雙套聯鎖系統并行工程設計研究

劉 龍

（合肥城市軌道交通有限公司，230001，合肥∥工程師）

聯鎖設備全電子化一直是國內信號行業研究發展的方向。按照國務院推動“雙創”工作要求，經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聯鎖系統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”）自主研發的GKI-33e型聯鎖系統。

合肥軌道交通2號線停車場既有的系統及設備包括：信號系統為通號DS6-60型計算機聯鎖及ITM-A100型ATS（列車自動監控）系統；室外軌道占用檢查設備為科安達TAZ II/S295計軸，轉轍機為三項交流五線制，信號機為交流110 V LED（發光二極管）發光盤型。

新增試用并行聯鎖系統為合肥工大高科GKI-33e型計算機聯鎖系統。該系統采用二乘二取二結構，由上位機（控顯機）、聯鎖機、通信機、I/O（輸入/輸出）模塊和維修機5部分組成。上位機負責人機交互；聯鎖機負責互鎖信息運算；通信機負責各個I/O模塊間，以及上位機、聯鎖機、維修機的信息交互控制；I/O電子模塊是新增聯鎖設備的技術創新點，取代了原有繼電器組合電路，負責室外設備的驅動采集和單元電路內部邏輯計算；維修機負責操作過程及系統狀態信息記錄，整個系統除維修機外均為雙套冗余配置。

1 雙聯鎖并用原則

1.1 并機原則

（1）為降低頻繁開關機時浪涌電流對聯鎖設備產生的沖擊，2套聯鎖常態均處于開機態，互為熱備。

（2）為提升系統容錯性，新增的GKI-33e型聯鎖系統的切換啟用需要執行雙確認流程。

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

1.2 切換電路設計原則

雙套聯鎖系統并用的關鍵在于驅動采集電路、接口電路和電源的切換設計。根據并機原則，雙套聯鎖并行切換柜使用繼電器組合方式實現。

（1）按照故障導向安全原則設置切換繼電器。其落下狀態默認為既有DS6-60型聯鎖系統，為安全側。切換繼電器吸起狀態為試用GKI-33e型聯鎖系統。

（2）切換繼電器根據負載負荷，設置不同類型的繼電器。

（3）軌道電路通過共同采集計軸設備輸出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。為確保任何狀態下室外設備單一受控，當一套聯鎖設備上線運行時，切斷另一套聯鎖的GJ采集電源，造成切除離線的聯鎖系統軌道全部處于占用狀態，同時由于軌道的占用鎖閉，上位機信號開放與道岔操縱也得到控制。

（4）2套聯鎖下位機送出的驅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與轉轍機驅動電源的唯一性。

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

2 雙套聯鎖系統工程實施方案

系統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型聯鎖系統的切換啟用需要通過聯控操作，即：通過使用GKI-33e型聯鎖系統控顯機軟切換控制與轉動切換柜切換開關雙套流程來實現。

按照故障導向安全原則系統滿足bypast（ ）要求。鑒于DS6-60型聯鎖一直處于熱備狀態，一旦切換柜故障QHJ（切換繼電器）落下，DS6-60型聯鎖下位機立刻獲取室外設備驅采控制權限，在上位機執行上電解鎖后即可實現對室外設備的操控。圖1為雙聯鎖系統切換原理圖。

圖1 雙聯鎖系統切換原理圖

2.1 隔離切換柜設計方案

隔離切換柜是整個系統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行單元，由切換開關、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備誤動作，選用有極加強繼電器JYJXC160/260作為ZQHJ；為避免大電流拉弧隱患選用無極加強繼電器JWJXC-480作為轉轍設備的QHJ，選用偏極繼電器JPXC1000作為其余設備QHJ。

（2）電氣切換動作時序：切換開關控制ZQHJ動作吸起，ZQHJ吸起控制QHJ動作吸起，最終由QHJ的接點組實現對GJK聯鎖下位機切換上線，如圖2所示。

圖2 切換柜動作時序圖

（3）電路設計：因ZQHJ為有極繼電器，故將切換開關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線圈采用并聯方式連接，按照直流電源雙斷控制安全原則，由ZQHJ1的111、112節點組控制QHJ1/4線圈KZ電源，ZQHJ2的111、112節點組控制QHJ1/4線圈KF電源。當切換開關接通13、14節點時，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 聯鎖上位機切換方式

在GKI-33e聯鎖系統控顯機上單獨設置了切換按鈕、計數器和表示燈（“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，“GKI”字符變為10s倒計時，在倒計時時間內完成隔離切換柜上旋轉切換旋鈕，則GKI黃色表示燈點亮并伴有“系統切換完成”的語音提示，此時停車場的計算機聯鎖就由GKI-33e聯鎖系統控制，DS6-60無法再控制室外現場信號設備。在倒計時時間內，如果未執行旋鈕切換，需要重新辦理。反之同理，切換回DS6-60的方法只需點擊DS6按鈕并轉換切換旋鈕即可。

圖3 切換柜電路原理圖

2.3 聯鎖下位機驅動采集電路的切換

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

場內驅動電路為信號機與轉轍機動作電路，場內采集部分為計軸GJ以及正線接口電路。

（1） 場內驅動電路：驅動電路主要是轉轍機與信號電路。室外轉轍機QHJ布置在切換柜的1—4層，信號機QHJ布置在7—10層。轉轍機X1—X5線使用QHJ第一和第二組加強接點進行切換，信號機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型聯鎖系統控制室外轉轍機與信號機，QHJ落下DS6-60型聯鎖控制室外轉轍機與信號機。圖4為轉轍機與信號機電路切換原理圖。

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

圖4 轉轍機與信號機電路切換原理圖

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信號機處。XZC/XZR和轉換軌（G2421/G2419/G2422/G2420）為正線控制；SC和SR為停車場控制。SCQJ和SRQJ為停車向正線發車請求繼電器，SCG和SRG作為正線入場進路的保護區段同時也是XZR/XZC的接近軌。當排列正線至停車場進路時需要檢查SCG和SRG空閑狀態、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；當排列停車場至正線的進路時需檢查轉換軌（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。場聯接口邊界信息使用復示繼電器進行傳遞，供電方式為采集側負責復示繼電器驅動電源供給。

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

2.4 ATS系統設備接口

既有ATS系統設備與DS6-60型聯鎖系統采用RS422串口連接。聯鎖系統通過串口，把停車場實時狀態信息傳遞給ATS系統。增設GKI-33e型聯鎖系統后，為提高切換設備的抗干擾性，2套系統采用光電隔離轉換方式實現2套聯鎖上位機與ATS主機的交叉互連和切換。

2套聯鎖上位機雙系的串口電信號通過光電轉換設備變為光信號，轉換后的光信號通過光電并接轉換設備進行交叉互聯，轉換設備的切換控制信號由轉換柜的QHJ提供，切換末端變為電信號后由RS422串口交叉互聯回ATS兩系。圖7為ATS切換電路原理圖。

3 結語

創新是一個行業發展的根本，但在軌道交通設備領域，對于安全等級要求較高的信號系統，為新型產品提供既有線試驗平臺，一直是業界的難題。本文提出的雙套聯鎖系統并行設計案例只是新設備試用的一種具體形態，在軌道交通信號系統技術發展日新月異的今天，不斷涌出的新產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提供一個試驗平臺才能推動我國軌道交通信號技術不斷向前發展。

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

［1］ 中華人民共和國住房和城鄉建設部，中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局.地鐵設計規范：GB 50157—2013［S］.北京：中國建筑工業出版社，2013.

［2］ 中國城市軌道交通協會技術裝備專業委員會.城市軌道交通裝備技術規范：CZJS/T 0030—2015［S］，北京：中國城市軌道交通協會技術裝備專業委員會，2015.

［3］王鐵軍.合肥市軌道交通2號線工程施工圖——龍崗停車場［R］.合肥：合肥城市軌道交通有限公司，2016.

［4］ 朱仰瑞.CBTC模式下的信號系統點燈方案［J］.城市軌道交通研究，2015（S2）：15-16.

［5］ 凌祝軍.CBTC中的聯鎖技術研究［J］.鐵道通信信號，2009（9）：12-14.