車站區(qū)間一體化信號安全控制系統(tǒng)方案的探討

楊 斌，王燕芹，孔維珍

（蘭州交通大學 自動化與電氣工程學院，碩士研究生，甘肅 蘭州 730070）

車站區(qū)間一體化信號技術代表當今世界鐵路信號控制技術的發(fā)展方向，它將是我國既有鐵路提速、客運專線、貨運專線、高速鐵路及城市軌道交通建設急需的信號安全控制技術。

近幾年來，由于計算機技術、網(wǎng)絡技術廣泛地運用于鐵路行車指揮系統(tǒng)、車站聯(lián)鎖系統(tǒng)和一些列控系統(tǒng)等設備，信號技術在數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡化等方面已經(jīng)取得了長足的進步，車站聯(lián)鎖設備已由繼電聯(lián)鎖向計算機聯(lián)鎖全面過渡。但區(qū)間、電碼化的控制邏輯及站間聯(lián)系還停留在繼電水平，同時車站和區(qū)間設備分屬2套系統(tǒng)，二者之間仍以繼電方式聯(lián)系。因此，研制一套車站區(qū)間統(tǒng)一控制、區(qū)間控制設備計算機化的站區(qū)一體化系統(tǒng)是大勢所趨。區(qū)間列控與車站聯(lián)鎖一體化的方案可以有多種，本文特提出一種不改變既有信號設備的技術標準、外型尺寸和安裝方式，僅改變控制方式的車站區(qū)間一體化技術方案。

1 車站區(qū)間一體化的必要性

車站區(qū)間一體化的目的是通過系統(tǒng)集成和創(chuàng)新，提高系統(tǒng)的可靠性與安全性，增強系統(tǒng)信息共享的能力，提高車站區(qū)間的管理效率。

1.1 列控系統(tǒng)與車站聯(lián)鎖的邏輯電路重疊 列控系統(tǒng)和車站聯(lián)鎖都要與CTCS（或TDCS）微機監(jiān)測進行數(shù)據(jù)交換［1］。車站聯(lián)鎖與區(qū)間列控系統(tǒng)分別設立是由于歷史原因形成的。鐵路信號初期是先有獨立的車站聯(lián)鎖，而區(qū)間閉塞是由簡單的通話閉塞、路簽閉塞、半自動閉塞后形成自動閉塞。在自動閉塞大規(guī)模建設時，車站聯(lián)鎖系統(tǒng)已經(jīng)形成，而新的自動閉塞是在車站既有聯(lián)鎖基礎上增加，從而形成2個系統(tǒng)。先期的自動閉塞是二顯示或三顯示，相對信息量小、接口少，少量繼電器即可完成。隨著列車速度的提高和信息量增加，接口工作量越來越大，2個系統(tǒng)之間的關系也更加密切。車站聯(lián)鎖和區(qū)間列控在邏輯電路上已經(jīng)重疊，和TDCS或CTC的信息交換內(nèi)容也有大量的重疊。

1.2 車站區(qū)間一體化的優(yōu)越性 在目前的鐵路干線中，車站是由車站聯(lián)鎖控制，區(qū)間是由列控中心控制。車站區(qū)間一體化就是指車站和區(qū)間統(tǒng)一由集中聯(lián)鎖來控制，即在每個車站或中繼站設置一個集中聯(lián)鎖控制系統(tǒng)，它不僅實現(xiàn)本站的聯(lián)鎖邏輯控制，而且還處理區(qū)間閉塞控制及聯(lián)鎖；每個集中聯(lián)鎖系統(tǒng)控制1個車站和該站左、右各半個區(qū)間，每個集中聯(lián)鎖又與相鄰的集中聯(lián)鎖相互通信。這樣可以充分實現(xiàn)車站與區(qū)間之間的信息共享，減少了設備數(shù)量，提高了車站和區(qū)間的管理效率。

2 設計原則及設計思想

2.1 設計原則 區(qū)間列控與車站聯(lián)鎖一體化的方案可有多種，其差異在于實現(xiàn)的方式和接口平臺的不同。本設計不改變既有信號設備的技術標準、技術條件、技術指標、外型尺寸和安裝方式，僅改變控制方式，由繼電器接口改為計算機通信接口，由繼電器邏輯控制改為計算機邏輯控制，采用三取二方式提高系統(tǒng)安全性，采用冗余方式提高其可靠性。傳輸通道選用抗干擾、抗沖擊能力強的光通道。車站聯(lián)鎖站內(nèi)部分仍可維持既有的控制監(jiān)測模式［2］。

2.2 設計指導思想 一體化的基本控制系統(tǒng)是計算機聯(lián)鎖。其指導思想是將區(qū)間閉塞與區(qū)間軌道電路作為車站聯(lián)鎖軌道電路的一部分進行采集，編碼由車站聯(lián)鎖驅(qū)動輸出控制，通過信號點燈作為車站聯(lián)鎖列車信號的一部分進行驅(qū)動控制。而方向電路、站間聯(lián)系電路、電碼化電路、閉環(huán)檢查和鎖頻信號發(fā)送電路、個別進站點有源點式應答器，目前已經(jīng)由車站聯(lián)鎖控制。

3 車站區(qū)間一體化的系統(tǒng)分析

車站區(qū)間一體化核心思想就是把車站看作是1個具有聯(lián)鎖關系的特殊區(qū)間，把此特殊區(qū)間嵌入到一般區(qū)間中去，以此來實現(xiàn)整條線路區(qū)間化。對車站處理的具體方法是把它劃分為2個特殊的區(qū)間，即從進站信號機到出站信號機看作一個區(qū)間，從出站信號機到一離去信號機處為另一個區(qū)間［3］。

3.1 系統(tǒng)總體結構 系統(tǒng)采用雙重冗余CAN現(xiàn)場總線構建安全數(shù)據(jù)網(wǎng)絡交換通道，實現(xiàn)安全數(shù)據(jù)毫秒級實時交換。地面控制中心采用三取二容錯方式，通過安全現(xiàn)場總線向各區(qū)段軌道電路發(fā)送單元下達發(fā)碼命令，并接收各單元得到譯碼結果，構成自動閉塞邏輯關系?？刂浦行腃PU板、CAN總線、電源等關鍵模塊采用三重冗余結構，任何的單點故障不影響系統(tǒng)的工作。I/O模塊，接收模塊為二乘二取二方式［4］。

一體化設備從功能上可分為5個部分，即控制中心部分、車站I/O部分、區(qū)間部分、電碼化部分和電源部分。以雙重冗余CAN現(xiàn)場總線構建安全通信網(wǎng)絡，以容錯計算機構成地面控制中心，使信號設備進一步簡化，提高系統(tǒng)整體可靠性，與其它系統(tǒng)有良好的接口。系統(tǒng)結構如圖1所示。

圖1 車站區(qū)間一體化系統(tǒng)結構圖

3.2 系統(tǒng)各部分結構

3.2.1 控制中心部分 控制中心部分主要包括地面控制中心機柜、維修機。地面控制中心機機柜放在微機室，安裝聯(lián)鎖機、監(jiān)控機、通信控制器、光端機。維修機放在微機室值班操作臺上。

3.2.2 車站I/O部分 車站I/O部分主要包括車站執(zhí)行機柜、防雷接口架。車站執(zhí)行機柜放在微機室，安裝智能安全I/O模塊。防雷接口架安裝在機械室，繼電器驅(qū)動采集線在防雷接口架匯總。

3.2.3 區(qū)間部分 區(qū)間部分主要包括區(qū)間執(zhí)行機、移頻綜合架、自動閉塞室外設備。區(qū)間執(zhí)行機柜安裝發(fā)送單元、接收單元、功放單元、衰耗濾波單元。移頻綜合架在機械室，安裝電纜模擬單元、防雷單元。自動閉塞室外設備包括匹配單元（BP）、調(diào)諧單元（BA）、平衡線圈（SVA）、補償電容等。區(qū)間部分系統(tǒng)結構，如圖2所示。

3.2.4 電碼化部分 電碼化部分主要包括電碼化執(zhí)行機、電碼化接口架、電碼化室外設備。

3.2.5 電源部分 電源部分包括電源柜，放在微機室，安裝UPS、UPS切換器、24V電源、24V電池。

4 結束語

由于該設備采用先進的計算機網(wǎng)絡技術和數(shù)字信號處理技術，采用模塊化結構，通過改變軟件和硬件組合，可以構成滿足不同線路需求的列控地面設備。通過充分利用計算機網(wǎng)絡通信、數(shù)字信號處理等先進成熟技術并采用已有成熟設備兼容現(xiàn)場等有效措施，使整個系統(tǒng)結構合理緊湊，設備數(shù)量顯著減少，設備綜合投資大幅度下降，大大簡化了外圍繼電電路，提高了系統(tǒng)的可靠性和安全性，從而為高速鐵路的發(fā)展提供先進的信號安全控制系統(tǒng)。

［1］林瑜筠.區(qū)間信號自動控制［M］.北京：中國鐵道出版社，2009.

［2］李浩，王強.武九線車站區(qū)間一體化信號安全控制系統(tǒng)［J］.鐵路通信信號工程技術，2005，（2）：7-9.

［3］高建國，陳光武，苗成偉，吳偉楷.車站區(qū)間一體化的研究與仿真［J］.鐵路計算機應用，2011，（1）：20-22.

［4］郭進，陳紅霞，楊揚.站間微機化自動閉塞系統(tǒng)雙機冗余系統(tǒng)設計［J］.西南交通大學學報，2005，40（4）：484-487.