論文-鐵路信號系統(tǒng)新技術的發(fā)展趨勢

1、畢業(yè)論文畢 業(yè) 論 文Graduation Thesis（2008年2012年）題 目： 鐵路信號系統(tǒng)新技術的發(fā)展趨勢 英文題目：Railway signal system technology developmenttrends 分 院： 專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 班 級： 電力2008-1 學 號： 學生姓名： 指導教師： 起訖日期： 2011.112012.5 摘 要我國鐵路計算機聯(lián)鎖的研究與應用，起步于20世紀80年代。隨著我國鐵路實施第六次大提速，對計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的安全性和可靠性提出了更高的要求，鐵道部制訂了一系列規(guī)范、標準、要求和規(guī)定，實施制造特許證、制式合格證和產品合同證的三

2、證管理，并不斷完善和提高計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)功能。我國鐵路計算機聯(lián)鎖按照系統(tǒng)工程理論進行設計，實現(xiàn)“設備集中，結構合并，功能模塊，信息共享”的一體化，強化“計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)技術標準”的權威性和嚴肅性，提高計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)智能、自檢、互聯(lián)能力，積極開展安全評估認證工作。全電子化的計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)是一種新型的車站信號控制系統(tǒng),其最大特點是:實現(xiàn)了車站聯(lián)鎖設備"執(zhí)行層"的完全電子化、智能化、網(wǎng)絡化。全電子化的執(zhí)行機能與各種具有分布式網(wǎng)絡功能的聯(lián)鎖機結合,構成全電子化計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)。該系統(tǒng)使我國鐵路車站信號聯(lián)鎖控制設備進入了全電子化計算機聯(lián)鎖控制時代。課題的研究目的是為了本文通過定量的和定性的

3、分析，為中國鐵路產業(yè)發(fā)展趨勢分析及階段劃分提供了方法，對技術創(chuàng)新推動中國鐵路發(fā)展提供了可靠依據(jù)，得到以下結論:(1)鐵路產業(yè)生命周期形態(tài)兼具漫長型和突變型產業(yè)生命周期形態(tài)特點，中國鐵路產業(yè)的長期發(fā)展趨勢符合該變化趨勢;(2)明確了中國鐵路產業(yè)發(fā)展綜合效用子，建立了中國鐵路產業(yè)發(fā)展水平評價模型，通過計算中國鐵路產業(yè)發(fā)展水平得分，將中國鐵路產業(yè)劃分為萌芽期、再萌芽期、成長期和躍遷新一輪生命周期四個階段;(3)中國鐵路產業(yè)現(xiàn)階段處于產業(yè)躍遷新一輪生命周期的開端，技術創(chuàng)新是實現(xiàn)鐵路產業(yè)持續(xù)發(fā)展的必要條件。關鍵詞：中國鐵路; 全電子計算機聯(lián)鎖; 鐵路信號系統(tǒng); 技術創(chuàng)新AbstractResearch

4、and application of railway computer interlocking system in China, beginning in the 1980 of the 20th century.As China's railway Six times greater speed, security and reliability of computer interlocking system put forward higher requirements, the Ministry has developed a series of norms, standard

5、s, requirements and regulations, implementing standard certificate and product manufacturing licence certificate, contract three certificates of certificate management, and constantly improve and enhance the function of computer interlocking system.China railway computer interlocking design accordin

6、g to the theory of systems engineering to realize "the equipment and fabric merge, function modules, information sharing," integration, strengthening the "technical standards for computer interlocking system" authority and seriousness, improving interconnection of computer interl

7、ocking system intelligent, self, ability, actively carry out safety assessment certification. All-electronic computer interlock system is a new type of railway station signal control system, its best features are: realization of the station interlocking equipment "Executive" fully electron

8、ic, intelligent, networked. All executive functions and a variety of electronic interlocking with distributed network capabilities, and constitute all-electronic computer interlock system. The system in China railway signal interlocking control device entered the era of all-electronic computer inter

9、lock control. Topics of research purpose is to this by quantitative of and qualitative of analysis, for China railway industry development trend analysis and the stage Division provides has method, on technology innovation promote China railway development provides has reliable pursuant to, are foll

10、owing conclusions: (1) railway industry life cycle form both long type and mutation type industry life cycle form features, China railway industry of long-term development trend meet the changes trend; (2) clear has China railway industry development integrated utility child,Established has China ra

11、ilway industry development level evaluation model, by calculation China railway industry development level scored, will China railway industry Division for sprout period, and then sprout period, and growth period and jumped moved new a round life cycle four a stage; (3) China railway industry at thi

12、s stage is industry jumped moved new a round life cycle of beginning, technology innovation is implementation railway industry continued development of necessary. Keywords: China railway; All-electronic computer interlock; Railway signal system; Technology innovation目 錄摘 要IAbstractII目 錄III第一章 引 言11.

13、1研究背景和意義11.2研究方法和內容2第二章 鐵路系統(tǒng)發(fā)展水平及發(fā)展趨勢分析32.1目前我國鐵路信號系統(tǒng)技術的現(xiàn)狀32.2鐵路信號系統(tǒng)的發(fā)展趨勢32.3鐵路信號系統(tǒng)新技術的發(fā)展目標4第三章 我國鐵路信號系統(tǒng)的問題分析63.2我國鐵路信號系統(tǒng)的特征63.2傳統(tǒng)鐵路信號系統(tǒng)的缺陷63.3我國鐵路信號系統(tǒng)存在的問題及其原因分析73.4我國鐵路信號系統(tǒng)技術進步分析83.6聯(lián)鎖是實現(xiàn)鐵路信號提出的新要求基礎9第四章 全電子計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的總體結構114.1 傳統(tǒng)計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的結構114.2傳統(tǒng)計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的工作原理124.3現(xiàn)有計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)結構134.4車站計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)的層次結構144

14、.5全電子計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)組成15第五章 總結與展望17參考文獻18致 謝19第一章 引 言1.1研究背景和意義1856年世界上第一套簡單的機械式車站聯(lián)鎖控制設備誕生，1927年基于布線邏輯的繼電聯(lián)鎖控制系統(tǒng)問世，隨著電子技術的飛速發(fā)展，20世紀60年代人們開始嘗試采用電子器件取代繼電器來構成鐵路信號電子聯(lián)鎖控制系統(tǒng)。1978年，由瑞典研制的第一套計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)在哥德堡車站的成功應用，掀開了車站計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)研究與應用的新篇章。建國以來鐵路信號建設和技術發(fā)展，均取得了顯著的成就，所用裝備除個別為引進國外產品外，全面由國內信號工業(yè)生產供應，從總體上看技術和裝備水平基本上跟上了世界鐵路信號發(fā)

15、展主流，當然還需要經(jīng)過不懈的艱苦努力，才有可能將我國鐵路信號水平推向世界鐵路前列。為了迎接世紀鐵路信號發(fā)展新形勢，我們就必須跟蹤世界科技發(fā)展趨勢，及時開展相關技術的應用基礎理論和新系統(tǒng)研究開發(fā)工作。我國的聯(lián)鎖控制系統(tǒng)也經(jīng)歷了機械聯(lián)鎖、電氣集中聯(lián)鎖、計算機聯(lián)鎖三個大的發(fā)展階段。自從1984年第一套計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)開通運行以來，國內幾家著名研制單位相繼推出了以雙機熱備系統(tǒng)為主流設備的計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)，在車站聯(lián)鎖控制技術的發(fā)展史上和鐵路運輸建設的活動中，留下了深深的印記。主要產品有:鐵道科學研究院研制的TYJL-型計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)、通信信號總公司研究設計院研制的DS6-型計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)、北

16、京交通大學研制的JD-A型計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)。隨著國外新技術的引進，相繼出現(xiàn)了3取2制式和雙套2取2制式的采用國外進口關鍵部件的計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)，比較有代表性的是:鐵道科學研究院推出的采用日本日立公司關鍵部件的TYJLADX型計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)、通信信號總公司研究設計院推出的采用日本京三公司關鍵部件的DS6-K5B型計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)、北京交通大學推出的采用日本信號株式會社關鍵部件的EI32-JD型計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)。截至目前，我國鐵路線上已有千余車站安裝使用了計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)，這些設備正在為我國的鐵路運輸事業(yè)做著積極的貢獻。己經(jīng)廣為使用的計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)都是從繼電聯(lián)鎖過渡發(fā)展來的，在這些系

17、統(tǒng)中，計算機只完成了聯(lián)鎖運算，而真正動作室外設備(信號機、道岔、軌道)的部件仍是有接點的電磁繼電器，所以從這方面來講，目前的計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)還不是真正意義上的全電子計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)?；谏厦娴姆治觯覀兛梢钥吹?，目前使用的計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)所保留的電磁繼電器仍有相當?shù)臄?shù)量，這給設備維護單位帶來了一定的問題，定期檢修繼電器會是一項相當繁重的任務，耗費大量的人力、財力，如能“以微電子器件控制現(xiàn)場的道岔、信號機，并與其它主要現(xiàn)場設備建立無接點聯(lián)系，由微處理器為核心的嵌入式系統(tǒng)來完成聯(lián)鎖邏輯運算，采取完善的故障一安全措施”實現(xiàn)計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)的全電子化，必將推動鐵路應用科技的發(fā)展，提升我國鐵路技術裝

18、備在世界的地位。國外的計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)狀況和我國目前的發(fā)展大體相當，也是以采用計算機執(zhí)行聯(lián)鎖邏輯運算、繼電電路控制室外設備的方式為主。國內外均有極少數(shù)的全電子聯(lián)鎖系統(tǒng)已投入運行，效果明顯，保證了行車安全，提高了技術水準。隨著現(xiàn)代電子技術的飛速發(fā)展，將最新型的微電子器件和技術應用于全電子計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的開發(fā)和研制工作中，必將產生良好的社會效益和可觀的經(jīng)濟價值。1.2研究方法和內容本文對傳統(tǒng)的計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)進行了研究和分析，介紹了一種全電子聯(lián)鎖系統(tǒng)的框架結構，并對系統(tǒng)中的全電子主機的軟件結構進行了設計與實現(xiàn)。全電子聯(lián)鎖系統(tǒng)由五部分組成，分別為控顯層、聯(lián)鎖邏輯層、全電子主機層、電子模塊層、室外設備層。

19、其中的全電子主機充當著聯(lián)鎖主機與電子模塊之間通信“橋梁”的作用，全電子主機與聯(lián)鎖主機通過冗余以太網(wǎng)進行通信，安全層采用RSSPI安全協(xié)議，本文對全電子主機與聯(lián)鎖主機的通信接口進行了設計與實現(xiàn);全電子主機與電子模塊通過CAN總線進行通信，本文對全電子和電子模塊通信接口的設計與實現(xiàn)，并設計了全電子主機的冗余處理機制。這些內容都保證了全電子聯(lián)鎖系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?、可靠性和實時性。全文根據(jù)邏輯結構共分為五章第一章引言部分主要介紹鐵路信號系統(tǒng)發(fā)展的研究背景、意義和研究方法，含國內外研究現(xiàn)狀。第二章介紹中國鐵路系統(tǒng)發(fā)展水平和趨勢的概況。根據(jù)我國發(fā)展情況，制定出鐵路信號系統(tǒng)新技術的發(fā)展目標。第三章介紹我國

20、鐵路信號系統(tǒng)的現(xiàn)狀，并對存在的問題進行了系統(tǒng)的整理。并分析其存在的原因，結合國內外情況建立完善鐵路信號系統(tǒng)管理結構。第四章全電子聯(lián)鎖系統(tǒng)。分析了傳統(tǒng)計算機聯(lián)鎖的基本結構和工作原理。介紹了全電子聯(lián)鎖系統(tǒng)的結構框架和各模塊的主要功能，并說明了全電子聯(lián)鎖系統(tǒng)的軟件結構層次。全電子主機軟件結構設計介紹了全電子主機的二乘二取二等冗余結構。詳細分析了全電子主機的系統(tǒng)結構、編程環(huán)境。對全電子主機的軟件設計和軟件工作流程進行了詳細的闡述。并對全電子軟件模塊中的主程序處理模塊進行了設計和說明。全電子主機與聯(lián)鎖主機通信的設計與實現(xiàn)。全電子主機的硬件結構為二乘二取二冗余系統(tǒng)。第五章總結本課題的工作，闡述了已經(jīng)完成的

21、工作以及尚需完善的方面。第二章 鐵路系統(tǒng)發(fā)展水平及發(fā)展趨勢分析2.1目前我國鐵路信號系統(tǒng)技術的現(xiàn)狀鐵路是國民經(jīng)濟的大動脈, 對國家的發(fā)展起著重要作用。由于鐵路運輸?shù)某杀镜?、效率高、安全、并且?jié)約能源, 目前世界各國都在加快研究鐵路運輸技術, 現(xiàn)代鐵路正向高速、重載、高密度方向發(fā)展。鐵路信號系統(tǒng)不僅是列車安全運行的保障, 也是提高鐵路效率的重要設備, 是現(xiàn)代化鐵路信號系統(tǒng)中不可缺少的部分。由于歷史的原因,我國鐵路在誕生初期由不同的外國資本控制,缺乏統(tǒng)一規(guī)劃,因而信號不統(tǒng)一,設備簡陋, 制式混亂, 器材規(guī)格各異。建國以后,經(jīng)過50多年的建設, 我國鐵路信號系統(tǒng)已基本達到體系完整、產品配套、信號統(tǒng)一

22、的成熟階段, 實現(xiàn)了由機械信號向以繼電技術為主、逐步向電子信號系統(tǒng)過渡的轉變。鐵路信號設備最初是作為鐵路行車的一種安全設施發(fā)展起來的。隨著經(jīng)濟的發(fā)展, 鐵路網(wǎng)越來越復雜, 列車的速度與密度都在不斷增加, 對鐵路信號設備的要求也越來越高。面對微電子、控制、信息技術的飛速發(fā)展, 現(xiàn)代鐵路信號系統(tǒng)已不僅僅是保障鐵路安全運行的部分, 而是整個鐵路系統(tǒng)安全、高效運行的控制系統(tǒng)。鐵路運輸業(yè)是我國的基礎產業(yè)，是經(jīng)濟發(fā)展的命脈。鐵路運輸業(yè)務的特點，決定了鐵路信息系統(tǒng)對系統(tǒng)安全的要求尤其突出。安全是鐵路運輸?shù)挠篮阒黝}。近年來，隨著鐵路幾次大規(guī)模的提速，對鐵路信號系統(tǒng)設備的控制和系統(tǒng)運行方式的信息化、自動化和智能

23、化要求越來越高?，F(xiàn)代的鐵路信號系統(tǒng)是一個大區(qū)域內的控制網(wǎng)絡和信息網(wǎng)絡，而對應的監(jiān)控系統(tǒng)只有快速、安全的對信息的交換才能滿足各種調度指揮和行車控制的要求。因此，為實現(xiàn)鐵路運輸?shù)陌踩咝?，建設現(xiàn)代化鐵路，要求對現(xiàn)有的監(jiān)控系統(tǒng)進行改造。2.2鐵路信號系統(tǒng)的發(fā)展趨勢改革開放以來, 我國的鐵路信號建設取得了巨大的發(fā)展。具有代表性的鐵道部調度指揮管理信息系統(tǒng)(DMIS) , 以現(xiàn)代信息技術為基礎, 綜合運用通信、信號、計算機網(wǎng)絡、多媒體技術, 建立了三級四層(即鐵道部、鐵路局、鐵路分局三級加上基層信息采集層) 的現(xiàn)代化運輸調度指揮系統(tǒng)。已有400 多個車站安裝了計算機聯(lián)鎖設備。大型編組站都實現(xiàn)了自動化。目

24、前正在修建的青藏鐵路中, 考慮到高原自然條件惡劣、人煙稀少的特殊情況, 將采用安全可靠的自動化控制設備但與發(fā)達國家相比, 我國鐵路運輸技術整體水平還有差距, 考慮到我國人口眾多, 人均占有資源量少, 而鐵路有著運輸能力強、能耗低等優(yōu)勢。為此提出以下建議供參考。1、制定統(tǒng)一、長遠的發(fā)展規(guī)劃。鐵路建設的投資較大,改造或新建線路時,都應當考慮到今后的發(fā)展以及整體的發(fā)展。國外先進鐵路系統(tǒng)發(fā)展到最高層次時,都形成了閉環(huán)計算機控制系統(tǒng),值得借鑒。2、在建設新線時, 起點要高。雖然現(xiàn)有鐵路信號設備與調度手段都安全可靠, 但都無法達到高速列車的要求。所以在建設新線路時, 應當提高建設標準, 盡量采用新技術,

25、一方面為國內鐵路信號生產企業(yè)提供發(fā)展的機會與動力, 為以后面臨的競爭做準備, 另一方面也為建設高速鐵路積累經(jīng)驗。3、加快鐵路無線數(shù)字通信技術的研究?，F(xiàn)代化的鐵路信號系統(tǒng)中都離不開無線數(shù)字通信網(wǎng)絡。民用移動通信經(jīng)過多年發(fā)展之后, 競爭日趨激烈,發(fā)展速度逐漸放慢, 而國內鐵路無線數(shù)字通信的發(fā)展水平還比較低, 有很大的發(fā)展空間。4、制定開放的協(xié)議, 允許更多的設備供應商參與競爭。這是國外先進鐵路系統(tǒng)的共同點之一,是吸引投資、促進技術進步的重要手段。2.3鐵路信號系統(tǒng)新技術的發(fā)展目標由于科學技術的進步, 使鐵道信號有了進一步發(fā)展和提高的技術基礎, 這種影響是多方面的, 主要有以下幾點:1.微型計算機的

26、迅速發(fā)展和廣泛應用: 這一情況使鐵路信號系統(tǒng)有可能從以布線邏輯為主體向以微型計算機為基礎的新方向發(fā)展。由于大規(guī)模集成電路和軟件技術的采用, 系統(tǒng)的適應性、擴展性加強了, 并有可能利用微型計算機的存儲量大、運算速度快、軟件技術靈活的特點, 構成具有豐富信息處理功能的一體化系統(tǒng)。例如原由小型計算機和布線邏輯的調度集中結合實現(xiàn)的計算機輔助的調度集中系統(tǒng), 目前已可以微型機為基礎構成按功能分布的微型機調度集中的通用系統(tǒng)。另外, 隨著車站聯(lián)鎖設備的微型機化, 將能夠發(fā)展為車站綜合控制系統(tǒng), 使自動選路、現(xiàn)場設備監(jiān)視、故障檢測等功能納人同一系統(tǒng), 在信號其它系統(tǒng)中這種趨勢也在發(fā)展。2.數(shù)據(jù)傳輸技術在信號系

27、統(tǒng)中的應用: 數(shù)據(jù)通信和微型計算機技術的發(fā)展, 使鐵路信號系統(tǒng)的結構發(fā)生變化。它將采取對現(xiàn)場信息進行局部處理, 通過數(shù)據(jù)通道集中到控制室的結構方式, 改變了過去在控制室與現(xiàn)場設備間使用大量電纜的直接連接方式。數(shù)據(jù)的現(xiàn)場處理和數(shù)字化傳輸, 提高了系統(tǒng)的技術經(jīng)濟指標, 增強了系統(tǒng)的可靠性和靈活性。有些國家鐵路試圖利用光纖來代替常規(guī)電纜, 這是由于光纖通信的突出優(yōu)點: 不受電磁干擾和具有高速、大容量信息傳輸能力, 將有可能解決車站聯(lián)鎖設備中傳輸安全信息的問題。3.信號系統(tǒng)操縱和顯示設備采用新技術: 以機械接點為主體的信號操縱設備, 目前正向無接點的捉摸式按鍵和音聲輸人的方向發(fā)展。其中音聲輸入問題在美

28、國和日本均在積極研究應用; 以白熾燈為基礎的信號表示盤, 目前正由長壽命的半導體發(fā)光二極管所代替, 其進一步發(fā)展是應用陰極射線管顯示器和屏幕顯示器, 從而使顯示內容進一步豐富而多樣化。第三章 我國鐵路信號系統(tǒng)的問題分析3.2我國鐵路信號系統(tǒng)的特征現(xiàn)代鐵路通信信號系統(tǒng)具有如下特征：1、網(wǎng)絡化。現(xiàn)代鐵路信號系統(tǒng)不僅僅是各種信號設備的簡單組合, 而是功能完善、層次分明的控制系統(tǒng)。系統(tǒng)內部各功能單元之間獨立工作, 同時又互相聯(lián)系, 交換信息, 構成復雜的網(wǎng)絡化結構, 使指揮者能夠全面了解轄區(qū)內的各種情況, 靈活配置系統(tǒng)資源, 保證鐵路系統(tǒng)的安全、高效運行。2、信息化。全面、準確獲得線路上的信息是高速列

29、車安全運行的保證。因而現(xiàn)代鐵路信號系統(tǒng)采用了許多先進的通信技術, 如光纖通信、無線通信、衛(wèi)星通信與定位技術等。3、智能化。智能化包括系統(tǒng)的智能化與控制設備的智能化。系統(tǒng)智能化是指上層管理部門根據(jù)鐵路系統(tǒng)的實際情況, 借助先進的計算機技術來合理規(guī)劃列車的運行，使整個鐵路系統(tǒng)達到最優(yōu)化;控制設備的智能化則是指采用智能化的執(zhí)行機構,來準確、快速地獲得指揮者所需的信息, 并根據(jù)指令來指揮、控制列車的運行。3.2傳統(tǒng)鐵路信號系統(tǒng)的缺陷隨著社會的發(fā)展和進步，科技水平不斷提高，人們對鐵路運輸?shù)囊蔡岢龈鞲叩囊?，運輸市場競爭日趨激烈，我國傳統(tǒng)鐵路使用的基于軌道電路的列車控制系統(tǒng)TBTC TBTC (Trac

30、k Circuit BasedTrain Control)- 在提高列車速度，保證行車安全，提高行車效率等方面存在很多不足，受到很大挑戰(zhàn)。而這種技術基本上都是只有地面軌道傳輸?shù)男畔?，它們?jīng)機車上感應后可成為機車信號，構成車一地單向傳輸。TBTC 軌道電路本身特性使得其存在很多問題無法克服，主要有：第一，只能使用較低的頻率發(fā)送信息，如果傳輸頻率過高，由鋼軌效應導致信號的衰耗增大，因此，為保證有效的傳輸距離，軌道電路只能以較低的頻率發(fā)送信息。第二，列車速度的提高需要對列車實施更為精確的控制，這就需要車上、地面間傳輸大量的信息，但為滿足列車控制對信息傳遞實時性的要求，軌道電路只能傳輸較少的信息量。第

31、三，軌道電路受環(huán)境影響大，如:阻抗變化、天氣變化、牽引回流的干擾。第四，通過軌道電路只能判斷閉塞分區(qū)是否被占用，而無法判斷列車在閉塞部分的具體位置，這就會造成線路通過能力的降低。第五，軌道電路需要大量電纜，其投資費用幾乎占整個自動閉塞系統(tǒng)的一半，維護費用也很大。在傳統(tǒng)的鐵路信息系統(tǒng)中，由于列車運行速度比較低，通信系統(tǒng)與信號系統(tǒng)基本上是各自獨立的。而在現(xiàn)代鐵路信息系統(tǒng)中，這種分離狀態(tài)已不適應需要，由于TBTC 系統(tǒng)存在這些問題，因此有人在這過程中提出一種新的設想，它能否用通信方法來實現(xiàn)?；谕ㄐ诺牧熊嚳刂葡到y(tǒng)CBTC(Communication Based Train Control)實際上就是

32、用通信方式來實現(xiàn)鐵路信號的傳送。這正是實現(xiàn)了鐵路通信信號一體化。實現(xiàn)車地之間的鐵路信號傳輸有不同的實現(xiàn)方式，如采用全程移動無線通信方式和采用衛(wèi)星通信等。3.3我國鐵路信號系統(tǒng)存在的問題及其原因分析1.關于信號設備的運用問題: 有許多國外行之有效的信號系統(tǒng), 如單線自動閉塞, 復線雙向自動閉塞加調度集中, 車次號的輸人方式等, 應用到國內鐵路上就遇到困難。我國運輸特點自應考慮, 但如何有利于提高運輸效率和安全度應當是首先考慮的, 隨著新技術、新設備的引人, 應當修改有關的運輸組織方法和規(guī)章制度, 而這些改變應當在充分分析論證的基礎上進行。因此, 要進行系統(tǒng)模擬、模型示范等有關新系統(tǒng)運用的研究分析

33、, 并且要不斷總結現(xiàn)場試用經(jīng)驗, 以便在理論與實際相結合的分析論證基礎上, 使運用部門愿意接受和運用新型信號系統(tǒng)。2.關于鐵路信號設備安全性問題: 鐵路信號從一開始就是作為安全設備出現(xiàn)的。最初機械信號的安全性設計, 不是衡量設備的安全率, 而是從結構原理上分辨能否從根本上保證安全, 即設備任一單元故障時, 能否依靠自然重力, 指示出停車信號, 實際上這種安全設備如果平衡重錘練條折斷或軸承被凍住, 也會帶來不安全。隨著信號設備向電機方向發(fā)展, 信號樓的安全設備由電機械和連接這些器械成為一體的電線網(wǎng)絡兩部分組成, 其中電機械是“ 安全繼電器” , 其故障率一般為1 0 一“, 電路網(wǎng)絡設計采用“

34、保持電流” 的原則, 斷電為安全位置, 但一般說來, 沒有一個電路網(wǎng)絡是永遠安全的。隨著電子器件和頻率電流在信號設備中的應用, 信號設備傳統(tǒng)的安全概念需要由建立在概率計算基礎上的可靠性理論代替, 航空和核工業(yè)的安全理論就是建立在這個基礎上。美國海灣快速運輸系統(tǒng)發(fā)生重大安全事故后, 國家運輸安全委員會對鐵路快速運輸系統(tǒng)發(fā)展中的安全方法的報告中規(guī)定: 防止列車沖突和脫軌的系統(tǒng),將鐵路安全概念由實用方法移向理論方法的重要步驟。我國鐵路信號系統(tǒng)可靠性研究雖已開始, 隨著電子器件的廣泛應用, 定量的安全性理論研究以及應用軟件技術解決安全性問題應予以加強。對于鐵路信號所謂要保證絕對安全的傳統(tǒng)提法, 應予以

35、糾正, 與此同時, 應加強信號設備故障統(tǒng)計分析, 使信號系統(tǒng)的安全性、可靠性建立在科學分析的基礎上。3.人員培訓問題: 我國鐵路信號設備當前的兩個弱點是: 設備質量差, 維修水平低。這除了受國內工業(yè)水平和管理制度的限制外, 人的問題也十分重要, 沒有技術熟練的人員來生產高質量的產品和進行設備維護, 信號系統(tǒng)很難穩(wěn)定可靠地工作。為此, 隨著信號設備的更新?lián)Q代, 需要加強對新技術、新設備運用前的技術培訓, 運用后的技術考核與提高, 這都應列為經(jīng)常性的工作。4.關于信號設備制式系列問題: 我國幅員廣闊, 鐵路網(wǎng)遍及全國, 鐵路信號系統(tǒng)使用環(huán)境復雜, 運用條件隨線路運量不同也有很大差別, 采用一種制式

36、顯然有困難, 而且也不經(jīng)濟, 因此, 對信號設備的制式系列問題應給予應有的重視。3.4我國鐵路信號系統(tǒng)技術進步分析隨著我國鐵路的不斷提速、客運專線和重載鐵路的大規(guī)模建設與陸續(xù)投入運營，現(xiàn)代鐵路運輸系統(tǒng)已成為支撐具有高速度、高密度和大運量運輸、具有技術構成復雜、子系統(tǒng)眾多和功能高度綜合等顯特征的復雜動態(tài)巨系統(tǒng)。在這種形式下，如何依靠先進的安全管理理念、信息技術及系統(tǒng)手段，及時掌握鐵路運輸系統(tǒng)運營狀態(tài)、準確把握不同尺度下運營安全程度的變化規(guī)律、高效實施應急和救援措施、確保鐵路運輸安全保障的主動性和有效性是建設適合我國國情鐵路運營安全保障體系的重點工作。鐵路信號系統(tǒng)借助無線傳輸網(wǎng)絡及全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)

37、，建立信息傳輸平臺，將機車運行信息、故障信息及機車的參數(shù)信息通過遠程移動通信技術直接傳輸?shù)降孛娴谋O(jiān)控中心，監(jiān)控中心也可以根據(jù)機車信息向運行中的列車下達調度命令、預警命令，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸。鐵路信號監(jiān)控系統(tǒng)可以解決長期以來監(jiān)控中心無法實時獲得機車運行數(shù)據(jù)的問題，達到了對機車遠程實時監(jiān)控的目的，進而也達到了在軌列車網(wǎng)絡化管理、系統(tǒng)決策、全局調度的目的。監(jiān)控中心根據(jù)列車實時返回的機車位置信息對途停、機破、車輛分離等發(fā)生重大故障的列車進行準確定位，為指揮緊急救援提供準確的依據(jù)；監(jiān)控中心可以對超速運行或失控的列車下達遙控指令迫使其減速或停車，防止發(fā)生危及機車人員安全的重大事故的發(fā)生；利用車載系統(tǒng)的

38、遠程通信接口，監(jiān)控中心可以對機車直接下達調度命令，防止由于調度命令層層轉達造成誤解而導致不安全因素；地面專家診斷系統(tǒng)通過遙測數(shù)據(jù)對機車實行故障預警，指導機車工作人員迅速排除機車故障，防止故障升級，快速恢復機車運行，提高對重大故障的應急反應速度；監(jiān)控中心根據(jù)列車返回的機車運行數(shù)據(jù)異常信息，參照異常時的機車位置信息，可以有針對性的指導線路檢修，排除其安全隱患。實現(xiàn)了信號系統(tǒng)一體化。從各個方面來說，信號系統(tǒng)新技術都在不斷的發(fā)展。隨著國家經(jīng)濟建設發(fā)展的需要, 我國鐵路運輸情況正在發(fā)生變化, 從而對鐵路信號系統(tǒng)也提出了新課題、新要求, 主要內容可概括為以下幾方面:1.由于電力牽引比重的增大, 鐵路信號系

39、統(tǒng)要適應電氣化區(qū)段的新情況, 解決所遇到的新問題:解決電氣化區(qū)段的自動閉塞制式和綜合提高電力牽引區(qū)段行車效率問題等。這些新課題在已建的電氣化區(qū)段雖然得到某種程度的解決, 但對于信號系統(tǒng)來說, 按照現(xiàn)代化鐵路要求, 還有大量工作需要進一步解決和提高。2.我國運煤線對信號系統(tǒng)提出的新要求可概括為: 由于每列重載列車的經(jīng)濟價值遠高于一般列車應盡力避免列車延遲。各國運行重載列車的區(qū)段, 均采用調度集中來指揮行車, 以達到高效、擇優(yōu)調整列車運行的目的, 并能對突發(fā)性事故或異常情況及時予以處理；開行重載列車的區(qū)段, 線路負荷重, 對軌道電路的軌道絕緣提出更高的要求, 加之重載區(qū)段的線路作業(yè)遠多于一般區(qū)段,

40、 而軌道電路的軌道連接線是一個薄弱環(huán)節(jié), 容易被損壞。為此, 一些運行重載列車的鐵路曾設想采用無絕緣軌道電路來解決這個問題, 但由于區(qū)間長, 在經(jīng)濟上是個值得重視的問題; 運行重載列車的區(qū)間一般都比較長, 對于及時檢知線路和列車運行狀態(tài)的設施如: 線路防護報警, 車輪破損、車輛脫軌檢測, 熱軸探測等就顯得特別重要。這些檢測數(shù)據(jù)由調度集中系統(tǒng)及時傳送到調度所, 調度員可根據(jù)實際情況利用通信系統(tǒng)與列車乘務人員和有關人員聯(lián)系, 做出布署, 以減少異常狀態(tài)所帶來的運輸損失; 重載列車的運行控制也是個十分重要的問題。在多機牽引情況下要解決同步問題。此外, 還需要對列車制動系統(tǒng)進行檢測, 以及列車速度的監(jiān)

41、視與調整等問題。3.市郊旅客列車增多, 而這種列車屬于輕型、高速、高密度的運輸形式, 并在樞紐開行, 對信號設備的要求與重載列車相反。為此, 需要解決樞紐地區(qū)高效的行車指揮和列車運行控制問題, 增加信號顯示, 以及道口信號的速差控制等。其中特別是樞紐調度指揮設備現(xiàn)代化問題尤為迫切。目前調度設備十分落后, 調度員工作負擔繁重, 指揮行車的效率和質量隨工作時間的加長而顯著降低, 據(jù)有關方面估計, 在運輸繁忙區(qū)段, 工作7-8h后, 調度不當事件的比重約占全班的70-80%。這一情況, 應引起有關方面的關注。這些新要求必須建立在保證站內行車和調車工作的安全和提高車站的通過能力的基礎上，才有可能實現(xiàn)。

42、3.6聯(lián)鎖是實現(xiàn)鐵路信號提出的新要求基礎 聯(lián)鎖是鐵路車站信號聯(lián)鎖的簡稱，是鐵路信號設備的重要組成部分。聯(lián)鎖在鐵路車站上，保證機車車輛和列車在進路上的安全，有效利用站內線路，高效率地指揮行車和調車，改善行車人員的勞動條件。聯(lián)鎖是鐵路信號保證行車安全的重要技術措施，指的是信號設備與相關因素的制約關系。廣義的聯(lián)鎖泛指各種信號設備所存在的互相制約關系。狹義的聯(lián)鎖專指車站信號設備之間的制約關系，而這種關系必須十分嚴密，從而保證行車的絕對安全?？偠灾?，車站內信號、道岔以及進路之間的相互制約的關系就稱之為聯(lián)鎖關系，簡稱聯(lián)鎖。利用機械、電器自動控制和遠程控制、計算機等技術和設備，使車站范圍內的信號機、進路和

43、進路上的道岔相互具有制約關系的技術設備稱為聯(lián)鎖設備。聯(lián)鎖設備是軌道交通的重要信號設備，用來在車站和車輛段實現(xiàn)聯(lián)鎖閉塞關系，建立進路，控制道岔的轉換和信號機的開發(fā)，以及進路解鎖，以保證行車安全。聯(lián)鎖發(fā)展至今已有100多年的歷史，經(jīng)歷了機械聯(lián)鎖、電機聯(lián)鎖、電氣聯(lián)鎖、電氣集中聯(lián)鎖、計算機聯(lián)鎖的發(fā)展過程。可分為機械、電氣、微機聯(lián)鎖三個階段。隨著計算機(Computer)、通信(Communication)、控制(Control)三大技術的發(fā)展，人們開始嘗試采用電子器件取代繼電器來構成鐵路信號電子聯(lián)鎖控制系統(tǒng)，從此掀開了微機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)研究與應用的新篇章。1978計算機聯(lián)鎖首先于年在瑞典哥德堡投入運用，

44、進入20世紀80年代后，美、日、英、法、德國、丹麥、荷蘭等國進入試驗階段或開始使用，各國在系統(tǒng)上各有不同的方案。1984年中國鐵路開發(fā)出第一臺計算機聯(lián)鎖，此后取得迅速進展。計算機聯(lián)鎖主要是將電氣聯(lián)鎖的聯(lián)鎖運算核心繼電器用微型機算計的軟硬件和其他一些電子、繼電器件替代，具有故障-安全性能的實時控制系統(tǒng)。其安全可靠、處理速度快，與繼電集中聯(lián)鎖相比具有十分明顯的技術經(jīng)濟優(yōu)勢。無論在安全性、可靠性、經(jīng)濟性等方面都是繼電集中聯(lián)鎖無法比擬的，而且設計、施工、維修、使用以及信息化功能擴展大變得容易為方便，是一套全新的系統(tǒng)設備。使車站聯(lián)鎖的設計、施工、維護。隨著我國技術的快速發(fā)展，計算機聯(lián)鎖已經(jīng)成為聯(lián)鎖設備的

45、主要發(fā)展方向。第四章 全電子計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的總體結構計算機聯(lián)鎖是以計算機技術為核心，采用通信技術、可靠性與容錯技術以及“故障安全”技術，實現(xiàn)鐵路車站聯(lián)鎖要求的實時控制系統(tǒng)。我國自20世紀80年代初開始計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的研究工作；80 年代末計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)投入現(xiàn)場運用，進入起步階段；1997年以后鐵道部進行了大力整頓和規(guī)范管理，計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)進入健康、有序、積極的發(fā)展階段?；仡櫽嬎銠C聯(lián)鎖系統(tǒng)發(fā)展的歷程，我們從中得到許多有益的啟示。4.1 傳統(tǒng)計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的結構根據(jù)系統(tǒng)中各個主要模塊的功能的不同，傳統(tǒng)的計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)一般采用如圖1的層次結構。圖1 傳統(tǒng)計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)體系結構計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)可劃分室內

46、設備和室外設備兩部分，室內設備由人機交互層、聯(lián)鎖邏輯控制層和輸入輸出接口層所組成。室外設備包括信號機、轉轍機和軌道電路等。人機交互層和聯(lián)鎖邏輯控制層之間、聯(lián)鎖邏輯控制層與輸入輸出接口層之間、輸出輸入接口層與室外設備之間通過各種安全通信方式進行數(shù)據(jù)傳輸，這樣就構成一個具有多個層次的實時控制系統(tǒng)8。另外，一些計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)還具有區(qū)域控制功能，即將一定區(qū)域內、周圍距離不太遠的一些小型站的車站聯(lián)鎖，納入到一個中心車站來實現(xiàn)集中控制。4.2傳統(tǒng)計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的工作原理計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的工作原理如圖2，主要可以劃分為命令執(zhí)行和信息反饋兩個過程。圖2 計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)工作原理計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)是一個包括操作人員、維

47、護人員、室內執(zhí)行結構和室外被控對象在內的一個實時反饋的控制系統(tǒng)。下面分別從命令執(zhí)行和狀態(tài)信息、反饋這兩個方面來對計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的工作原理進行一些介紹。命令執(zhí)行過程:車站操作人員根據(jù)控顯中站場的顯示情況和調度命令的要求，通過控顯機辦理選排進路、道岔單操等操作命令。控顯機把接收到的操作命令以固定的命令格式發(fā)送給聯(lián)鎖主機。聯(lián)鎖主機接收到操作命令后，根據(jù)采集到的狀態(tài)信息、聯(lián)鎖主機內部狀態(tài)信息和故障檢測情況來進行聯(lián)鎖處理，若聯(lián)鎖處理產生驅動命令。則將該驅動命令以固定的數(shù)據(jù)格式發(fā)送給1/0接口中的驅動電路板，再通過1/0驅動電路板控制相應的繼電器執(zhí)行各種操作命令。信息反饋過程:通過采集電路將室外設備的狀態(tài)

48、信息實時反饋到聯(lián)鎖主機，聯(lián)鎖主機將這些采集信息進行存儲以供聯(lián)鎖處理使用，另外還將這些數(shù)據(jù)發(fā)送給控顯機，為控顯界面的實時顯示提供數(shù)據(jù)依據(jù)。聯(lián)鎖主機還需要進行故障檢測，并將檢測到的設備故障信息、發(fā)送到控顯機和維修機，以便于現(xiàn)場工作人員對設備進行維護和修理。4.3現(xiàn)有計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)結構根據(jù)計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)按采用的冗余結構的不同，可以有各種各樣的系統(tǒng)結構，圖3所示的是在我國應用最廣泛的雙機熱備計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)的結構。雙機熱備計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)一般由兩個獨立的單元組成系統(tǒng) ,每個單元具有相同的硬件結構 ,都能獨立完成規(guī)定的同樣的功能。正常工作時 ,兩個單元都上電工作 ,同時采集數(shù)據(jù) ,但是只有主

49、單元的輸出有效 ,經(jīng)切換單元輸出。每個單元都有自檢功能 ,當單元發(fā)現(xiàn)自身出現(xiàn)故障時 ,就給出控制信號 ,驅動切換單元進行切換。雙機熱備聯(lián)鎖控制系統(tǒng)通常有如下幾種工作狀態(tài):(1)一個單元正常工作 ,另一單元處于熱備狀態(tài),兩單元均無故障,系統(tǒng)輸出安全;(2)一單元正常工作,另一單元故障,系統(tǒng)輸出安全；(3)一單元停機待修,另一單元故障,但輸出故障-安全,系統(tǒng)尚能堅持工作；(4)一單元停機待修,另一單元故障,無法堅持工作,系統(tǒng)失效。圖3 雙機熱備計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)結構圖4.4車站計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)的層次結構計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)按采用的冗余結構的不同，可以有雙機熱備、3取2、雙套2取2等不同結構，但無論

50、哪種結構，都具備同樣的層次結構，都可劃分為三個層次:人機交互層、聯(lián)鎖層、I/O接口層。如圖4: 圖4 計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)層次結構人機交互層:操作人員通過操作向聯(lián)鎖機構輸入操作信息，接收聯(lián)鎖機構輸出的反映設備工作狀態(tài)和行車作業(yè)情況的表示信息。聯(lián)鎖層:根據(jù)來自上、下兩層的操作信息和狀態(tài)信息，以及聯(lián)鎖機構內部當前信息，產生相應的輸出命令，即信號控制命令、道岔操作命令。I/O接口層:接收來自聯(lián)鎖層的控制命令，直接或通過相關的控制電路動作室外設備，向聯(lián)鎖機構傳輸室外設備的狀態(tài)信息。4.5全電子計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)組成計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)需要連續(xù)不斷的周期性運轉，如果出現(xiàn)故障就有可能導致人員上的重大傷亡和則一產上的嚴

51、重損失，所以它要求很高的可靠性和安全性。針對計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)在性能和功能上的高要求，研究它的結構組成是非常有必要的。全電子計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)取消了傳統(tǒng)計算機聯(lián)鎖中的繼電器接口部分，采用電子執(zhí)行單元直接控制信號設備。整個聯(lián)鎖系統(tǒng)由3個部分組成，分別為人機界面層（MMI）、聯(lián)鎖層（CIL）和執(zhí)行層（EEU）。系統(tǒng)組成結構如圖5所示:圖5 全電子計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)組成示意圖全電子計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的電子執(zhí)行單元EEU，包含道岔模塊、信號機模塊、軌道模塊和零散模。道岔模塊是用于驅動道岔轉轍機的電子執(zhí)行模塊。道岔模塊采用了二取二故障-安全的設計原則，完成控制功能和道岔位置表示功能。模塊與聯(lián)鎖邏輯部通過總線交互信息，根據(jù)聯(lián)鎖邏輯部下發(fā)的命令執(zhí)行道岔的定/反操作，并向聯(lián)鎖邏輯部實時反映道岔當前的狀態(tài)信息。單個模塊能夠控制轉轍機，兩系模塊冗余控制，交替工作。道岔模塊同時也采集道岔的動作電流、表示電壓的交直流分量等模擬量信息。信號機模塊的是用于控制信號機的電子執(zhí)行模塊。信號機控制模塊采用二取二故障-安全的設計原則，具有控制和監(jiān)測功能。信號機控制