鐵路信號設(shè)備的自動化控制技術(shù)研究

王天鳴

(國家鐵路局裝備技術(shù)中心，北京 豐臺 100070)

隨著我國現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)水平的提高，人們出行越來越方便，尤其是高鐵的修建，滿足了人們在較短時間內(nèi)長距離出行。為保證人們出行安全與列車穩(wěn)定運(yùn)行，需要引入高新技術(shù)的使用。目前，我國借鑒歐洲列控系統(tǒng)(ETCS)建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合我國鐵路修建的特點(diǎn)，以當(dāng)前我國現(xiàn)有的信號設(shè)備制式，制定了我國列控系統(tǒng)CTCS技術(shù)保準(zhǔn)。當(dāng)前使用的是CTCS-3級，而未來將使用CTCS-4列控系統(tǒng)。對于自動化技術(shù)在鐵路信號設(shè)備中的引入，可讓總控室隨時了解列車的運(yùn)行情況，并在運(yùn)行中可及時掌控鐵路線上各類車運(yùn)行距離，可見維護(hù)鐵路信號設(shè)備的穩(wěn)定性十分重要，這也是目前鐵路部門亟待解決的問題。

1 鐵路信號設(shè)備中繼電器工作原理與作用

1.1 繼電器工作原理

目前，所參與的信號設(shè)備在列車運(yùn)行過程中存在較多，大部分的設(shè)備執(zhí)行通過繼電器來實(shí)現(xiàn)自動化控制。在通常情況下，鐵路信號設(shè)備中繼電器主要由電磁系統(tǒng)與接點(diǎn)系統(tǒng)構(gòu)成。其中，電磁系統(tǒng)由線圈、可動的銜鐵及固定的鐵心等部分組成。而接點(diǎn)系統(tǒng)主要由兩部分組成，即動節(jié)點(diǎn)與靜節(jié)點(diǎn)。當(dāng)繼電器在實(shí)際工作時，在電路系統(tǒng)中將一定額度的電流輸入，當(dāng)線圈中通過一定數(shù)值的電流后，所產(chǎn)生的電磁吸引力受多方面的影響，但最主要的是受電磁影響。受電磁的影響下銜鐵會受到吸引而帶動接點(diǎn)系統(tǒng)，之后該系統(tǒng)啟動并運(yùn)行，使當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)受到改變。

1.2 繼電器運(yùn)行作用

根據(jù)繼電器工作原理，了解到繼電器聚義開關(guān)性質(zhì)，通過其接點(diǎn)的通電、斷電路，構(gòu)成各種控制表面電路。繼電器在整個鐵路信號設(shè)備運(yùn)行中發(fā)揮著重要的作用。它可以以極小的電信號對電路中相當(dāng)大的對象進(jìn)行控制執(zhí)行，可實(shí)現(xiàn)數(shù)個對象與數(shù)個回路的控制，也能對遠(yuǎn)距離的對象進(jìn)行控制，具有良好的開關(guān)性能。當(dāng)繼電器運(yùn)行中斷開時，將會對整體產(chǎn)生較大的阻抗。當(dāng)繼電器處于閉合狀態(tài)，相應(yīng)的阻抗性就較小，這可以將產(chǎn)生的突發(fā)事故有效進(jìn)行隔離?，F(xiàn)階段，在鐵路信號設(shè)備管控階段，繼電器可作為主要接口元件，在實(shí)際應(yīng)用中可將系統(tǒng)主機(jī)、軌道電路、信號機(jī)等執(zhí)行部件有效結(jié)合，這對實(shí)現(xiàn)設(shè)備的自動化大有幫助。

2 鐵路信號設(shè)備中典型繼電器

在列車運(yùn)行中，為了保證鐵路系統(tǒng)信號設(shè)備安全性，工作人員會選擇應(yīng)用典型繼電器，也就是應(yīng)用安全型繼電器。該繼電器由無極式繼電器結(jié)構(gòu)構(gòu)成，按照插入情況劃分，主要型號有插入式與非插入式。它們兩者的區(qū)別在于外觀上是否配備防塵罩，前者單獨(dú)使用，后者匝內(nèi)使用。對于安全型繼電器，按照類型進(jìn)行劃分，可分為三種，具體如表1所示。其中，有機(jī)式繼電器具有兩種不同形態(tài)的定位及反位。在繼電器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)中，條形永久磁鋼作用的發(fā)揮受其他鐵組織影響，以此形成兩種保護(hù)斷電后繼電器安全情況。也就說單號電流通若繼電器時，組織結(jié)構(gòu)內(nèi)固定的磁路與其他磁路之間產(chǎn)生動力。由此銜鐵受到影響，改變了繼電器開關(guān)狀態(tài)。而無極式繼電器受電流大小影響較大，為促進(jìn)工作任務(wù)的完成，其改變電磁力的強(qiáng)弱推動其進(jìn)行拉桿運(yùn)動，這一特殊之處在各種信號系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用。該繼電器動作原理：電-磁-力-動作拉桿。在無極繼電器兩個接點(diǎn)之間出現(xiàn)短路或失控等情況，可在基點(diǎn)之間增加隔離裝置，避免受耐高溫與耐高壓影響，保證了該繼電器系統(tǒng)內(nèi)的安全性。在該繼電器使用中可安裝隔弧片，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有大額度電流進(jìn)入繼電器后，飛隔短路情況突顯，而為避免接點(diǎn)組件問題可運(yùn)用隔弧片。對于整流式繼電器，其與無極式繼電器的應(yīng)用存在相似之處，但又不一樣。該繼電器中安裝二極管，通過二極管可將存在電流轉(zhuǎn)化為半波或全波整流電流，在此電流工作處理過程中可直流電源是由交流電源直接轉(zhuǎn)變的，其可在線圈中合理輸入。

表1 安全型繼電器類型

3 鐵路信號設(shè)備的自動化控制技術(shù)

鐵路信號設(shè)備運(yùn)行質(zhì)量情況，將會對鐵路列車運(yùn)行穩(wěn)定性與安全性造成影響。為給人們一個相對良好的出行環(huán)境，需加大應(yīng)用自動化控制技術(shù)，給鐵路信號設(shè)備的高效運(yùn)行打下基礎(chǔ)。一般情況下，鐵路信號設(shè)備中自動化技術(shù)的應(yīng)用決定于設(shè)備運(yùn)行的高低，由此需要作出以下幾點(diǎn)。

3.1 合理選擇繼電器

在鐵路系統(tǒng)中對鐵路信號設(shè)備運(yùn)行質(zhì)量控制，對繼電器的選擇，必須要滿足于兩點(diǎn)：一是滿足于信號設(shè)備運(yùn)行；另一點(diǎn)是必須要切合實(shí)際發(fā)展需要。例如，當(dāng)鐵路信號設(shè)備的電路情況確定后，對鐵路信號設(shè)備中繼電器的選擇，第一點(diǎn)要考慮滿足電路需求，這需要顧慮到其電阻、電器類型等特點(diǎn)；第二點(diǎn)是根據(jù)電路情況實(shí)際進(jìn)行選擇。在對繼電器進(jìn)行連接時，若選擇串聯(lián)方式，該串聯(lián)的應(yīng)用要滿足于兩點(diǎn)，一是符合繼電器與電力工作需求，二是保證串聯(lián)的次數(shù)，符合電壓的相關(guān)要求，而繼電器接點(diǎn)所通過的電流不應(yīng)比電路的工作電流小，必要情況下可采用并聯(lián)。一般而言，繼電器的信號可用“XL”代表，確保其符合帶有“AJ”按鈕繼電器。當(dāng)繼電器同一功能與作用數(shù)不止一個時，若應(yīng)用作用于使用功能相同的繼電器，可利用“AJXL”來進(jìn)行表示。

3.2 繼電器處理功能有效定位

基于繼電器的作用，對鐵路信號設(shè)備的自動化控制管理，可充分發(fā)揮其定位優(yōu)勢與處理功能。在此過程中，繼電器定位工作狀態(tài)要求較高，需要設(shè)備的定位狀態(tài)與繼電器定位狀態(tài)保持一致。為將信號定位的實(shí)際狀態(tài)進(jìn)行展現(xiàn)，可將定位進(jìn)行開通與關(guān)閉。當(dāng)處于空閑狀態(tài)避險時，需要分析出鐵路軌道電路的實(shí)際情況，對繼電器的運(yùn)用，除了便于工作外，需要在日常中加強(qiáng)其安全維護(hù)，該工作十分重要。若信號繼電器發(fā)生下落，信號機(jī)這時會表現(xiàn)出關(guān)閉情況。在列車實(shí)際工作與運(yùn)行中，為了保證其整體性的安全，可將大量的繼電器可進(jìn)行雙線圈串聯(lián)方式，保證電路電源、繼電器的運(yùn)行可對列車實(shí)際運(yùn)行需要進(jìn)行滿足，同時確保繼電器定位狀態(tài)與通信之間準(zhǔn)確調(diào)整，尤其是在列車運(yùn)行中，為保證鐵路信號設(shè)備自動化操作需要對其定時定位，當(dāng)發(fā)現(xiàn)問題時自動化設(shè)備發(fā)出警報，根據(jù)鐵路整體運(yùn)行情況，制定合理的運(yùn)行方案。對于鐵路信號設(shè)備中的繼電器，其存在狀態(tài)分為兩種，即吸起狀態(tài)與落下狀態(tài)。一般及繼電器在整個電路中處于定位模式。在實(shí)際情況先，對其定位狀態(tài)分析必須滿足相關(guān)原則。例如，在列車運(yùn)行中保證繼電器運(yùn)行狀態(tài)與設(shè)備實(shí)際狀態(tài)相符，此時的信號機(jī)處于關(guān)閉，而道岔定位則為開通定位，軌道電路狀態(tài)表示為空閑模式。為保證繼電器在實(shí)際情況下運(yùn)用，根據(jù)故障安全原則，當(dāng)發(fā)現(xiàn)關(guān)閉限號與繼電器的落下相一致時，這時電路盡管發(fā)生斷線，但會繼續(xù)維持安全，而軌道電路與規(guī)帶繼電器落下保持一致。關(guān)于繼電器符號，主要在線圈標(biāo)注狀態(tài)下對箭頭與線圈端子號定位。對繼電器前、后節(jié)點(diǎn)的位置標(biāo)注接點(diǎn)組號，但對前、后節(jié)點(diǎn)不需要詳細(xì)標(biāo)。

3.3 繼電器檢修與調(diào)整

對于鐵路信號設(shè)備中繼電器運(yùn)行，在工作狀態(tài)下會出現(xiàn)一定的問題。由此，需要對繼電器安全檢修與調(diào)整工作。比如，檢修繼電器的電磁系統(tǒng)，需要分析與處理線圈與磁路，不僅要根據(jù)情況清潔內(nèi)容部的鋼絲卡、銜鐵等部件，還要觀察設(shè)備使用是否時間的影響而發(fā)生破損、老化等情況，避免機(jī)械使用強(qiáng)度降低。若繼電器線圈內(nèi)引線是假焊的需要重新焊接。在檢修磁路時，看銜鐵是否發(fā)生變形，保證其表現(xiàn)不變形，還要促進(jìn)氣隙之間的均勻性，保證磁性的充分發(fā)揮與有效實(shí)現(xiàn)。若發(fā)現(xiàn)其扭曲需及時進(jìn)行修理。例如，當(dāng)銜鐵磨損較嚴(yán)重時，需要結(jié)合實(shí)際對其進(jìn)行修復(fù)與更換。在檢修對接點(diǎn)系統(tǒng)時，為表面拉桿安裝發(fā)生偏移，需可對銜鐵是否變形與接點(diǎn)片之間銜接是否正確進(jìn)行分析，這樣在整體建設(shè)與發(fā)展下維護(hù)其應(yīng)用。此外，相關(guān)人員要集中對其管理機(jī)制進(jìn)行調(diào)整，統(tǒng)籌監(jiān)督磁路與接點(diǎn)系統(tǒng)工作，一方面可對接點(diǎn)架結(jié)構(gòu)與銜鐵間隙性進(jìn)行調(diào)整，一方面維護(hù)管理銜鐵角度。達(dá)到列車安全、有序運(yùn)行的目的。

4 結(jié)束語

綜上所述，本文通過對鐵路信號設(shè)備的自動化控制技術(shù)的研究，了解了鐵路信號設(shè)備中繼電器動作原理與產(chǎn)生的作用，分析了典型繼電器的三種類型，在鐵路信號設(shè)備中引入自控化控制技術(shù)的應(yīng)用，需要根據(jù)實(shí)際選擇合理的繼電器、有效定位繼電器處理功能，在日常工作中注重對繼電器檢修與調(diào)整，才能實(shí)現(xiàn)鐵路信號設(shè)備的自動化運(yùn)行，保證列車整體穩(wěn)定、安全地運(yùn)行，這對我國鐵路建設(shè)發(fā)展而言意義重大。