廠礦企業(yè)內(nèi)部鐵路微機聯(lián)鎖系統(tǒng)改造方案的研究分析

馮經(jīng)緯

（日照鋼鐵有限公司電控處，山東 日照 276806）

鐵路系統(tǒng)電氣化、調(diào)車系統(tǒng)自動化和智能化是現(xiàn)代鐵路運輸系統(tǒng)的發(fā)展方向。雖然廠礦企業(yè)內(nèi)部專用鐵路線的調(diào)度作業(yè)強度和精細化需求較國鐵要低，但其目前采用的人工排進路、手動扳道岔的作業(yè)方式，在調(diào)車作業(yè)效率低下、工人勞動強度大和操作失誤風(fēng)險性高等方面的缺點，越來越成為制約生產(chǎn)的關(guān)鍵性因素。因此，企業(yè)內(nèi)部專用鐵路線的自動化改造勢在必行。由于鐵路系統(tǒng)在往電氣化、自動化和智能化方向發(fā)展的過程中，衍生出現(xiàn)了多種類型的鐵路微機聯(lián)鎖系統(tǒng)。在制定鐵路系統(tǒng)的自動化改造方案時，應(yīng)根據(jù)各聯(lián)鎖系統(tǒng)的優(yōu)缺點，同時結(jié)合鐵路的現(xiàn)場情況和調(diào)車作業(yè)的實際需求進行綜合考慮。

1 鐵路微機聯(lián)鎖系統(tǒng)的架構(gòu)

1.1 系統(tǒng)框架

雖然目前國內(nèi)鐵路的微機聯(lián)鎖系統(tǒng)的種類較多，但系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)大致可分為3層：人機交互層、聯(lián)鎖運算層、執(zhí)行表示層，詳見圖1。

（1）人機交互層。具有可視化的功能，可以為維護和操作人員提供人機操作界面。不僅可接受操作員的輸入信息，還可實時顯示相關(guān)站場的畫面信息，包括道岔、軌道和信號機等設(shè)備的現(xiàn)場狀態(tài)。

（2）聯(lián)鎖運算層。聯(lián)鎖運算層是鐵路微機聯(lián)鎖系統(tǒng)的核心，該層依據(jù)人機交互層的指令信息和執(zhí)行表示層中道岔、軌道及信號機等設(shè)備的狀態(tài)信息，進行安全聯(lián)鎖相關(guān)的邏輯計算，將運算結(jié)果輸出給執(zhí)行表示層，再由執(zhí)行表示層實現(xiàn)對室外信號設(shè)備的安全控制。

（3）執(zhí)行表示層。執(zhí)行表示層包括了道岔、軌道、信號、零散等執(zhí)行單元，具有采集并判斷室外設(shè)備狀態(tài)的功能，如軌道電路的狀態(tài)及電壓檢測、道岔及轉(zhuǎn)轍機狀態(tài)檢測、信號機燈絲檢測等。同時，該層還依據(jù)聯(lián)鎖運算層的控制信息來驅(qū)動現(xiàn)場設(shè)備的動作。

圖1 鐵路微機聯(lián)鎖系統(tǒng)架構(gòu)示意圖

1.2 聯(lián)鎖運算層類型

類型一：三取二模式。

①實現(xiàn)方式：3個聯(lián)鎖機同時運算，只要其中有2個運算結(jié)果相同，則輸出。

②優(yōu)點：聯(lián)鎖機有3臺，2臺運算結(jié)果一致即輸出，相當(dāng)于有1臺為備用。

③缺點：系統(tǒng)架構(gòu)復(fù)雜，安全性、可靠性相對其他方式較差。

類型二：雙機熱備(專用聯(lián)鎖機主機)模式。

①實現(xiàn)方式：2個聯(lián)鎖機(專用聯(lián)鎖機主機)，每個聯(lián)鎖機內(nèi)有1個CPU，1臺運算、1臺熱備用。

②優(yōu)點：1臺聯(lián)鎖機為另1臺做備用，有一定的可靠性。

③缺點：a、該方式為普通熱備方式，運算結(jié)果不進行對比表決，決策輸出的安全性一般；b、聯(lián)鎖主機軟硬件均為各廠家自己研發(fā)，備件的通用性較差。

類型三：雙機熱備(PLC)模式。

①實現(xiàn)方式：同類型二的實現(xiàn)方式，聯(lián)鎖機由通用PLC代替。

②優(yōu)點：a、同類型二的優(yōu)點；b、聯(lián)鎖機為通用PLC，備件的通用性較好；c、價格為4種類型中最低。

③缺點：a、同類型二的缺點a；b、無國鐵準(zhǔn)入許可資質(zhì)。

類型四：二乘二取二模式。

①實現(xiàn)方式：2臺聯(lián)鎖機同時在線運算，互相校驗運算結(jié)果，每個聯(lián)鎖機內(nèi)各有2個CPU，當(dāng)2個CPU運算結(jié)果一致時，則輸出。

②優(yōu)點：a、可靠性為4種類型中最高；b、每臺聯(lián)鎖機的運算結(jié)果都可自行對比表決，決策輸出安全性為4種類型中最高。

③缺點：a、同類型二的缺點b；b、價格為4種類型中最高。

1.3 執(zhí)行表示層類型

類型一：安全繼電器模式。

①實現(xiàn)方式：通過安全繼電器的組合方式，對現(xiàn)場設(shè)備進行控制或采集現(xiàn)場信號。

②優(yōu)點：目前國鐵干線的全部、國鐵支線和地方專用線的絕大部分采用此種模式，技術(shù)成熟度最高。

③缺點：a、占地面積大、后續(xù)維護工作量大、投資高；b、發(fā)生故障時，繼電器部分需通過設(shè)計圖紙進行人工定位排查，效率較低。

類型二：全電子模塊式（單系）模式。

①實現(xiàn)方式：道岔聯(lián)鎖系統(tǒng)生產(chǎn)廠家自行開發(fā)的全電子模塊式執(zhí)行單元，采用模塊化、單元化的方式，直接控制現(xiàn)場設(shè)備或采集現(xiàn)場信號。其中，執(zhí)行單元采用單套硬件，硬件上具有雙CPU或雙電路設(shè)計。

②優(yōu)點：a、占地面積小、后續(xù)維護工作量小、投資相對較低（道岔數(shù)量越多，相對價格越低）；b、發(fā)生故障時，可通過執(zhí)行單元自動提示，精確定位，效率較高。

③缺點：目前國鐵干線沒有此種類型的應(yīng)用業(yè)績，其業(yè)績主要集中在廠礦企業(yè)內(nèi)部的鐵路上。

類型三：全電子模塊式（雙系）模式。

①實現(xiàn)方式：在類型二的基礎(chǔ)上，執(zhí)行單元采用雙套硬件，每個硬件上均有雙CPU或雙電路設(shè)計。

②優(yōu)點：a、同類型二的優(yōu)點；b、在執(zhí)行表示層實現(xiàn)二乘二取二，可靠性、安全性為3種類型中的最高。

③缺點：a、屬近2年各廠家新開發(fā)出的類型，部分廠家還處在產(chǎn)品驗證階段；b、硬件雙套配置，執(zhí)行表示層的設(shè)備投資較類型二提高1倍。

2 鐵路微機聯(lián)鎖系統(tǒng)的類型和優(yōu)缺點

2.1 鐵路微機聯(lián)鎖系統(tǒng)的類型

根據(jù)聯(lián)鎖運算層和執(zhí)行表示層類型的不同，現(xiàn)有的鐵路微機聯(lián)鎖系統(tǒng)可分為8種類型，詳見表1。

2.2 各類型鐵路微機聯(lián)鎖系統(tǒng)的優(yōu)缺點

（1）現(xiàn)場應(yīng)用業(yè)績。類型一：現(xiàn)場應(yīng)用業(yè)績不多，且現(xiàn)在已經(jīng)基本淘汰。類型二：在2014年之前，國鐵幾乎全部采用此種類型，因此業(yè)績最多。類型三、類型七：僅在國鐵支線、地方鐵路線和企業(yè)內(nèi)部鐵路線有應(yīng)用，國鐵干線暫時無應(yīng)用。類型四、類型五：由于無國鐵準(zhǔn)入許可，因此在國鐵任何區(qū)段均未應(yīng)用過，僅在廠礦企業(yè)的內(nèi)部鐵路上有應(yīng)用。類型六：2014年之后在國鐵的部分鐵路開始應(yīng)用，業(yè)績較少。類型八：國鐵沒有應(yīng)用業(yè)績，部分廠礦企業(yè)的內(nèi)部鐵路上有應(yīng)用。

表1 鐵路微機聯(lián)鎖系統(tǒng)類型

（2）成套系統(tǒng)價格。類型六與類型八的價格相近，相較其他類型價格最高；類型五，相較其他類型價格最低。

（3）廠商資源。類型二的現(xiàn)場應(yīng)用業(yè)績最多，因此相關(guān)廠商的資源也最多。類型四和類型五，由于僅在廠礦企業(yè)的內(nèi)部鐵路有應(yīng)用業(yè)績，因此相關(guān)的廠商資源最少。雖然類型八的現(xiàn)場應(yīng)用業(yè)績比類型四和類型五還要少，但幾乎所有主流生產(chǎn)廠家均在開發(fā)或推廣此種類型，是今后鐵路微機聯(lián)鎖系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，因此相關(guān)的廠商資源也較多。

3 鐵路微機聯(lián)鎖系統(tǒng)改造方案的建議

3.1 從性價比、后續(xù)備件通用性方面考慮

通用PLC和安全繼電器的供貨渠道眾多，價格透明，備件采購方面較為靈活，成本可控性好，因此若從性價比、后續(xù)備件的通用性方面綜合考慮，建議選用類型四，若單純從價格方面考慮，可選用方案五。

3.2 從安全性、可靠性方面考慮

二乘二取二和全電子模塊式執(zhí)行單元（雙系）采用了獨特的雙套軟硬件配置，以及對比表決式的運算結(jié)果輸出方式，因此若從安全性、可靠性方面綜合考慮，建議選用類型八。

3.3 從國鐵準(zhǔn)入資質(zhì)方面考慮

三取二、雙機熱備(PLC)和全電子模塊式執(zhí)行單元（雙系）均無國鐵準(zhǔn)入資質(zhì)，因此若從國鐵準(zhǔn)入資質(zhì)方面來考慮，只能選取類型二、類型三、類型六、類型七。

3.4 其他

（1）因廠礦企業(yè)內(nèi)部鐵路沿線環(huán)境復(fù)雜，多數(shù)地段的排水能力不足，且環(huán)境中金屬粉塵較多，進行軌道電路改造時易出現(xiàn)“紅光帶”的問題，建議此部分區(qū)段采用繼軸軌道電路解決。

（2）為保證廠礦企業(yè)內(nèi)部鐵路系統(tǒng)后續(xù)CTC（Centralized Traffic Control調(diào)度集中控制）項目的順利實施，建議在進行鐵路微機聯(lián)鎖系統(tǒng)改造時，預(yù)留好鐵路調(diào)度信號的標(biāo)準(zhǔn)軟硬件接口。

4 結(jié)語

目前，各廠礦企業(yè)對其內(nèi)部鐵路進行微機聯(lián)鎖系統(tǒng)改造的需求越來越強烈。但由于國鐵的特殊性，其標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)要求與廠礦企業(yè)內(nèi)部鐵路并不一致，因此鐵路微機聯(lián)鎖系統(tǒng)在從傳統(tǒng)的408軌道電路往集成電子電路方向發(fā)展的過程中，也衍生出現(xiàn)了眾多的類型，且各有優(yōu)缺點。本文針對各種類型的鐵路微機聯(lián)鎖系統(tǒng)進行了詳細的研究和分析，并給出了相應(yīng)的改造方案建議，可為廠礦企業(yè)相關(guān)技術(shù)人員在制定鐵路微機聯(lián)鎖系統(tǒng)改造方案時，提供一定的借鑒和參考。