普速自動閉塞系統采用計算機編碼的方案探討

李 鵬

（中鐵工程設計咨詢集團有限公司，北京 100055）

1 概述

隨著我國鐵路建設和發展，普速鐵路自動閉塞系統已成熟并廣泛使用，為提高運輸效率、特別是滿足我國日益增長的貨運能力需求起著至關重要的作用。目前新建或改造普速雙線自動閉塞線路時，自動閉塞系統均采用ZPW-2000系列發碼設備，采用繼電器編碼和控制區間信號機顯示，采用繼電方向電路，并利用電纜傳輸站間聯系信息，該方案需設置大量繼電器及組合柜等設備、占用較大的信號設備房屋，同時增加設計、施工、運營維護的工作量及勞動強度。

近年來，客運專線鐵路在國內大范圍建成及投入運營，客專信號技術已趨于完善、成熟，其核心設備車站列控中心在客專信號系統中起著至關重要的作用，車站列控中心具有軌道電路編碼、應答器報文儲存和調用、區間信號機點燈控制、站間安全信息（區間軌道電路狀態、中繼站臨時限速信息、區間閉塞和方向條件等信息）傳輸功能，根據軌道電路、進路狀態及臨時限速等信息產生行車許可，并通過軌道電路及有源應答器將行車許可傳送給列車?？蛯Ｗ詣娱]塞系統由于列控中心的使用，大大減少了繼電器、組合柜的使用，減少站間聯系電纜的敷設，閉塞系統更加集成化、模塊化和智能化。

如圖1所示，客專列控中心具有普速自動閉塞系統所需的軌道電路編碼、區間信號機點燈控制、站間信息傳輸等功能，本文著重探討普速自動閉塞系統采用與客專列控中心相似的計算機編碼設備的方案，以下從技術、經濟以及運營維護3個方面分析方案的可行性。

2 普速自動閉塞系統采用編碼計算機設備方案可行性分析

2.1 技術可行性分析

2.1.1 編碼計算機設備

如圖2所示，普速鐵路自動閉塞系統利用計算機完成軌道電路編碼、區間信號機點燈控制和站間聯系信息的傳輸功能，該計算機編碼設備可按以下兩種方案實施。

方案一、設置獨立的區間編碼計算機設備

采用與行車指揮系統、聯鎖系統相對獨立的區間編碼計算機設備。該方案的優點是編碼計算機設備與行車指揮系統、聯鎖系統相對獨立，各系統故障、維修期間互不影響，同時可借鑒已成功上道并廣泛使用的客專列控中心設備硬件平臺，減少研發難度；缺點是需增加計算機主機等設備的投資。

方案二、利用聯鎖系統主機擴展區間編碼功能

利用成熟的聯鎖系統主機擴展區間編碼功能模塊，用于區間控制的功能模塊與聯鎖共用主機，即聯鎖、閉塞一體化（聯鎖、列控一體化）設備。該方案優點是使信號系統更加集成化，便于區間、站內結合部分功能的實現；缺點是系統主機故障時，同時影響站內和區間行車安全及運輸效率，且目前國內暫無聯鎖、列控一體化的實施案例及成熟的設備，對聯鎖系統改動較多，研發難度較大。

為減少各系統間互相干擾，減小研發難度，采用方案一，該編碼計算機設置獨立的二乘二取二硬件安全冗余結構。編碼用計算機設備可充分利用國內成熟的客專列控系統車站列控中心設備平臺，并相應簡化、取消列控中心設備的應答器報文儲存和調用等客專獨有的功能模塊。采用計算機完成軌道電路編碼、區間信號機點燈控制和站間聯系信息的傳輸功能。

2.1.2 普速自動閉塞系統編碼軟件

編碼計算機根據區間軌道區段占用情況，利用軟件進行邏輯運算并控制軌道電路發碼和信號機點燈，為進一步提高閉塞系統整體安全性，確保列車運行安全，增加區間正常占用和邏輯占用軟件邏輯檢查判斷功能。

按安全性要求劃分軟件安全性完善度等級，并采取與確定等級相適應的技術措施。根據所劃分的安全性完善度等級，遵照軟件質量保證體系、軟件生命周期來設計、開發和測試軟件。為使軟件達到確定的安全性完善度等級，采用可靠性和安全性技術進行設計，如容錯設計（N版本、恢復塊）、避錯、冗余、降額、自測試（失效故障測試）、動態重構、故障屏蔽，以及利用智能技術實現的操作合理性檢查，對難以修正的危險側輸出和信息傳輸中斷時的安全處理及其他異常處理等。

2.1.3 工程設計

2.1.3.1 系統原理

編碼計算機與聯鎖主機接口，采集GJ狀態，接收聯鎖的車站進路信息和來自軌道電路的列車占用軌道區段信息，控制軌道電路的低頻信息編碼，并驅動區間軌道電路方向繼電器，控制軌道電路的發碼方向；對列車在區間的走行進行三點邏輯檢查，對軌道電路占用、出清、非正常邏輯進行判斷和報警，并采取必要的防護措施；驅動點燈繼電器完成區間信號機點燈控制，同時采集燈絲繼電器狀態，對燈絲斷絲做相應處理，使其具備紅燈轉移功能。

車站編碼計算機將自身運行狀態和內部邏輯狀態實時地傳遞給運輸調度指揮系統和信號集中監測系統；中繼站編碼計算機將自身的運行狀態和內部邏輯狀態實時地傳遞給所屬車站編碼計算機和信號集中監測系統。

2.1.3.2 系統構成

車站及中繼站室內設置區間編碼計算機、區間移頻柜、網絡接口柜、組合柜、ZPW-2000系列發送器、接收器、冗余衰耗器、模擬網絡設備、點燈隔離變壓器、繼電器等設備以及編碼計算機與聯鎖設備、運輸調度指揮設備、信號集中監測設備間的接口。室外設置與傳統普速自動閉塞系統室外信號機、軌道電路、信號電纜等一致的信號設備。

設置區間改方組合，由ZGFJ、FGFJ、FJ繼電器組成，設置軌道區段組合，由相應的區段軌道繼電器GJ組成，設置方向組合，各區段相應設置方向繼電器FQJ，設置點燈組合，對應每架通過信號機相應設置DJ、HJ、UJ、LJ、LUJ繼電器。

2.1.3.3 通信通道

車站之間除設置普速線路標準配置的運輸調度指揮系統網絡通道、信號集中監測網絡通道外，另需設置站聯信息及方向控制信息光通道，同時減少站間聯系電纜的設置。

2.2 經濟可行性分析

2.2.1 采用計算機編碼與采用繼電編碼比較

1）車站

增加編碼計算機及其與聯鎖設備、運輸調度指揮設備間的接口、站聯信息數據網絡等設備；減少繼電器、組合柜等設備，相應減少信號設備房屋面積。

2）中繼站

增加編碼計算機及站聯信息數據網絡等設備；減少繼電器、組合柜及熔斷器等設備，相應減少信號設備房屋面積。因目前大部分普速線路中繼站設置CTC采集分機，采集軌道區段及點燈狀態信息，采用計算機編碼方式后，相應減少中繼站CTC車站分機設備。

3）傳輸通道

增加站間安全信息傳輸光纖通道、減少站間聯系電纜（一般為37芯）。

2.2.2 投資對照分析

1）以40 km普速雙線自動閉塞線路為例，設定橋隧比20%、平均閉塞分區長度1.2 km，其中設置一座車站及一座中繼站，則車站及中繼站共管轄約68個閉塞分區、80個軌道區段。以下具體從繼電編碼和計算機編碼存在數量差別的計算機編碼設備、中繼站CTC分機、組合架、繼電器、傳輸通道等主要設備測算投資，如表1所示。

表1 繼電及計算機編碼投資對照表

2）投資比較分析：就舉例線路而言，計算機編碼較繼電編碼方式節省投資約17萬元，且隨著繼電器、信號電纜等器材價格不斷上漲，計算機編碼方式將更加具有節省投資的優勢。

2.3 對運營維護的影響

我國鐵路信號聯鎖系統曾經歷從6502電氣集中聯鎖升級至計算機聯鎖系統，聯鎖邏輯運算由軟件代替，相應大量減少繼電器的使用，從而極大地減輕運營維護人員的勞動強度和工作量。與6502電氣集中聯鎖升級至計算機聯鎖系統相似，采用編碼計算機代替繼電器功能，相應大量減少繼電器的使用，減少設備間配線，減少故障點，降低設備故障率。同時，因為計算機編碼設備更加智能化，有利于電務維修人員及時查找故障原因，更迅速地處理解決信號故障，從而提高運輸效率。

3 結論

首先，普速自動閉塞編碼計算機設備可充分利用國內成熟的客專列控中心平臺，技術上具有可行性。其次，采用計算機編碼方案可相應減少繼電器、組合架、信號電纜的使用，具有較好的經濟性。另外，采用計算機編碼方式使自動閉塞系統更加集成化、智能化，有利于減輕電務維修人員的勞動強度和減少故障處理時間、提高運輸效率。電子設備代替繼電設備是信號系統的發展方向，采用計算機實現普速鐵路自動閉塞軌道電路編碼、區間信號機點燈控制和站間聯系信息傳輸功能將是未來的發展趨勢。

[1] 中華人民共和國鐵道部.TB 10621-2009高速鐵路設計規范（試行）[S].北京：中國鐵道出版社，2010.

[2] 林玉筠，譚麗，涂序躍，等.高速鐵路信號技術[M].北京：中國鐵道出版社，2012.

[3] 鐵總運[2014]353號 高速鐵路信號系統安全數據網技術規范V3.0[S].