铁路线路维修安全保障防护系统设计和实现

邹少文

（中铁二院重庆勘察设计研究院有限责任公司 重庆 400023）

摘要：本文针对目前铁路设备维修过程中存在的安全隐患问题，阐述了运用计算机控制技术及LONWORKS现场总线技术实现对维护过程的科学管理及安全保障的新方法来构成的维护安全保障防护系统，提出了维护过程中列车、维护人员及维护区域联锁的概念及实现技术。

关键词：铁路信号，车站维护，联锁，LONWORKS

Abstract: Refering to existing safety problems in railway device repair, the paper explored the safety guaranty system for equipment maintenance established by the new methods of scientific management and safety guaranty in repair carried out with applying LONWORKS technology, and presented the concept of interlocking between train, maintenance worker and maintenance zone in repair and its practical solution.

Key words: Railway signal, Station maintenance, Interlocking, LONWORKS

安全是铁路永恒的主题，列车安全行驶在很大程度上依赖于铁路线路上各种设备（钢轨、路基、信号设备、电气牵引设备等）的完好程度。要保持铁路线路上各类设备处于完好状态，定期维护与及时维修必不可少，但随着行车密度日益增加，维护、维修与正常行车的矛盾日见突出。

目前，我国铁路维修工作基本采用下述模式：维修人员根据维修计划或临时维修需要向车站值班员人工要求时间点请求维修，经车站值班员同意后，维修人员将开始维修。在维修时间间隔内，车站值班员既要人为保障维修工作顺利进行，又要尽可能兼顾运输生产，行车与维修工作的安全保障完全依赖于维修人员与值班员的频繁联系以及值班员的良好记忆，是通过人为方式保障安全，采用这种方式保障维修过程中的行车安全及维修人员的生命安全极不可靠。根据铁道部有关资料^[1]，我国铁路在设备维修过程中发生的险性事故所占比例非常高，其中，一些重大事故的出现，如1997年4月29日京广线荣家弯车站324次旅客列车发生追尾的重大事故，导致人员死亡126人，重伤48人，轻伤182人，直接损失415万元，造成京广铁路中断29小时的重大事故，就是由于没有完善的维护过程保障体系。为了改善目前落后的维修安全保障模式，本文提出，应建立完善的维护监护保障系统，实现设备维修状态下列车、维修人员及维修区域的安全联锁，变人为保障安全方式为设备联锁保障安全方式，彻底消除维修过程中的不安全因素，提高行车安全性。

1．系统结构及维修管理过程

1．1 系统构成

为了在维修状态下保障行车及维修人员的生命安全，变人工保障安全方式为设备联锁保障安全方式，维修安全保障监护系统应首先实现现场维修与车站联锁系统之间信息交换，通过车站联锁设备来实现维修过程中的安全联锁，同时，还应实现现场维修与调度所之间的信息交换，使区段或分局调度人员根据现场维修情况制定合理的调度计划。维修安全保障监护系统的系统结构如图1所示。

调监系统

调度所

车站

图1。车站维修监护系统结构

车站联锁系统

区域维修监护管理系统

车站维修监护管理系统

局域网

如图1，维护监护保障系统分为三层，即调度所层、车站层及现场维修监护层，在调度所层，由调度监督系统（或行车指挥系统）和调度所维护管理系统构成。在车站层，由车站维修监护管理系统和车站联锁系统构成， 现场维修监护层由分布在现场的Lon总线、路由器及神经元节点组成。

1．2维护管理与安全监护过程

1. 维修单位通过调度所维护管理系统或车站维修监护机将所管辖车站相关设备的维修申请输入系统，得到行车调度人员的确认后形成维修作业计划。

2. 维修人员根据打印出的维修作业计划去现场实施维修。

3. 维修人员在现场通过现场层维修监护网向车站层发出维修状态信息（请求维修、正在维修、维修完毕等）。

4. 车站层维修监护机及联锁机根据维修现场信息及当前行车状况实现维修人员、列车及维修区域的联锁，并将现场维修信息传送到调度所，便于调度员根据调度维修计划及现场维修状况实现行车合理调度。

5）维修计划及现场维修过程在系统中进行实时记录，便于日后事故分析。

2．车站维修监护系统

车站维修监护管理系统结构，如图2所示。

车站维修监护系统是构成维修安全监护系统的基础，主要由车站维修监护管理机、与它连接的LON总线、路由器及LON神经元节点组成。

2．1 LONWORKS技术和LON总线

LON（Loncal Operating Networks）总线是美国Echelon公司近年来推出的局部操作网络，为集散式监控系统提供了很强的实现手段。LONWORKS使用的开放式通信协议LONTALK集成了ISO/OSI全部的七层协议。LON总线的信号传输介质可以是双绞线、电力线、红外线或光纤，支持总线型、环型、自由拓扑型等网络拓扑形式，传输信号采用差分曼彻斯特编码，使网络传输具有很强的抗干扰性。在传输速率78bit/s时，直接通信距离可以达到2700m，加上其它硬件支持，很容易在一定范围内构成多通信介质的网络系统。网络结构可以是主从式或对等式。利用上述特点，我们提出用LONWORKS控制网络构成设备监护网络的方案。

2．2 维修监护网

如图2所示，根据设备在车站内分布特点将监护网定义成分层结构形式，第一层为设备群总线层；第二层为设备总线层。设备群总线把站内各群设备连接起来，设备总线把就近分布的各种设备或设备群连接起来，也可根据设备在站内分布情况，连接系统设备群总线形成多层结构。一般，设备群分布以距离就近原则，如，按咽喉设置设备群。

设备群总线通过双绞线互连而成。设备群总线通过路由器（R）或桥接器实现与上位机的通信。路由器实现设备监控节点（N）接入网络的路由，用于隔离网络交通，为网络中各个节点的网络报文进行路径选择。从路由器连接设备接点可根据减少布线原则通过电力线互连而成，这样可以利用原有电源线而不增加电缆总线。设备节点（N）为神经元芯片（3150），具有11个I/O口可以采集对应设备的信息，实现维修监护系统对该设备进行监控。

在维修监护网络顶层设置上位机（车站维护监护机），维修监护管理机作为服务器，可以制定维修计划，向联锁机提供“封闭”及“修复”等有关数据；向调度所维护管理系统等其它客户机提供维护信息。向车站值班员提供维修计划及维修设备状态（待修、维修中等）图形界面。

2.3工作原理

当某设备需要进行维修或巡检时，维修人员可以在现场通过对应设备节点或在室内通过维修管理机向车站值班员申请“维修”；车站值班员可以通过值班员终端发出“同意维修”或“拒绝维修”命令。若车站值班员发出“同意维修”命令；则开始与联锁系统校核实现列车、维修区域（设备）及维修人员的联锁，车站维护监护机向联锁设备发 “请求维修”命令，请求联锁系统在规定时间内将对应设备“封闭”，使通过此设备或区域的进路无法正常建立，避免列车通过处在维修的区域。联锁设备实现“封闭”以后，通过现场监护网络给现场维修人员提供设备已经封闭的信息，维修人员开始维修，此时，车站控制台显示“正在维修“提示，使车站值班员了解设备维修情况及过程。同时将设备维修状态及维修情况通过调监分机传送至调度所，使调度员了解所属车站设备维修情况。设备维修完毕，维修人员可以从现场通过现场监护网络发出“修复”信息，车站维修监护机向联锁机发出“解除封闭”命令，使对应设备解除封闭，投入正常使用。车站维修监护机作为数据管理机通过数据库对维修的全部过程进行记录管理，在需要时，可以将维修过程及时间打印或回放出来。

维修人员与车站值班人员的交互过程，如图3所示。

2.4 现场维修过程

整个现场维修过程涉及到维修人员、维修管理系统和车站联锁系统，整个现场维修过程如图4所示。

图4中，维修人员、维修管理系统和车站联锁系统中的维修过程均是一个独立的子过程，各个子过程之间通过信息交互来完成设备的整个现场维修过程：

1. 当设备进行维修时，由维修人员发送请求维修信息到维修管理系统，

2. 维修管理系统将该请求发送到联锁系统，之后准备接收由联锁系统反馈回的维修判定结果。

3. 联锁系统接收到维修请求后，对设备的维修条件进行判定，当维修条件成立时，对该道岔进行封闭并产生封闭道岔信息，维修条件不成立时产生禁止维修信息，之后联锁系统将判定结果信息（封闭道岔或禁止维修）发送到维修管理系统，

4. 维修管理系统将从联锁系统接收到的信息发送到维修人员。

5. 维修人员接收到由维修管理系统反馈来的信息后进行判定，若是禁止维修，将停止维修。

6. 维修过程中，若需现场调试，维修人员可进行现场单独操作，通过终端节点及维修监护系统将单操请求发送到车站联锁设备。车站联锁系统接收到道岔单操信息后，在条件允许下，执行道岔单操命令。

7. 维修管理系统接收到维修完毕的信息后将其发送到车站联锁系统。

8. 车站联锁系统接收到维修完毕的信息后，将已经封闭的道岔进行解封，将解封信息发送到维修监护系统。

9. 维修监护系统接收到解封信息后将其发送到维修人员。

10. 维修人员接收到解封信息后，整个维修工作完成。

维修管理系统说明：图中未包括其管理功能，如维修记录，存储和再现等功能。

整个维修过程虽然涉及到维修人员、维修管理系统和车站联锁系统，但仅维修人员来完成，不涉及到车站联锁系统的操作员的操作，不仅减少了操作员的劳动强度，更重要的是避免了因操作员的失误而引入的不安全因素，有利于提高整个维修过程的安全性。

通信安全性考虑：由于整个维修过程涉及到维修人员、维修管理系统和车站联锁系统之间的交互，为了保证维修过程的安全，必须对通信故障进行管理，这可以通过超时机制来实现，即任何一方发送数据后进行超时设置，当在规定时间内未接收到反馈信息后，重新进行数据的发送，多次发送后仍然未接收到反馈信息后即可以判定通信过程出现故障。

4．结束语

本文介绍的铁路线路维修安全保障防护系统，在国内开创了运用计算机控制技术及LONWORKS现场总线技术实现对维护过程的科学管理及安全保障的新领域，首次提出了维护过程中列车、维护人员及维护区域联锁的概念及实现技术。

本系统节点数量可以根据站场规模进行增减，节点可以安装于电缆箱盒内，维修人员可以很方便的通过开关向上级管理系统发出“维护”、“修复”及设备状态等信息。也可以通过节点总线获得“已封闭允许维修”及“不能维修，勿动设备”的信息。信息传输可以通过双绞线或电力电线甚至无线通道实现安全可靠传输。本系统的成功推广运用将为我国铁路的安全行车作出重要贡献，对推进维修工作的现代化具有积极意义。

参考文献

[1] 铁道部运输局基础部，《十年全路电务部门险性以上事故案例汇编》，1999

- 5 -