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【摘要】鐵路信號設備在鐵路安全運行中具有重要作用，由于鐵路信號設備多種多樣，而如何合理有效地進行控制操作，關系到鐵路的安全運行。因此，本文對鐵路信號設備的自動化控制技術進行了分析討論。由于鐵路信號設備具有重要作用，目前主要采取集中聯鎖控制，在條件不允許時才使用非集中聯鎖控制。文章著重對繼電聯鎖控制和計算機聯鎖控制兩種自動化控制技術進行討論，明確了基本的技術要點。

【關鍵詞】鐵路信號設備；繼電聯鎖控制；計算機聯鎖控制

1引言

鐵路信號設備的重要性不言而喻，它是信號、聯鎖、閉塞設備的總稱，是確保列車行車與調車安全和提升鐵路通過能力的關鍵裝備。隨著技術的進步，現代化鐵路信號設備的先進程度也在不斷提升。本文主要從集中聯鎖控制的角度分析鐵路信號設備的自動化控制技術[1]。

2鐵路信號設備

鐵路信號存在的目的是向有關行車人員和調車人員發出指示和命令，支撐這一目的的就是鐵路信號設備，包含了鐵路信號指示設備、聯鎖設備、閉塞設備。從鐵路信號的角度來講，設備的表現類型主要包括視覺和聽覺兩個部分，如常見的信號機、機車信號機、信號旗、信號牌、火炬、號角、響墩、機車鳴笛等。例如列車進站需要接收進站信號機的指令信號，該信號機主要目的是防護車站安全，指示列車能否由區間進入車站以及確認進站條件，通常設置在進站路線最外方道岔尖軌尖端不少于50m的地點。當信號機顯示紅色燈，則不準列車越過信號機停止線，黃色燈光（一個）準許列車經由道岔直向位置進入正線準備停車。黃色燈（兩個）準許列車經過道岔側向位置進入站內準備停車。綠色燈，準許列車按照規定的速度經過正線通過車站。一條鐵路線上擁有多種信號設備，這些信號設備與聯鎖設備、閉塞設備是聯動關系，共同發起鐵路信號指示列車。其中，信號設備和聯鎖設備具有相互制約的關系。就聯鎖來講，目前采取集中聯鎖和非集中聯鎖兩種模式。本文主要分析集中聯鎖。集中聯鎖分為繼電器聯鎖和計算機聯鎖兩種。聯鎖的要求是當開放某一進路，必須先完成進路上所有道岔的調整，保證全部處在正確位置，防護這一進路的鐵路信號機開放，當信號機開放通行，則這一進路上的道岔閉鎖，同時與該進路敵對的進路可能有若干條，只要有部分重疊或交叉，有可能引起沖突的進路上的信號機則應全部閉鎖。而閉塞設備相對特殊是為了防止一個區間內同時進入相對運行的列車或者避免相向而行的列車發生追尾事故，區間兩端車站值班員需在區間發車前辦理行車聯絡手續，支撐這一目的的設備就是閉塞設備，其主要保證一個區間內，在同一時間里只允許一輛列車占用。

3自動化控制技術

自動化控制技術在早期主要采用接觸器、繼電器等元器件來實現對電氣設備的邏輯控制和自動判斷電氣設備的機械狀況。在微電子技術發展過程中，自動化控制技術也發生變化，傳統的接觸器、繼電器被微電子產品所取代。目前比較主流的裝備是PLC（可編程邏輯控制器）和單片機等。其中，PLC是目前自動化控制領域最主要的裝備。目前，典型的自動化控制體系是PLC+變頻器+電氣設備的架構，整個架構為M2M形式，即機器連接機器的物聯網結構。但是隨著技術進步，M2M連接形式的生產效率進入瓶頸，因而開始尋求在信息物理系統支持下，轉型為數字化形式的連接，即IOT。我國在鐵路方面發展已經遠超世界上的大多數國家，鐵路建設情況、建設技術應用都處在世界領先水平。目前，鐵路是我國最安全的運輸方式，其安全性主要表現在兩個方面，一方面是鐵路信號接收的安全性，另一方面則是鐵路運輸線上的信號接收、發射的穩定性。現代科學技術手段融入鐵路信號設備之中，極大地促進了鐵路安全運輸能力。特別是計算機集中聯鎖的出現，信號機、聯鎖設備、閉塞設備的操作難度越來越低，有效降低了行車、調車人員的工作量，增強了行車安全性[2]。

4鐵路信號設備的自動化控制技術

鐵路信號設備的自動化控制技術在早期是基于繼電器來實現的，與電氣自動化控制技術的發展進程相當。隨著微電子信息技術的進步，計算機控制技術逐步應用于自動化控制領域，并且成為主流。目前，國內鐵路信號設備的自動化控制，分為基于繼電器的自動化控制和基于計算機的自動化控制兩種情況，當然未來必定全面轉型為基于計算機的自動化控制[3]。

4.1繼電器聯鎖

早期鐵路信號設備的自動化控制技術，以繼電器為核心，在鐵路設備中繼電器也是非常基礎的設備。常見的繼電器有兩個部分，包括電磁系統和接電系統。其原理是當繼電器工作時，由于輸入電流存在一大一小的差異，進而使電磁系統的線圈產生電磁力，從而吸引周圍的銜鐵，接點系統工作，改變運行狀況。換言之，繼電器也類似電磁開關裝置。在早期使鐵路信號設備中使用極多的一種電氣元件，也是繼電集中聯鎖中的主要元件，通過繼電器控制道岔的轉換、信號繼電開放和關閉、以及進路的閉鎖與解鎖等。基于繼電器的自動控制體系下，道岔尖軌轉換位置主要利用轉轍裝置來帶動，電動轉轍機有電動機帶動轉轍機，通過控制電動機的繼電器來實現正轉和反轉，進而使道岔具有兩種不同的開通位置。控制電路利用鐵路的鏈條鋼軌作為導線，其所構成的電氣回路可反映線路和道岔區段是否存在列車占用情況和判斷鋼軌是否完整。當電流從電路電源正極發出，鋼軌流過鋼軌，并通過軌道繼電器進入另一股鋼軌電源的負極。當電流經過繼電器時，繼電器通電工作，吸引銜鐵，后接點斷開，前接點閉合，接通綠燈電路，信號機綠燈亮起，表示列車可通行，此時表示軌道區間處在空閑狀態。而若軌道區間有列車占用，電流走向則是從正極發出電流經過鋼軌、輪對到另一股鋼軌電源負極。繼電器沒有電流經過，因而銜鐵釋放，前接點斷開、后接點閉合，接通紅燈電路，紅燈亮起，表示列車不得越過信號機停止線。在集中控制下，車站值班室設置有控制臺，其正面裝有照明盤、盤面帶有全站的軌道平面圖和各種進路按鈕、道岔按鈕、信號控制按鈕等。在需要辦理進站業務時，只需按壓控制臺模擬站場圖上進路控制按鈕，就可將進路道岔轉換至規定位置，信號機也聯動運作開放。

4.2計算機聯鎖

計算機聯鎖是更為先進的一種集中聯鎖控制方式，目前采用的全電子計算機聯鎖設備是鐵路信號控制中的新型聯鎖設備，是利用計算機對車站值班員的操作指令和現場表示信息進行邏輯運算，從而實現對信號機、道岔等控制設備進行集中控制的聯鎖設備。其具有體積小、能耗低、操作方便、監控完善、故障指示到位、自檢索完善等特點，對我國進一步提升鐵路運行安全性和可靠性具有重要價值意義。它實現了從有接點到無接點的革新，使聯鎖設備更加小巧可靠。作為一種新型信號控制系統，其最大特點是實現車站聯鎖設備執行層的全面電子化，隨著智能化分析技術的應用還能實現智能化。全電子化的執行機構和分布式的聯鎖機構相結合，構成計算機集中聯鎖控制體系，主要包括聯鎖機柜、執行機柜和防護機柜3大模塊。其中，聯鎖機柜包含三重冗余聯鎖計算機、互為備用的監控以及電務維修機，主要承擔自動控制軟件的運行，主要功能包括控制指令的下發、系統狀態檢測和相關運算。執行機柜中，包含智能模塊和監測模塊，完成軟件下發的指令，外部設備狀態采集和智能化處理。全站可不用設置繼電器，完全由聯鎖機柜進行集中控制，依據關系處理信號機開放閉鎖、道岔的轉換以及其他線路信號機的控制。智能模塊的加入通過現場執行機構集成的傳感器等裝置采集的信息進行智能化判斷，直接處理命令信息至轉轍機、信號機、軌道電路、區間聯系電路和電碼化結合電路，實現車站、區間之間的聯動自動化控制。計算機聯鎖控制，以計算機控制技術為關鍵，以電力電子開關技術為基礎，并集成計算機通信、電子信息、傳感器技術等實現信號控制聯鎖。這一系統本質上就是一個基于PLC的自動化控制體系架構。例如K5B計算機聯鎖設備，使用的是單元控制臺，完成對站內設備的操作以及狀態顯示。在控制臺上擁有自回復按鈕和非自回復按鈕兩種，前者包含信號按鈕、道岔按鈕、半自動閉塞按鈕、總取消按鈕、人工解鎖按鈕、引導按鈕、道岔單獨操作按鈕、單獨鎖定按鈕、單獨解鎖按鈕、非進路故障恢復按鈕等。后者則包含區段按鈕、事故解鎖按鈕、人工解鎖按鈕、引導按鈕、自動閉塞故障恢復按鈕等。其操作方法也相對簡單，例如辦理以及取消非進路調車，只需按下非進路按鈕，系統自動完成非進路選路，選路過程中按鈕上方指示燈工作，進路閉鎖后停止。再按下按鈕使按鈕抬起，非進路延時30s解鎖，若延時解鎖失敗，指示燈提示故障，需要按下鉛封按鈕非進路故障恢復按鈕解鎖進路。注意上述自動閉塞，其根據列車運行和閉塞分區情況，對信號機進行自動變換顯示，列車只需要憑借信號機的顯示進行行車安排。其原理是將相鄰車站區間正線劃分為若干閉塞分區，一般以1200～1300m為一段，在每個分段起點設置色燈信號機，閉塞分區內軌道上安裝有電路，通過電路來監測軌道區間情況，集成在信號機中的控制器直接控制信號機顯示。計算機聯鎖是目前信號設備發展的主要方向，未來智能化則是研究的主要方向，現階段還需要完善執行器件的電子化、使系統組成標準化，最大限度發揮所用資源潛力，進一步完善行車、調車、操作、維修的自動化，進一步提升系統的可靠性、安全性[4]。

作者：海鵬博 單位：寶雞文理學院