铁路信号设备的自动化控制技术研究

2022-12-21张华兴

运输经理世界 2022年23期

张华兴

（中铁十六局集团第五工程有限公司，河北唐山 064000）

0 引言

在对铁路行车进行控制时，利用信号技术使列车驾驶员获得有关信息。从广义上讲，铁路信号装置能将各种设备和各种数据结合起来，能显示、传输有关数据和控制相关铁路设备。随着信息技术的飞速发展，铁路信号设备的现代化程度进一步提高，相关技术也得到了飞速发展，特别是与现代通信技术紧密结合，保证了数据的传输质量。采用安全防护技术，是防止运输事故，特别是防止行车事故的有效手段，是铁路运输安全体系中的重要组成部分。

1 铁路信号设备自动化控制技术发展的必要性

铁路是我国目前较为安全的交通方式，铁路信号设备的安全直接决定铁路行车的安全。铁路信号的安全性主要表现在功能安全和技术安全两个方面，功能安全是指系统在无故障的正常工作中保证行车安全的性能，技术安全是指系统发生故障后能够故障导向安全。为了保障这两个方面的安全，必须提高铁路部门维修人员的技术水平。同时，要结合现代科技，进一步提高铁路的安全水平，从而使列车运行安全得到保障。当前，铁路信号设备逐步向自动化方向发展，行车调度也日趋简化，从而有效减轻了工作人员维护和劳动的成本。随着计算机联锁技术的发展，铁路信号的自动化程度不断提高，对铁路建设起到了积极作用。先进的铁路信号设备和控制系统使铁路的自动化程度和安全性得到了极大程度的提升。

2 铁路信号设备计算机联锁的应用原理

计算机联锁是以计算机为主要技术手段实现车站联锁的信号系统。简单来说就是将现场设备状态通过继电器接口电路送入计算机，计算机处理后显示在显示器上，供值班人员随时了解掌握现场情况。当值班人员需要排列进路或其他操作时，用鼠标或控制台按钮将操作命令送入计算机。计算机对操作命令结合现场设备状态进行有关逻辑运算，认为可执行时，发出控制命令，动作相关的接口继电器，由继电器构成的现场设备动作电路，驱动现场设备动作，被控设备动作之后的新状态及联锁状态又送至显示器显示。

随着列车运行，计算机不断运算联锁逻辑，自动关闭信号，解锁进路，显示相应的进路状态。计算机联锁应能满足各种车站规模和运输作业的需要，保证行车安全，提高运输效率，改善劳动条件，并具备大信息量和联网能力。计算机联锁中的继电器可以很好地解决故障导向安全的问题，因此被认为是铁路设备中最关键的组成部分。

3 铁路信号安全型继电器

继电器是铁路设备自动控制的基础。为保证其安全、有效的运行，铁路工作人员普遍采用安全保护措施。在铁路信号系统中，凡是涉及行车安全的继电器必须采用安全型继电器。所谓安全型继电器，结构必须符合故障导向安全的要求，是一种故障不对称器件。当故障状态时，它的前节点闭合的概率远小于后节点闭合的概率。安全型继电器的主要构造是重力式保护，一般采用插接型，而且独立存在。为了保证其洁净性、防爆性，会安装一个防尘盖或者防爆防尘盖，既可以延长其使用寿命，又可以保证继电器的使用安全。铁路信号安全型继电器主要分为以下几种。

3.1 有极型继电器

有极型继电器通常具有吸起位置和落下位置两种情况，其内部磁系统中增加了磁钢，以永久磁钢为主，辅以磁轭。在连接电源时，根据线圈中电流极性的不同而具有吸起和落下两种稳定状态。当线圈中通过正向电流时，继电器吸起，断电后仍保持在吸起位置；通以反方向电流时，继电器打落，断电后保持在落下位置。这两种状态在线圈中电流消失后，仍能继续保持，达到稳定的工作状态。

3.2 无极型继电器

无极型继电器的工作原理是利用电磁力对继电器进行控制，进而推拉。此种继电器在铁道信号设备中也得到了广泛应用，采用“重力恒定”原理在线圈断电时强制动和接点断开。采用银-银氧化镉接点，具有较强的防粘连、接触电阻小等特点。磁路采用剩磁较小的电磁纯铁材料，并在衔铁与铁心闭合处安装止片，保证磁路的最小空气间隙，防止磁路的铁磁零件磁化，确保继电器高效工作。

3.3 整流式继电器

整流式继电器是无极型继电器的升级版，继电器内部安装了半导体二极管电路，可以让继电器在使用中更加安全，并且通过整流电路的二次处理。在输入线圈中进行二次处理，使继电器的寿命更长，信号传输也更安全、更方便，从而达到对信号的自动控制，保障铁路设备的高效性和安全性。

4 铁路信号设备自动化控制技术研究

4.1 合理设计控制电路

铁路信号设备在实现自动控制时，必须全面掌握自动化技术，以保证列车运行的安全，从而为铁路信号设备系统的正常工作打下良好基础。在采用自动控制技术时，必须科学地选用继电器。由于继电器的种类繁多，功能也各不相同，因此在选用时必须与控制参数相符，确保所选用的继电器达到有关的电路控制规范。在对电路进行控制时，还要对继电器的串行数目进行控制，保证继电器正常工作。

4.2 加强设备定位

在应用铁路信号设备的过程中，利用自动控制技术可以实现对铁路设备的定位处理。在铁路信号装置的工作状态下，可以进行位置识别，从而使继电器的位置精度得到进一步提高。在具体定位时，工作人员要确保列车信号设备的定位状态和继电器的位置状态一致，避免出现运行偏差等问题[1]。

4.3 检测轨道和道岔

轨道和道岔是铁路信号设备系统控制的关键部件。通过自动监控技术，可以全面了解铁路线路的运行状况，有效地监控线路上的变化，并对相应的数据进行精确的记录。当线路发生故障时，维修人员可以通过对线路上的监控数据进行分析，找出故障的具体位置和原因，以便及时解决。同时，工作人员还可以根据实际的线路条件，设定出标准线路。从目前国内的轨道运营状况分析，线路故障比较普遍。故障在瞬息之间发生，维修人员难以对设备的状态进行有效控制，而且对故障的发生地点也无法做出正确判断。一旦处理不当，将导致严重的事故。采用自动化监控技术可以有效地解决这一问题，对轨道和道岔进行全方位监控，一旦出现故障，维修人员就能迅速发现故障的位置和原因，并及时采取相应的对策，提高故障的处理效率。

4.4 科学修正设备

在铁路信号实际应用中，外部因素会对铁路信号设备造成很大的影响，严重时会造成系统失效的问题。因此，必须对铁路信号设备进行调整和维修，以保证其有效性和稳定性。在通常情况下，接点系统维修时，工作人员要对接点处、托片等相关部位进行严格的检查，接点处要焊接牢固，不允许有任何损坏。对于安装的偏差要及时进行调整，以保证整个系统的稳定性。工作人员在调节磁路和连接系统时，应采取集中调节的方式，接点架之间的距离应大于4mm。若接点架的间距达不到有关规范的规定，则必须对其进行调整，并采取相应的加强措施，以保证维修效果[2]。

5 铁路信号设备自动化控制技术的应用策略

5.1 设立调度集中系统

铁路信号设备要达到集中控制的目的，必须熟练地掌握CTC 核心技术，并运用调度集中系统，有效地突破传统技术限制，达到对目标的控制效果，从而为列车安全运行打下坚实的基础。在一定区段内设立调度集中系统，集中控制各个区段的信号设备，从而实现对列车运行的统一指挥。在实际应用中，铁路信号设备管理人员可以按照调度中心的要求，对监控区域内的铁路信号进行集中监控，使各分机与总机之间可以互相连接。当调度集中控制总机发出发送控制命令后，调度中心就可以对信号设备进行集中的控制，把列车信号设备的信息实时、精确地传送到总机，实现调度统一及控制统一的目标。在调度中心，利用该平台，铁路信号设备管理人员可以实时了解信号设备的运行状况，并在屏幕上做出响应，使工作人员随时发现设备的故障，制定出相应的对策。另外，随着科技发展，铁路信号设备的调度集中系统的应用越来越广泛，这将进一步提高系统的自动化、智能化和信息化程度，从而合理控制信号设备。

5.2 强化控制计算机联锁系统

在铁路信号设备中，采用自动控制技术可以提高信号系统的智能化程度，更好地利用自动控制技术的优点，达到自动化管理的目的。利用计算机技术，提高铁路信号的控制效率，特别是对铁路道岔和线路的控制。在铁路道岔和线路上安装联锁装置，对道岔和线路进行控制，实现铁路信号控制，保证列车的安全。通过计算机联锁控制，可以实现对铁路信号的自动检测，将工作人员的控制信息反馈到列车的实际运行状态中，避免在联锁控制中出现差错，确保信号监控的精确性。铁路信号设备工作人员必须全面掌握信号系统的工作状况，制订出切实可行的控制方案，依据已有的计划，对信号系统进行优化、试验，确保信号系统的正常工作[3]。

5.3 建立统一的信号模型

随着科学技术的发展，铁路信号设备的技术水平得到了极大的提高，而采用常规继电器联锁难以适应目前铁路信号设备的需要。为了有效控制信号设备，必须采用先进的技术，特别是CTC 通信信号控制技术。为了进一步发挥铁路信号设备的控制效果，加强与铁路信号的集成，使其与铁路信号技术相结合[4]，工作人员要根据列车的实际运行状况，建立相应的监控系统，实时监控设备的运行状况。利用现代的计算机技术和信息技术，可以使铁路信号设备实现统一的控制目标，逐步提高智能化控制水平，减少工作人员的工作量，提升铁路信号设备的控制效果。另外，由于采用自动控制系统，需要有效处理信号设备的分散问题，确保我国铁路的信号设备向自动化、智能化的方向发展。例如，利用LZB 技术，对各种指标进行有效的控制，打破传统信号设备的限制，既提高列车的可靠性，也降低列车的运行及维护成本。

5.4 注重检修及调整继电器

为确保铁路信号设备实现自动控制，保障其正常工作，必须对继电器进行不定时的检修，并根据有关情况及时进行调整，防止出现意外[5]。在对继电器进行检测时，应检查其内部的线圈和磁回路，观察是否有磨损及接点是否能正常工作，检测电枢是否出现变形问题。同时，对保护装置的接触系统进行全面监控，以保证接触装置与磁轭间的间隔合理。若不合理应及时进行检修、调试，以保证其正常工作，并使继电器处于有效的工作状态。有关部门的管理人员要经常进行培训和学习，提高专业水平，对各种故障做出及时分析和处理。最后，要把理论和实际结合起来，充分理解和掌握铁路信号和信号装置中继电器匹配和自动控制原理，并不断进行创新工作，使铁路信号的自动控制变得更有效、更安全。

5.5 统筹控制铁路信号

利用智能技术可以迅速分析列车信号集中监控系统的报警信息，增强与知识库的联系，合理配置维修人员，及时发现故障，并发布维修命令，远程指挥故障处理。建立文字资料管理系统，保证设备故障应急处理系统的一体化发展，并严格按照设备原理图和技术资料，对故障处理程序进行调整，把设备的故障现象通过图片和文字记录传送给统一管理中心。另外，在对报警信息和知识库进行关联配置时，必须根据报警类型、设备类型及报警内容，智能地判断线路，得出故障报警时间，便于工作人员结合报警信息，尽快找出故障，并且做好故障处理计划，防止铁路信号故障影响铁路的正常运行，从而切实提升铁路运行的实际效率[6]。

5.6 高精度虚拟模拟技术

利用高精度虚拟模拟技术，为高铁信号工程的开通试验提供了丰富的方法和实际的、多环节的、强耦合的运行场景，以防止由于试验不彻底而造成行车事故，从高铁信号工程项目建设初期确保高铁运输安全。同时，高精度虚拟仿真技术还采用信号设备故障、行车事故模拟等手段，展示铁路信号系统“强安全、精细化、集成化”的突出特点，建设铁路信号设备测试平台，搭建智能化高铁培训平台，为培养高水平科研人才和高技能产业奠定基础。