第一節(jié)　車站信號控制系統(tǒng)

鐵路運輸系統(tǒng)中，安全是永恒的主題。在鐵路發(fā)展初期，為了確保行車安全，人們就約定以物體的形狀、位置、顏色及數目等外部特征作為信號，向行車人員傳達列車的運行條件和命令，這樣，信號的顯示意義就與行車安全聯系在一起。當不存在危及行車安全的因素時，就可以給出允許行車的信號，反之則給出禁止行車的信號。

由于保證行車安全的主體是信號，所以把保證行車安全的系統(tǒng)一般稱為鐵路信號系統(tǒng)，簡稱鐵路信號。

鐵路信號分為車站信號和區(qū)間信號。車站信號保證列車在車站內的行車安全，區(qū)間信號保證列車在車站間的運行安全。

一、車站信號控制系統(tǒng)簡介

車站信號控制系統(tǒng)應用于鐵路車站，用以實現站內行車指揮，保證站內列車或調車車列運行時不發(fā)生追尾、迎面相撞、側面沖突等事故。

通常，把列車和調車車列由站內某一指定地點運行至站內另一指定地點所經過的徑路稱作進路。為了保證行車安全，在列車或車列駛入進路之前，應保證進路空閑、與進路相關的道岔位置正確并鎖閉、其他列車或車列不會闖入該進路。只有上述三個條件同時滿足時，才允許開放該進路的防護信號機。

把信號機、道岔、軌道區(qū)段及進路之間相互制約的關系稱為聯鎖。因此，車站信號控制系統(tǒng)也稱為車站聯鎖控制系統(tǒng)，其組成框圖如圖1-1所示。車站信號控制系統(tǒng)的設備由室內設備和室外設備組成。室內設備主要包括控制臺和聯鎖機構，其中控制臺是人—機交互的接口，車站值班員可以通過控制臺辦理進路，了解現場設備的狀態(tài)；聯鎖機構是車站信號控制系統(tǒng)的核心，完成聯鎖邏輯運算。室外設備包括信號機、道岔轉轍機、軌道電路等，是聯鎖系統(tǒng)的控制對象。

車站值班員根據行車計劃，通過控制臺輸入控制指令，為列車或車列分配進路；聯鎖機構根據控制指令，進行聯鎖運算，完成進路的排列。

在車站信號控制系統(tǒng)中主要包括進路空閑的檢測技術、道岔控制技術、聯鎖技術和“故障—安全”技術，其中聯鎖技術和“故障—安全”技術是車站信號控制技術的核心內容。

1.聯鎖技術

為了保證站內行車安全，信號機、道岔、軌道區(qū)段及進路之間必須遵循一定的制約關系，我們稱這種制約關系為聯鎖關系，實現聯鎖關系的技術為聯鎖技術。

2.“故障—安全”技術

“故障—安全”是指系統(tǒng)中任何部分發(fā)生故障及系統(tǒng)處于任何可能的外界環(huán)境中時，系統(tǒng)的輸出均處于安全狀態(tài)。“故障—安全”技術就是當器件、部件和系統(tǒng)發(fā)生故障時不致產生危險側輸出的技術。為了保障行車安全，“故障—安全”技術在車站信號控制系統(tǒng)中得到廣泛應用。電氣集中聯鎖系統(tǒng)中，通過采用安全型繼電器、繼電器安全電路等技術來提高系統(tǒng)的可靠性和安全性。計算機聯鎖系統(tǒng)中，采用多機硬件冗余的“故障—安全”計算機平臺，通過不對稱編碼、關鍵數據異地多份存儲等數據安全保障技術，以及模塊化、結構冗余的軟件設計方法來提高系統(tǒng)的可靠性和安全性。

二、車站信號控制系統(tǒng)發(fā)展歷史

1825年第一條鐵路在英國誕生，1856年第一套簡單的機械式車站聯鎖控制設備誕生。在機械聯鎖中，信號機與道岔的控制桿相互鎖閉，聯鎖關系遵循因果關聯或相關進路原則。

1927年基于布線邏輯的繼電聯鎖控制系統(tǒng)問世。與機械聯鎖不同的是，繼電聯鎖的聯鎖邏輯由繼電電路實現，道岔和信號機不再由控制桿控制。操作員按壓進路的始端和終端按鈕發(fā)出選路命令后，繼電聯鎖控制系統(tǒng)將自動完成對道岔和信號機的安全控制。

繼電聯鎖控制系統(tǒng)由不對稱的重力式安全型繼電器構成，該系統(tǒng)很好地實現了安全聯鎖功能，并且在故障狀態(tài)下能夠保證控制系統(tǒng)的安全性，同時提高了作業(yè)效率。經過不斷完善，20世紀60年代人們開始嘗試采用電子器件取代繼電器來構成鐵路信號電子聯鎖控制系統(tǒng)。1978年，由瑞典研制的世界上第一套計算機聯鎖控制系統(tǒng)在瑞典哥德堡站的成功應用，掀開了車站聯鎖控制系統(tǒng)研究與應用的新篇章。隨后，各國競相開發(fā)研究計算機聯鎖控制系統(tǒng)，到了20世紀90年代不少國家已開始大面積推廣計算機聯鎖控制系統(tǒng)。

進入21世紀后，我國的計算機聯鎖發(fā)展非常迅速，現已超過3000個站場采用計算機聯鎖，許多區(qū)段已發(fā)展了成段計算機聯鎖。

三、現狀及前景

計算機聯鎖系統(tǒng)功能正日趨完善，其功能便于擴展，信息量豐富，可與運輸調度指揮、列車控制等子系統(tǒng)聯網，有利于實現遠程診斷和信號維修管理，已成為鐵路車站信號聯鎖設備的首選，也為開發(fā)應用聯鎖、閉塞、列車運行控制綜合控制技術奠定了基礎。

鐵路車站信號控制系統(tǒng)將向低成本、高效率、高安全、高可靠及信息化、智能化、網絡化、室外設備驅動接口全電子化和綜合自動化的方向發(fā)展。

四、計算機聯鎖技術的發(fā)展

1.冗余技術的發(fā)展

最早出現的計算機聯鎖曾采用單機機構，其可靠性和安全性遠遠不能滿足車站聯鎖的嚴格要求。于是，改為雙機熱備結構，并由一個CPU執(zhí)行兩套功能相同而編碼各異及診斷程序，來提高計算機聯鎖的可靠性和安全性。目前，我國大部分計算機聯鎖是雙機熱備系統(tǒng)。但是，雙機熱備系統(tǒng)存在著雙機切換的問題，切換失敗將產生危險后果。

與此同時，開發(fā)了采用屏蔽冗余技術三取二系統(tǒng)，三個CPU運算結果兩兩進行比較，產生危險輸出的可能性極小。但是，存在著不能停機檢修的問題。

二乘二取二系統(tǒng)由兩個CPU構成一個子系統(tǒng)執(zhí)行聯鎖任務（主機），另兩個CPU處于熱備狀態(tài)（備機），這就大大提高計算機聯鎖的可靠性和安全性，而且方便維修。當前，主要干線的技術改造都優(yōu)先考慮采用二乘二取二系統(tǒng)。

2.動態(tài)輸出技術的發(fā)展

目前廣泛使用的計算機聯鎖系統(tǒng)，其信號機和道岔的控制器件仍然由繼電器來完成。為了提高計算機聯鎖輸出的可靠性和安全性，雙機熱備結構的計算機聯鎖多采用動態(tài)繼電器，后來又采用動態(tài)驅動單元或動態(tài)驅動柜，將驅動電路與繼電器分離開來，使繼電器帶動更多組接點。

有些雙機熱備結構的計算機聯鎖，以及三取二和二乘二取二的計算機聯鎖則在系統(tǒng)內部完成了動態(tài)輸出，不再采用動態(tài)繼電器，也不需要動態(tài)驅動單元或動態(tài)驅動柜，直接驅動偏極繼電器，甚至無極繼電器。

也有提出用電子單元代替繼電器，構成全電子計算機聯鎖系統(tǒng)。因為，電子單元具有體積小、功能強大等特點，便于組網、遠程管理和遠程診斷。在國外，只有少數車站采用。國產車站全電子計算機聯鎖系統(tǒng)研制始于1996年，1999年納入原鐵道部《鐵路科技發(fā)展計劃項目》，“計算機聯鎖智能型全電子信號道岔控制一體化的研究”于2000年1月通過原鐵道部技術審查。該系統(tǒng)從2001年開始，先后在信陽電廠、襄樊北機務段整備場及少量干線鐵路車站投入使用。