鐵路信號設(shè)備的自動化控制技術(shù)研究

張華興

（中鐵十六局集團第五工程有限公司，河北 唐山 064000）

0 引言

在對鐵路行車進行控制時，利用信號技術(shù)使列車駕駛員獲得有關(guān)信息。從廣義上講，鐵路信號裝置能將各種設(shè)備和各種數(shù)據(jù)結(jié)合起來，能顯示、傳輸有關(guān)數(shù)據(jù)和控制相關(guān)鐵路設(shè)備。隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，鐵路信號設(shè)備的現(xiàn)代化程度進一步提高，相關(guān)技術(shù)也得到了飛速發(fā)展，特別是與現(xiàn)代通信技術(shù)緊密結(jié)合，保證了數(shù)據(jù)的傳輸質(zhì)量。采用安全防護技術(shù)，是防止運輸事故，特別是防止行車事故的有效手段，是鐵路運輸安全體系中的重要組成部分。

1 鐵路信號設(shè)備自動化控制技術(shù)發(fā)展的必要性

鐵路是我國目前較為安全的交通方式，鐵路信號設(shè)備的安全直接決定鐵路行車的安全。鐵路信號的安全性主要表現(xiàn)在功能安全和技術(shù)安全兩個方面，功能安全是指系統(tǒng)在無故障的正常工作中保證行車安全的性能，技術(shù)安全是指系統(tǒng)發(fā)生故障后能夠故障導(dǎo)向安全。為了保障這兩個方面的安全，必須提高鐵路部門維修人員的技術(shù)水平。同時，要結(jié)合現(xiàn)代科技，進一步提高鐵路的安全水平，從而使列車運行安全得到保障。當(dāng)前，鐵路信號設(shè)備逐步向自動化方向發(fā)展，行車調(diào)度也日趨簡化，從而有效減輕了工作人員維護和勞動的成本。隨著計算機聯(lián)鎖技術(shù)的發(fā)展，鐵路信號的自動化程度不斷提高，對鐵路建設(shè)起到了積極作用。先進的鐵路信號設(shè)備和控制系統(tǒng)使鐵路的自動化程度和安全性得到了極大程度的提升。

2 鐵路信號設(shè)備計算機聯(lián)鎖的應(yīng)用原理

計算機聯(lián)鎖是以計算機為主要技術(shù)手段實現(xiàn)車站聯(lián)鎖的信號系統(tǒng)。簡單來說就是將現(xiàn)場設(shè)備狀態(tài)通過繼電器接口電路送入計算機，計算機處理后顯示在顯示器上，供值班人員隨時了解掌握現(xiàn)場情況。當(dāng)值班人員需要排列進路或其他操作時，用鼠標(biāo)或控制臺按鈕將操作命令送入計算機。計算機對操作命令結(jié)合現(xiàn)場設(shè)備狀態(tài)進行有關(guān)邏輯運算，認為可執(zhí)行時，發(fā)出控制命令，動作相關(guān)的接口繼電器，由繼電器構(gòu)成的現(xiàn)場設(shè)備動作電路，驅(qū)動現(xiàn)場設(shè)備動作，被控設(shè)備動作之后的新狀態(tài)及聯(lián)鎖狀態(tài)又送至顯示器顯示。

隨著列車運行，計算機不斷運算聯(lián)鎖邏輯，自動關(guān)閉信號，解鎖進路，顯示相應(yīng)的進路狀態(tài)。計算機聯(lián)鎖應(yīng)能滿足各種車站規(guī)模和運輸作業(yè)的需要，保證行車安全，提高運輸效率，改善勞動條件，并具備大信息量和聯(lián)網(wǎng)能力。計算機聯(lián)鎖中的繼電器可以很好地解決故障導(dǎo)向安全的問題，因此被認為是鐵路設(shè)備中最關(guān)鍵的組成部分。

3 鐵路信號安全型繼電器

繼電器是鐵路設(shè)備自動控制的基礎(chǔ)。為保證其安全、有效的運行，鐵路工作人員普遍采用安全保護措施。在鐵路信號系統(tǒng)中，凡是涉及行車安全的繼電器必須采用安全型繼電器。所謂安全型繼電器，結(jié)構(gòu)必須符合故障導(dǎo)向安全的要求，是一種故障不對稱器件。當(dāng)故障狀態(tài)時，它的前節(jié)點閉合的概率遠小于后節(jié)點閉合的概率。安全型繼電器的主要構(gòu)造是重力式保護，一般采用插接型，而且獨立存在。為了保證其潔凈性、防爆性，會安裝一個防塵蓋或者防爆防塵蓋，既可以延長其使用壽命，又可以保證繼電器的使用安全。鐵路信號安全型繼電器主要分為以下幾種。

3.1 有極型繼電器

有極型繼電器通常具有吸起位置和落下位置兩種情況，其內(nèi)部磁系統(tǒng)中增加了磁鋼，以永久磁鋼為主，輔以磁軛。在連接電源時，根據(jù)線圈中電流極性的不同而具有吸起和落下兩種穩(wěn)定狀態(tài)。當(dāng)線圈中通過正向電流時，繼電器吸起，斷電后仍保持在吸起位置；通以反方向電流時，繼電器打落，斷電后保持在落下位置。這兩種狀態(tài)在線圈中電流消失后，仍能繼續(xù)保持，達到穩(wěn)定的工作狀態(tài)。

3.2 無極型繼電器

無極型繼電器的工作原理是利用電磁力對繼電器進行控制，進而推拉。此種繼電器在鐵道信號設(shè)備中也得到了廣泛應(yīng)用，采用“重力恒定”原理在線圈斷電時強制動和接點斷開。采用銀-銀氧化鎘接點，具有較強的防粘連、接觸電阻小等特點。磁路采用剩磁較小的電磁純鐵材料，并在銜鐵與鐵心閉合處安裝止片，保證磁路的最小空氣間隙，防止磁路的鐵磁零件磁化，確保繼電器高效工作。

3.3 整流式繼電器

整流式繼電器是無極型繼電器的升級版，繼電器內(nèi)部安裝了半導(dǎo)體二極管電路，可以讓繼電器在使用中更加安全，并且通過整流電路的二次處理。在輸入線圈中進行二次處理，使繼電器的壽命更長，信號傳輸也更安全、更方便，從而達到對信號的自動控制，保障鐵路設(shè)備的高效性和安全性。

4 鐵路信號設(shè)備自動化控制技術(shù)研究

4.1 合理設(shè)計控制電路

鐵路信號設(shè)備在實現(xiàn)自動控制時，必須全面掌握自動化技術(shù)，以保證列車運行的安全，從而為鐵路信號設(shè)備系統(tǒng)的正常工作打下良好基礎(chǔ)。在采用自動控制技術(shù)時，必須科學(xué)地選用繼電器。由于繼電器的種類繁多，功能也各不相同，因此在選用時必須與控制參數(shù)相符，確保所選用的繼電器達到有關(guān)的電路控制規(guī)范。在對電路進行控制時，還要對繼電器的串行數(shù)目進行控制，保證繼電器正常工作。

4.2 加強設(shè)備定位

在應(yīng)用鐵路信號設(shè)備的過程中，利用自動控制技術(shù)可以實現(xiàn)對鐵路設(shè)備的定位處理。在鐵路信號裝置的工作狀態(tài)下，可以進行位置識別，從而使繼電器的位置精度得到進一步提高。在具體定位時，工作人員要確保列車信號設(shè)備的定位狀態(tài)和繼電器的位置狀態(tài)一致，避免出現(xiàn)運行偏差等問題[1]。

4.3 檢測軌道和道岔

軌道和道岔是鐵路信號設(shè)備系統(tǒng)控制的關(guān)鍵部件。通過自動監(jiān)控技術(shù)，可以全面了解鐵路線路的運行狀況，有效地監(jiān)控線路上的變化，并對相應(yīng)的數(shù)據(jù)進行精確的記錄。當(dāng)線路發(fā)生故障時，維修人員可以通過對線路上的監(jiān)控數(shù)據(jù)進行分析，找出故障的具體位置和原因，以便及時解決。同時，工作人員還可以根據(jù)實際的線路條件，設(shè)定出標(biāo)準(zhǔn)線路。從目前國內(nèi)的軌道運營狀況分析，線路故障比較普遍。故障在瞬息之間發(fā)生，維修人員難以對設(shè)備的狀態(tài)進行有效控制，而且對故障的發(fā)生地點也無法做出正確判斷。一旦處理不當(dāng)，將導(dǎo)致嚴重的事故。采用自動化監(jiān)控技術(shù)可以有效地解決這一問題，對軌道和道岔進行全方位監(jiān)控，一旦出現(xiàn)故障，維修人員就能迅速發(fā)現(xiàn)故障的位置和原因，并及時采取相應(yīng)的對策，提高故障的處理效率。

4.4 科學(xué)修正設(shè)備

在鐵路信號實際應(yīng)用中，外部因素會對鐵路信號設(shè)備造成很大的影響，嚴重時會造成系統(tǒng)失效的問題。因此，必須對鐵路信號設(shè)備進行調(diào)整和維修，以保證其有效性和穩(wěn)定性。在通常情況下，接點系統(tǒng)維修時，工作人員要對接點處、托片等相關(guān)部位進行嚴格的檢查，接點處要焊接牢固，不允許有任何損壞。對于安裝的偏差要及時進行調(diào)整，以保證整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性。工作人員在調(diào)節(jié)磁路和連接系統(tǒng)時，應(yīng)采取集中調(diào)節(jié)的方式，接點架之間的距離應(yīng)大于4mm。若接點架的間距達不到有關(guān)規(guī)范的規(guī)定，則必須對其進行調(diào)整，并采取相應(yīng)的加強措施，以保證維修效果[2]。

5 鐵路信號設(shè)備自動化控制技術(shù)的應(yīng)用策略

5.1 設(shè)立調(diào)度集中系統(tǒng)

鐵路信號設(shè)備要達到集中控制的目的，必須熟練地掌握CTC 核心技術(shù)，并運用調(diào)度集中系統(tǒng)，有效地突破傳統(tǒng)技術(shù)限制，達到對目標(biāo)的控制效果，從而為列車安全運行打下堅實的基礎(chǔ)。在一定區(qū)段內(nèi)設(shè)立調(diào)度集中系統(tǒng)，集中控制各個區(qū)段的信號設(shè)備，從而實現(xiàn)對列車運行的統(tǒng)一指揮。在實際應(yīng)用中，鐵路信號設(shè)備管理人員可以按照調(diào)度中心的要求，對監(jiān)控區(qū)域內(nèi)的鐵路信號進行集中監(jiān)控，使各分機與總機之間可以互相連接。當(dāng)調(diào)度集中控制總機發(fā)出發(fā)送控制命令后，調(diào)度中心就可以對信號設(shè)備進行集中的控制，把列車信號設(shè)備的信息實時、精確地傳送到總機，實現(xiàn)調(diào)度統(tǒng)一及控制統(tǒng)一的目標(biāo)。在調(diào)度中心，利用該平臺，鐵路信號設(shè)備管理人員可以實時了解信號設(shè)備的運行狀況，并在屏幕上做出響應(yīng)，使工作人員隨時發(fā)現(xiàn)設(shè)備的故障，制定出相應(yīng)的對策。另外，隨著科技發(fā)展，鐵路信號設(shè)備的調(diào)度集中系統(tǒng)的應(yīng)用越來越廣泛，這將進一步提高系統(tǒng)的自動化、智能化和信息化程度，從而合理控制信號設(shè)備。

5.2 強化控制計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)

在鐵路信號設(shè)備中，采用自動控制技術(shù)可以提高信號系統(tǒng)的智能化程度，更好地利用自動控制技術(shù)的優(yōu)點，達到自動化管理的目的。利用計算機技術(shù)，提高鐵路信號的控制效率，特別是對鐵路道岔和線路的控制。在鐵路道岔和線路上安裝聯(lián)鎖裝置，對道岔和線路進行控制，實現(xiàn)鐵路信號控制，保證列車的安全。通過計算機聯(lián)鎖控制，可以實現(xiàn)對鐵路信號的自動檢測，將工作人員的控制信息反饋到列車的實際運行狀態(tài)中，避免在聯(lián)鎖控制中出現(xiàn)差錯，確保信號監(jiān)控的精確性。鐵路信號設(shè)備工作人員必須全面掌握信號系統(tǒng)的工作狀況，制訂出切實可行的控制方案，依據(jù)已有的計劃，對信號系統(tǒng)進行優(yōu)化、試驗，確保信號系統(tǒng)的正常工作[3]。

5.3 建立統(tǒng)一的信號模型

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，鐵路信號設(shè)備的技術(shù)水平得到了極大的提高，而采用常規(guī)繼電器聯(lián)鎖難以適應(yīng)目前鐵路信號設(shè)備的需要。為了有效控制信號設(shè)備，必須采用先進的技術(shù)，特別是CTC 通信信號控制技術(shù)。為了進一步發(fā)揮鐵路信號設(shè)備的控制效果，加強與鐵路信號的集成，使其與鐵路信號技術(shù)相結(jié)合[4]，工作人員要根據(jù)列車的實際運行狀況，建立相應(yīng)的監(jiān)控系統(tǒng)，實時監(jiān)控設(shè)備的運行狀況。利用現(xiàn)代的計算機技術(shù)和信息技術(shù)，可以使鐵路信號設(shè)備實現(xiàn)統(tǒng)一的控制目標(biāo)，逐步提高智能化控制水平，減少工作人員的工作量，提升鐵路信號設(shè)備的控制效果。另外，由于采用自動控制系統(tǒng)，需要有效處理信號設(shè)備的分散問題，確保我國鐵路的信號設(shè)備向自動化、智能化的方向發(fā)展。例如，利用LZB 技術(shù)，對各種指標(biāo)進行有效的控制，打破傳統(tǒng)信號設(shè)備的限制，既提高列車的可靠性，也降低列車的運行及維護成本。

5.4 注重檢修及調(diào)整繼電器

為確保鐵路信號設(shè)備實現(xiàn)自動控制，保障其正常工作，必須對繼電器進行不定時的檢修，并根據(jù)有關(guān)情況及時進行調(diào)整，防止出現(xiàn)意外[5]。在對繼電器進行檢測時，應(yīng)檢查其內(nèi)部的線圈和磁回路，觀察是否有磨損及接點是否能正常工作，檢測電樞是否出現(xiàn)變形問題。同時，對保護裝置的接觸系統(tǒng)進行全面監(jiān)控，以保證接觸裝置與磁軛間的間隔合理。若不合理應(yīng)及時進行檢修、調(diào)試，以保證其正常工作，并使繼電器處于有效的工作狀態(tài)。有關(guān)部門的管理人員要經(jīng)常進行培訓(xùn)和學(xué)習(xí)，提高專業(yè)水平，對各種故障做出及時分析和處理。最后，要把理論和實際結(jié)合起來，充分理解和掌握鐵路信號和信號裝置中繼電器匹配和自動控制原理，并不斷進行創(chuàng)新工作，使鐵路信號的自動控制變得更有效、更安全。

5.5 統(tǒng)籌控制鐵路信號

利用智能技術(shù)可以迅速分析列車信號集中監(jiān)控系統(tǒng)的報警信息，增強與知識庫的聯(lián)系，合理配置維修人員，及時發(fā)現(xiàn)故障，并發(fā)布維修命令，遠程指揮故障處理。建立文字資料管理系統(tǒng)，保證設(shè)備故障應(yīng)急處理系統(tǒng)的一體化發(fā)展，并嚴格按照設(shè)備原理圖和技術(shù)資料，對故障處理程序進行調(diào)整，把設(shè)備的故障現(xiàn)象通過圖片和文字記錄傳送給統(tǒng)一管理中心。另外，在對報警信息和知識庫進行關(guān)聯(lián)配置時，必須根據(jù)報警類型、設(shè)備類型及報警內(nèi)容，智能地判斷線路，得出故障報警時間，便于工作人員結(jié)合報警信息，盡快找出故障，并且做好故障處理計劃，防止鐵路信號故障影響鐵路的正常運行，從而切實提升鐵路運行的實際效率[6]。

5.6 高精度虛擬模擬技術(shù)

利用高精度虛擬模擬技術(shù)，為高鐵信號工程的開通試驗提供了豐富的方法和實際的、多環(huán)節(jié)的、強耦合的運行場景，以防止由于試驗不徹底而造成行車事故，從高鐵信號工程項目建設(shè)初期確保高鐵運輸安全。同時，高精度虛擬仿真技術(shù)還采用信號設(shè)備故障、行車事故模擬等手段，展示鐵路信號系統(tǒng)“強安全、精細化、集成化”的突出特點，建設(shè)鐵路信號設(shè)備測試平臺，搭建智能化高鐵培訓(xùn)平臺，為培養(yǎng)高水平科研人才和高技能產(chǎn)業(yè)奠定基礎(chǔ)。

6 結(jié)語

綜上所述，為了實現(xiàn)對鐵路信號設(shè)備的有效控制，必須靈活運用自動控制技術(shù)，確保列車安全、穩(wěn)定運行。在此種情況下，工作人員要全面掌握鐵路信號控制技術(shù)，了解其工作原理和用途，在實際工作中實現(xiàn)自動控制技術(shù)優(yōu)化的目標(biāo)，確保列車信號設(shè)備正常工作，從而推動鐵路信號設(shè)備自動化控制技術(shù)穩(wěn)定發(fā)展。