道岔控制電路可靠性研究

孫平（沈陽(yáng)鐵路局遼西工程建設(shè)指揮部，遼寧 錦州 121000）

道岔控制電路可靠性研究

孫平（沈陽(yáng)鐵路局遼西工程建設(shè)指揮部，遼寧 錦州 121000）

對(duì)道岔控制電路的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行簡(jiǎn)單的闡述，并且從性能方面來(lái)分析傳統(tǒng)道岔控制電路可靠性，最后對(duì)新型道岔控制電路進(jìn)行深入地分析和研究。

道岔；控制電路；研究

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.07.047

1 道岔控制電路發(fā)展簡(jiǎn)述

我國(guó)最早使用的道岔控制電路方式是人力來(lái)搬動(dòng)道岔，屬于機(jī)械控制，從而實(shí)現(xiàn)道岔在定位與反位之間的相互轉(zhuǎn)換。然而伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷深入和發(fā)展，我國(guó)在計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖方面的研究已經(jīng)獲得了巨大的成就，計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的應(yīng)用極大地提高了我國(guó)鐵路運(yùn)行的效率和安全性。不過計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)只是實(shí)現(xiàn)了聯(lián)鎖的計(jì)算機(jī)化，實(shí)際的執(zhí)行仍然沒有實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)化，道岔控制電路仍然依靠繼電器組合來(lái)完成。

在長(zhǎng)期的使用過程中道岔控制電路也存在著一些問題。（1）道岔位置只是反映二極管的極性，相對(duì)比較簡(jiǎn)單，在某些情況下外電路可以形成二極管特性，從而形成“虛假”的現(xiàn)象，從而影響了道岔控制電路的可靠性。（2）道岔控制電路并沒有相匹配的防雷電路，容易受到雷電的影響而出現(xiàn)故障。（3）繼電器聯(lián)鎖的道岔控制電路，其系統(tǒng)配線較為復(fù)雜。另外，由于材質(zhì)工藝等問題道岔控制電路故障經(jīng)常發(fā)生，極大地影響了道岔控制電路的可靠性。然而在鐵道信號(hào)控制方面卻對(duì)技術(shù)、故障防護(hù)等方面的要求極高，因此新型的道岔控制電路，即全電子道岔控制電路便應(yīng)運(yùn)而生。新型的道岔控制電路全面結(jié)合了電力電子技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等，具有所占用的面積非常小、功能性較強(qiáng)、維護(hù)維修率較低，自動(dòng)保護(hù)警報(bào)等特點(diǎn)。所以新型的道岔控制電路有很好的可靠性，能夠極大地提高行車的運(yùn)輸效率，符合我國(guó)鐵路行業(yè)對(duì)信號(hào)系統(tǒng)的要求。

2 傳統(tǒng)道岔控制電路可靠性研究

傳統(tǒng)道岔控制電路主要由室內(nèi)控制電路、道岔動(dòng)作電路以及道岔表示電路組成，這種道岔控制電路通過動(dòng)作電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)道岔定位與反位之間的相互轉(zhuǎn)換。關(guān)于傳統(tǒng)道岔控制電路，主要對(duì)其的性能進(jìn)行分析，從而得出道岔控制電路的可靠性情況如何。實(shí)際上可靠性研究的途徑多種多樣，主要有故障樹研究法、可靠性框圖法、馬爾科夫模型等，這些可靠性研究方法常用于鐵路設(shè)備的可靠性研究上，而且相對(duì)比較成熟。下面筆者就通過故障模式影響研究法和故障樹研究法來(lái)分析傳統(tǒng)的道岔控制電路可靠性。

2.1 故障模式影響研究法

這種研究方法是一種能夠提高道岔控制電路設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)的方法，屬于預(yù)防性的措施工具，能夠?qū)Φ啦砜刂齐娐分写嬖诘母鞣N故障進(jìn)行研究和評(píng)價(jià)，從而更好地處理故障，或者是減少故障的發(fā)生率，并且將這些處理方法進(jìn)行不斷地完善和優(yōu)化，故障模式影響研究法是故障樹研究法的基礎(chǔ)。

傳統(tǒng)的道岔控制電路主要包括了繼電器、變壓器、電阻、二極管等元件，若有任何一個(gè)元件出現(xiàn)問題，那么都會(huì)使道岔控制電路發(fā)生故障。因此道岔控制電路元件之間是串聯(lián)的關(guān)系。當(dāng)三相電源中的任一相電源斷開，那么室外的電機(jī)務(wù)必會(huì)啟動(dòng)，在道岔控制電路定位與反位相互轉(zhuǎn)換的過程中，任一相電源斷開，那么電機(jī)便會(huì)立即停止轉(zhuǎn)換。尖軌和心軌中有一臺(tái)電機(jī)不啟動(dòng)，則會(huì)切斷牽引道岔的各個(gè)轉(zhuǎn)轍機(jī)電源，并且停止轉(zhuǎn)換。若道岔控制電路定位與反位轉(zhuǎn)換超過實(shí)踐，會(huì)停止轉(zhuǎn)換，這極大地提高了道岔控制電路的可靠性。

2.2 故障樹研究法

這種方法是對(duì)道岔控制電路進(jìn)行可靠性分析的重要技術(shù)。當(dāng)前故障樹研究法已經(jīng)被公認(rèn)為能夠?qū)?fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行可靠性研究的重要途徑，并且在很多行業(yè)領(lǐng)域中得到了很好的應(yīng)用。故障樹研究主要通過建立故障樹、定性分析和定量分析的方式完成。

2.2.1 故障樹的建立

引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行合作探究式學(xué)習(xí)是需要講究策略的。對(duì)于小學(xué)語(yǔ)文教師來(lái)說(shuō)，如何組織學(xué)生進(jìn)行合作探究，使得他們完成情感的準(zhǔn)備，盡快地進(jìn)入合作探究的狀態(tài)中是他們首先要考慮的問題。其次，學(xué)生在探究中以什么樣的方式進(jìn)行合作，合作是否合理有效更是他們需要去解決的問題。更重要的是，學(xué)生在合作探究的過程中是否緊緊地抓住問題不放，是不是能夠從一個(gè)疑難延伸開來(lái)，達(dá)到舉一反三的效果，保證了探究問題的深度與廣度更是直接影響到課堂教學(xué)的效率。所以說(shuō)，在組織引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行合作探究過程中，是需要語(yǔ)文教師去好好考慮組織引導(dǎo)學(xué)生的策略問題，探索出一種從具體學(xué)情出發(fā)的，能夠促使學(xué)生合作探究進(jìn)行得更加順暢自然的方法。

將影響鐵路行車效率定義為道岔控制電路中最不期望發(fā)生的“頂事件”，依據(jù)道岔控制電路的結(jié)構(gòu)來(lái)找出影響“頂事件”發(fā)生的各種可能性，這些可能的原因便是“中間事件”，可以依據(jù)“中間事件”往下一級(jí)分析，直到最后一級(jí)基本事件，也就是“底事件”。借助“或門”和“與門”這兩個(gè)邏輯門把頂事件、中間事件和底事件緊密聯(lián)系在一起，從而形成一個(gè)完整的故障樹。

2.2.2 定性分析

故障樹定性分析的過程中主要是求最小割集，采用上行法或者是下行法來(lái)計(jì)算出故障樹最小割集，也就是所有使頂事件發(fā)生的系統(tǒng)故障模式，是為了找出頂事件發(fā)生的各種可能原因以及原因的組合。實(shí)際上故障樹定性分析是進(jìn)行定量分析的前提，從頂事件開始逐漸向下將故障樹進(jìn)行簡(jiǎn)化，從而可以求出最小割集。

2.2.3 定量分析

通過故障樹定性分析得出的最小割集，便可以進(jìn)行定量分析，主要是將頂事件、底事件所發(fā)生的概率大小以及可能性大小進(jìn)行量化確定，也就是底事件的重要度。啟動(dòng)道岔控制電路是一種重力式的繼電器，當(dāng)斷電后重力會(huì)落下，可以滿足上接點(diǎn)粘連之后，下接點(diǎn)無(wú)須閉合，并且全面檢查繼電器的要求。不過在繼電器接點(diǎn)粘連之后，沒辦法滿足斷開故障的要求。

3 新型道岔控制電路可靠性研究

可靠性是維系系統(tǒng)功能正常運(yùn)行的關(guān)鍵，強(qiáng)調(diào)的是道岔控制電路無(wú)故障工作的能力。按照鐵路信號(hào)控制系統(tǒng)的要求，需要有效精確地探析道岔控制電路的可靠性。前面提到故障樹研究法、可靠性框圖研究法和馬爾科夫模型法等，然而綜合這些方法，馬爾科夫模型是最適合的分析手段。馬爾科夫模型采用的是狀態(tài)空間法，也即將道岔控制電路中各個(gè)工作狀態(tài)分析出來(lái)，再按照各個(gè)狀態(tài)之間的關(guān)系，構(gòu)建一個(gè)狀態(tài)轉(zhuǎn)移的關(guān)系圖，標(biāo)識(shí)出各種狀態(tài)的轉(zhuǎn)移概率，并且根據(jù)模型來(lái)求出道岔控制電路的可靠性指標(biāo)。

3.1 可靠性框圖

新型的道岔控制電路主要由微控制器、驅(qū)動(dòng)電路、換相開關(guān)等組成，這些都是能夠維修的系統(tǒng)。道岔轉(zhuǎn)換命令經(jīng)過總線，由通信電路想兩套微控器進(jìn)行傳送，并且通過微控器的二取二“與”邏輯比較控制來(lái)輸送出信息和數(shù)據(jù)，從而控制道岔控制電路與開關(guān)。道岔控制電路位置的信息反映了道岔控制電路采集到信息，并且邏輯比較輸出。若比較一致，便會(huì)經(jīng)過通信電路和總線輸送到聯(lián)鎖機(jī)。若是比較不同，則會(huì)將采集信息輸送至微機(jī)監(jiān)測(cè)機(jī)。

其他電路主要有復(fù)位電路、基準(zhǔn)電路和晶振電路三種，它們之間是串聯(lián)的關(guān)系。要知道元件的失效率與元件基本失效率、環(huán)境溫度、電應(yīng)力比、工作環(huán)境等有關(guān)。對(duì)于一個(gè)元器件，實(shí)際上存在著多種失效的模式，而這些故障模式對(duì)于道岔控制電路可能出現(xiàn)截然相反的效果。所以在系統(tǒng)的實(shí)際分析中，務(wù)必要考慮不同失效模式下對(duì)的元件失效率。

3.3 可修復(fù)時(shí)間

新型道岔控制電路的維修時(shí)間可以分為“接近”、“診斷”、“更換”和“確定”。可以采取自底向上的方式對(duì)維修性預(yù)計(jì)進(jìn)行分析。其中“接近”指的是維修工作人員抵達(dá)現(xiàn)場(chǎng)的時(shí)間；“診斷”是指維修工作人員借助表示燈、維護(hù)機(jī)等指示，從而將故障進(jìn)行定位的時(shí)間；“更換”則是指維修工作人員更換故障的時(shí)間；“確定”則是更換故障之后恢復(fù)正常的時(shí)間。

4 新型道岔控制電路的電磁兼容性測(cè)試

在新型道岔控制電路使用的現(xiàn)場(chǎng)，會(huì)受到各種各樣的干擾，還會(huì)受到電路自身產(chǎn)生的干擾，這些實(shí)際上都屬于電磁干擾。對(duì)于傳統(tǒng)的道岔控制電路，聯(lián)鎖機(jī)與道岔控制電路、道岔控制電路與轉(zhuǎn)轍機(jī)之間信息轉(zhuǎn)換是相當(dāng)重要的。若電磁干擾影響力傳送的信號(hào)信息，是相當(dāng)危險(xiǎn)的。電磁兼容性是指系統(tǒng)以及設(shè)備在使用電磁環(huán)境中能夠保證所有設(shè)備不會(huì)承受電磁干擾等特性。這就要求設(shè)備在正常運(yùn)營(yíng)下所產(chǎn)生的電磁干擾不能夠超過限值；另外，設(shè)備的電磁干擾具有一定的抗擾度，也就是電磁敏感性。

5 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)在鐵路上使用最多的道岔控制電路主要是由繼電器和元器件組成的，而其中的配線復(fù)雜、元器件可靠性低等問題導(dǎo)致道岔控制電路在使用過程中出現(xiàn)不少故障，直接影響了鐵路列車的行車效率。本篇文章對(duì)道岔控制電路進(jìn)行了探索性的研究，并且對(duì)可靠性各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行了探究，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)道岔控制電路在功能和性能需求上采取可靠性更高的開關(guān)來(lái)替代繼電器，將新型的道岔控制電路進(jìn)行科學(xué)合理地運(yùn)用，從而使道岔控制電路的可靠性得到顯著的提升。

【1】曹友杰.鐵路信號(hào)分布式計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)——道岔控制模塊研究[D].蘭州：蘭州交通大學(xué)，2014.

【2】陳東.新型道岔控制電路研究及其可靠性安全性分析[D].蘭州：蘭州交通大學(xué)，2014.

Research on Reliability of Turnout Control Circuit

SUNPing
（ShenyangRailwayBureau,LiaoxiEngineeringConstructionHeadquarters,Jinzhou121000,China）

This article simpllyelaborates the current development situation of the turnout controlling circuit , and analyze the reliability of traditional turnout controlcircuit fromtheaspectofperformance,finallythisarticlemakesain-depthanalysisandresearchonnewtypeturnoutcontrolcircuit.

turnout;controlcircuit;research

U284.72

A

1007-9467（2016）07-0074-02

2016-5-17

孫平（1981～），男，遼寧錦州人，工程師，從事鐵路信號(hào)自動(dòng)化控制研究，（電子信箱）sp1015@126.com。