城市轨道交通全电子计算机联锁改造工程设计方案

2022-04-26张家铭代守双

铁路通信信号工程技术 2022年4期

张家铭，代守双

（1．北京全路通信信号研究设计院集团有限公司，北京 100070；2．重庆市轨道交通（集团）有限公司，重庆 400020）

1 概述

近年来，国内城市化建设进程加快，城市轨道交通建设速度随之快速增长，城市轨道交通的运营总里程、客运量也不断增加。早期建成开通的线路已运营15～20年左右，信号系统设备已到大修改造期，接近生命周期末端。随着信号系统设备开始老化，设备故障率逐渐升高，日常检修维护越来越频繁，亟需通过大修改造保证既有线路安全运营。

目前，既有运营线路信号系统多采用的是与继电器执行电路结合的计算机联锁系统。联锁计算机实现联锁逻辑运算；继电器执行电路实现计算机联锁与信号室外设备的接口，采用配线复杂的接口电路控制接口继电器实现对信号室外设备的驱动输出和状态采集。继电器执行电路存在占用空间大、配线复杂、维护性差、扩展性差等不足。

全电子计算机联锁是基于高可靠容错安全计算机系统的新一代计算机联锁系统，具有高安全性、高可靠性、维护便利、占用空间小、易扩展等优点，采用计算机技术、电力电子开关技术、自动控制技术，实现了从联锁运算到执行控制和状态监测的全电子一体化设计，具备在线、快速、完备的自检测和自诊断功能，避免了继电器执行电路所固有的安全隐患和缺陷，提高了信号系统的技术装备水平。

2 全电子计算机联锁系统架构

联锁系统依据层次可划分为人机会话层、联锁逻辑层、执行层以及室外设备。

传统的计算机联锁设备在执行层包括：I/O机柜、接口柜、组合柜和防雷分线柜；全电子计算机联锁设备的执行层为电子执行单元和防雷分线柜，等同于将传统的计算机联锁设备执行层中的I/O机柜、接口柜、组合柜统一集成至电子执行单元内。传统计算机联锁设备和全电子联锁设备的联锁逻辑层、人机会话层构成和功能一致。

传统计算机联锁和全电子计算机联锁的系统架构对比如图1所示。

图1 传统计算机联锁和全电子计算机联锁系统架构对比Fig.1 Comparison between architectures of traditional computer interlocking system and all-electronic computer interlocking system

3 全电子计算机联锁过渡倒切方案

全电子计算机联锁改造工程实施时，轨旁及室内信号设备尽量利旧。在全电子计算机联锁设备安装、调试期间，为保证线路正常运营，减少改造风险，需利用倒切设备实现全电子计算机联锁设备和既有计算机联锁设备对室外设备的控制及状态采集。

过渡倒切方案设计原则如下：

1）在全电子计算机联锁系统安装、调试期间，以及后期对既有联锁设备、过渡倒切设备的拆除过程中，保证不影响运营效率和系统性能；

2）在全电子计算机联锁系统安装、调试期间，以及后期对既有联锁设备、过渡倒切设备的拆除过程中，保证列车运行安全和施工安全；

3）在全电子计算机联锁系统安装、调试期间，以及后期对既有联锁设备、过渡倒切设备的拆除过程中，新、旧信号设备需独立运行，保证过渡期间新系统调试工作；

4）过渡倒切设备需进行必要的测试及试验，保证倒切设计简单、操作便捷，便于后期拆除。

根据过渡倒切方案设计原则，调试期间，在信号设备室防雷分线柜或组合柜处设置倒切开关。通过控制继电器的励磁实现倒切。白天正常运营时，倒切开关接通既有计算机联锁设备；夜间调试时，倒切开关接通全电子计算机联锁设备。倒切开关设备可由安全继电器控制电路、转换开关等组成。作为整个信号系统一部分，倒切开关安全完整性等级应满足SIL4级要求。倒切原理如图2所示。

图2 倒切原理Fig.2 Switching principle

4 全电子计算机联锁改造方案

城市轨道交通信号系统改造首先要确保列车运行安全。因此，在选择城市轨道交通信号系统和设备改造方案时，宜采用相对成熟、可靠性高的技术。在满足功能需求、节约成本的基础上，采取持续改进的策略，有效降低对既有运营线路的影响。本文将既有运营线路中一个联锁区集中站的计算机联锁设备作为改造研究对象，并参考国内早期开通线路，将多信息无绝缘轨道电路作为轨道区段占用检测和车地通信设备。

全电子计算机联锁改造方案示意如图3所示。

图3 全电子计算机联锁改造方案Fig.3 Reconstruction scheme for all-electronic computer interlocking system

4.1 与信号机、转辙机的接口

全电子联锁主机与信号机、转辙机之间通过电子执行单元中的信号机模块、转辙机模块实现接口，同时取消既有灯丝报警仪。电子执行单元将信号机点灯状态、灯丝状态和道岔表示状态周期性反馈给联锁主机，并接收联锁主机的命令输出安全信号控制信号机和转辙机设备。

室外信号机、转辙机线缆经防雷分线柜进入倒切机柜，倒切柜一侧端子接至既有信号机点灯电路和转辙机控制电路，另一侧端子接至电子执行单元的信号机模块和转辙机模块，通过倒切开关实现既有联锁或全电子联锁对室外信号机、转辙机的采集和控制。

信号机点灯电源、继电器工作电源和转辙机动作电源、表示电源采用电源屏的相应回路电源接入倒切机柜，倒切机柜一侧端子接至相应组合柜零层给组合供电，另一侧端子接至全电子联锁电子执行单元机柜的相应电源端子给信号机模块和转辙机模块供电。在实施中需要新敷设相应的电源电缆。

正常运营期间室外道岔转辙机、信号机归既有计算机联锁控制，信号机点灯电源、继电器工作电源和转辙机动作、表示电源倒切在组合柜侧，调试期间和改造完成后期经过倒切机柜转换至全电子联锁进行控制，同时相应电源倒切至电子执行单元侧，如图4 所示。

图4 信号机、转辙机倒切方案Fig.4 Switching plan for signal and switch machine

4.2 与轨道电路低频发码设备接口

通常情况下，既有联锁通过串口方式与轨道电路低频发码设备接口，全电子计算机联锁与轨道电路低频发码设备接口与既有保持一致。

全电子计算机联锁基于既有的联锁与轨道电路低频发码设备的接口方式和通信协议进行适配。全电子计算机联锁或既有联锁与轨道电路低频发码设备的接口通过倒切机柜实现倒切，正常运营期间倒切至既有联锁与轨道电路低频发码设备进行连接，调试期间和改造完成后既有联锁停用，倒切至全电子计算机联锁设备与轨道电路低频发码设备接口。

4.3 与既有列车自动监控（ATS）系统的接口

通常情况下，既有ATS系统与计算机联锁子系统的通讯采用安全通信协议的RJ-45接口交换数据。

新增设的全电子计算机联锁与ATS之间使用冗余网络连接，硬件连接是使用标准的RJ-45端子及双绞线物理连接，新增设的现地控制工作站和联锁主机均需要接入ATS网（联锁主机和现地控制工作站各预留两个端口），软件方面基于既有的联锁与ATS接口文件修改。实施中需要新敷设自全电子联锁设备至既有ATS系统之间的线缆，运营期间断开全电子联锁和既有ATS的网络连接，调试期间和后续改造完成后恢复全电子联锁和既有ATS的连接，断开既有ATS和既有计算机联锁（CI）的连接。

4.4 与相邻站联锁的接口

正线联锁与相邻站联锁采用数字接口，通过冗余信号骨干网相连。

新增全电子联锁与正线联锁采用网络接口实现站间信息互传，需要邻站开放网络接口，软件方面基于既有的CI-CI接口文件修改，实现新增联锁与既有联锁的站间通信。实施中需要新敷设自全电子联锁设备至本站既有联锁机柜内部接至临站联锁的站间光缆转换设备的网线，运营期间将来自临站联锁的光缆转换设备插上既有联锁设备的网线，调试期间和后续改造完成后将来自临站联锁的光缆转换设备插上全电子联锁设备的网线，断开既有联锁和既有站间的连接。