厂矿企业铁路信号联锁设备分析

朱建华，单 鹏，黄建兵

（中国石化集团茂名石油化工公司铁路运输公司，广东 茂名 300387）

中国石化集团茂名石油化工有限公司铁运分部（以下简称“铁运分部”）位于茂名市油城二路，创建于1958年10月10日，铁运分部有工业站、袂花站和金塘站3个铁路站，铁路线总长77 km、道岔164组、30股道，其中工业站场有19股道、金塘站5股道、袂花站6股道；道口69个，其中厂内道口28个、厂外道口41个；铁路桥梁15座，其中大桥2座、中桥8座、小桥5座；铁路涵洞103个，各铁路专用线共有装卸（洗）车位624个。

信号设备是铁路运输的关键设备，关系到铁路运输的生产和安全，多年来茂名石化联锁设备陈旧，上千个继电器设备出问题后，排查困难，经过公司多次研究开会考察，决定对这批陈旧设备进行彻底整改。

1 6502电气集中与全电子计算机联锁比较

茂名石化原有信号控制采用6502电气集中。随着设备的老化，故障率频发，尤其是站场改造尤为复杂，且耗时长，不能满足日益发展的铁路运输需求。复杂的6502电路对维护人员的技术要求也特别高。复杂、低效、安全隐患等因素，必须要升级为新一代计算机联锁系统。

在分析的过程中可以发现在铁路信号控制当中，全电子计算机联锁系统是铁路信号控制的新一代设备，它主要将计算机控制技术作为其核心内容，将电力电子开关技术作为基础内容，借助计算机技术以及自动检测技术等实现对铁路信号的控制。这一整个系统将继电器运用电子执行单元进行代替，这主要是因为其不仅体积小，而且还拥有十分强大的功能，组网工作相对更为方便，能够为铁路的自动化提供更多的技术支持。

联锁系统充分考虑了安全控制系统的RAMS（可靠性、可用性、可维护性、安全性）四大基本特征.。

模块采用欧标认证的小型进口安全型继电器进行接点控制，实时回读接点状态，保证输出安全可靠。

2 简单快捷化维护

一般来说，联锁系统能够在最大程度上对系统结构进行简化，它采用一些当前阶段计算机行业当中最为先进的技术，从铁路信号设计的方方面面入手，采用模块化以及单元化的设计理念，在对室外各种信号设备进行控制时以模块化为单元。

模块执行还具备对外线路进行保护的功能，不再使用一些容易老化的熔断器而采用南非开关，这能够使得信号故障当中最多的问题得到解决。由于很多功能都需要依靠软件的操作才能够实现，而软件属于是一种没有磨损的产品，所以在调试成功之后就不再需要后期的维修。此外，由于直接采用电缆将模块执行单元控制与室外设备相连，在机柜之间不需要使用连接线，所以室内设备的故障将会大大减少。

模块当中还具备相当完善的自检功能，故障化计算机联锁系统设备将会对所有的计算机运行状态实时进行检测，并将检测的结果展示出来，而且模块更换也更为方便，处理故障时就会更加方便。之前在对故障处理时，往往都是遵守先查找故障，然后对故障进行判断，最后修复故障的顺序，采用这一系统设备之后，当发现故障之后直接就将故障单元替换掉，大大缩短排除系统故障的时间。

3 经济效益分析

采用计算机联锁集中控制后，信号值班员的指挥工作将会更加方便，能够使得进路办理的时间大大缩短，使得值班人员的劳动条件得到改善，最终使得人力资源投入大幅降低，增加运输设备的使用效率，统计值班信号员减员成果分析如下：

节约成本计算：集中后每班减员2人，共减员4×4班=16人，人均6万元/年，一年减少支出16×6=96万元。

4 6502电气集中与计算机联锁的差异

随着铁路的不断发展，信号设备也在不断更新，但是由于6502电气集中存在着一定的局限性，很容易就会出现不方便管理的情况，而且还与一些新技术不能够配套使用。从这一方面来说，6502电气集中已经很难满足铁路发展的实际需求。从一定程度上来说，这一控制系统将计算机控制技术与通信技术相互结合在一起，具有非常高的安全性。而计算机联锁的基本功能是以6502电路电气集中的联锁电路作为依据，运用计算机的巨大优势针对6502电路当中存在的一些问题进行完善，下本主要针对这一方面的问题进行分析。

6502电路：列车运行前方区段瞬间红光带而后恢复，由于红光带的区段FDGJ↑→QJJ↓，所以这一区段可以采用人工的方式进行，但是运用计算机联锁却不会出现这种情况。

6502电路：进路是人工解锁的过程中发生，若接近轨道瞬时分路不良， JYJ↑， 12线立即供电，进路可错误解锁，但是运用计算机就不会出现这种情况。

6502电路：某区段红光带，当引导信号被开放之后，由于原红光带的区段QJJ不↑→LJ不↓→C J不↓，因此当列车在进入到原红光带之后，就可以马上将这一引导进路取消，同样在计算机联锁当中不会这样。

6502电路：如果在已经开放的一些信号接近区出现瞬间分路不良的情况，就可以立即将已经锁闭的进路取消掉，但是如果将计算机联锁信号开放之后，一旦接近的区段被占用过，进路就一定会产生延时解锁的情况。

6502电路：当列车开出之后，在咽喉区这一区域就可以按照反方向对折返的车信号进行调整，原来出发的列车还未完成的路程将会按照中途返回的形式进行解锁，但是在计算机联锁当中就不会自动解锁。

计算机联锁：当列车运行的前方出现岔道时将会出现间断表示，一旦车经过之后将不会解锁断表示的区段，但是在6502电路当中却没有这一功能。

6502电路：当进站信号开放之后，列车在接近的过程中，一旦信号因为各种原因关闭，引导将会直接开放，而如果借助计算机联锁对引导进路解锁进行办理时，会出现三分钟左右的延迟解锁时间。

5 现有计算机联锁系统分析

（1）从一定程度上来说，在车站当中运用计算机联锁能够确保行车的过程中更加安全，使得行车运输的效率大大提升。现阶段我国常见的计算机联锁主要有以下四种类型：

传统计算机联锁系统。由计算机系统和部分6502继电器电路组成。这种系统的结构复杂，占用面积大，维护、改造都非常困难。

我国最早是在1984年开始对计算机联锁系统进行研制，在当前阶段，计算机联锁系统是铁路运输中最为核心的安全控制系统，将原来的6502电气集中系统取代了。但是在计算机联锁系统大规模使用的过程中出现了越来越多的问题。在计算机联锁系统当中还保留了将近30%的继电电路，其占地面积十分大，接线非常多，很容易就会出现故障。此外由于连锁软件对知识产权进行保护，所以整个系统是完全封闭的，不能够深入而且全面控制联锁软件，测试的范围也大大受限。

（2）PLC加6502继电器接口电路。由PLC逻辑控制器和部分6502继电器柜组成。这种系统的结构仍然复杂，电路设计时采用闭环检查的办法保证安全，不能做到板级故障检查，存在安全隐患。铁道部管辖的线路甚至明确规定禁止使用PLC结构的联锁系统。为生产安全着想，不建议采用此类型的联锁系统。

（3）全电子计算机联锁。这类联锁高电压通过电子开关可控硅去控制室外设备，而当可控硅被击穿后，很有可能会导致室外设备勿动，存在不安全因素。

（4）模块化计算机联锁系统。此类系统全部取消6502的重力式继电器，采用欧标微型继电器与电子电路集成，并且通过单片机控制继电器的闭合和断开。其室外设备的控制电压则通过这些微型继电器接点将电送出，以达到室内控制室外的目的，且每一个执行模块内部电路的输出均采用双套电路2取2设计原则，保证信号系统的安全性、可靠性！另外因为此类系统的结构简单，占用面积小，改造用时短，维护简单而深受广大用户的好评。

基于以上四类系统比较，并结合现场实际作业频繁的情况，在站场改造期间最大化的不影响其正常作业、方便日后维护、保证系统安全可靠稳定的运行、甚至可以由客户自行站场改造。茂名石化采用青迈启迪公司自主研发并且获得相关资质证明的QM-I型全电子模块化计算机联锁系统。

从一定程度上来说，计算机联锁系统是车站当中为了确保行车安全而使用的一种控制设备，能够确保行车更加安全，而且还能够更好地对劳动条件进行改善。

这三十几年的发展往往都是注重如何提升计算机当中软硬件安全性的变化，但这一层面的计算机联锁系统作用只是用计算机软件简单地替代原有6502的联锁逻辑功能，而继电器接口层依然保留了近30%继电器作为接口电路。

由于传统的计算机联锁系统整体设计思想上依然保留6502的结构，造成计算机联锁系统从设计到后续施工复杂、周期较长、故障范围广，维护的工作量及难度均较大等一系列的问题。从某种程度上严重影响了日益繁忙的铁路运输工作。

QM-I型全电子模块化计算机联锁系统符合铁道部颁布的《计算机联锁技术条件》。在保证系统安全、可靠、稳定的前提下，软、硬件采用“模块化”的思想设计开发，采用一些最为先进的技术，对性能更加可靠以及安全更加有保障的车站联锁系统进行设计。

6 系统特点

6.1 专业化研制

系统由一批专业从事计算机联锁系统软硬件工程师倾力研制。充分考虑了安全控制系统的RAMS（可靠性、可用性、可维护性、安全性）四大基本特征，历时数年研制完成。

模块采用欧标认证的小型进口安全型继电器进行接点控制，实时回读接点状态，保证输出安全可靠。

6.2 标准化设计和工厂化施工

联锁系统真正意义上实现了软、硬件模块化设计。该系统真正意义上实现了100%工厂化施工。

6.3 占地面积小

系统取消了所有6502继电器，所以取消了原本占地面积很大的继电器接口柜，这样能够使得占地面积大大降低，例如针对一个40组道岔的车站来说，6502电气集中往往采用20个组合架，其他计算机联锁机柜加各种接口柜合计为9个机柜左右。本系统仅为6502电气集中的1/5；其他计算机联锁系统的1/2左右。极少的占地面积，用户不用再担心站场改扩建需考虑新建信号楼的问题。

6.4 高效的二次开发

联锁系统的联锁软件依附于硬件模块，而且针对消息传递以及模块拼装这些方面的思路来说，其与传统6502的15条网络线以及拼图设计的方式非常类似。无论是站场改造还是站场新建，基于McCAD图形编程软件使用方面，并提供离线模拟仿真功能。在有足够的系统硬件配置的情况下，很容易实现对既有站场改建或扩建。

6.5 扩展性强

联锁系统往往需要在网络传输平台的基础上建立，因此其相对来说比较容易控制，即使是远端的一些车站也不再需要联锁机就能够实现对整个区域的联锁。如果远端车站设置联锁机就能够很方便的实现区域调度集中。开放的IO总线，只需通过光缆即可构成区域联锁和区域调度集中。

6.6 兼容性强

联锁系统能与其他各种外部系统进行连接，通过安全接口和标准协议实现数据交互。联锁系统与各种外部系统的兼容性强，具备将不同厂家的各种系统集成到一个平台的能力。

7 系统结构原理，如图1

图1 联锁系统结构原理图

8 系统层次结构

QM-I型全电子计算机联锁系统由硬件和软件共同完成，在正常工作时，主机负责联锁运算与I/O控制，备机与主机实时通信，实现数据交换，并与主机保持同步。在主机故障时备机自动上升为主机，接替系统的输出I/O控制，实现主、备机无缝切换，同时不会产生错误输出。处于同步状态的备机发生故障后，自动降为冷备，并发出故障报警，待故障修复后，自动又进入同步状态。备机和主机之间具有跟踪同步功能，备机开始正常运行时，能在最短时间内实现主、备机同步，大大提高系统的可用性。

9 全电子执行单元

全电子执行单元通过四种标准模块（SW、SIG、TC、SIO）完成对室外设备驱动和采集的功能。

SW模块，SIG模块，TC模块，SIO模块统称IO模块。每种IO模块硬件和软件上均由两套相互独立电路组成，采用二取二的安全原则进行控制。

模块控制的信号设备数量需要进行综合考虑，即要考虑经济效益，也要根据站场布置合理分配控制数量。确保因某一块模块故障对站场造成的影响减少到最低。某一块模块故障不会影响到其它模块的正常运行。

计算机联锁系统组合完成模块、断路器、分线端子间的配线，控制室外设备。组合分为4种：SW组合、SIG组合、TC组合、SIO组合。每种组合由组合框、模块机笼、南非断路器、万可分线端子等组成。见图2。

图2 CPU联锁模块，SIG模块，TC模块，SW模块，SIO模块（组由左至右）

系统内部采用南非断路器，具有更高的安全可靠性、技术先进性。

每架信号机的点灯电源与每组道岔的动作电源均采用欧标安全型继电器双接点一对一独立输出，执行单元通过欧标安全型继电器接点实现强、弱电电气隔离。

10 全电子执行单元替代6502继电器说明

全电子执行单元通过四种标准模块（SIG、SW、TC、SIO）模块完成对室外设备驱动和采集的功能。

SIG模块可代替原有6502信号组合的所有继电器：

列 车 信 号 只 保 留 了LXJ、DJ、TXJ、2UJ、2UDJ、YXJ、2LJ、LUJ等，这些继电器已经集成到了信号模块内。

调车信号只保留了DXJ、DJ，这些继电器已经集成到了信号模块内。

SW模块可代替原有6502道岔组合的所有继电器：

道岔模块只保留了DCJ、FCJ、DBJ、FBJ，这些继电器已经集成到了道岔模块内。

TC模块可代替原有6502轨道组合的所有继电器：

轨道模块通过传感器反映区段状态，代替原有480继电器。

SIO模块可代替原有6502零散组合的所有继电器：

零散模块根据各种联系电路的具体电路进行设计，通过零散模块的驱动和采集接口电路来实现。

11 结论

文章从6502电气集中与计算机联锁的分析对比出发，结合企业自身的运输管理需求。提出采用计算机联锁系统的必要性。并从国产几种类型的计算机联锁系统分析中选择最适合企业铁路运输的全电子计算机联锁系统。并对全电子计算机联锁系统进一步分析其系统特点，从安全性、易用性、可维护性方面进行深入解析。6502电气集中升级计算机联锁是大势所趋，但需要在众多的计算机联锁制式中选择最适合地方企业铁路运输需要的。需要从经济成本、安全性、稳定性、易用性、可扩展性、可维护性等各方面综合考虑。