基于全电子联锁的信号系统与跨座式单轨道岔系统的接口设计

蔡哲扬

跨座式单轨交通为列车跨坐在预应力梁上运行的交通方式。传统的基于钢轮钢轨的轨道交通线路，信号系统通过控制转辙机转换道岔位置，改变线路开通方向，并且利用转辙机反映道岔开通的定、反位。而跨座式单轨交通，道岔系统是通过直、曲梁的替换改变直、侧向轨道连接，实现单开及渡线功能（换梁式道岔）；或是通过单根直线梁偏转，以折线方式实现轨道梁的不同开向（枢轴式道岔）［1］。跨座式单轨道岔转换见图1。

图1 跨座式单轨道岔转换

下面以芜湖轨道交通1、2 号线跨座式单轨项目为例，介绍跨座式单轨交通的信号系统与道岔系统间特殊的接口设计，以实现信号系统对单轨道岔梁的转换控制及信息采集。

1 跨座式单轨道岔系统

芜湖轨道交通跨座式单轨1、2 号线于2016 年底开工建设，线路全长46.8 km，采用Innovia Monorail 300 型单轨列车和CITYFLO 650 全自动运行信号系统［2］。道岔采用了换梁式和枢轴式2种单轨道岔，每个道岔由1 台道岔控制柜控制。控制方式分为远程和本地2 种模式，其中在远程控制模式下，由信号系统实现道岔开通方向的转换控制。

2 基于全电子的信号联锁系统

全电子信号联锁系统采用模块化结构设计，替换了传统的室内继电组合电路，通过目标控制器（OCS）实现对轨旁设备状态的直接采集和控制。OCS 与联锁主机通信，接收联锁主机的控制命令，通过全电子执行电路，动作轨旁设备（如信号机、道岔、站台门等），同时监测轨旁设备状态，实时发送给联锁主机。

芜湖跨座式单轨项目采用EBI Lock 950 型基于全电子的计算机联锁系统，该系统采用二乘二取二的安全冗余结构，安全完整性等级为SIL4 级。相比传统的继电联锁，具有高可靠性、高可用性、快速响应的特点，同时其紧凑的物理空间、模块化设计理念，带来更容易安装和维护的优点。

3 信号联锁与单轨道岔的接口设计

3.1 设计原则

1）接口电路的功能设计符合故障-安全原则。

2）道岔系统应保证提供给信号系统的输入状态准确无误，且始终与现场实际情况一致。

3）信号系统和道岔接口界面在道岔控制柜控制端子排外侧，接口线缆由信号系统负责实施。

3.2 接口原理

信号ATS系统发送进路命令或道岔转动命令给联锁，由联锁通过目标控制器，利用电缆与道岔控制柜接口控制道岔动作，并通过道岔控制柜采集道岔位置、转换开关状态以及驱动使能状态，实现对道岔的控制和信息采集。信号系统与道岔系统接口原理见图2。

图2 信号系统与道岔系统接口原理

信号系统控制道岔梁的移动并持续监控其状态。信号系统只有在采集到道岔锁闭在正确位置时，方能开通经过该道岔的进路，以确保行车安全。

3.3 接口信息

1）道岔控制命令（信号→道岔）。在ATS 办理进路或对道岔单独操控时，联锁系统将道岔转换命令发送至目标OCS，OCS 通过驱动板，将转换命令发送至道岔控制柜，驱动电机将道岔转动至相应位置。

2）使能状态的驱动及回采（信号←→道岔）。联锁系统在发送道岔控制命令的同时，给出道岔使能命令，道岔系统利用该命令控制道岔转动的动力输出。OCS 通过采集板回采道岔控制柜的电机使能状态，并上传到联锁，由联锁判断道岔控制柜是否接收到正确的道岔驱动使能命令。

3）道岔位置表示（信号←道岔）。联锁系统通过OCS 采集板获取道岔位置表示信息，监视道岔实际位置及转换结果。

4）转换开关状态采集（信号←道岔）。道岔控制柜通过OCS 采集板，向联锁提供转换开关状态（远程/本地），由联锁以此判断道岔是处于远程还是本地控制模式。

OCS 通过上述采集自道岔的信息，能够检测道岔设备接口故障，主要有：①联锁未发送控制命令时，OCS 采集到道岔使能信息；②联锁发送控制命令时，OCS 未采集到道岔使能信息；③道岔位置表示故障，道岔失表、互斥位置状态被同时激活、转动后道岔实际位置与控制命令不符等；④转换开关状态故障，无状态采集、互斥状态被同时激活；⑤在未发出控制命令时，监测到道岔位置改变。

3.4 换梁式道岔控制和状态采集

换梁式道岔由“直梁＋曲梁或曲梁＋曲梁”组成，通过直梁与曲梁的替换，分别连接直向和侧向轨道，实现单开及渡线功能；通过曲梁与曲梁的替换，连接2 个侧向轨道实现对开功能。相比于枢轴式道岔，换梁式道岔允许通过速度较高，常被用于正线及场段部分区域，可开通定、反位2 个方向。换梁式单轨道岔位置定义见图3。

如图3（a）所示为单开或渡线道岔，定义直股为定位，弯股为反位；如图3（b）所示为对开道岔，定义直股沿线路分歧点，顺时针经过的第一方向为定位，其余是反位。

图3 换梁式单轨道岔位置定义

3.4.1 道岔控制命令

对于换梁式道岔，信号系统向道岔系统的输出命令有定操、反操和使能驱动3 种。道岔梁定位和反位指令是关键的互斥指令，只有当满足以下条件时，道岔梁向定位位置移动：①信号系统采集道岔位置锁闭在定位；②信号系统驱动使能状态；③信号系统发送定位操作命令。

3.4.2 道岔状态采集

对于换梁式道岔，信号系统从道岔采集涉及道岔模式（远程/本地状态）、道岔表示（定位/反位）及使能反馈5 种信息。道岔远程/本地模式状态、道岔定位/反位表示状态为2 对互斥命令，即当且仅当二者高低电平不一致时，信号系统才采纳其为正确的状态输入。

3.5 枢轴式道岔控制和状态采集

枢轴式道岔由单根直线梁构成，通过单根直线梁偏转，以折线方式实现轨道梁的不同开向。该类道岔一般常用于场段，类型有单开、对开、三开、四开及渡线，其位置定义见图4。

图4 枢轴式单轨道岔位置定义

枢轴式道岔定义直股沿线分歧点，顺时针经过的第1 方向为位置1，第2 个通过方向为位置2，依此类推，定义各道岔位置。

对于枢轴式道岔，由于其开通方向较多，信号系统与道岔系统需要交换道岔各开通位置的驱动命令及相对应的位置表示信息。与换梁式道岔类似，枢轴式道岔远程/本地模式状态、道岔位置表示状态为互斥命令。道岔各位置表示状态仅允许其中一个为高电平，其余为低电平，否则均视为无效输入，判断为道岔失表。

4 道岔控制模式切换处理

跨座式单轨各类型道岔的控制柜均具有远程和本地2 种工作模式。当道岔处于远程模式时，能够实现信号系统向道岔系统的信息传递；当道岔处于本地模式时，信号系统需要通过道岔控制柜的现地控制开关转动道岔。下面重点分析道岔由远程模式转换至本地模式的运营操作流程，及模式转换后的信号设备处理流程。

4.1 运营操作流程

如图5 所示，当道岔需要从远程模式转换为本地模式时，现场操作员需要在道岔控制柜处联系道岔所在联锁区车站调度员，提出道岔模式转换申请；车站调度员获悉该模式转换申请后，查看本站ATS 界面，确认在线列车位置，同时向中央调度员发出道岔转换申请请求；中央调度员确认该道岔区域及附近无列车或列车均已停车后，向车站调度员反馈确认请求；车站操作员按压设置于车控室综合后备盘的道岔授权按钮，向室外发送转换许可；道岔控制柜收到转换许可后，点亮允许转换指示灯，并启动50 s 的延时（该延时时间根据各相关道岔长度、列车车长、道岔侧向通过速度等，选择最不利情况计算得出，并留有一定余量）；50 s 的延时后，现场操作员可利用现地控制开关，将道岔从远程模式切换为本地模式。道岔控制柜的本地指示器亮，允许现场操作员利用本地模式转动道岔。若现地控制开关退出本地模式，指示器熄灭。

图5 道岔切换至本地模式的运营操作流程

4.2 设备处理流程

道岔切换至本地模式的设备处理流程见图6。道岔控制柜通过道岔-信号接口，通知OCS 道岔本地模式激活，同时，道岔控制柜不再接受来自信号系统的控制命令及使能输出。OCS将道岔本地模式转换信息上报给计算机联锁。即使在道岔本地模式下，OCS 也需持续接收道岔位置及工作模式状态。当收到OCS发来的本地模式后，联锁系统立即判定道岔处于远程封锁状态，停止向道岔发送控制命令，关闭相关进路的始端信号机，同时分别向ATS 和ZC 上报道岔远程封锁命令。ATS 根据联锁系统的信息，停止办理经过本地模式状态道岔的进路，并将列车扣停在道岔所在区间的上游站台。ZC收到道岔封锁命令后，激活道岔冲突点，并将此状态同时发送给ATS进行显示。通过车地无线通信，撤回道岔区域列车的移动授权，避免列车进入道岔区域。通信列车接收到来自ZC的移动授权后，根据列车与道岔区域的距离远近，车载ATP/ATO系统触发常用或者紧急制动。而非通信列车以信号机状态作为行车凭证。若列车避让不及，侵入道岔区域，则可在50 s的延时内，经人工指挥驶离道岔区域。

图6 道岔切换至本地模式的设备处理流程

同样，在道岔从本地模式切换为远程模式后，经办理相关操作，信号系统再次获得道岔控制命令及使能输出，道岔控制柜的现地控制开关将无法控制道岔转动。特别的，在本地模式下的道岔封锁状态，并不会因为道岔控制模式转换而自动恢复，需要ATS调度员解除道岔远程封锁状态。

5 结论

对于单轨换梁型、枢轴型道岔所需的单开、对开、多开的多种控制命令及采集信息，该接口设计能够做到互斥检查和使能状态反馈检查，运用全电子联锁带来的高可靠性、易维护性特点，保证信号系统与道岔系统接口的功能和安全要求。

针对道岔控制模式的转换，本文从运营操作和系统防护2 个方面，分析了道岔现地操作切换流程。道岔控制柜模式切换的延时机制，以及现场操作人员各类操作流程限制，保证了道岔现地操作的安全性。同时信号ATP 系统通过回撤移动授权、联锁系统通过道岔封锁的方式，保证列车不侵入道岔区段，最终确保行车安全。