朱建華,單 鵬,黃建兵
(中國(guó)石化集團(tuán)茂名石油化工公司鐵路運(yùn)輸公司,廣東 茂名 300387)
中國(guó)石化集團(tuán)茂名石油化工有限公司鐵運(yùn)分部(以下簡(jiǎn)稱“鐵運(yùn)分部”)位于茂名市油城二路,創(chuàng)建于1958年10月10日,鐵運(yùn)分部有工業(yè)站、袂花站和金塘站3個(gè)鐵路站,鐵路線總長(zhǎng)77 km、道岔164組、30股道,其中工業(yè)站場(chǎng)有19股道、金塘站5股道、袂花站6股道;道口69個(gè),其中廠內(nèi)道口28個(gè)、廠外道口41個(gè);鐵路橋梁15座,其中大橋2座、中橋8座、小橋5座;鐵路涵洞103個(gè),各鐵路專用線共有裝卸(洗)車位624個(gè)。
信號(hào)設(shè)備是鐵路運(yùn)輸?shù)年P(guān)鍵設(shè)備,關(guān)系到鐵路運(yùn)輸?shù)纳a(chǎn)和安全,多年來(lái)茂名石化聯(lián)鎖設(shè)備陳舊,上千個(gè)繼電器設(shè)備出問(wèn)題后,排查困難,經(jīng)過(guò)公司多次研究開(kāi)會(huì)考察,決定對(duì)這批陳舊設(shè)備進(jìn)行徹底整改。
茂名石化原有信號(hào)控制采用6502電氣集中。隨著設(shè)備的老化,故障率頻發(fā),尤其是站場(chǎng)改造尤為復(fù)雜,且耗時(shí)長(zhǎng),不能滿足日益發(fā)展的鐵路運(yùn)輸需求。復(fù)雜的6502電路對(duì)維護(hù)人員的技術(shù)要求也特別高。復(fù)雜、低效、安全隱患等因素,必須要升級(jí)為新一代計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)。
在分析的過(guò)程中可以發(fā)現(xiàn)在鐵路信號(hào)控制當(dāng)中,全電子計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)是鐵路信號(hào)控制的新一代設(shè)備,它主要將計(jì)算機(jī)控制技術(shù)作為其核心內(nèi)容,將電力電子開(kāi)關(guān)技術(shù)作為基礎(chǔ)內(nèi)容,借助計(jì)算機(jī)技術(shù)以及自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)等實(shí)現(xiàn)對(duì)鐵路信號(hào)的控制。這一整個(gè)系統(tǒng)將繼電器運(yùn)用電子執(zhí)行單元進(jìn)行代替,這主要是因?yàn)槠洳粌H體積小,而且還擁有十分強(qiáng)大的功能,組網(wǎng)工作相對(duì)更為方便,能夠?yàn)殍F路的自動(dòng)化提供更多的技術(shù)支持。
聯(lián)鎖系統(tǒng)充分考慮了安全控制系統(tǒng)的RAMS(可靠性、可用性、可維護(hù)性、安全性)四大基本特征.。
模塊采用歐標(biāo)認(rèn)證的小型進(jìn)口安全型繼電器進(jìn)行接點(diǎn)控制,實(shí)時(shí)回讀接點(diǎn)狀態(tài),保證輸出安全可靠。
一般來(lái)說(shuō),聯(lián)鎖系統(tǒng)能夠在最大程度上對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)化,它采用一些當(dāng)前階段計(jì)算機(jī)行業(yè)當(dāng)中最為先進(jìn)的技術(shù),從鐵路信號(hào)設(shè)計(jì)的方方面面入手,采用模塊化以及單元化的設(shè)計(jì)理念,在對(duì)室外各種信號(hào)設(shè)備進(jìn)行控制時(shí)以模塊化為單元。
模塊執(zhí)行還具備對(duì)外線路進(jìn)行保護(hù)的功能,不再使用一些容易老化的熔斷器而采用南非開(kāi)關(guān),這能夠使得信號(hào)故障當(dāng)中最多的問(wèn)題得到解決。由于很多功能都需要依靠軟件的操作才能夠?qū)崿F(xiàn),而軟件屬于是一種沒(méi)有磨損的產(chǎn)品,所以在調(diào)試成功之后就不再需要后期的維修。此外,由于直接采用電纜將模塊執(zhí)行單元控制與室外設(shè)備相連,在機(jī)柜之間不需要使用連接線,所以室內(nèi)設(shè)備的故障將會(huì)大大減少。
模塊當(dāng)中還具備相當(dāng)完善的自檢功能,故障化計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)設(shè)備將會(huì)對(duì)所有的計(jì)算機(jī)運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)進(jìn)行檢測(cè),并將檢測(cè)的結(jié)果展示出來(lái),而且模塊更換也更為方便,處理故障時(shí)就會(huì)更加方便。之前在對(duì)故障處理時(shí),往往都是遵守先查找故障,然后對(duì)故障進(jìn)行判斷,最后修復(fù)故障的順序,采用這一系統(tǒng)設(shè)備之后,當(dāng)發(fā)現(xiàn)故障之后直接就將故障單元替換掉,大大縮短排除系統(tǒng)故障的時(shí)間。
采用計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖集中控制后,信號(hào)值班員的指揮工作將會(huì)更加方便,能夠使得進(jìn)路辦理的時(shí)間大大縮短,使得值班人員的勞動(dòng)條件得到改善,最終使得人力資源投入大幅降低,增加運(yùn)輸設(shè)備的使用效率,統(tǒng)計(jì)值班信號(hào)員減員成果分析如下:
節(jié)約成本計(jì)算:集中后每班減員2人,共減員4×4班=16人,人均6萬(wàn)元/年,一年減少支出16×6=96萬(wàn)元。
隨著鐵路的不斷發(fā)展,信號(hào)設(shè)備也在不斷更新,但是由于6502電氣集中存在著一定的局限性,很容易就會(huì)出現(xiàn)不方便管理的情況,而且還與一些新技術(shù)不能夠配套使用。從這一方面來(lái)說(shuō),6502電氣集中已經(jīng)很難滿足鐵路發(fā)展的實(shí)際需求。從一定程度上來(lái)說(shuō),這一控制系統(tǒng)將計(jì)算機(jī)控制技術(shù)與通信技術(shù)相互結(jié)合在一起,具有非常高的安全性。而計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖的基本功能是以6502電路電氣集中的聯(lián)鎖電路作為依據(jù),運(yùn)用計(jì)算機(jī)的巨大優(yōu)勢(shì)針對(duì)6502電路當(dāng)中存在的一些問(wèn)題進(jìn)行完善,下本主要針對(duì)這一方面的問(wèn)題進(jìn)行分析。
6502電路:列車運(yùn)行前方區(qū)段瞬間紅光帶而后恢復(fù),由于紅光帶的區(qū)段FDGJ↑→QJJ↓,所以這一區(qū)段可以采用人工的方式進(jìn)行,但是運(yùn)用計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖卻不會(huì)出現(xiàn)這種情況。
6502電路:進(jìn)路是人工解鎖的過(guò)程中發(fā)生,若接近軌道瞬時(shí)分路不良, JYJ↑, 12線立即供電,進(jìn)路可錯(cuò)誤解鎖,但是運(yùn)用計(jì)算機(jī)就不會(huì)出現(xiàn)這種情況。
6502電路:某區(qū)段紅光帶,當(dāng)引導(dǎo)信號(hào)被開(kāi)放之后,由于原紅光帶的區(qū)段QJJ不↑→LJ不↓→C J不↓,因此當(dāng)列車在進(jìn)入到原紅光帶之后,就可以馬上將這一引導(dǎo)進(jìn)路取消,同樣在計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖當(dāng)中不會(huì)這樣。
6502電路:如果在已經(jīng)開(kāi)放的一些信號(hào)接近區(qū)出現(xiàn)瞬間分路不良的情況,就可以立即將已經(jīng)鎖閉的進(jìn)路取消掉,但是如果將計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖信號(hào)開(kāi)放之后,一旦接近的區(qū)段被占用過(guò),進(jìn)路就一定會(huì)產(chǎn)生延時(shí)解鎖的情況。
6502電路:當(dāng)列車開(kāi)出之后,在咽喉區(qū)這一區(qū)域就可以按照反方向?qū)φ鄯档能囆盘?hào)進(jìn)行調(diào)整,原來(lái)出發(fā)的列車還未完成的路程將會(huì)按照中途返回的形式進(jìn)行解鎖,但是在計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖當(dāng)中就不會(huì)自動(dòng)解鎖。
計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖:當(dāng)列車運(yùn)行的前方出現(xiàn)岔道時(shí)將會(huì)出現(xiàn)間斷表示,一旦車經(jīng)過(guò)之后將不會(huì)解鎖斷表示的區(qū)段,但是在6502電路當(dāng)中卻沒(méi)有這一功能。
6502電路:當(dāng)進(jìn)站信號(hào)開(kāi)放之后,列車在接近的過(guò)程中,一旦信號(hào)因?yàn)楦鞣N原因關(guān)閉,引導(dǎo)將會(huì)直接開(kāi)放,而如果借助計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖對(duì)引導(dǎo)進(jìn)路解鎖進(jìn)行辦理時(shí),會(huì)出現(xiàn)三分鐘左右的延遲解鎖時(shí)間。
(1)從一定程度上來(lái)說(shuō),在車站當(dāng)中運(yùn)用計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖能夠確保行車的過(guò)程中更加安全,使得行車運(yùn)輸?shù)男蚀蟠筇嵘,F(xiàn)階段我國(guó)常見(jiàn)的計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖主要有以下四種類型:
傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)。由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和部分6502繼電器電路組成。這種系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜,占用面積大,維護(hù)、改造都非常困難。
我國(guó)最早是在1984年開(kāi)始對(duì)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)進(jìn)行研制,在當(dāng)前階段,計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)是鐵路運(yùn)輸中最為核心的安全控制系統(tǒng),將原來(lái)的6502電氣集中系統(tǒng)取代了。但是在計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)大規(guī)模使用的過(guò)程中出現(xiàn)了越來(lái)越多的問(wèn)題。在計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)當(dāng)中還保留了將近30%的繼電電路,其占地面積十分大,接線非常多,很容易就會(huì)出現(xiàn)故障。此外由于連鎖軟件對(duì)知識(shí)產(chǎn)權(quán)進(jìn)行保護(hù),所以整個(gè)系統(tǒng)是完全封閉的,不能夠深入而且全面控制聯(lián)鎖軟件,測(cè)試的范圍也大大受限。
(2)PLC加6502繼電器接口電路。由PLC邏輯控制器和部分6502繼電器柜組成。這種系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)仍然復(fù)雜,電路設(shè)計(jì)時(shí)采用閉環(huán)檢查的辦法保證安全,不能做到板級(jí)故障檢查,存在安全隱患。鐵道部管轄的線路甚至明確規(guī)定禁止使用PLC結(jié)構(gòu)的聯(lián)鎖系統(tǒng)。為生產(chǎn)安全著想,不建議采用此類型的聯(lián)鎖系統(tǒng)。
(3)全電子計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖。這類聯(lián)鎖高電壓通過(guò)電子開(kāi)關(guān)可控硅去控制室外設(shè)備,而當(dāng)可控硅被擊穿后,很有可能會(huì)導(dǎo)致室外設(shè)備勿動(dòng),存在不安全因素。
(4)模塊化計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)。此類系統(tǒng)全部取消6502的重力式繼電器,采用歐標(biāo)微型繼電器與電子電路集成,并且通過(guò)單片機(jī)控制繼電器的閉合和斷開(kāi)。其室外設(shè)備的控制電壓則通過(guò)這些微型繼電器接點(diǎn)將電送出,以達(dá)到室內(nèi)控制室外的目的,且每一個(gè)執(zhí)行模塊內(nèi)部電路的輸出均采用雙套電路2取2設(shè)計(jì)原則,保證信號(hào)系統(tǒng)的安全性、可靠性!另外因?yàn)榇祟愊到y(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,占用面積小,改造用時(shí)短,維護(hù)簡(jiǎn)單而深受廣大用戶的好評(píng)。
基于以上四類系統(tǒng)比較,并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際作業(yè)頻繁的情況,在站場(chǎng)改造期間最大化的不影響其正常作業(yè)、方便日后維護(hù)、保證系統(tǒng)安全可靠穩(wěn)定的運(yùn)行、甚至可以由客戶自行站場(chǎng)改造。茂名石化采用青邁啟迪公司自主研發(fā)并且獲得相關(guān)資質(zhì)證明的QM-I型全電子模塊化計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)。
從一定程度上來(lái)說(shuō),計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)是車站當(dāng)中為了確保行車安全而使用的一種控制設(shè)備,能夠確保行車更加安全,而且還能夠更好地對(duì)勞動(dòng)條件進(jìn)行改善。
這三十幾年的發(fā)展往往都是注重如何提升計(jì)算機(jī)當(dāng)中軟硬件安全性的變化,但這一層面的計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)作用只是用計(jì)算機(jī)軟件簡(jiǎn)單地替代原有6502的聯(lián)鎖邏輯功能,而繼電器接口層依然保留了近30%繼電器作為接口電路。
由于傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)思想上依然保留6502的結(jié)構(gòu),造成計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)從設(shè)計(jì)到后續(xù)施工復(fù)雜、周期較長(zhǎng)、故障范圍廣,維護(hù)的工作量及難度均較大等一系列的問(wèn)題。從某種程度上嚴(yán)重影響了日益繁忙的鐵路運(yùn)輸工作。
QM-I型全電子模塊化計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)符合鐵道部頒布的《計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖技術(shù)條件》。在保證系統(tǒng)安全、可靠、穩(wěn)定的前提下,軟、硬件采用“模塊化”的思想設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā),采用一些最為先進(jìn)的技術(shù),對(duì)性能更加可靠以及安全更加有保障的車站聯(lián)鎖系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。
系統(tǒng)由一批專業(yè)從事計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)軟硬件工程師傾力研制。充分考慮了安全控制系統(tǒng)的RAMS(可靠性、可用性、可維護(hù)性、安全性)四大基本特征,歷時(shí)數(shù)年研制完成。
模塊采用歐標(biāo)認(rèn)證的小型進(jìn)口安全型繼電器進(jìn)行接點(diǎn)控制,實(shí)時(shí)回讀接點(diǎn)狀態(tài),保證輸出安全可靠。
聯(lián)鎖系統(tǒng)真正意義上實(shí)現(xiàn)了軟、硬件模塊化設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)真正意義上實(shí)現(xiàn)了100%工廠化施工。
系統(tǒng)取消了所有6502繼電器,所以取消了原本占地面積很大的繼電器接口柜,這樣能夠使得占地面積大大降低,例如針對(duì)一個(gè)40組道岔的車站來(lái)說(shuō),6502電氣集中往往采用20個(gè)組合架,其他計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖機(jī)柜加各種接口柜合計(jì)為9個(gè)機(jī)柜左右。本系統(tǒng)僅為6502電氣集中的1/5;其他計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的1/2左右。極少的占地面積,用戶不用再擔(dān)心站場(chǎng)改擴(kuò)建需考慮新建信號(hào)樓的問(wèn)題。
聯(lián)鎖系統(tǒng)的聯(lián)鎖軟件依附于硬件模塊,而且針對(duì)消息傳遞以及模塊拼裝這些方面的思路來(lái)說(shuō),其與傳統(tǒng)6502的15條網(wǎng)絡(luò)線以及拼圖設(shè)計(jì)的方式非常類似。無(wú)論是站場(chǎng)改造還是站場(chǎng)新建,基于McCAD圖形編程軟件使用方面,并提供離線模擬仿真功能。在有足夠的系統(tǒng)硬件配置的情況下,很容易實(shí)現(xiàn)對(duì)既有站場(chǎng)改建或擴(kuò)建。
聯(lián)鎖系統(tǒng)往往需要在網(wǎng)絡(luò)傳輸平臺(tái)的基礎(chǔ)上建立,因此其相對(duì)來(lái)說(shuō)比較容易控制,即使是遠(yuǎn)端的一些車站也不再需要聯(lián)鎖機(jī)就能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)整個(gè)區(qū)域的聯(lián)鎖。如果遠(yuǎn)端車站設(shè)置聯(lián)鎖機(jī)就能夠很方便的實(shí)現(xiàn)區(qū)域調(diào)度集中。開(kāi)放的IO總線,只需通過(guò)光纜即可構(gòu)成區(qū)域聯(lián)鎖和區(qū)域調(diào)度集中。
聯(lián)鎖系統(tǒng)能與其他各種外部系統(tǒng)進(jìn)行連接,通過(guò)安全接口和標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。聯(lián)鎖系統(tǒng)與各種外部系統(tǒng)的兼容性強(qiáng),具備將不同廠家的各種系統(tǒng)集成到一個(gè)平臺(tái)的能力。
圖1 聯(lián)鎖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖
QM-I型全電子計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)由硬件和軟件共同完成,在正常工作時(shí),主機(jī)負(fù)責(zé)聯(lián)鎖運(yùn)算與I/O控制,備機(jī)與主機(jī)實(shí)時(shí)通信,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換,并與主機(jī)保持同步。在主機(jī)故障時(shí)備機(jī)自動(dòng)上升為主機(jī),接替系統(tǒng)的輸出I/O控制,實(shí)現(xiàn)主、備機(jī)無(wú)縫切換,同時(shí)不會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤輸出。處于同步狀態(tài)的備機(jī)發(fā)生故障后,自動(dòng)降為冷備,并發(fā)出故障報(bào)警,待故障修復(fù)后,自動(dòng)又進(jìn)入同步狀態(tài)。備機(jī)和主機(jī)之間具有跟蹤同步功能,備機(jī)開(kāi)始正常運(yùn)行時(shí),能在最短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)主、備機(jī)同步,大大提高系統(tǒng)的可用性。
全電子執(zhí)行單元通過(guò)四種標(biāo)準(zhǔn)模塊(SW、SIG、TC、SIO)完成對(duì)室外設(shè)備驅(qū)動(dòng)和采集的功能。
SW模塊,SIG模塊,TC模塊,SIO模塊統(tǒng)稱IO模塊。每種IO模塊硬件和軟件上均由兩套相互獨(dú)立電路組成,采用二取二的安全原則進(jìn)行控制。
模塊控制的信號(hào)設(shè)備數(shù)量需要進(jìn)行綜合考慮,即要考慮經(jīng)濟(jì)效益,也要根據(jù)站場(chǎng)布置合理分配控制數(shù)量。確保因某一塊模塊故障對(duì)站場(chǎng)造成的影響減少到最低。某一塊模塊故障不會(huì)影響到其它模塊的正常運(yùn)行。
計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)組合完成模塊、斷路器、分線端子間的配線,控制室外設(shè)備。組合分為4種:SW組合、SIG組合、TC組合、SIO組合。每種組合由組合框、模塊機(jī)籠、南非斷路器、萬(wàn)可分線端子等組成。見(jiàn)圖2。
圖2 CPU聯(lián)鎖模塊,SIG模塊,TC模塊,SW模塊,SIO模塊(組由左至右)
系統(tǒng)內(nèi)部采用南非斷路器,具有更高的安全可靠性、技術(shù)先進(jìn)性。
每架信號(hào)機(jī)的點(diǎn)燈電源與每組道岔的動(dòng)作電源均采用歐標(biāo)安全型繼電器雙接點(diǎn)一對(duì)一獨(dú)立輸出,執(zhí)行單元通過(guò)歐標(biāo)安全型繼電器接點(diǎn)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)、弱電電氣隔離。
全電子執(zhí)行單元通過(guò)四種標(biāo)準(zhǔn)模塊(SIG、SW、TC、SIO)模塊完成對(duì)室外設(shè)備驅(qū)動(dòng)和采集的功能。
SIG模塊可代替原有6502信號(hào)組合的所有繼電器:
列 車 信 號(hào) 只 保 留 了LXJ、DJ、TXJ、2UJ、2UDJ、YXJ、2LJ、LUJ等,這些繼電器已經(jīng)集成到了信號(hào)模塊內(nèi)。
調(diào)車信號(hào)只保留了DXJ、DJ,這些繼電器已經(jīng)集成到了信號(hào)模塊內(nèi)。
SW模塊可代替原有6502道岔組合的所有繼電器:
道岔模塊只保留了DCJ、FCJ、DBJ、FBJ,這些繼電器已經(jīng)集成到了道岔模塊內(nèi)。
TC模塊可代替原有6502軌道組合的所有繼電器:
軌道模塊通過(guò)傳感器反映區(qū)段狀態(tài),代替原有480繼電器。
SIO模塊可代替原有6502零散組合的所有繼電器:
零散模塊根據(jù)各種聯(lián)系電路的具體電路進(jìn)行設(shè)計(jì),通過(guò)零散模塊的驅(qū)動(dòng)和采集接口電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。
文章從6502電氣集中與計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖的分析對(duì)比出發(fā),結(jié)合企業(yè)自身的運(yùn)輸管理需求。提出采用計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的必要性。并從國(guó)產(chǎn)幾種類型的計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)分析中選擇最適合企業(yè)鐵路運(yùn)輸?shù)娜娮佑?jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)。并對(duì)全電子計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)進(jìn)一步分析其系統(tǒng)特點(diǎn),從安全性、易用性、可維護(hù)性方面進(jìn)行深入解析。6502電氣集中升級(jí)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖是大勢(shì)所趨,但需要在眾多的計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖制式中選擇最適合地方企業(yè)鐵路運(yùn)輸需要的。需要從經(jīng)濟(jì)成本、安全性、穩(wěn)定性、易用性、可擴(kuò)展性、可維護(hù)性等各方面綜合考慮。