鐵路信號設備的自動化控制技術分析

段國平

（鞍鋼集團本鋼北營鐵運公司，遼寧 本溪 117017）

引言

在鐵路信號設備的具體應用中，自動化控制是一種至關重要的技術形式，該技術有助于總控室實時了解鐵路列車的實際運行情況，及時掌握各個列車在鐵路上的運行距離，確保鐵路交通運輸的質量與安全。基于此，相關單位與技術人員一定要注重自動化控制技術的應用研究，在鐵路信號設備控制中更好地發揮作用，實現鐵路信號設備的自動化控制，為鐵路交通運輸質量及其安全性提供基礎保障。

1 鐵路信號設備與自動化控制技術概述

1.1 鐵路信號設備

鐵路信號設備的主要作用是給鐵路調車人員以及行車人員發送相應的指示或指令信號，以此來實現鐵路交通運輸的合理調度與安全運行。目前使用的鐵路信號設備主要有閉塞設備、聯鎖設備以及指示設備。鐵路信號設備的表現類型有兩種，一是視覺部分，包括信號燈、信號牌、信號旗、機車信號、信號機、信號表示器和信號標志等；二是聽覺部分，包括機車鳴笛、響墩、號角和口笛等。合理應用信號設備，可有效保障鐵路交通運輸安全。

1.2 自動化控制技術

早期的自動化控制技術主要是通過接觸器和繼電器等對電氣設備的機械狀態進行自動化控制及邏輯控制。隨著微電子技術的不斷發展，自動化控制技術不斷更新，傳統形式的接觸器開始逐漸被微電子設備所取代。目前，單片機以及PLC已經成為自動化控制技術中的主要設備，自動化控制技術中最為典型的體系就是PLC、電氣設備與變頻器相結合的形式。

作為我國當今最為安全的一種交通運輸方式，鐵路信號的穩定發射與接收對于其安全運行至關重要。基于此，在鐵路信號設備的具體應用中，就需要引入先進的自動化控制技術，實現各個設備的自動化和智能化控制，最大限度降低信號設備系統的操作難度，讓調車、行車等工作人員的工作量及其作業強度得以有效降低，保障鐵路行車安全。

2 鐵路信號設備中的繼電器分析

2.1 主要工作原理

傳統的鐵路信號設備絕大多數都是通過繼電器來進行自動化控制。通常，鐵路信號設備中所配置的繼電器主要由電磁系統和接點系統組成，其中電磁系統主要包括固定鐵心、可動銜鐵和線圈等，接點系統主要包括靜接點和動接點。工作原理為：當有電流輸入電路系統并通過線圈時，形成的電磁吸引力會受多方面因素的影響，最主要是受電磁影響。在電磁影響的作用下，銜鐵受到吸引并帶動接點系統啟動、運行，改變當前的運行狀態。

2.2 主要繼電器類型

在鐵路列車運行過程中，為了確保鐵路信號設備安全，工作人員通常會將典型的繼電器（也就是安全等級最高的繼電器）應用其中。此類繼電器的主要組成是無極式繼電器，可分為插入式繼電器和非插入式繼電器。這兩種繼電器的主要區別在于是否配備防塵罩，插入式繼電器為單獨使用，不需要配備防塵罩，非插入式繼電器為匝內使用，要配備防塵罩。按照不同類型可將典型的繼電器劃分為三種，具體的分類情況如表1所示。

表1 鐵路信號設備中所應用的典型繼電器具體分類情況

2.2.1 整流形式的繼電器

將二極管安裝在該繼電器中，可將電流轉化成全波或半波形式的整流電流。在此過程中，其直流電源主要通過交流電源直接進行轉換而獲得，并在線圈中合理輸入。

2.2.2 無極形式的繼電器

無極形式的繼電器應用過程中，電流大小會對其產生較大的影響，為有效完成相應的工作任務，可通過改變電磁力的強弱實現拉桿運動，憑借著這種特殊的運行模式，無極式繼電器在當今的信號系統中都得到了廣泛應用。其主要的動作原理就是通過電、磁、力來達到拉桿動作效果，為防止其兩接點間產生失控或者是短路故障，可將隔離裝置設置在基點之間，確保繼電器系統內部的安全。同時，在實際應用中，也可以安裝隔弧片，在發現有較大電流進入到繼電器后，隔弧片便可進行短路分隔，防止接點組件出現問題或被損壞。

2.2.3 有極形式的繼電器

有極形式的繼電器主要有兩種形態，一是定位，二是反位。有極繼電器靈敏度高，只需較少的安匝值就能動作，動作時間很快。具體應用中，當電流從繼電器中通過時，其結構中的固定磁路便會和其他磁路間形成動力，進而對銜鐵產生影響，繼電器自身的開關狀態也會由此而改變。

2.3 主要運行作用

在整個鐵路工程的信號設備運行過程中，繼電器發揮著至關重要的作用。繼電器可以用非常小的電信號來對電路中的大對象進行控制，進而使若干個對象和回路都達到良好的控制效果。其開關性能十分良好，能夠實現遠距離控制對象。在繼電器斷開的情況下，整體的電路中便會有很大的阻抗產生，可有效防止故障電路電流過大所導致的設備損壞情況。在繼電器閉合的狀態下，整體線路中的阻抗性會很小，可允許正常電流通過。通過這樣的方式，便可讓突發性事故得以有效避免。

在現階段的鐵路信號設備管理控制中，繼電器主要被用作接口元件。通過繼電器的合理應用，鐵路設備管理控制系統中的主機、信號機以及軌道電路等各個執行部分之間可以實現有效結合，促進了鐵路信號設備的自動化實現與發展。

3 鐵路信號設備的自動化控制

目前，鐵路信號自動化控制的主要方式有兩種，一是繼電器聯鎖控制，二是計算機聯鎖控制。

3.1 繼電器聯鎖控制

早期的鐵路信號設備自動化控制技術是將繼電器作為核心的一種控制模式，雖然在當今的一些鐵路信號控制系統中依然在使用，但是該模式正逐漸被計算機聯鎖控制取代。因此，繼電器依然是鐵路設備的一項基礎設施。常見的繼電器分為兩個部分，一是電磁系統，二是接點系統。在繼電器工作時，輸入其中的電流會出現一大一小的差異，電磁系統中的線圈會產生相應的電磁力，將周圍的銜鐵吸引，接點系統開始工作，繼電器的運行狀態也隨之改變。因此，從根本來看，繼電器相當于一種電磁開關，將其應用到鐵路信號設備的自動化控制中，可以實現自動化控制信號繼電的開啟、關閉、進路閉鎖、解鎖以及道岔轉換等。

3.2 計算機聯鎖控制

在鐵路信號設備的自動化控制中，計算機聯鎖屬于一種更加先進的集中聯鎖控制模式。在對鐵路信號設備進行自動化控制的過程中，應用的最新型聯鎖設備便是全電子形式的計算機聯鎖設備，該設備主要借助計算機進行現場標識信息以及車站值班員操作指令信息的邏輯運算，實現道岔控制及信號機控制等各項設備的集中控制。此類設備不僅體積小、能耗低，而且操作十分便捷，加之完善的監控功能、到位的故障指示功能以及良好的自檢功能等優勢，使其在鐵路信號設備自動化控制中具有了非常顯著的可靠性和應用價值。通過計算機聯鎖控制的應用，鐵路信號設備自動化控制由原來的有接點控制轉變為智能無接點控制。

作為鐵路信號設備控制中的一種新型控制系統，計算機聯鎖控制最為主要的一個特征就是鐵路車站的聯鎖設備執行層實現了全面電子化，將智能分析技術合理應用其中，可實現全面智能化。將全電子化形式的執行機構與分布形式的聯鎖機構結合在一起，便可構成集中形式的計算機聯鎖體系。在這一體系中，主要的模塊有三個，一是聯鎖機柜模塊，其主要功能是對軟件運行加以控制，其中主要有三重冗余形式的聯鎖計算機、監控計算機和電務維修計算機，后兩者可相互備用。通過該模塊，可下發相應的控制指令，對系統狀態進行檢測，并進行相應的計算。二是執行機柜，其主要由智能模塊和監測模塊組成，借助于執行機柜，不僅能及時有效地完成軟件下發的指令，同時也可以對外部設備進行狀態信息的智能化采集與處理。三是防護機柜，主要組成部分包括機柜底座、機柜門、機柜體以及機柜蓋等，其主要功能是有效降低整體系統的溫升，為鐵路信號設備創造一個更加良好的運行環境。在該模式下，全站都不需要進行繼電器的設置，所有的鐵路信號設備都通過聯鎖機柜來進行智能化集中控制，并依據相應的關系，對信號機、道岔進行開放與閉鎖控制。

4 結語

在當今的鐵路交通運輸過程中，為實現其交通秩序和交通安全的良好保障，鐵路部門和相關技術人員需要加大力度，開展信號設備的自動化控制研究工作，特別要對先進的計算機聯鎖控制進行重點研究，合理應用PLC和單片機等技術設備，構建鐵路信號自動化控制系統，促進我國鐵路交通運輸工程的安全、穩定發展。