厂矿企业内部铁路微机联锁系统改造方案的研究分析

尹航

摘 要：由于许多厂矿企业在建设之初因建设成本及现场调车作业等原因没有采用自动化方式进行铁路道岔作业，使得该类厂矿企业内部铁路存在一定的不足。随着企业规模的不断扩大和企业资本的不断增多，企业也在不断对自身的生产效率及能耗等方面进行着改善提高。由于改善内部专用铁路线能够有效提升运输速度及中转效率，并进一步促进调度作业精细化，企业往往会对铁路微机联锁系统进行改造升级。本文首先对国内目前较完善的铁路微机联锁系统进行了分析，而后将其优点与缺点进行了归纳总结，最后结合现实中存在的问题，依据科学原则对该系统提出了相应的改造措施，希望能够对厂矿企业改进内部微机联锁系统提供帮助。

关键词：厂矿企业;内部专用铁路;微机联锁系统;生产效率;改造

中图分类号：U284.362 文献标识码：A

0 引言

现代铁路运输系统主要由两部分组成，分别是铁路系统和调车系统。就目前而言，铁路运输系统的发展方向将是上述两类子系统的电气化、自动化和智能化。将厂矿企业内部专用铁路与国家铁路相比可以发现，前者的调度作业强度和精细化需求低于后者。同时，由于人工排进路和手动扳道岔是前者的主要作业方式，使得厂矿企业内部专用铁路存在调车作业效率不高、相关人员劳动强度过大以及较易发生操作失误等三大主要缺陷。并且上述三项缺陷也成为了阻碍厂矿企业内部专用铁路电气化、自动化和智能化发展的重要因素。目前，我国出现了许多种类的铁路微机联锁系统，因此在对内部专用铁路进行改造升级时，企业应当将自身实际情况与各种铁路微机联锁系统进行结合，制定科学合理的改造方案。

1 铁路微机联锁系统的架构

1.1 系统框架

就目前而言，我国存在较多种类的铁路微机联锁系统。但通过分析可以发现，所有铁路微机联锁系统的系统框架结构都可以被划分为三层，其一是人机交互层;其二是联锁运算层;其三是执行表示层。具体如下：

（1）人机交互层。该层的主要作用在于通过可视化的人机操作界面使相关人员的操作流程更加简便。同时，该层不但能使铁路微机联锁系统可以执行相关人员输入的指令，还使得铁路微机联锁系统能够实时反映站场中三类设备的现场状态，其一是道岔;其二是轨道;其三是信号机。（2）联锁运算层。相较于其它两层，该层在整个铁路微机联锁系统中的重要性最强。联锁运算层能够根据相关人员在人机交互层输入的指令进行计算，帮助相关人员核准道岔、轨道及信号机等设备的运行状态。该层具备连接上下两层的作用，首先通過人机交互层接收指令并进行计算，而后将结果反映给人机交互层，同时再将操作指令传输至执行表示层，实现相关人员对设备的操作控制。（3）执行表示层。该层主要包含有四项执行单元，其一是道岔;其二是轨道;其三是信号;其四是零散。该层的主要作用有两个，其一是采集室外设备的状态信息;其二是判断室外设备的状态。

1.2 联锁运算层的类型

类型一为三取二模式。在该模式下，联锁运算层需要通过三个联锁机进行运算，如果有两个联锁机的运算结果存在差异，则不能输出。该模式的优势体现在具备一台备用机，并且只有在两台联锁机运算结果相同时才能输出，保证了数据的准确性。该模式的缺陷主要体现在过于复杂，并同时缺少较高的安全性和可靠性。

类型二为双机热备模式或专用联锁机主机模式。在该模式下，联锁运算层主要通过一台联锁机进行运算，同时另一台联锁机热备用。由于两台联锁机分工明确，并且其中一台专门留作备用，使得该模式具备较强的可靠性。该模式的缺点主要有两个，其一是决策输出安全性低;其二是备件通用性不强。第一个缺点主要源于联锁机在该模式下不能对运算结果进行对比表决，第二个缺点主要源于联锁主机软硬件生产厂家缺乏统一的规格，导致零部件的型号大小各不相同。

类型三为双机热备模式或PLC模式。该模式的工作原理同类型二大致相同，需要注意的是，该模式不采用联锁机，而是采用通用PLC。除具备类型二的优势之外，该模式还具备两项优势，其一是零部件通用性强;其二是成本最低。该模式主要具备两项缺点，其一是类型二的第一个缺点;其二是没有国铁准入许可资质。

类型四为二乘二取二模式。在该模式下，联锁运算层主要通过两台联锁机进行运算，并且两台联锁机的运算过程同步进行。同时，在运算完成后，两台联锁机还会互相检验对方的运算结果。每台联锁机都有双重CPU，如果两个CPU的运算结果不一致，则不输出。该模式的突出优势在于可靠性高，同时由于联锁机能够对运算结果进行检验表决，使得该模式也具备较高的安全性。该模式的缺点主要有两个，其一是类型二的第二个缺点;其二是成本高。

1.3 执行表示层类型

类型一为安全继电器模式。在该模式下，执行表示层在控制或收集现场信号时往往以组合安全继电器的方式进行。由于应用范围较广并且应用时间较长，使得该模式的应用较成熟。该模式的主要缺点有四个，其一是占地面积较大;其二是维护工作较困难;其三是成本高;其四是故障排查工作效率较低。

类型二为全电子模块式模式或单系模式。在该模式下，执行表示层主要通过全电子模块式执行单元对现场设备实现控制或对现场信号实现采集。在此当中，由于全电子模块式执行单元主要由各道岔联锁系统生产厂家自行研制，使得执行单元的各部分零部件具备差异性。该模式具有五大优势，其一是占地面积小;其二是维护工作简便;其三是成本低;其四是可自动检测故障;其五是定位精准。由于该模式只能应用于厂矿企业内部铁路，使得人们难以对该模式作出全面的评价。

类型三为全电子模块式或双系模式。该模式与类型二大致相同，主要区别有三个，其一是双套硬件执行单元;其二是双CPU硬件设计;其三是双电路设计。该模式不但具备类型二的全部优点，同时还具备较高的可靠性和安全性。该模式主要有两大缺点，其一是技术不成熟;其二是成本高。第一个缺点主要源于该模式形成时间较短，相关技术及产品并未进行充足的试验。第二个缺点源于双套配置，使得企业需要投入更多的资金完善设备。

2 铁路微机联锁系统的类型和优缺点

2.1 铁路微机联锁系统的类型

根据上文两层类型的不同，可以将现有铁路微机联锁系统细分为八种类型，具体如下表。

2.2 各類型铁路微机联锁系统的对比

（1）现场应用业绩的对比。类型一现场应用较少，并且逐渐不再被人们使用。由于应用历史最久及应用范围极广，使得类型二的现场应用业绩最多。类型三和类型七主要应用于三处，其一是国铁支线;其二是地方铁路线;其三是企业内部铁路线。类型四和类型五的现场应用范围较小，仅仅局限于厂矿企业的内部铁路。类型六作为类型一的替代品被应用于国铁的部分铁路，由于应用时间有限及应用范围有限，其现场应用业绩一般。由于仅应用于部分厂矿企业的内部铁路，类型八的现场应用业绩与类型四和类型五大致相同。（2）成套系统价格的对比。在上述八种类型当中，类型六与类型八不但价格相近，两种系统的价格也最高。在此当中，类型五的系统价格最低。（3）厂商资源的对比。在八种类型当中，类型二的厂家资源最多，类型四和类型五的厂家资源最少。值得一提的是，由于类型八代表着未来铁路微机联锁系统的发展趋势，使得该类型的厂家资源也相对较多。

3 铁路微机联锁系统的改造方案

3.1 从性价比、后续备件通用性方面考虑

供货渠道多的系统主要有两类，其一是通用PLC;其二是安全继电器。由于供货渠道较多，使得上述两类系统的成套系统价格较稳定，并且备用部件的采购相对较容易，能够让企业对采购成本进行有效的控制。因此，若从价格方面考虑，则不应选类型五之外的系统。若从通用性考虑，则不应选择类型四之外的系统。

3.2 从安全性、可靠性方面考虑

具备较高安全性及可靠性的系统有两类，其一是二乘二取二;其二是全电子模块式执行单元。若从此方面考虑，则不应选择类型八之外的系统。

3.3 从国铁准入资质方面考虑

在八种类型当中有许多类型的系统缺乏国铁准入资质。因此，若要选择具备国铁准入资质的系统，可以从四种类型中挑选，其一是类型二;其二是类型三;其三是类型六;其四是类型七。

3.4 其他

在对内部铁路沿线附近综合条件过于复杂、许多地段难以有效排水，并且沿线附近存在大量金属粉尘的轨道电路进行改造时，厂矿企业应当应用继轴轨道电路来防止出现“红光带”的现象。同时，如果不在铁路微机联锁系统的改造过程中预留铁路调度信号的标准软硬件接口，将会对厂矿企业内部铁路系统后续项目的实施产生众多的困难。

4 结语

综上所述，厂矿企业内部铁路微机联锁系统的改造关系到铁路运行的效率及企业的生产效益。为进一步促进厂矿企业的发展并减少该类企业的生产能耗，企业应当安排专人对各类型铁路微机联锁系统进行充分的研究，详细分析自身的综合情况，科学合理的挑选合适的系统对自身内部的铁路微机联锁系统进行改造。同时，企业还需要广泛参考各方意见和建议，将各系统的优缺点所能带来的后果进行全面的分析，从而使改造方案更加有效。

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