浅析铁路信号设备的自动化控制技术

浅析铁路信号设备的自动化控制技术

蒋宁

福州地铁集团有限公司， 福建 福州 350004

摘要：随着科技和我国信息技术的快速发展，铁路信号设备是铁路的重要组成部分，它是信号、联锁、闭塞设备的总称，是确保列车行车与调车安全和提升铁路通过能力的关键装备。随着技术的进步，现代化铁路信号设备的先进程度也在不断提升。本文主要从集中联锁控制的角度分析铁路信号设备的自动化控制技术。

关键词:铁路信号设备；继电联锁控制；计算机联锁控制

引言

对于铁路列车安全运行来说，铁路信号设备控制中自动化技术的应用能够发挥重要作用，行业对铁路信号设备自动化控制技术的重视程度也不断提升。我国普遍采用CTCS-3级铁路信号设备列控系统，在自动化技术支持下，总控室能够实现对列车运行情况的随时了解，各类车在铁路线上运行距离也能够实现及时掌控，为保证该系统作用的充分发挥，铁路信号设备的稳定性必须设法得到保障。

1铁路信号设备

铁路信号存在的目的是向有关行车人员和调车人员发出指示和命令，支撑这一目的的就是铁路信号设备，包含了铁路信号指示设备、联锁设备、闭塞设备。从铁路信号的角度来讲，设备的表现类型主要包括视觉和听觉两个部分，如常见的信号机、机车信号机、信号旗、信号牌、火炬、号角、响墩、机车鸣笛等。例如列车进站需要接收进站信号机的指令信号，该信号机主要目的是防护车站安全，指示列车能否由区间进入车站以及确认进站条件，通常设置在进站路线最外方道岔尖轨尖端不少于50m的地点。当信号机显示红色灯，则不准列车越过信号机停止线，黄色灯光（一个）准许列车经由道岔直向位置进入正线准备停车。黄色灯（两个）准许列车经过道岔侧向位置进入站内准备停车。绿色灯，准许列车按照规定的速度经过正线通过车站。

2铁路信号设备自动化控制技术应用要点

2.1优化电路控制

在应用铁路信号设备自动化控制技术的过程中，铁路信号设备电路需通过自动化控制技术开展针对性控制，以此得到能够正常运行的铁路信号设备系统。具体的电路控制需关注继电器的合理选择，安全型继电器在铁路信号设备自动化控制领域广泛应用，主要以插入式与非插入式的无极式继电器结构为主，安全型继电器还可以细分为整流式继电器、无极式继电器、有极式继电器。有极式继电器的定位及反位存在两种稳定形态，部分轭铁由长条形永久磁钢代替，两条固定磁路因此存在于磁路系统中，继电器的状态能够在断电后保持。通入电源后固定磁路会与电磁路进行比较，发生运动的衔铁可实现状态改变。无极式继电器适用于存在较大通断功率的信号电路，为实现接点组间飞弧短路预防，云母隔弧片安装于两组加强接点间，空白单元增加、加强接点安装空间提供也能够同时实现。整流式继电器的接点组安装有二极管组成的整流电路，采用半波或全波设计，交流电源输入后，整流后向线圈输送。

2.2基于模型与形式化验证的测试技术

基于模型的测试是针对被测系统进行模型提取，并基于该模型自动生成测试用例以及运用于系统测试的过程。模型即被测系统的行为预期，将测试结果与预期结果进行对比，来判断系统需求的一致性。测试过程及测试结果的对比通过可进行交互的测试平台自动实现，该方法能够增强测试平台的重用性和互操作性，具有更加完备、自动化率更高的优点，在目前的高铁列控系统测试中备受关注。例如，佛罗伦萨大学通过使用数学模型与动力学方程模拟应用场景，模拟了现场很难设置的特殊故障环境。基于模型的测试通常使用形式化验证方法，形式化验证是针对模型用数学语言来设定断言，并寻找反例来证明断言正确或者错误的测试方法。近10年来，形式化方法逐渐被引入高铁列控系统的验证与测试工作中。例如，使用基于有色Petri网、时间自动机、UML、EVENT-B和Prover等建模方法和建模语言，对列控系统、计算机联锁、ATP以及安全通信系统等进行分析验证。建立模型的过程，是黑盒变白盒的过程，针对特定模型的特定功能，可以实现全覆盖测试。

2.3做好设备定位

铁路信号设备在自动化控制技术支持下还能够实现定位处理功能，对于处于运行过程中的铁路信号设备来说，具备定位和反位功能的继电器能够保证自动化控制技术应用中定位功能的最大化发挥。为充分发挥技术的设备定位功能，工作人员需关注铁路信号设备与继电器的定位状态一致性，规避运行偏差相关问题出现，如保证设备的安全侧相与继电器的落下状态一致，更好满足安全需要，如满足“落下信号继电器－关闭信号机－落下轨道继电器－轨道电路被占用”。在电路中，应通过“↑”符号用于定位状态为吸起继电器的线圈和接点表示，用“↓”符号用于定位状态为落下继电器的线圈和接点表示，同时还需要注明继电器线圈的线圈端子号和定位状态箭头，标出接点的接点组号和箭头方向。在具体操作环节，通过有效控制调节开关，工作人员可以对铁路电路电流的速度及大小开展针对性分析，继电器内部电流流动情况的严格控制将更好实现，这一过程需同时调整继电器定位，保证定位准确，铁路信号设备运行基础将进一步夯实。为更好发挥继电器定位作用，还需要做好安全管理工作，工作人员应负责检测继电器定位状态，通过对自动化控制技术的应用，保证科学规划能够基于继电器定位开展，以此实现自动化操作的铁路信号设备将更好为铁路列车安全提供保障。

2.4继电器联锁

早期铁路信号设备的自动化控制技术，以继电器为核心，在铁路设备中继电器也是非常基础的设备。常见的继电器有两个部分，包括电磁系统和接电系统。其原理是当继电器工作时，由于输入电流存在一大一小的差异，进而使电磁系统的线圈产生电磁力，从而吸引周围的衔铁，接点系统工作，改变运行状况。换言之，继电器也类似电磁开关装置。在早期使铁路信号设备中使用极多的一种电气元件，也是继电集中联锁中的主要元件，通过继电器控制道岔的转换、信号继电开放和关闭、以及进路的闭锁与解锁等。基于继电器的自动控制体系下，道岔尖轨转换位置主要利用转辙装置来带动，电动转辙机有电动机带动转辙机，通过控制电动机的继电器来实现正转和反转，进而使道岔具有两种不同的开通位置。控制电路利用铁路的链条钢轨作为导线，其所构成的电气回路可反映线路和道岔区段是否存在列车占用情况和判断钢轨是否完整。当电流从电路电源正极发出，钢轨流过钢轨，并通过轨道继电器进入另一股钢轨电源的负极。当电流经过继电器时，继电器通电工作，吸引衔铁，后接点断开，前接点闭合，接通绿灯电路，信号机绿灯亮起，表示列车可通行，此时表示轨道区间处在空闲状态。而若轨道区间有列车占用，电流走向则是从正极发出电流经过钢轨、轮对到另一股钢轨电源负极。继电器没有电流经过，因而衔铁释放，前接点断开、后接点闭合，接通红灯电路，红灯亮起，表示列车不得越过信号机停止线。

结语

综上所述，铁路信号设备的自动化控制需关注多方面因素影响。在此基础上，本文涉及的开展调度集中系统建设、构建通信信号一体化模式等内容，则提供了可行性较高的技术应用及优化路径。为更好保障铁路列车运行安全，智能控制技术的深入应用、软硬件的持续升级同样需要得到重视。

参考文献

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