸起，则DXJ驱动电路有开路，查看维修机记录，根据驱动电路查找。

（2）当所测电压值为210 v时，可针对可能出现的下面故障现象分别进行处理：

①故障现象：室外信号机灭灯几秒后继续点蓝灯，控制台信号机显示白灯点亮后变为“蓝闪”状态，持续几秒钟后点蓝灯。

故障原因分析：导致此故障的主要原因一是由于DXJ吸起，联锁可同时采集到DXJ和DJ的前接点，控制台上的白灯点亮；二是由于白色灯位室外开路，当超过DJ的缓放时间后，DJ因无电流通过而落下，此时联锁无法采集到DJ的前接点，故该信号机标志在控制台上出现“蓝闪”现象；三是联锁无法采集到DJ后，也停止对DXJ的驱动，DXJ落下后，蓝灯点亮，此时DJ再次吸起，联锁采集到DJ前接点后，使该信号机标志在控制台上出现稳定蓝灯。

根据现象可判断室外部分有开路，按照电路逐点查找故障即可。

②故障现象：室外信号机白灯点亮几秒后跳转蓝灯，控制台信号机显示持续“蓝闪”。

故障原因分析：导致此故障的主要原因是开放允许信号的瞬间DJ被击穿，联锁无法采集到DJ的前接点，控制台信号机显示持续蓝闪，联锁停止对DXJ的驱动，DXJ落下，信号机点蓝灯，此种情况需更换DJ。

4 结语

常态点灯和灭灯方案在国内轨道交通信号系统中均有采用。两种方案各有优点和不足，如何采用合适的信号显示方案，需针对不同的工程项目，根据业主要求，同时综合运营需求，以确定最终方案。