信號機在城市軌道交通信號系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

趙德生

（南京鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，講師，江蘇 南京 210031）

在城市軌道交通中，由于地鐵設(shè)計規(guī)范未對信號機顯示作出統(tǒng)一規(guī)范，致使各城市軌道交通的信號機顯示略有不同，信號機點燈電路也存在差異。由于信號機的點燈狀態(tài)直接影響行車安全，因此研究信號機顯示方案及信號機點燈電路問題具有重要意義。

1 信號機顯示方案

車輛段內(nèi)的信號機常態(tài)點燈，正線信號機主要分為常態(tài)點燈和常態(tài)滅燈兩種形式，本文將信號機顯示方案與運營模式結(jié)合，對現(xiàn)存信號顯示方案作如下分析：

1.1 常態(tài)CBTC運營模式與信號機滅燈正常情況下，列車在CBTC模式下運行時，正線信號機為滅燈狀態(tài)，列車憑車載信號行車；而當(dāng)非CBTC列車接近信號機且滿足開放聯(lián)鎖條件時，信號機自動點亮允許燈光；當(dāng)軌旁ZC故障，聯(lián)鎖將故障區(qū)域內(nèi)的所有信號機轉(zhuǎn)為點燈模式［1］。

1）常態(tài)滅燈方案優(yōu)點：一是可解決司機正常駕駛的干擾問題；二是滿足綠色環(huán)保的設(shè)計理念。

2）常態(tài)滅燈方案缺點：一是司機長期在滅燈狀態(tài)下駕駛CBTC列車，容易產(chǎn)生思維定勢；在駕駛非CBTC列車時，存在冒進(jìn)信號的可能。二是信號機點燈故障無法被及時發(fā)現(xiàn)。

1.2 常態(tài)CBTC運營模式與信號機點燈

1）常態(tài)CBTC模式，后備和CBTC均點燈。計算機聯(lián)鎖根據(jù)ZC區(qū)域控制器傳送的信息（列車是“CBTC模式”還是“后備模式”），來判斷信號機點燈方式。后備模式時，聯(lián)鎖需檢查進(jìn)路內(nèi)的區(qū)段空閑條件，以確定是否開放信號機，而CBTC模式下，憑車載信號行車，被列車移動授權(quán)覆蓋的信號機亮相對應(yīng)的允許燈光。如圖1所示。

圖1 CBTC與后備模式下信號機點燈對比

（1）優(yōu)點：一是可實時監(jiān)測信號機狀態(tài)；二是正常情況下可實現(xiàn)車地信號顯示意義的統(tǒng)一。

（2）缺點：一是后備模式下與CBTC模式下受紅燈或其他燈位故障影響不同，前者將紅燈故障視為禁止行車信號，后者以車載為主體信號，即使地面紅燈，也不影響列車運行。二是系統(tǒng)設(shè)計較復(fù)雜，在后備模式時，聯(lián)鎖是依據(jù)計軸信息和其他聯(lián)鎖邏輯，判斷是否驅(qū)動信號機；在CBTC模式時，聯(lián)鎖通過與軌旁ATP設(shè)備的實時交互、自身邏輯判斷來驅(qū)動信號機點燈，計算機聯(lián)鎖驅(qū)采軟件相對復(fù)雜。三是不符合節(jié)能環(huán)保的設(shè)計理念。

2）常態(tài)CBTC模式，隨移動授權(quán)滅燈。CBTC模式下，信號機常態(tài)點燈，當(dāng)列車接近信號機時，隨著移動授權(quán)覆蓋，使范圍內(nèi)的信號機滅燈，列車憑車載信號行車，列車越過信號機后，信號機自動再次點亮紅燈；后備模式下的列車或非CBTC列車視地面信號的顯示運行。

（1）優(yōu)點：一是正常情況下，可以解決車地信號顯示不一致問題；二是可實時監(jiān)測信號機狀態(tài)；三是相對于一直亮燈的顯示方案，節(jié)能環(huán)保。

（2）缺點：系統(tǒng)設(shè)計較為復(fù)雜。

3）常態(tài)CBTC模式，信號點藍(lán)燈。信號機在原有基礎(chǔ)上增加一個藍(lán)燈位，信號機常態(tài)點藍(lán)燈，表示列車運行在CBTC模式下，憑車載信號行車，當(dāng)藍(lán)燈故障時，信號機改點紅燈，燈絲監(jiān)測裝置對故障藍(lán)燈進(jìn)行報警提示；后備模式下，藍(lán)燈為禁止信號，聯(lián)鎖設(shè)備根據(jù)計軸區(qū)段占用信息，實時動態(tài)控制列車運行前方和后方各兩架信號機，點亮相應(yīng)燈光，此時藍(lán)燈滅燈狀態(tài)。

（1）優(yōu)點：一是正常情況下，解決車--地信號顯示不一致問題；二是可實時監(jiān)測信號機狀態(tài)。

（2）缺點：一是相對滅燈方案，不符合節(jié)能環(huán)保設(shè)計理念；二是相對于三燈位的信號機而言，增加了信號機構(gòu)和室外電纜費用。

4）常態(tài)CBTC模式，信號點紅色M燈。信號機在原有基礎(chǔ)上增加一個燈位（自上而下的燈光配列通常為M紅、黃、綠、紅），M紅燈位的底色為白，字母為紅，常態(tài)CBTC模式下，M紅燈亮燈，表示信號機所防護(hù)進(jìn)路為鎖閉狀態(tài)，CBTC列車憑車載信號運行，非CBTC列車需視M紅燈為禁止信號；后備模式下，M紅燈滅燈，聯(lián)鎖控制信號機點亮相應(yīng)燈光；自動進(jìn)路中的計軸區(qū)段故障也會將入口信號機轉(zhuǎn)換為M紅燈［2］。

（1）優(yōu)點：一是正常情況下，可解決車地信號顯示不一致問題；二是可實時監(jiān)測信號機狀態(tài)。

（2）缺點：一是遠(yuǎn)距離時，存在司機將M紅燈誤認(rèn)為紅燈的可能；二是不符合節(jié)能環(huán)保設(shè)計理念；三是相對于三燈位而言，增加了信號機構(gòu)和室外電纜費用；

1.3 常態(tài)為后備運營模式

1）常態(tài)為后備模式，CBTC滅燈。

在常態(tài)后備模式下，信號機點紅燈；當(dāng)滿足信號開放的聯(lián)鎖條件時，信號機開放允許信號（綠、黃、紅黃）。當(dāng)列車運行在CBTC模式下，室外信號機滅燈，當(dāng)列車運行接近信號機時，信號機保持滅燈。

2）在常態(tài)后備模式下，信號機點紅燈；當(dāng)滿足信號開放的聯(lián)鎖條件時，信號機開放允許信號；

在CBTC模式下，信號機常態(tài)點亮紅燈，當(dāng)CBTC列車接近信號機且滿足開放條件時，信號機點亮藍(lán)燈。

2 信號機點燈電路邏輯分析

2.1 正線信號機點燈電路邏輯分析及設(shè)計為了區(qū)分正線不同的運營模式，在傳統(tǒng)點燈電路中增加DDJ（點燈繼電器），ZC區(qū)域控制器將運營模式信息發(fā)送給聯(lián)鎖，聯(lián)鎖控制DDJ的狀態(tài)，當(dāng)DDJ落下（DDJ=0）時，表示信號機應(yīng)該處于后備模式。當(dāng)DDJ吸起（DDJ=1）時，表示信號機應(yīng)該處于CBTC模式。

為簡潔敘述，下文中“↑”表示繼電器、控制器等電器元件吸起；“↓”表示繼電器、控制器等電器元件落下。

1）常態(tài)CBTC，點燈電路分析及設(shè)計。圖2為典型的正線信號機點燈電路。

圖2 常態(tài)CBTC點藍(lán)燈（后備正常）點燈電路

（1）常態(tài)CBTC運營模式下，DDJ↑，信號機點藍(lán)燈。

（2）后備模式下，DDJ↓，聯(lián)鎖根據(jù)計軸狀態(tài)，控制信號機點亮相應(yīng)燈光。

（3）燈亮條件

紅燈點亮條件：DDJ↓&LXJ（列車信號機繼電器）↓&YXJ（引導(dǎo)信號繼電器）↓；

綠燈點亮條件：DDJ↓&LXJ↑&ZXJ↑；

黃燈點亮條件：DDJ↓&LXJ↑&ZXJ↓；

引導(dǎo)信號點燈條件：DDJ↓&LXJ↓&YXJ↑。

對于常態(tài)CBTC模式、信號機滅燈的情況（后備模式信號機正常點燈），可將圖2的信號機點燈電路作如下變動：去掉藍(lán)燈機構(gòu)、燈絲繼電器及電纜；

2）常態(tài)后備模式，點燈電路分析及設(shè)計。

（1）對于常態(tài)后備模式，CBTC滅燈情況下（后備模式信號機點燈，CBTC模式信號機滅燈），信號機點燈電路可在圖2的基礎(chǔ)上做如下改動：去掉藍(lán)燈機構(gòu)、燈絲繼電器及電纜；將DDJ的前接點換成后接點，串接在繼電電路中。

（2）對于常態(tài)后備模式，CBTC亮藍(lán)燈情況（后備模式下，信號機亮紅燈；CBTC模式下，信號機常態(tài)紅燈，列車接近信號機后，信號機亮藍(lán)燈）的點燈電路如圖3所示。

圖3 常態(tài)后備，CBTC點藍(lán)燈的點燈電路（無引導(dǎo)）

①后備模式下的點燈邏輯

紅燈點亮條件：LXJ↓；

綠燈點亮條件：DDJ↓&LXJ↑&ZXJ↑&LDJ（綠燈繼電器）↑&UDJ（黃燈繼電器）↓，表示系統(tǒng)在聯(lián)鎖模式下，進(jìn)路內(nèi)道岔鎖閉在直向位置且次架信號機已開放；

黃燈點亮條件：DDJ↓&LXJ↑&ZXJ↓&LDJ↓&UDJ↑，表示進(jìn)路內(nèi)至少有一組道岔鎖閉在側(cè)向位置；

綠黃燈點亮條件：DDJ↓&LXJ↑&ZXJ↑&LDJ↓&UDJ↓，表示在進(jìn)路內(nèi)的道岔鎖閉在直向位置且次架信號機未開放。

將壓縮機管網(wǎng)的正常出口壓力設(shè)置為P1，將現(xiàn)場實際測定的壓力值設(shè)置為P2，值由PLC中PID功能模塊進(jìn)行統(tǒng)計、計算，根據(jù)控制變頻器的具體情況對電動機的運轉(zhuǎn)速度進(jìn)行合理化的調(diào)整，從而實現(xiàn)規(guī)定的具體的壓力。ΔP值與現(xiàn)場壓力、變頻器輸出頻率、電動機的運轉(zhuǎn)速度成正比，當(dāng)ΔP＞0 時，其相關(guān)因素會隨之提高，風(fēng)壓也會逐漸升高；當(dāng)ΔP＜0 時，其相關(guān)因素會隨之降低；不斷的調(diào)整，使ΔP趨于0，保證壓力處于穩(wěn)定的狀態(tài)，具體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖1。

②CBTC模式下的點燈邏輯

紅燈點亮條件：LXJ↓；

藍(lán)點亮條件：DDJ↑&LXJ↑，表示運行在CBTC模式下。

2.2 段內(nèi)調(diào)車信號機點燈電路邏輯分析車輛段內(nèi)以調(diào)車信號機居多，DXJ常態(tài)落下，信號機亮禁止燈光（藍(lán)或紅），當(dāng)以調(diào)車信號機為始端排列進(jìn)路時，聯(lián)鎖系統(tǒng)檢查相關(guān)聯(lián)鎖條件，如聯(lián)鎖條件（進(jìn)區(qū)段空閑、道岔位置正確且鎖閉、敵對進(jìn)路未建立等）滿足后，DXJ被驅(qū)動吸起，信號機開放白色允許燈光。

3 信號機點燈電路故障分析處理

3.1 控制臺藍(lán)閃（紅閃）報警段內(nèi)調(diào)車信號機點燈及驅(qū)采電路如圖4所示。

圖4 段內(nèi)調(diào)車信號機點燈及驅(qū)采電路

結(jié)合圖4分析，平時藍(lán)燈的主絲工作，當(dāng)主絲熔斷后，燈絲轉(zhuǎn)換繼電器兩端失去電壓，其接點落下，溝通副燈絲點燈回路，如果副燈絲也發(fā)生斷絲故障，則變壓器二次側(cè)回路斷開，一次側(cè)失去電流，導(dǎo)致DJ落下，聯(lián)鎖無法采集到DJ的前接點狀態(tài)，則控制臺上的信號機會出現(xiàn)“藍(lán)閃”現(xiàn)象，代表燈絲雙斷。

如果采用了主燈絲報警裝置，則可及時發(fā)現(xiàn)斷絲故障，就不會出現(xiàn)“藍(lán)閃”的現(xiàn)象，故障原因通常為：燈絲繼電器故障、采集電路開路、室內(nèi)開路、室外開路等，但在運維過程中，需快速精準(zhǔn)判斷故障點。

（1）首先根據(jù)圖紙，到分線架測量（A、BAH）電壓值，如測得電壓值為210 V左右且藍(lán)燈正常點亮，則需要進(jìn)一步判斷（DJ被擊穿或DJ采集電路開路）故障原因，通過對DJ的測試可判斷其是否被擊穿，如未被擊穿，則可采用“借電源法”查找采集電路，如圖4所示，萬用表黑表筆可在其他組合側(cè)面端子借用IOF電源，紅表筆沿采集電路逐點測量，電壓值從有到無，則代表出現(xiàn)斷點，例如，紅表筆測試到DJ的12接點時有正常電壓值，當(dāng)移動到DJ的11接點時，電壓消失，則說明11-12接點接觸不良；

雖測到210 v電壓，但藍(lán)燈不能點亮，說明室外點燈電路開路，由于室外點燈變壓器和燈絲轉(zhuǎn)換繼電器被集成為一個點燈單元，室外結(jié)構(gòu)簡單，按照電路逐點查找故障即可。

（2）如測得電壓小于10 v，需甩掉分線架至室外的電纜后，重新測量電壓，電壓仍小于10 v，則說明室內(nèi)點燈電路開路，采用“借電源法”按圖查找故障；若電壓測得為210 v，說明室外開路故障，需按圖逐點查找點燈電路。

3.2 控制臺斷絲報警如果控制臺出現(xiàn)斷絲報警，以該信號機為始端排列進(jìn)路，白色燈位開放后，如故障消除，則可判斷藍(lán)色燈位故障。故障具體排查步驟、方法簡介如下：

（1）拔出燈泡，檢查燈泡（主燈絲是否斷絲），如是則更換燈泡。

（2）若燈泡工作正常，則檢查燈絲轉(zhuǎn)換按鈕是否損壞，如已損壞，則更換信號機燈座。

（3）若燈座正常，應(yīng)檢查燈絲變壓器及相關(guān)配線、絕緣是否異常，發(fā)現(xiàn)問題及時處理。

3.3 允許信號（白燈）無法開放當(dāng)出現(xiàn)允許信號無法開放及開放信號故障時，應(yīng)測試分線架電壓，根據(jù)所測得電壓值進(jìn)一步判斷故障處所及原因。具體步驟與方法如下：

（1）當(dāng)所測電壓值小于10 v時，查看DXJ狀態(tài)，若吸起后稍后落下，則室內(nèi)DXJ31至分線架有開路現(xiàn)象，可采用“借電源法”并根據(jù)點燈電路逐點查找；繼續(xù)查看DXJ狀態(tài)，若未吸起，則DXJ驅(qū)動電路有開路，查看維修機記錄，根據(jù)驅(qū)動電路查找。

（2）當(dāng)所測電壓值為210 v時，可針對可能出現(xiàn)的下面故障現(xiàn)象分別進(jìn)行處理：

①故障現(xiàn)象：室外信號機滅燈幾秒后繼續(xù)點藍(lán)燈，控制臺信號機顯示白燈點亮后變?yōu)椤八{(lán)閃”狀態(tài)，持續(xù)幾秒鐘后點藍(lán)燈。

故障原因分析：導(dǎo)致此故障的主要原因一是由于DXJ吸起，聯(lián)鎖可同時采集到DXJ和DJ的前接點，控制臺上的白燈點亮；二是由于白色燈位室外開路，當(dāng)超過DJ的緩放時間后，DJ因無電流通過而落下，此時聯(lián)鎖無法采集到DJ的前接點，故該信號機標(biāo)志在控制臺上出現(xiàn)“藍(lán)閃”現(xiàn)象；三是聯(lián)鎖無法采集到DJ后，也停止對DXJ的驅(qū)動，DXJ落下后，藍(lán)燈點亮，此時DJ再次吸起，聯(lián)鎖采集到DJ前接點后，使該信號機標(biāo)志在控制臺上出現(xiàn)穩(wěn)定藍(lán)燈。

根據(jù)現(xiàn)象可判斷室外部分有開路，按照電路逐點查找故障即可。

②故障現(xiàn)象：室外信號機白燈點亮幾秒后跳轉(zhuǎn)藍(lán)燈，控制臺信號機顯示持續(xù)“藍(lán)閃”。

故障原因分析：導(dǎo)致此故障的主要原因是開放允許信號的瞬間DJ被擊穿，聯(lián)鎖無法采集到DJ的前接點，控制臺信號機顯示持續(xù)藍(lán)閃，聯(lián)鎖停止對DXJ的驅(qū)動，DXJ落下，信號機點藍(lán)燈，此種情況需更換DJ。

4 結(jié)語

常態(tài)點燈和滅燈方案在國內(nèi)軌道交通信號系統(tǒng)中均有采用。兩種方案各有優(yōu)點和不足，如何采用合適的信號顯示方案，需針對不同的工程項目，根據(jù)業(yè)主要求，同時綜合運營需求，以確定最終方案。