PLC技術在機務段道岔信號系統中的應用

摘要：應用PLC（可編程序控制器）技術，通過設計機務段道岔信號系統控制電路和程序，實現各道岔之間和信號機之間的邏輯聯鎖，達到監控機務段道岔信號機的目的。

關鍵詞 ： 可編程序控制器； 機務段；道岔信號機；邏輯聯鎖

1 . 引言

隨著鐵路快速發展，機車運行量的增加，增添了機車調度工作的難度。機務段股道連接復雜，國內的信號系統一般采用6502電氣集中控制，控制電路采用大量的繼電器形成各道岔信號機的邏輯聯鎖關系，這需要配備若干個繼電器控制臺對各道岔信號機分段控制，形成一個龐大的信號控制系統。為此， 設計一套安全可靠、操作方便、結構緊湊的信號機控制系統， 確保運輸生產安全意義重大。以PLC 控制器組成的機務段內信號機控制系統能自動檢測道岔準確位置，既提高設備運行的安全性和可靠性，又利于調度員快速掌控股道連接情況。

可編程序控制器（ PLC） 采用計算機控制技術， 將繼電器觸點軟件化，構成邏輯關系十分復雜的控制系統， 硬件體積小，硬件采用模塊化設計， 便于維修，軟件編程十分方便，PLC 的安全可靠性遠高于繼電器， 因此， 它很適合于鐵路道岔信號機控制系統的應用。

2. 系統的組成和工作原理

2.1. 系統的組成

PLC控制器組成的控制臺、站塊道岔位置實時采集控制電路、實時道岔表示電路、道岔模擬顯示裝置、室外信號機輸出控制電路、室外各主線、分線電纜盒。

2.2. 系統工作原理

由于站場內股道連接十分復雜、調車作業頻繁，為確保道岔控制邏輯準確無誤，必需依據各個站場的行車組織實地進行調研，以編制控制邏輯圖，依據控制邏輯圖再編制系統的控制程序。道岔是股道連接的關鍵部分。為了確保安全， 系統采用在道岔上加裝

兩個行程開關，用以采集道岔定位和反位及用于判斷道岔兩邊扳動是否到位。所有股道的連通情況均通過行程開關的狀態反映出來， 并輸入到中央控制臺，PLC通過其內部所編制的程序來控制段內信號機的開放。在股道的出口處根據需要設置了信號機， 通過開通不同顏色的信號燈顯示股道連通情況， 信號燈由中央控制臺輸出信號進行控制。各行程開關和信號機均應采用獨立的電纜連通， 避免相互干擾， 便于維修。

中央控制臺包括PLC、中間繼電器輸入、輸出部分， 以及顯示面板和操作臺部分。面板上用LED 光條顯示器構成了股道的光帶顯示， 并在相應光帶股道的出口處設置了與室外信號機工作同步的信號機指示燈。在操作臺上還設置了信號機狀態指示燈和信號機手動控制開關， 以及故障聲光報警等其他功能開關。系統工作時， PLC 從輸入點讀入道岔行程開關狀態。經過程序分析處理后， PLC 一方面輸出信號點亮有關的LED 光條， 顯示股道實時連通情況； 為方便操作人員確認現場道岔連通情況，在顯示面板上只顯示一條正確的進路，只有在顯示一條完整的股道進路后，該股道信號機才具備開放條件，另一方面， 根據股道連通情況， 輸出信號點亮操作臺上相關的信號機狀態指示燈， 顯示出哪些信號燈可以被手動控制開關點亮。機調人員可以隨時撥通控制開關， 于是輸出信號經中間繼電器點亮相應的信號燈和面板上相應信號機指示燈。

3. 硬件電路設計

3.1. 外部信號控制電路

考慮到室外控制距離長和室外高壓電網的影響，故沒有采用道岔定、反位信號直接進入PLC輸入I/O接口，而是通過道岔的定、反位行程開關來控制繼電器線圈，其繼電器觸點動作開閉信號作為道岔定、反位的表示信號，送入PLC輸入I/O接口，達到室內線路和室外線路兩次隔離的目的，確保了控制系統在運行中不受外部電場的干擾。

3.2 信號機輸出電路

根據信號機的輸出電路原理， 一個輸出點控制一臺信號機。輸出點是否閉合取決于道岔連通情況。（繼電器的常閉觸點控制藍燈，即禁止信號；繼電器的常開觸點控制白燈，即通行信號）當道岔連通股道后，在滿足現場控制邏輯的情況下，相應股道出口處的信號可以被開放， 于是對應該信號機的輸出點閉合。扳道人員根據進路需要，搬到道岔位置，室內設置了與信號機同步動作的模擬控制板，方便作業人員確認現場機車進路情況，只有在機車進路準確無誤時，信號燈才會開通。在信號開通后，其相應的進路上道岔位置如果發生變化，信號燈將會自動關閉。

3.3 股道光帶顯示面板

面板上由LED 光條組成了機務段內全部股道的連接示意圖。所有股道以道岔為分斷點形成過渡股道段和停車股道段。采用PLC 輸出信號分段點亮各股道段的方式進行控制。控制程序根據道岔連通情況進行判斷， 輸出信號并顯示被連通的股道段，以示意股道連通情況， 并作為信號機輸出信號的判斷依據。

4. 控制程序設計

信號機的PLC 控制系統工作程序流程圖。程序設計分為2部分， 即由道岔行程開關決定連通股道顯示， 以及連通股道決定信號機輸出狀態。信號機輸出信號采用互鎖邏輯控制。程序首先讀入道岔行程開關的狀態， 并對各道岔進行邏輯互異關系的檢查。若因搬動道岔或行程開關故障而出現同一道岔且2 個行程開關狀態相同時， 控制程序會自動鎖閉，使無信號輸出，使相關股道信號燈無法開通。 于是可即時看到非正常工作的道岔。若超過一定時間仍不能恢復正常， 則發出聲光報警， 提示必須進行處理， 而其他部分仍能正常工作。

股道光帶顯示有兩種方式可供選擇使用。一般情況下在選排進路正確以后，相應的光帶才能發光，其它光帶則無反應。當需要察看各個道岔的實際位置時， 可選擇道岔狀態顯示方式。這時各段光帶點亮的條件是兩邊道岔均接通該股道段。由于每一道岔只有兩路分支， 因此， 可通過各段股道光帶的亮和滅，判斷出所有道岔接通的實際位置。

信號機輸出信號的互鎖是一個必須考慮的安全性問題。雖然信號機開放通行信號是由人撥動開關來控制的， 但必須防止人的誤動作。當兩條停車股道被接通后， 兩個方向都有可能行車， 這時PLC 輸出信號使兩邊的信號機狀態指示燈都亮。機調人員在撥動其中一個信號機的控制開關時， 點亮該信號機的通行燈， 同時其開關狀態也進入PLC。程序根據該開關狀態在互鎖邏輯的控制下， 斷開另一邊信號機的輸出信號， 使其信號機狀態指示燈暗。即使撥動另一個信號機的控制開關， 也不可能點亮另一個方向的信號通行燈。只有在先前的信號機手動開關復位時， 另一方向上的信號機通行燈才有可能被點亮， 從而保證了任意時刻只能有一個方向的信號可以被開放。

5. 結束語

隨著鐵路生產力布局的調整及朝發夕至、夕發朝至列車的增加，機車集中到達站場的情況日益突出，這些都對整備場的整備能力提出了更高的要求。本系統以PLC 為控制器， 以道岔行程開關為檢測元件組成的計算機實時監控系統。系統的集成度、可靠性、邏輯運算能力和其他輔助功能均優于普通的繼電器，這不僅提高了整備場作業的安全性，而且提高了整備場的整備能力。因此，系統具有良好的應用前景。該系統在廣州鐵路集團長沙機務段已使用1 年多， 運行一切正常。采用PLC技術控制信號系統是安全性最高，成本最低的方法。

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