鐵路信號用現場總線的基本研究

劉濤

【摘 要】隨著社會的不斷進步與發展，鐵路交通變得復雜與多樣，鐵路信號信息化、數字化、智能化技術也在不斷的進步，為滿足鐵路信號信息化的要求，現場總線技術被廣泛的應用到鐵路信號當中。

【關鍵詞】鐵路信號；現場總線；控制系統

一、前言

目前鐵路信號已經進入信息化、數值化，傳統的控制系統已經隨著時代的進步而逐步淘汰，現場總線技術的誕生為鐵路信號的信息化帶來了巨大的便捷性，從而使鐵路信號變得智能化、簡單化、數字化。社會在不斷進步，科技在不斷發展，鐵路信號在不斷的功能多樣化，因此要求現場總線技術也要不斷的革新與改進，以滿足社會發展的需要。

二、鐵路信號控制系統的定義

鐵路信號控制系統是由各種類型的鐵路信號設備組成的，這些設備是鐵路支使行業的必要基本設備，正是這些設備保障了鐵路行業安全、改善了運輸效率、提升了鐵路行業的勞動條件。從我國的信息技術的發展水平來看，當代的信息技術已經具備了服務于鐵路運輸行業的能力，可以將最新的實時信息提供給鐵路運輸行業，還可以使鐵路行業的工作人員輕松地實現對于鐵路運行情況的控制。現代的信息技術已經成為了解決鐵路運輸行業中種種矛盾的重要且有效的手段。比如說，鐵路行車的事故發生率、行車路線的點線不協調問題等等，都可以通過現代的信號技術加以解決。

三、現場總線技術簡述與特征

（一）現場總線技術簡述

現場總線按管理模式分為中心管理級、車間監控級和現場設備級3層結構。

根據目前鐵路車站聯鎖系統的應用情況，只需要考慮車間監控級和現場設備級2層結構即可，中心管理級的功能由調度中心行車指揮CTC系統實現。

總線的種類和應用領域繁多，按其傳輸數據的大小可分為3類：傳感器總線（sensorbus）屬于位傳輸；設備總線（devicebus）屬于字節傳輸；現場總線屬于數據流傳輸。目前比較流行的總線技術有：FF現場總線、LonWorks現場總線、CANBus現場總線及Profibus現場總線等。通過對現場總線的功能和用途綜合考慮，采用ProfibusDP現場總線技術完全能夠滿足鐵路信號控制系統方案的要求。

（二）現場總線技術特征

從某種角度來看，現場總線技術是3C技術的延伸和發展。所謂3C技術是指COMPUTER計算機技術，CONTROL控制技術和COMMUNICATION傳輸技術。現場總線技術是將這三種技術從控制級升級到工藝設備的現場技術的結果。關于現場總線技術的特點，主要有以下幾點：

首先是數字。大多數原始控制系統都是不完整的數字系統。如今，現場總線技術是不同的。現場總線技術已經完全實現了數字通信和數字信號傳輸，使信號的安全性，可靠性和精度都得到了很大的提高，自糾功能也得到了實現，而現場總線技術結構相對簡單，成本低。

第二，實用性強。現場總線技術有許多優點，最重要的是它的實用性。它也可以說是互操作性和互操作性。所謂的互操作性是指在彼此連接的系統和設備之間傳輸和接收信號。所謂的互操作性意味著在不同的制造商中，具有相似性能的設備可以互換使用。

四、分布式現場總線控制結構

分布式現場總線控制技術是通過現場總線連接分散在不同區域的設備。控制中心通過現場總線向各設備發送控制命令，并通過現場總線收集各設備的工作狀態。鐵路信號系統的控制對象可以按照地理區域分為兩部分：車站和區間。其中，車站信號設備主要包括信號機，軌道電路和道岔；區間信號器主要有信號機和跟蹤電路。所有的控制信息由信號建筑中的信號系統發出。同時，信號系統及時收集每個設備的工作狀態。因此，如何及時準確地向各種信號設備傳輸控制指令和信息是工程應用中的關鍵和難點。

傳統的控制技術采用信號電纜以點對點的方式控制現場信號設備。因此，進入信號樓的信號線數量和種類非常多，室內電路復雜。采用分布式現場總線控制技術，采用單一或混合現場總線方式，可充分利用大量的光纖通信信息，抗電磁干擾等特點，將每臺設備現場連接到車站信號中心。分布式現場總線在鐵路信號系統應用中有：全光纜結構和光纜+電纜結構2種方案。

（一）全光纜結構

使用點對點光纜完全替代信號電纜。通過信號控制盒，將光纜信息通道中的控制信號通過分支電纜發送到現場的每個軌道旁信號設備。在軌道信號設備箱中需要增加相應的通信設備。車站信號控制箱可根據車站規模和車站類型結構合理增加控制箱數量。為了避免由于箱體之間的分支電纜的輕敲而引起的故障，控制箱和設備箱以點對點的方式連接（星形）。

該方案存在以下幾個問題：①信號設備箱較為分散，采用星形連接方式，支線光纜多，而且支線光纜細小，容易損壞；②需給每個軌旁設備敷設信號電纜，為信號設備提供電源通道；③靠光纜連接的驅采模塊，如放置在信號設備箱內，對既有信號設備的結構影響較大；④支線光纜的發散性連接，對施工工藝、熔接技術和施工難度都有很大提升，不利于現場實際操作。

（二）光纜+電纜結構

將光纜與電纜結合使用，使用光纖電纜代替大量中繼電纜，以及使用來自軌道旁信號控制箱的分支電纜來控制現場信號設備。該方案可以有效避免全光纜結構的問題，同時可以保持現有信號設備的連接方式和內部結構不變。但對信號控制箱的要求較高，信號控制箱需要具有控制指令分配和光電轉換功能。因此，它具有強大的可實施性和可操作性。

五、鐵路信號控制系統的重大意義

在科技和信息技術不斷發展的時代，鐵路信號技術進入了全面發展和應用的階段。鐵路信號技術，計算機技術和通信技術正在逐步融合。隨著新興網絡技術的發展，中國鐵路信號控制系統得到進一步升級。鐵路信號的原始概念也在發生變化，鐵路信號的功能不斷增加。鐵路信號不再是鐵路運輸的“眼睛”，它不再是“耳朵”。在一定程度上，鐵路信號控制系統已成為鐵路運輸業的核心，相當于人體中樞神經系統。鐵路運輸業的作用正在逐步增加。

鐵路信號控制系統是優化鐵路行業安全，交通正規化，行業效率優化，勞動力分配優化的重要功能體系。近年來，隨著科學技術的發展和兩者的不斷融合，鐵路信號系統發生了翻天覆地的變化。最初，鐵路信號系統只能為鐵路運輸行業提供最明顯的信號顯示信息。如今，它已經可以處理信號信息并控制和引導高級列車。它已經成為一個綜合信號系統。鐵路運輸業最重要的是火車的安全運行，鐵路信號對火車的安全運行有著重要的影響。隨著我國經濟的發展，工業生產和人民生活對鐵路運輸的需求也越來越大。我國鐵路運輸業也不斷蓬勃發展，列車運行數量也在不斷增加。鐵路運輸的安全問題引起了公眾更廣泛的關注。鐵路信號控制系統是一個能夠實現鐵路運輸安全的系統，是鐵路運輸中不可缺少的一個角色。

六、結束語

隨著社會的不斷發展，鐵路運輸行業的不斷強大，鐵路信號技術要求越來越嚴格、越來越精準，這就要求現場總線技術越來越成熟，越來越標準。在以后鐵路信號領域中，隨著現場總線技術的逐步完善，將為鐵路信號實現更為科學的安裝、維護、管理模式。

【參考文獻】

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