雙套聯(lián)鎖系統(tǒng)并行工程設(shè)計研究

劉 龍

（合肥城市軌道交通有限公司，230001，合肥∥工程師）

聯(lián)鎖設(shè)備全電子化一直是國內(nèi)信號行業(yè)研究發(fā)展的方向。按照國務(wù)院推動“雙創(chuàng)”工作要求，經(jīng)合肥市政府主管部門批示，合肥軌道交通2號線停車場全電子計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)試用平臺采用合肥工大高科信息科技股份有限公司（以下簡稱“合肥工大高科”）自主研發(fā)的GKI-33e型聯(lián)鎖系統(tǒng)。

合肥軌道交通2號線停車場既有的系統(tǒng)及設(shè)備包括：信號系統(tǒng)為通號DS6-60型計算機(jī)聯(lián)鎖及ITM-A100型ATS（列車自動監(jiān)控）系統(tǒng)；室外軌道占用檢查設(shè)備為科安達(dá)TAZ II/S295計軸，轉(zhuǎn)轍機(jī)為三項交流五線制，信號機(jī)為交流110 V LED（發(fā)光二極管）發(fā)光盤型。

新增試用并行聯(lián)鎖系統(tǒng)為合肥工大高科GKI-33e型計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用二乘二取二結(jié)構(gòu)，由上位機(jī)（控顯機(jī)）、聯(lián)鎖機(jī)、通信機(jī)、I/O（輸入/輸出）模塊和維修機(jī)5部分組成。上位機(jī)負(fù)責(zé)人機(jī)交互；聯(lián)鎖機(jī)負(fù)責(zé)互鎖信息運(yùn)算；通信機(jī)負(fù)責(zé)各個I/O模塊間，以及上位機(jī)、聯(lián)鎖機(jī)、維修機(jī)的信息交互控制；I/O電子模塊是新增聯(lián)鎖設(shè)備的技術(shù)創(chuàng)新點，取代了原有繼電器組合電路，負(fù)責(zé)室外設(shè)備的驅(qū)動采集和單元電路內(nèi)部邏輯計算；維修機(jī)負(fù)責(zé)操作過程及系統(tǒng)狀態(tài)信息記錄，整個系統(tǒng)除維修機(jī)外均為雙套冗余配置。

1 雙聯(lián)鎖并用原則

1.1 并機(jī)原則

（1）為降低頻繁開關(guān)機(jī)時浪涌電流對聯(lián)鎖設(shè)備產(chǎn)生的沖擊，2套聯(lián)鎖常態(tài)均處于開機(jī)態(tài)，互為熱備。

（2）為提升系統(tǒng)容錯性，新增的GKI-33e型聯(lián)鎖系統(tǒng)的切換啟用需要執(zhí)行雙確認(rèn)流程。

（3）雙套聯(lián)鎖并行使用物理隔離方案。即增加隔離切換柜將2套聯(lián)鎖系統(tǒng)上下位機(jī)的輸入輸出進(jìn)行完全電氣隔離。

1.2 切換電路設(shè)計原則

雙套聯(lián)鎖系統(tǒng)并用的關(guān)鍵在于驅(qū)動采集電路、接口電路和電源的切換設(shè)計。根據(jù)并機(jī)原則，雙套聯(lián)鎖并行切換柜使用繼電器組合方式實現(xiàn)。

（1）按照故障導(dǎo)向安全原則設(shè)置切換繼電器。其落下狀態(tài)默認(rèn)為既有DS6-60型聯(lián)鎖系統(tǒng)，為安全側(cè)。切換繼電器吸起狀態(tài)為試用GKI-33e型聯(lián)鎖系統(tǒng)。

（2）切換繼電器根據(jù)負(fù)載負(fù)荷，設(shè)置不同類型的繼電器。

（3）軌道電路通過共同采集計軸設(shè)備輸出GJ（軌道繼電器）的不同接點組來反映室外軌道占用或空閑狀態(tài)。為確保任何狀態(tài)下室外設(shè)備單一受控，當(dāng)一套聯(lián)鎖設(shè)備上線運(yùn)行時，切斷另一套聯(lián)鎖的GJ采集電源，造成切除離線的聯(lián)鎖系統(tǒng)軌道全部處于占用狀態(tài)，同時由于軌道的占用鎖閉，上位機(jī)信號開放與道岔操縱也得到控制。

（4）2套聯(lián)鎖下位機(jī)送出的驅(qū)動電源分別接通隔離切換柜繼電器的前后接點，通過繼電器固有故障安全屬性保證室外信號機(jī)與轉(zhuǎn)轍機(jī)驅(qū)動電源的唯一性。

（5）為防止雙套聯(lián)鎖通過切換繼電器切換電源時，繼電器接點不同步所產(chǎn)生的大電流拉弧隱患，雙套聯(lián)鎖設(shè)備均采用各自獨立電源屏供電。

2 雙套聯(lián)鎖系統(tǒng)工程實施方案

系統(tǒng)切換分為電氣部分硬件切換和控顯軟件切換2部分。按照并用容錯原則，新增試用GKI-33e型聯(lián)鎖系統(tǒng)的切換啟用需要通過聯(lián)控操作，即：通過使用GKI-33e型聯(lián)鎖系統(tǒng)控顯機(jī)軟切換控制與轉(zhuǎn)動切換柜切換開關(guān)雙套流程來實現(xiàn)。

按照故障導(dǎo)向安全原則系統(tǒng)滿足bypast（ ）要求。鑒于DS6-60型聯(lián)鎖一直處于熱備狀態(tài)，一旦切換柜故障QHJ（切換繼電器）落下，DS6-60型聯(lián)鎖下位機(jī)立刻獲取室外設(shè)備驅(qū)采控制權(quán)限，在上位機(jī)執(zhí)行上電解鎖后即可實現(xiàn)對室外設(shè)備的操控。圖1為雙聯(lián)鎖系統(tǒng)切換原理圖。

圖1 雙聯(lián)鎖系統(tǒng)切換原理圖

2.1 隔離切換柜設(shè)計方案

隔離切換柜是整個系統(tǒng)電氣部分隔離切換的核心部件，采用繼電器組合作為切換執(zhí)行單元，由切換開關(guān)、ZQHJ（總切換繼電器）和QHJ組成。

（1）繼電器選型：為提高電路可靠性，消除混電故障可能造成設(shè)備誤動作，選用有極加強(qiáng)繼電器JYJXC160/260作為ZQHJ；為避免大電流拉弧隱患選用無極加強(qiáng)繼電器JWJXC-480作為轉(zhuǎn)轍設(shè)備的QHJ，選用偏極繼電器JPXC1000作為其余設(shè)備QHJ。

（2）電氣切換動作時序：切換開關(guān)控制ZQHJ動作吸起，ZQHJ吸起控制QHJ動作吸起，最終由QHJ的接點組實現(xiàn)對GJK聯(lián)鎖下位機(jī)切換上線，如圖2所示。

圖2 切換柜動作時序圖

（3）電路設(shè)計：因ZQHJ為有極繼電器，故將切換開關(guān)13、14與23、24兩組接點分別接通表示GKI-33e與DS6-60兩路極性相反的KZ/KF電源，控制ZQHJ14線圈動作。所有QHJ的14線圈采用并聯(lián)方式連接，按照直流電源雙斷控制安全原則，由ZQHJ1的111、112節(jié)點組控制QHJ1/4線圈KZ電源，ZQHJ2的111、112節(jié)點組控制QHJ1/4線圈KF電源。當(dāng)切換開關(guān)接通13、14節(jié)點時，ZQHJ1/2線圈得到14方向電流，ZQHJ1/2吸起，隨后所有QHJ的14線圈通過ZQHJ1/2的111、112接點得電吸起。圖3為切換柜電路原理圖。

2.2 聯(lián)鎖上位機(jī)切換方式

在GKI-33e聯(lián)鎖系統(tǒng)控顯機(jī)上單獨設(shè)置了切換按鈕、計數(shù)器和表示燈（“DS6”按鈕、“GKI”按鈕、“故障”表示燈、“DS6”主用表示燈和“GKI”主用表示燈），在辦理切換時伴隨由語音報警。點擊GKI按鈕，彈出密碼窗口，輸入正確的密碼后，GKI黃色按鈕處于按下狀態(tài)，“GKI”字符變?yōu)?0s倒計時，在倒計時時間內(nèi)完成隔離切換柜上旋轉(zhuǎn)切換旋鈕，則GKI黃色表示燈點亮并伴有“系統(tǒng)切換完成”的語音提示，此時停車場的計算機(jī)聯(lián)鎖就由GKI-33e聯(lián)鎖系統(tǒng)控制，DS6-60無法再控制室外現(xiàn)場信號設(shè)備。在倒計時時間內(nèi)，如果未執(zhí)行旋鈕切換，需要重新辦理。反之同理，切換回DS6-60的方法只需點擊DS6按鈕并轉(zhuǎn)換切換旋鈕即可。

圖3 切換柜電路原理圖

2.3 聯(lián)鎖下位機(jī)驅(qū)動采集電路的切換

下位機(jī)驅(qū)采電路的切換通過在分線盤前端的切換柜實現(xiàn)。QHJ接線原則為前接點連接GKI-33e型聯(lián)鎖系統(tǒng)下位機(jī)I/O模塊電路，后接點連接DS6-60型聯(lián)鎖組合電路，中接點連接分線盤室外電纜。

場內(nèi)驅(qū)動電路為信號機(jī)與轉(zhuǎn)轍機(jī)動作電路，場內(nèi)采集部分為計軸GJ以及正線接口電路。

（1） 場內(nèi)驅(qū)動電路：驅(qū)動電路主要是轉(zhuǎn)轍機(jī)與信號電路。室外轉(zhuǎn)轍機(jī)QHJ布置在切換柜的1—4層，信號機(jī)QHJ布置在7—10層。轉(zhuǎn)轍機(jī)X1—X5線使用QHJ第一和第二組加強(qiáng)接點進(jìn)行切換，信號機(jī)XJZ/XJF電源的控制切換全部通過QHJ第1—4組接點控制，QHJ吸起GKI-33e型聯(lián)鎖系統(tǒng)控制室外轉(zhuǎn)轍機(jī)與信號機(jī)，QHJ落下DS6-60型聯(lián)鎖控制室外轉(zhuǎn)轍機(jī)與信號機(jī)。圖4為轉(zhuǎn)轍機(jī)與信號機(jī)電路切換原理圖。

（2） 場內(nèi)采集電路：場內(nèi)采集主要為計軸GJ。科安達(dá)TAZ II/S295計軸系統(tǒng)通過對室外計軸磁頭的狀態(tài)采集，驅(qū)動相應(yīng)區(qū)段的GJ。GJ使用JWXC1700型安全繼電器，JWXC1700共計8組接點，DS-60型聯(lián)鎖雙系雙采已用2組GJ，故新增GKI聯(lián)鎖單獨采集第7組空接點。根據(jù)并用原則，一系上線需切段另一系采集電源，將DS6-60型聯(lián)鎖的IOZ與GKI-33e型聯(lián)鎖的KZ兩路采集電源分別入切換柜，通過切換柜ZQHJ1與ZQHJ2的12節(jié)點組將兩路采集電源在系統(tǒng)切換時同步轉(zhuǎn)換，使離線聯(lián)鎖的GJ采集全部失電。圖5為GJ采集電路切換原理圖。

圖4 轉(zhuǎn)轍機(jī)與信號機(jī)電路切換原理圖

圖5 GJ采集電路切換原理圖

（3）與正線場聯(lián)接口電路：停車場與正線的分界點分別位于XZC/SC和XZR/SR信號機(jī)處。XZC/XZR和轉(zhuǎn)換軌（G2421/G2419/G2422/G2420）為正線控制；SC和SR為停車場控制。SCQJ和SRQJ為停車向正線發(fā)車請求繼電器，SCG和SRG作為正線入場進(jìn)路的保護(hù)區(qū)段同時也是XZR/XZC的接近軌。當(dāng)排列正線至停車場進(jìn)路時需要檢查SCG和SRG空閑狀態(tài)、SCZCJ與SRZCJS（CZ/SRZ照查繼電器）吸起以及SC/SR紅燈燈絲繼電器（DJ）吸起；當(dāng)排列停車場至正線的進(jìn)路時需檢查轉(zhuǎn)換軌（G2421/G2419和G2422/G2420） 的空閑、XZC/XZR照查繼電器（XZCZCJ/XZRZCJ）吸起、XZC/XZR點燈繼電器（XZCDJ/XZRDJ）以及SC/SR請求繼電器（SCQJ/SRQJ）吸起。場聯(lián)接口邊界信息使用復(fù)示繼電器進(jìn)行傳遞，供電方式為采集側(cè)負(fù)責(zé)復(fù)示繼電器驅(qū)動電源供給。

既有正線場聯(lián)接口電路切換分為2部分。一是將送出的正線采集所需條件復(fù)示繼電器驅(qū)動電源進(jìn)行切換，通過切換柜QH1層QHJ7第5/7兩組接點實現(xiàn)驅(qū)動電源雙斷控制。前接點接通DS6系統(tǒng)的CL（場聯(lián)）電源，后接點接通GKI的CL（場聯(lián)）電源。對于正線送來的邊界信息（XZC/XZR的DJ、ZCJ、LXJ、YXJ、轉(zhuǎn)換軌GJ狀態(tài)）直接進(jìn)入切換柜QH1/2組合，通過QHJ第三組接點進(jìn)行切換，后接點接通DS6-60型聯(lián)鎖采集的各個復(fù)示繼電器，前節(jié)點接通GKI采集所用的零散模塊。二是將正線送來復(fù)示繼電器的驅(qū)動電源進(jìn)行切換，同樣通過切換柜QH1/2組合將驅(qū)動電源分別送入DS6-60型聯(lián)鎖的組合與GKI的零散模塊。當(dāng)QHJ吸起正線送來的CL電源送入GKI零散模塊，并通過模塊將聯(lián)鎖控制邊界信息驅(qū)動電源送出；當(dāng)QHJ落下正線送來的CL電源通過DS6-60型聯(lián)鎖組合內(nèi)部SC/SR的 DJ、LXJ、YXJ、GJ、ZCJ、QJ 等接點分別將 CL 電源送出驅(qū)動正線的復(fù)示繼電器。圖6為停車場與正線接口電路原理圖。

2.4 ATS系統(tǒng)設(shè)備接口

既有ATS系統(tǒng)設(shè)備與DS6-60型聯(lián)鎖系統(tǒng)采用RS422串口連接。聯(lián)鎖系統(tǒng)通過串口，把停車場實時狀態(tài)信息傳遞給ATS系統(tǒng)。增設(shè)GKI-33e型聯(lián)鎖系統(tǒng)后，為提高切換設(shè)備的抗干擾性，2套系統(tǒng)采用光電隔離轉(zhuǎn)換方式實現(xiàn)2套聯(lián)鎖上位機(jī)與ATS主機(jī)的交叉互連和切換。

2套聯(lián)鎖上位機(jī)雙系的串口電信號通過光電轉(zhuǎn)換設(shè)備變?yōu)楣庑盘枺D(zhuǎn)換后的光信號通過光電并接轉(zhuǎn)換設(shè)備進(jìn)行交叉互聯(lián)，轉(zhuǎn)換設(shè)備的切換控制信號由轉(zhuǎn)換柜的QHJ提供，切換末端變?yōu)殡娦盘柡笥蒖S422串口交叉互聯(lián)回ATS兩系。圖7為ATS切換電路原理圖。

3 結(jié)語

創(chuàng)新是一個行業(yè)發(fā)展的根本，但在軌道交通設(shè)備領(lǐng)域，對于安全等級要求較高的信號系統(tǒng)，為新型產(chǎn)品提供既有線試驗平臺，一直是業(yè)界的難題。本文提出的雙套聯(lián)鎖系統(tǒng)并行設(shè)計案例只是新設(shè)備試用的一種具體形態(tài)，在軌道交通信號系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展日新月異的今天，不斷涌出的新產(chǎn)品都要面臨成熟度的考驗，只有在確保安全的前提下多為新技術(shù)提供一個試驗平臺才能推動我國軌道交通信號技術(shù)不斷向前發(fā)展。

圖6 停車場與正線接口電路原理圖

圖7 ATS切換電路原理圖

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