朱建華，單 鵬，黃建兵

（中國石化集團茂名石油化工公司鐵路運輸公司，廣東 茂名 300387）

中國石化集團茂名石油化工有限公司鐵運分部（以下簡稱“鐵運分部”）位于茂名市油城二路，創(chuàng)建于1958年10月10日，鐵運分部有工業(yè)站、袂花站和金塘站3個鐵路站，鐵路線總長77 km、道岔164組、30股道，其中工業(yè)站場有19股道、金塘站5股道、袂花站6股道；道口69個，其中廠內(nèi)道口28個、廠外道口41個；鐵路橋梁15座，其中大橋2座、中橋8座、小橋5座；鐵路涵洞103個，各鐵路專用線共有裝卸（洗）車位624個。

信號設(shè)備是鐵路運輸?shù)年P(guān)鍵設(shè)備，關(guān)系到鐵路運輸?shù)纳a(chǎn)和安全，多年來茂名石化聯(lián)鎖設(shè)備陳舊，上千個繼電器設(shè)備出問題后，排查困難，經(jīng)過公司多次研究開會考察，決定對這批陳舊設(shè)備進行徹底整改。

1 6502電氣集中與全電子計算機聯(lián)鎖比較

茂名石化原有信號控制采用6502電氣集中。隨著設(shè)備的老化，故障率頻發(fā)，尤其是站場改造尤為復(fù)雜，且耗時長，不能滿足日益發(fā)展的鐵路運輸需求。復(fù)雜的6502電路對維護人員的技術(shù)要求也特別高。復(fù)雜、低效、安全隱患等因素，必須要升級為新一代計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)。

在分析的過程中可以發(fā)現(xiàn)在鐵路信號控制當(dāng)中，全電子計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)是鐵路信號控制的新一代設(shè)備，它主要將計算機控制技術(shù)作為其核心內(nèi)容，將電力電子開關(guān)技術(shù)作為基礎(chǔ)內(nèi)容，借助計算機技術(shù)以及自動檢測技術(shù)等實現(xiàn)對鐵路信號的控制。這一整個系統(tǒng)將繼電器運用電子執(zhí)行單元進行代替，這主要是因為其不僅體積小，而且還擁有十分強大的功能，組網(wǎng)工作相對更為方便，能夠為鐵路的自動化提供更多的技術(shù)支持。

聯(lián)鎖系統(tǒng)充分考慮了安全控制系統(tǒng)的RAMS（可靠性、可用性、可維護性、安全性）四大基本特征.。

模塊采用歐標(biāo)認(rèn)證的小型進口安全型繼電器進行接點控制，實時回讀接點狀態(tài)，保證輸出安全可靠。

2 簡單快捷化維護

一般來說，聯(lián)鎖系統(tǒng)能夠在最大程度上對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進行簡化，它采用一些當(dāng)前階段計算機行業(yè)當(dāng)中最為先進的技術(shù)，從鐵路信號設(shè)計的方方面面入手，采用模塊化以及單元化的設(shè)計理念，在對室外各種信號設(shè)備進行控制時以模塊化為單元。

模塊執(zhí)行還具備對外線路進行保護的功能，不再使用一些容易老化的熔斷器而采用南非開關(guān)，這能夠使得信號故障當(dāng)中最多的問題得到解決。由于很多功能都需要依靠軟件的操作才能夠?qū)崿F(xiàn)，而軟件屬于是一種沒有磨損的產(chǎn)品，所以在調(diào)試成功之后就不再需要后期的維修。此外，由于直接采用電纜將模塊執(zhí)行單元控制與室外設(shè)備相連，在機柜之間不需要使用連接線，所以室內(nèi)設(shè)備的故障將會大大減少。

模塊當(dāng)中還具備相當(dāng)完善的自檢功能，故障化計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)設(shè)備將會對所有的計算機運行狀態(tài)實時進行檢測，并將檢測的結(jié)果展示出來，而且模塊更換也更為方便，處理故障時就會更加方便。之前在對故障處理時，往往都是遵守先查找故障，然后對故障進行判斷，最后修復(fù)故障的順序，采用這一系統(tǒng)設(shè)備之后，當(dāng)發(fā)現(xiàn)故障之后直接就將故障單元替換掉，大大縮短排除系統(tǒng)故障的時間。

3 經(jīng)濟效益分析

采用計算機聯(lián)鎖集中控制后，信號值班員的指揮工作將會更加方便，能夠使得進路辦理的時間大大縮短，使得值班人員的勞動條件得到改善，最終使得人力資源投入大幅降低，增加運輸設(shè)備的使用效率，統(tǒng)計值班信號員減員成果分析如下：

節(jié)約成本計算：集中后每班減員2人，共減員4×4班=16人，人均6萬元/年，一年減少支出16×6=96萬元。

4 6502電氣集中與計算機聯(lián)鎖的差異

隨著鐵路的不斷發(fā)展，信號設(shè)備也在不斷更新，但是由于6502電氣集中存在著一定的局限性，很容易就會出現(xiàn)不方便管理的情況，而且還與一些新技術(shù)不能夠配套使用。從這一方面來說，6502電氣集中已經(jīng)很難滿足鐵路發(fā)展的實際需求。從一定程度上來說，這一控制系統(tǒng)將計算機控制技術(shù)與通信技術(shù)相互結(jié)合在一起，具有非常高的安全性。而計算機聯(lián)鎖的基本功能是以6502電路電氣集中的聯(lián)鎖電路作為依據(jù)，運用計算機的巨大優(yōu)勢針對6502電路當(dāng)中存在的一些問題進行完善，下本主要針對這一方面的問題進行分析。

6502電路：列車運行前方區(qū)段瞬間紅光帶而后恢復(fù)，由于紅光帶的區(qū)段FDGJ↑→QJJ↓，所以這一區(qū)段可以采用人工的方式進行，但是運用計算機聯(lián)鎖卻不會出現(xiàn)這種情況。

6502電路：進路是人工解鎖的過程中發(fā)生，若接近軌道瞬時分路不良， JYJ↑， 12線立即供電，進路可錯誤解鎖，但是運用計算機就不會出現(xiàn)這種情況。

6502電路：某區(qū)段紅光帶，當(dāng)引導(dǎo)信號被開放之后，由于原紅光帶的區(qū)段QJJ不↑→LJ不↓→C J不↓，因此當(dāng)列車在進入到原紅光帶之后，就可以馬上將這一引導(dǎo)進路取消，同樣在計算機聯(lián)鎖當(dāng)中不會這樣。

6502電路：如果在已經(jīng)開放的一些信號接近區(qū)出現(xiàn)瞬間分路不良的情況，就可以立即將已經(jīng)鎖閉的進路取消掉，但是如果將計算機聯(lián)鎖信號開放之后，一旦接近的區(qū)段被占用過，進路就一定會產(chǎn)生延時解鎖的情況。

6502電路：當(dāng)列車開出之后，在咽喉區(qū)這一區(qū)域就可以按照反方向?qū)φ鄯档能囆盘栠M行調(diào)整，原來出發(fā)的列車還未完成的路程將會按照中途返回的形式進行解鎖，但是在計算機聯(lián)鎖當(dāng)中就不會自動解鎖。

計算機聯(lián)鎖：當(dāng)列車運行的前方出現(xiàn)岔道時將會出現(xiàn)間斷表示，一旦車經(jīng)過之后將不會解鎖斷表示的區(qū)段，但是在6502電路當(dāng)中卻沒有這一功能。

6502電路：當(dāng)進站信號開放之后，列車在接近的過程中，一旦信號因為各種原因關(guān)閉，引導(dǎo)將會直接開放，而如果借助計算機聯(lián)鎖對引導(dǎo)進路解鎖進行辦理時，會出現(xiàn)三分鐘左右的延遲解鎖時間。

5 現(xiàn)有計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)分析

（1）從一定程度上來說，在車站當(dāng)中運用計算機聯(lián)鎖能夠確保行車的過程中更加安全，使得行車運輸?shù)男蚀蟠筇嵘，F(xiàn)階段我國常見的計算機聯(lián)鎖主要有以下四種類型：

傳統(tǒng)計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)。由計算機系統(tǒng)和部分6502繼電器電路組成。這種系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，占用面積大，維護、改造都非常困難。

我國最早是在1984年開始對計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)進行研制，在當(dāng)前階段，計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)是鐵路運輸中最為核心的安全控制系統(tǒng)，將原來的6502電氣集中系統(tǒng)取代了。但是在計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)大規(guī)模使用的過程中出現(xiàn)了越來越多的問題。在計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)當(dāng)中還保留了將近30%的繼電電路，其占地面積十分大，接線非常多，很容易就會出現(xiàn)故障。此外由于連鎖軟件對知識產(chǎn)權(quán)進行保護，所以整個系統(tǒng)是完全封閉的，不能夠深入而且全面控制聯(lián)鎖軟件，測試的范圍也大大受限。

（2）PLC加6502繼電器接口電路。由PLC邏輯控制器和部分6502繼電器柜組成。這種系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)仍然復(fù)雜，電路設(shè)計時采用閉環(huán)檢查的辦法保證安全，不能做到板級故障檢查，存在安全隱患。鐵道部管轄的線路甚至明確規(guī)定禁止使用PLC結(jié)構(gòu)的聯(lián)鎖系統(tǒng)。為生產(chǎn)安全著想，不建議采用此類型的聯(lián)鎖系統(tǒng)。

（3）全電子計算機聯(lián)鎖。這類聯(lián)鎖高電壓通過電子開關(guān)可控硅去控制室外設(shè)備，而當(dāng)可控硅被擊穿后，很有可能會導(dǎo)致室外設(shè)備勿動，存在不安全因素。

（4）模塊化計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)。此類系統(tǒng)全部取消6502的重力式繼電器，采用歐標(biāo)微型繼電器與電子電路集成，并且通過單片機控制繼電器的閉合和斷開。其室外設(shè)備的控制電壓則通過這些微型繼電器接點將電送出，以達到室內(nèi)控制室外的目的，且每一個執(zhí)行模塊內(nèi)部電路的輸出均采用雙套電路2取2設(shè)計原則，保證信號系統(tǒng)的安全性、可靠性！另外因為此類系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡單，占用面積小，改造用時短，維護簡單而深受廣大用戶的好評。

基于以上四類系統(tǒng)比較，并結(jié)合現(xiàn)場實際作業(yè)頻繁的情況，在站場改造期間最大化的不影響其正常作業(yè)、方便日后維護、保證系統(tǒng)安全可靠穩(wěn)定的運行、甚至可以由客戶自行站場改造。茂名石化采用青邁啟迪公司自主研發(fā)并且獲得相關(guān)資質(zhì)證明的QM-I型全電子模塊化計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)。

從一定程度上來說，計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)是車站當(dāng)中為了確保行車安全而使用的一種控制設(shè)備，能夠確保行車更加安全，而且還能夠更好地對勞動條件進行改善。

這三十幾年的發(fā)展往往都是注重如何提升計算機當(dāng)中軟硬件安全性的變化，但這一層面的計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)作用只是用計算機軟件簡單地替代原有6502的聯(lián)鎖邏輯功能，而繼電器接口層依然保留了近30%繼電器作為接口電路。

由于傳統(tǒng)的計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)整體設(shè)計思想上依然保留6502的結(jié)構(gòu)，造成計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)從設(shè)計到后續(xù)施工復(fù)雜、周期較長、故障范圍廣，維護的工作量及難度均較大等一系列的問題。從某種程度上嚴(yán)重影響了日益繁忙的鐵路運輸工作。

QM-I型全電子模塊化計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)符合鐵道部頒布的《計算機聯(lián)鎖技術(shù)條件》。在保證系統(tǒng)安全、可靠、穩(wěn)定的前提下，軟、硬件采用“模塊化”的思想設(shè)計開發(fā)，采用一些最為先進的技術(shù)，對性能更加可靠以及安全更加有保障的車站聯(lián)鎖系統(tǒng)進行設(shè)計。

6 系統(tǒng)特點

6.1 專業(yè)化研制

系統(tǒng)由一批專業(yè)從事計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)軟硬件工程師傾力研制。充分考慮了安全控制系統(tǒng)的RAMS（可靠性、可用性、可維護性、安全性）四大基本特征，歷時數(shù)年研制完成。

模塊采用歐標(biāo)認(rèn)證的小型進口安全型繼電器進行接點控制，實時回讀接點狀態(tài)，保證輸出安全可靠。

6.2 標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計和工廠化施工

聯(lián)鎖系統(tǒng)真正意義上實現(xiàn)了軟、硬件模塊化設(shè)計。該系統(tǒng)真正意義上實現(xiàn)了100%工廠化施工。

6.3 占地面積小

系統(tǒng)取消了所有6502繼電器，所以取消了原本占地面積很大的繼電器接口柜，這樣能夠使得占地面積大大降低，例如針對一個40組道岔的車站來說，6502電氣集中往往采用20個組合架，其他計算機聯(lián)鎖機柜加各種接口柜合計為9個機柜左右。本系統(tǒng)僅為6502電氣集中的1/5；其他計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的1/2左右。極少的占地面積，用戶不用再擔(dān)心站場改擴建需考慮新建信號樓的問題。

6.4 高效的二次開發(fā)

聯(lián)鎖系統(tǒng)的聯(lián)鎖軟件依附于硬件模塊，而且針對消息傳遞以及模塊拼裝這些方面的思路來說，其與傳統(tǒng)6502的15條網(wǎng)絡(luò)線以及拼圖設(shè)計的方式非常類似。無論是站場改造還是站場新建，基于McCAD圖形編程軟件使用方面，并提供離線模擬仿真功能。在有足夠的系統(tǒng)硬件配置的情況下，很容易實現(xiàn)對既有站場改建或擴建。

6.5 擴展性強

聯(lián)鎖系統(tǒng)往往需要在網(wǎng)絡(luò)傳輸平臺的基礎(chǔ)上建立，因此其相對來說比較容易控制，即使是遠端的一些車站也不再需要聯(lián)鎖機就能夠?qū)崿F(xiàn)對整個區(qū)域的聯(lián)鎖。如果遠端車站設(shè)置聯(lián)鎖機就能夠很方便的實現(xiàn)區(qū)域調(diào)度集中。開放的IO總線，只需通過光纜即可構(gòu)成區(qū)域聯(lián)鎖和區(qū)域調(diào)度集中。

6.6 兼容性強

聯(lián)鎖系統(tǒng)能與其他各種外部系統(tǒng)進行連接，通過安全接口和標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。聯(lián)鎖系統(tǒng)與各種外部系統(tǒng)的兼容性強，具備將不同廠家的各種系統(tǒng)集成到一個平臺的能力。

7 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理，如圖1

圖1 聯(lián)鎖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖

8 系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)

QM-I型全電子計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)由硬件和軟件共同完成，在正常工作時，主機負責(zé)聯(lián)鎖運算與I/O控制，備機與主機實時通信，實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，并與主機保持同步。在主機故障時備機自動上升為主機，接替系統(tǒng)的輸出I/O控制，實現(xiàn)主、備機無縫切換，同時不會產(chǎn)生錯誤輸出。處于同步狀態(tài)的備機發(fā)生故障后，自動降為冷備，并發(fā)出故障報警，待故障修復(fù)后，自動又進入同步狀態(tài)。備機和主機之間具有跟蹤同步功能，備機開始正常運行時，能在最短時間內(nèi)實現(xiàn)主、備機同步，大大提高系統(tǒng)的可用性。

9 全電子執(zhí)行單元

全電子執(zhí)行單元通過四種標(biāo)準(zhǔn)模塊（SW、SIG、TC、SIO）完成對室外設(shè)備驅(qū)動和采集的功能。

SW模塊，SIG模塊，TC模塊，SIO模塊統(tǒng)稱IO模塊。每種IO模塊硬件和軟件上均由兩套相互獨立電路組成，采用二取二的安全原則進行控制。

模塊控制的信號設(shè)備數(shù)量需要進行綜合考慮，即要考慮經(jīng)濟效益，也要根據(jù)站場布置合理分配控制數(shù)量。確保因某一塊模塊故障對站場造成的影響減少到最低。某一塊模塊故障不會影響到其它模塊的正常運行。

計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)組合完成模塊、斷路器、分線端子間的配線，控制室外設(shè)備。組合分為4種：SW組合、SIG組合、TC組合、SIO組合。每種組合由組合框、模塊機籠、南非斷路器、萬可分線端子等組成。見圖2。

圖2 CPU聯(lián)鎖模塊，SIG模塊，TC模塊，SW模塊，SIO模塊（組由左至右）

系統(tǒng)內(nèi)部采用南非斷路器，具有更高的安全可靠性、技術(shù)先進性。

每架信號機的點燈電源與每組道岔的動作電源均采用歐標(biāo)安全型繼電器雙接點一對一獨立輸出，執(zhí)行單元通過歐標(biāo)安全型繼電器接點實現(xiàn)強、弱電電氣隔離。

10 全電子執(zhí)行單元替代6502繼電器說明

全電子執(zhí)行單元通過四種標(biāo)準(zhǔn)模塊（SIG、SW、TC、SIO）模塊完成對室外設(shè)備驅(qū)動和采集的功能。

SIG模塊可代替原有6502信號組合的所有繼電器：

列 車 信 號 只 保 留 了LXJ、DJ、TXJ、2UJ、2UDJ、YXJ、2LJ、LUJ等，這些繼電器已經(jīng)集成到了信號模塊內(nèi)。

調(diào)車信號只保留了DXJ、DJ，這些繼電器已經(jīng)集成到了信號模塊內(nèi)。

SW模塊可代替原有6502道岔組合的所有繼電器：

道岔模塊只保留了DCJ、FCJ、DBJ、FBJ，這些繼電器已經(jīng)集成到了道岔模塊內(nèi)。

TC模塊可代替原有6502軌道組合的所有繼電器：

軌道模塊通過傳感器反映區(qū)段狀態(tài)，代替原有480繼電器。

SIO模塊可代替原有6502零散組合的所有繼電器：

零散模塊根據(jù)各種聯(lián)系電路的具體電路進行設(shè)計，通過零散模塊的驅(qū)動和采集接口電路來實現(xiàn)。

11 結(jié)論

文章從6502電氣集中與計算機聯(lián)鎖的分析對比出發(fā)，結(jié)合企業(yè)自身的運輸管理需求。提出采用計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的必要性。并從國產(chǎn)幾種類型的計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)分析中選擇最適合企業(yè)鐵路運輸?shù)娜娮佑嬎銠C聯(lián)鎖系統(tǒng)。并對全電子計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)進一步分析其系統(tǒng)特點，從安全性、易用性、可維護性方面進行深入解析。6502電氣集中升級計算機聯(lián)鎖是大勢所趨，但需要在眾多的計算機聯(lián)鎖制式中選擇最適合地方企業(yè)鐵路運輸需要的。需要從經(jīng)濟成本、安全性、穩(wěn)定性、易用性、可擴展性、可維護性等各方面綜合考慮。