联锁驱动继电器动作时序对低频码的影响及优化分析
2021-10-04杨美君
杨美君
(北京全路通信信号研究设计院集团有限公司，北京 100070)
当前国内高速铁路车站普遍采用列控中心进行轨道电路编码，但在部分高铁与普铁的衔接车站及普速铁路中仍大量采用继电电路进行轨道电路编码。计算机联锁作为铁路信号控制系统中最为基础但最为重要的安全设备，其驱动的信号继电器被用于编码电路或列控编码逻辑(采集信号继电器状态信息)，在这个过程中两者的配合会因设备属性、站界划分、编码方案等因素的存在而产生一些场景问题。这些场景问题虽然有一定的触发时机或因素，但在一定程度上对列车运行会产生影响，因此需要对这些场景中的继电编码电路进行优化分析，使电气设备和电子设备间更有效地结合。本文将对计算机联锁驱动继电器的动作时机对优化继电编码电路产生的影响进行探讨和优化研究。
1 场景问题
1.1 场景1：正线通过时3JG闪U2码或U2S码
如图1 所示，列车位于X3JG，当车站办理下行通过进路后列车短暂收到U2 码(有些场景下收到U2S 码，原因同理）后转L 码。
图1 X3JG闪U2码后转L码编码示意Fig.1 Changing to L code after flashing U2 code of X3JG coding circuit
1.2 场景2：正线通过时3JG闪H码
在U2 的编码电路中XLUXJ 落下接点串接SNZXJ 落下接点，如图2 虚线框中内容所示。此时列车位于X3JG，当车站办理下行通过进路后列车短暂收到H 码后转L 码，导致列车紧急制动停车。
2 场景分析
2.1 逻辑分析
早期6502 电气集中联锁编码电路设计中大量采用图1 所示的编码电路，并未有太多的发码故障案例出现，但在近期计算机联锁车站中相同的编码电路却出现了一些如上述场景问题所述的闪码现象，对闪码的逻辑分析如下。
如图1 所示，X 进站信号机由黄灯升级为绿黄/绿灯过程中，计算机联锁对继电器的驱动时序为：先采集到继电器XILXJ 吸起后，再开始驱动XLUXJ/XTXJ 吸起，因此会出现XILXJ 吸起而XLUXJ/XTXJ 落下的中间过渡状态。虽然是正线通过进路，但在低频编码电路中，由于其所使用的XILXJ、XLUXJ、XTXJ 继电器未同步动作，因而在XILXJ 吸起而XLUXJ/XTXJ 落下的间隙X3JG的编码则会出现由U 码先跳变为U2 后再升级为LU 码或L 码的情况。X3JG 闪U2 码的持续时长为：计算机联锁设备驱动使得XILXJ 先吸起→联锁系统刷新采集到XILXJ 吸起→联锁再驱动XLUXJ继电器吸起的时间。其中计算机联锁设备的系统刷新周期及驱动继电器吸起的时间特性根据联锁设备及数据配置的不同而存在差别，因此机车解码后收到U2 码也具有不确定性。
如图2 所示，为解决上述闪U2 码的问题，部分设计单位采用了在U2 码发送通道中串入SNZXJ(或叫XIZTJ)落下节点的方案，由于正线通过时SNZXJ 保持吸起，因而在XILXJ 吸起而XLUXJ/XTXJ 落下的间隙可避免闪U2 码。上述编码电路在实现逻辑上看似是正确的，但却忽略了一个问题：当XILXJ 吸起而XLUXJ/XTXJ 落下的间隙过大时，会使得FBJ 落下而转向“+1”发码电路，而由于“+1”发码电路和主发码电路采用了相同的编码逻辑而产生发出默认H 码的情况。
图2 X3JG闪H码后转L码编码电路Fig.2 Changing to L code after flashing H code of X3JG coding circuit
2.2 原因分析
对比6502 电气集中联锁和计算机联锁，综合分析现场运行场景和设备特点，对产生上述闪码的原因分析如下。
1) 6502 电气集中联锁是采用搭接逻辑继电电路的方式实现对道岔、信号等设备的控制，而继电电路的特性是反应速度快，因此当XILXJ 吸起后，采用继电电路使XLUXJ/XTXJ 励磁吸起的时间短且相对固定。计算机联锁对道岔、信号等设备的控制取决于计算机逻辑运算处理的能力，随着计算机联锁的发展，它被赋予了越来越多的功能、任务和接口，并且根据安全设备需单任务处理才安全的原则，使计算机逻辑运算所需要的时间越来越长，因此实际工程中计算机联锁设备的系统周期变大，同时计算机联锁设备是采用固定周期进行刷新和逻辑运算的，从而导致当XILXJ 吸起后，计算机联锁驱动XLUXJ/XTXJ 吸起的时间变长。
2) 机车头部的轨道电路接收设备灵敏度不断提高，使短暂接收的U2 码、U2S 码或H 码信息更容易被解码。
3) 目前现场大量采用CTC 自触方式进行进路办理，因为CTC 根据列车运行位置和时间等参数来触发进路，所以现场进路的触发具有相对固定的时机。这种相对固定的触发时机使现场同一闪码场景有了更多次重现的可能。
4) 随着铁路运力需求的提高以及运行速度的提高，现场列车运行间隔大大缩短，客观上促使一些“紧追踪”问题的暴露。
3 优化方案
通过对上述场景的逻辑分析和原因分析得知，产生闪U2 码、U2S 码或H 码的根源是计算机联锁驱动XILXJ 吸起而XLUXJ/XTXJ 落下的“间隙”，合理处理这个“间隙”即可有效避免闪码问题，因而如图3 所示通过增加虚线框中内容，进行编码电路优化方案设计。
图3 X3JG优化后无闪码编码电路Fig.3 Optimized X3JG coding circuit with no flashing code
虽然上述优化编码电路可从原理上解决现场出现的闪码问题，但在具体工程实践中由于3JG 发码电路还涉及到车站边界划分、现场实际所具备的电缆芯线限制、列控编码条件等因素，因而需要将具体的场景进行研讨。
3.1 场景1：3JG归属本站且全站继电编码
如图3 虚线框中内容所示，在U2 码或U2S码的编码电路中XLUXJ 落下接点处串入本站SNZXJ(或称为XIZTJ)，通过使用SNZXJ 吸起接点沟通U 码编码电路。使发送器在XILXJ 吸起后，经SLUXJF 落下接点、XNZXJF 吸起接点仍能沟通U 码的低频编码电路进行短暂码序维持过渡，防止异常闪U2 码，提高编码电路准确性和可靠性。
3.2 场景2：3JG归属邻站且邻站采用继电编码
当3JG 归属邻站管辖时，编码电路中串入的SNZXJ 需通过站间电缆传输，根据两站间的电缆芯线数充足与否逐一进行分析。
1）站间电缆芯数充足时
两站间直接采用两根电缆芯线，将SNZXJ 直接传输至邻站，如图3 所示的方式接入编码电路后解决闪U2 或U2S 码问题。
2）站间电缆芯数不足时
通常既有车站的站间继电传输方案如图4 所示。
在图3 所示的编码逻辑和图4 所示站间传输条件下，需要考虑将SNZXJ 与某个继电器采用同芯线复示至邻站。编码电路所需的继电条件同芯传递必须满足下列两个条件之一：当A 继电器在某种状态时，B 继电器的吸起落下条件对编码电路没有影响；A 继电器和B 继电器的吸起状态互斥，即A 落下时B 才可能吸起。
图4 既有车站间继电传输电路Fig.4 Relay transmission circuit between existing stations
综合分析上述场景中的继电器状态组合及相对逻辑关系如下。
当SNZXJ 落下时，XTXJ 逻辑上必定是落下状态，因此可考虑XTXJ 与SNZXJ 同芯线传输。
当XZXJ 落下时，XILXJ 的状态对编码电路没有影响，因而可考虑XZXJ 和XILXJ 同芯线传输。
当XILXJ 落下时，SNZXJ 的状态对编码电路没有影响，因而可考虑XILXJ 和SNZXJ 同芯线传输。
但分析如图5 所示的站间电路a，虽然逻辑上正确，但考虑邻站XILXJ、邻站SNZXJ 继电特性差异等因素，在邻站还是存在一定概率发生短暂的XILXJ 吸起、SNZXJ 落下的情形。
图5 SNZXJ与XLXJ同芯线站间传输电路aFig.5 Co-core line transmission circuit a form SNZXJ to XLXJ between stations
因此当电缆芯数不足时，优先考虑采用如图6所示的站间传输电路b 方案。
图6 SNZXJ与XTXJ同芯线站间传输电路bFig.6 Co-core line transmission circuit b form SNZXJ to XTXJ between stations
3.3 场景3：3JG归属邻站且邻站列控编码时
根据本站的设备属性、两站间电缆/光缆传输条件等因素，进行如下分析。
3.3.1 本站设置列控中心时
1) 本站列控中心与邻站列控中心通信，采用中国铁路总公司关于印发《高铁列控中心接口暂行技术规范》的通知（铁总运[2015]75 号，以下简称75 号文）规定的接口协议传递边界码序，邻站根据边界码序进行编码。
2) 当因本站列控中心本身属性(既有线列控中心等因素)不具备采用75 号文规定的接口协议条件时，可采用以下方式之一实施：
参照场景2 中的继电传输方案将SNZXJ 状态传输给邻站，邻站列控中心采集SNZXJ 状态进行编码逻辑判断；
由本站联锁通过站间通信将SNZXJ 状态传递给邻站联锁，邻站联锁通过75 号文规定的接口协议（预留字节特殊定义）与邻站列控中心通信完成SNZXJ 状态的传递，邻站列控中心根据SNZXJ 状态进行编码逻辑判断；
由本站联锁通过站间通信将SNZXJ 状态传递给邻站联锁，邻站联锁驱动SNZXJ 的复示继电器，邻站列控中心采集SNZXJ 复示继电器状态并进行编码逻辑判断。
3.3.2 本站无列控中心时
可参照场景2 中的继电传输方案将SNZXJ 状态传输给邻站，邻站列控中心采集SNZXJ 状态进行编码逻辑判断。
4 结束语
虽然X3JG 编码电路中的XLUXJ 的后接点串入SNZXJ 后接点时，可以避免闪U2 码或者U2S码的问题，但在编码电路中SNZXJ 的前接点必须勾通U 码的编码电路，以使XLUXJ 未励磁吸起前仍然维持U 码的发送，避免在XILXJ 吸起、XLUXJ落下的间隙FBJ 落下而使列车收到“+1”发送器的29 Hz 低频（红码）信息。
随着计算机联锁技术的发展，联锁在处理功能和接口功能方面较电气集中联锁有较大的优势，但由于计算机联锁自身的特点，使得计算机联锁和继电电路间出现了一些新的结合部问题，需要在工程实践中对实现细节和运营场景进行深入分析，以求避免或解决结合部问题。另外在继电电路的设计以及继电器的型号选择上，都需要充分考虑计算机联锁的电子设备的特性，方可提高计算机与继电器结合形成的控制系统的安全性和可靠性，从而确保列车的运输。
