计算机联锁论文.doc

目录第1章 绪 论11.1 铁道信号与安全11.2 向信息化、智能化和综合自动化的方向发展1第二章 计算机联锁系统的硬件结构22.4 TYJL-II型计算机联锁系统52.5计算机联锁系统结构62.6系统软件72.7 控制设备8第3章所选站场的概况93.1 站场简介93.2 车站信号平面布置图103.2.1 布置信号机123.2.2 信号机编号123.2.2划分边缘区段和确定绝缘节的位置123.3 联锁表14第5章：继电器接口电路设计185.1信号机点灯电路185.2道岔电路215.4报警电路24第6章 采集驱动电路设计256.1 信号机采集电路设计256.2 道岔采集电路设计256.3 接口架配线表设计266.4 驱动电路设计26石家庄铁道大学毕业设计第1章 绪 论1.1 铁道信号与安全铁路信号联锁系统是行车安全的技术保障系统，就技术方面而言，铁路信号系统已经历了机械联锁、电气联锁（继电联锁）等两个阶段，目前我国干线铁路或企业自备铁路上所使用的联锁系统绝大多数仍为继电联锁系统。受技术条件的限制，继电联锁系统存在着设计与维护工作量大、综合投资费用高、管理能力弱等缺陷。随着计算机技术的迅速发展，尤其是对于可靠性技术和容错技术的深入研究，计算机联锁技术已日趋成熟，在大力推广使用。根据各国对计算机联锁的研究和使用情况来看，由于计算机在逻辑功能和信息处理方面具有很强的功能，它非常适用于车站联锁。计算机联锁是用微型计算机和其他一些电子、继电器件以及各种计算机软件组成的具有故障安全性能的实时控制系统。随着计算机技术的迅速发展，尤其是对于可靠性技术和容错技术的深入研究，计算机联锁技术已日趋成熟，在大力推广使用。根据各国对计算机联锁的研究和使用情况来看，由于计算机在逻辑功能和信息处理方面具有很强的功能，它非常适用于车站联锁。计算机联锁是信号设备采用微机的重要突破口，它的研制成功和推广使用使铁路信自动控制进入了一个新的阶段。1.2 向信息化、智能化和综合自动化的方向发展计算机联锁系统还应努力适应铁路信号系统向信息化、智能化和综合化发展的要求。宏观地看，信息化是当代和今后较长时期内社会发展的基本潮流。信息化的突出标志是智能工具系统的不断涌现和应用。这些智能工具系统包括计算机系统、通信系统以及控制系统。它们的应用不仅能取代劳动者的体力劳动，而且具有扩展和延伸人类信息器官的功能。就铁路行车过程来说，在其中导入了四个智能系统，即列车自动控制系统、计算机联锁系统、调度管理信息系统（TDCS）以及列车运行指挥系统（CTC）。这些智能系统正处在应用与逐步应用之中。作为其中之一的计算机联锁系统位于列车运行指挥系统与列车自动控制系统之间，是联系两个系统的中间环节。由此可见，计算机联锁系统本身将不再是一个孤立的车站信号联锁设备，而是综合行车指挥控制系统的一个重要组成部分，是具有多种功能和安全保证的行车指挥系统的一个基础设备。此外，这些智能系统有向综合化方向发展的趋势，以构成一个集列车指挥与控制的综合型智能系统。这种综合型智能系统目前已在秦沈客运专线上得到运用。在这条专线上使用的SEI列控联锁一体化系统是以车站计算机联锁系统为核心的一套一体化信号系统 ，它共设计了三个子系统，分别为列控联锁一体化系统、列车运行指挥系统（CTC）和信号集中监测系统。该信号系统是以列控联锁一体化系统为基础，以专用通道构成的计算机局域网为骨架，以调度集中行车指挥系统为龙头的信息和资源广泛共享的综合控制系统。综合型控制系统的发展与完善，会为进一步保证行车安全和提高行车效率创造条件，同时也使铁路行车过程的列车控制与管理进入了一个以信息化为基础、以智能系统为标志的技术新时代。第二章 计算机联锁系统的硬件结构2.1 车站计算机联锁系统应用现状一、国外车站计算机联锁系统的应用现状1978年世界第一个计算机联锁系统在瑞典哥德堡问世, 从20世纪80年代起各国竞相研究开发计算机联锁系统, 并取得了显著的成绩,日本在1980年由铁路综合技术研究所、京三公司、日信公司合作开发、生产了由三重冗余微计算机组成的计算机联锁装置, 1985年实际投入使用的JR 东日本的南古谷车库的计算机联锁装置是日本第一台计算机联装置,90年代起很多国家已开始大面积推广微机联锁系统, 如日本、英国制定技术政策, 不再发展继电联锁, 而由计算机联锁取代,经过20多年的发展, 计算机联锁技术在发达国家已发展成为完善成熟的技术, 计算机联锁由面向工程技术研究转向以面向服务为中心, 其应用现状总体上可归纳为以下几方面:（一） 计算机联锁制式主要由三取二和二乘二取二两种, 通过软件、硬件容错技术提高计算机联锁系统的可靠性、安全性、可维护性, 双机热备系统已经淘汰；（二） 计算机联锁系统的性能逐渐提高, 比如: 快速计算能力, 高速率数据交换的通信能力, 以适应高速铁路和综合化信号控制系统的要求；（三） 面向工程和服务, 采用计算机软、硬件技术, 开发功能非常完善和强大的CAD 系统, 并从制度和设备上建立完善的维修体系和仿真检测体系；（四）积极发展、推广使用全电子模块化的计算机联锁系统, 使计算机联锁系统具有开放式结构,并且更加小型化、智能化；（五） 以旅客营业系统为中心, 采用先进的计算机通信技术, 成功发展分布式分层处理的综合信号控制系统和运营管理系统，计算机联锁不仅仅是一个特定的车站的控制系统, 而逐渐演变成综合行车指挥系统的一个重要的基础设备； （六） 通过分布式结构扩大控制范围,实现集中联锁分散控制的区域计算机联锁系统, 使计算机联锁系统网络化；（七） 计算机联锁系统功能逐渐扩大,实现信号机、道岔、轨道电路联锁关系而直接控制信号设备是计算机联锁系统的基本功能, 通过系统集成, 将车站和区间设备一体化, 由计算机联锁系统代替继电器节点逻辑控制方式提供丰富的列车控制信息;在车站由计算机联锁系统完成对电码化控制信息的逻辑处理, 通过计算机联锁系统实现站内进路电码化, 由这两种方式组合而成的联锁、列控一体化综合系统, 在日本、德国、法国等国家均得到成功应用。比如: 2002年12月开通的日本东北新干线盛岗- 八户段数字ATC地面设备, 包括列控联锁一体化系统局域网(SAINT- LAN )、列控联锁一体化系统逻辑部(SAINT) 。二、 国内车站计算机联锁系统的应用现状国内对计算机联锁系统的研究开始于20世纪80年代, 进入90年代后, 随着与发达国家在计算机联锁技术上的交流增多和计算机技术的发展, 计算机联锁进入快速发展阶段，铁科院通号所、通号公司设计院、北京交大、卡斯柯等单位相继开发出具有不同特点的单机、双机热备、三取二和二乘二取二等计算机联锁系统, 至“九五”期末, 全路共装备了计算机联锁系统438个车站(场) 。在铁道部“十五” 科技展技术政策中明确规定要积极发展计算机联锁, 在此期间, 车站计算机联锁系统获得了更快的发展, 计算机联锁可靠性、安全性进一步提高, 进入了以技术为依托, 面向市场和服务, 从实现功能到完善拓展功能, 从单站联锁到一体化、电码化等扩大应用的新的发展阶段。（一） 随着计算机联锁系统大面积推广使用, 铁路相关人员和单位对计算机联锁的认识逐渐深入,计算机联锁系统已经被广为接受, 为计算机联锁系统的发展奠定了扎实的市场基础；（二） 计算机联锁系统本身可靠性、安全性、可维护性、可用性等越来越高, 性能逐渐增强, 功能逐渐完善, 目前已能完全满足中国铁路各种站场规模和运输作业的需要。（三） 计算机联锁系统向多制式方向发展, 在路内上道使用的计算机联锁系统有双机热备、三取二、二乘二取二等三种制式, 能满足不同线路、不同工程和不同用户的需要。（四） 各种型号的计算机联锁系统均配备有微机监测系统, 远程诊断系统, 为计算机联锁正常稳定运行提供保障。（五） 在继承现有计算机联锁系统优点、特点的基础上, 研究铁路信号控制新技术, 积极开发新一代计算机联锁系统, 努力拓展计算机联锁系统的功能, 以适应铁路信号控制现代化、铁路管理信息化建设、铁路跨越式发展的需要。比如: 具有区域控制能力的计算机联锁系统的研究, 联锁、列控一体化安全控制系统的研究,车站进路电码化计算机控制系统的研究,与CTC系统结合的现代化行车调度指挥系统的研究, 高速铁路计算机联锁系统的研究等。（六） 建立了计算机联锁系统检测制度。铁道部电务局在原上海铁道大学建立了计算机联锁检验站, 以技术手段加强计算机联锁系统软件安全的检测。 除此之外, 对要投入使用的所有计算机联锁产品的联锁软件,在出厂前均要经过详细完备的功能测试，通过制式测试和出厂测试,有效地保证了计算机联锁产品的质量5。2.2 计算机联锁系统的发展随着新型技术的不断涌现以及现代化铁路的发展需求，车站计算机联锁系统将朝着以下几个方面发展。一、 向高可靠性与高安全性方向发展当前的计算机联锁系统虽然已经处于可用阶段，但是在可靠性和安全性方面都有待提高。就拿双机热备计算机系统来说，它在长期应用和发展中已经逐步成熟和稳定，但由于其先天的不足，仍然暴露出许多软、硬件设计上的缺欠。随着提速、客运专线、大型客运站、重点车站、重载线路的建设和改造，它们对计算机联锁系统的可靠性、安全性提出了更高的要求，以适应铁路跨越式发展形式的需要。我国目前的研究成果主要为三取二冗余系统，但国外更多的是四机冗余系统，多为二乘二取二冗余结构。在国内，由于有现场脱机模拟联锁测试的需求，造成三取二冗余系统不适应于这种模式，因而有其发展的局限性。因此实现计算机联锁在双机热备上的突破，向多重冗余/校核方向发展，采取二乘二取二模式是一个必然。目前国内还没有自主知识产权的二乘二取二冗余系统。鉴于这种现状，在努力利用自身力量的同时，应积极引进国外先进技术。基于这种理念，2000年，铁道部通信信号总公司研究设计院与京三公司合作，采用K5B 故障-安全型硬件，结合本院自行开发的计算机联锁软件，成功研制开发出了适合我国铁路运输的DS6-K5B型计算机联锁系统。2001年，北京交大微联科技有限公司、北京铁路局与日信公司进行了合作，他们利用日信公司的故障安全二取二CPU 单板（EI-32单元）的先进技术，结合在中国国内已成功应用的JD-1A 型计算机联锁软件，成功开发了EI32-JD 型计算机联锁系统。二乘二取二系统的核心设备就是故障安全计算机，目前这项设备都是从国外引进，因此我们要积极探索并力争开发出达到国际先进水平的故障安全计算机。同时，我们还要为系统建立一个高水平的实时操作系统（RTOS）平台；RTOS 是当今流行的嵌入式系统的软件开发平台，也是安全计算机系统的软件核心；它能提高系统的安全性，满足系统实时性的要求，缩短新产品的开发周期以及充分发挥实时操作系统可移植性、可维护性强等优势。我们相信，与国际上的技术交流与合作，将会大大加快我国高可靠性与高安全性计算机联锁系统的研制进程。二、向全电子化方向发展就目前广泛使用的计算机联锁系统来说，其执行部分，也就是信号机和道岔的控制器件仍然是由继电器来完成的且保留了轨道电路。而电子单元具有体积小、功能强大等特点，便于组网、远程管理和远程诊断，还可以为铁路自动化、信息化提供基础信息。因此，取消继电器，实现全电子化控制，是我国计算机联锁系统发展的一个方向。在国外，只有西门子、ABB京山、瑞典等少数国家有全电子计算机联锁技术。国产车站全电子计算机联锁系统研制始于1996年，1999年纳入铁道部铁路科技发展计划项目，“计算机联锁智能型全电子信号道岔控制一体化的研究”，由兰州交通大学主持，铁道科学研究院、郑州铁路局参与该项目的研究，并于2000年1月通过铁道部技术审查。全电子计算机联锁系统2002 年通过甘肃省技术成果鉴定；2003年列入科技部国家科技成果重点推广项目计划。该系统从2001年开始，就先后在信阳电厂、襄樊北机务段整备场投产使用。2003年11月，区域全电子计算机联锁系统在洛阳石化工业站及装卸站开通投产使用。可以认为，随着技术的进一步完善和产品质量的不断提高，全电子计算机联锁系统会得到更广泛的应用。三、向站区一体化、区域化的方向发展站区一体化、区域化信号安全技术代表了当今世界铁路信号安全控制技术的发展方向，并已在法、日、德、意等铁路发达国家得到实际应用。它是我国既有线提速、客运专线、高速铁路、地铁、城市轻轨交通建设所急需的信号安全控制技术。随着我国计算机联锁技术、列控技术的进步以及网络通信技术、数字信号处理技术的飞跃发展，大大推动了计算机联锁系统向着一体化、区域化的发展进程。计算机联锁系统可以通过各种制式的通信网络实现多层次控制，使控制范围扩大，即可由一个枢纽站控制周边的若干站及区间的道岔控制点，既优化了控制，又减少了投资和运营成本。如由铁道部科学研究院研制的ZQY-型站区一体化信号安全控制系统就可实现对多个站区的控制，即完成站区一体化、区域控制的功能。四、向信息化、智能化和综合自动化的方向发展计算机联锁系统还应努力适应铁路信号系统向信息化、智能化和综合化发展的要求。宏观地看，信息化是当代和今后较长时期内社会发展的基本潮流。信息化的突出标志是智能工具系统的不断涌现和应用。这些智能工具系统包括计算机系统、通信系统以及控制系统。它们的应用不仅能取代劳动者的体力劳动，而且具有扩展和延伸人类信息器官的功能。就铁路行车过程来说，在其中导入了四个智能系统，即列车自动控制系统、计算机联锁系统、调度管理信息系统（TDCS）以及列车运行指挥系统（CTC）。这些智能系统正处在应用与逐步应用之中。作为其中之一的计算机联锁系统位于列车运行指挥系统与列车自动控制系统之间，是联系两个系统的中间环节。由此可见，计算机联锁系统本身将不再是一个孤立的车站信号联锁设备，而是综合行车指挥控制系统的一个重要组成部分，是具有多种功能和安全保证的行车指挥系统的一个基础设备。此外，这些智能系统有向综合化方向发展的趋势，以构成一个集列车指挥与控制的综合型智能系统。这种综合型智能系统目前已在秦沈客运专线上得到运用。在这条专线上使用的SEI列控联锁一体化系统是以车站计算机联锁系统为核心的一套一体化信号系统 ，它共设计了三个子系统，分别为列控联锁一体化系统、列车运行指挥系统（CTC）和信号集中监测系统。该信号系统是以列控联锁一体化系统为基础，以专用通道构成的计算机局域网为骨架，以调度集中行车指挥系统为龙头的信息和资源广泛共享的综合控制系统。综合型控制系统的发展与完善，会为进一步保证行车安全和提高行车效率创造条件，同时也使铁路行车过程的列车控制与管理进入了一个以信息化为基础、以智能系统为标志的技术新时代。2.3 计算机联锁的优点与继电集中联锁相比，计算机联锁具有以下优点：1、进一步提高了安全性、可靠性；2、增加和完善了功能；3、方便设计；4、省工省料，降低造价。最重要的是，计算机联锁为铁路信号向智能化和网络化方向发展创造了条件2.4 TYJL-II型计算机联锁系统TYJL-型计算机联锁系统主要功能：i. 实现联锁的基本功能：实现进路上道岔、信号机和轨道电路的正确联锁，确保进路正确和列车运行安全。ii. 具有完备的自诊断功能：系统通过动态输入输出、回读、软件双编码等技术实现自诊断故障到板级的功能，并通过网络通信使用户可在控制中心和维修中心实现故障诊断和查询。iii. 维护和远程诊断功能；系统能够记录所有的操作和信号设备的状态监测和报告系统故障，方便地查询内存中储存的各种信息，存储和打印记录，通过网络，远程诊断功能。可以把系统工作情况通知到相应的维修部门，使维修部门可以根据需要派遣相应技术人员来维修，远距离传送记录文件。iv. 实现与CTC系统结合功能；通过CTC设于各站的终端设备实现与CTC系统的通信，将站场信息传至调度中心，实现调度中心对各站全部作业、线路占用等情况的监视和控制。v. 具备故障弱化功能；双机热备的冗余方式使系统出现局部故障时，在不影响设备运营安全的情况下系统具备故障弱化功能。vi. 具有较强的防雷和抗电磁干扰性能；系统通过铁道部指定的防雷试验室和电磁干扰试验室的电磁兼容干扰测试。计算机联锁系统是运用计算机技术来取代继电技术构成的车站实时控制系统，和其他例如视频监控系统等实时控制系统相比，计算机联锁系统具有自身的特殊性，不仅要有自己独特的实时可靠性指标，另外还涉及到行车的安全，具有较高的安全性指标。它的基本硬件结构与工业上一般的微机实时控制系统有许多相似之处，主要是由联锁机、各种接口、过程输入、输出通道以及外部设备等组成，用系统总线联系起来，组成一个车站用计算机联锁控制系统。由于其要求有很高的可靠实时性和安全性，因此只是采用一层的结构无法满足联锁系统的技术要求，而需要使用多层的体系结构。2.5计算机联锁系统结构联锁系统采用单机结构的核心思想是:运用最少的硬件，简化设备，提高系统的可靠性能;并最大化的发挥处理器处理信息速率快、处理信息能力强的特点，让系统成为不仅是一个功能完善的独立的监控单元使用，而且让联锁系统能够完成正常的联锁装置的功能。图2一3给出了单机系统的结构框图，其安全特性采用了单机闭环原理实现。 2-5-1 TYJLII型计算机联锁系统结构 双机储备系统，就是用两台完全相同的计算机，其中一台计算机处于发送命令的输出状态，并且输出通过切换开关引向外部，并称其为主机或者工作机;另一台计算机处于接替状态，并称之为备机。其纂本工作原理是两个相同的模块同时运行，互为备用，一旦故障检测体系发现故障，就通过切换开关，切换到备机工作(这时候备机变成1二机，主机变成务机)。 2-5-2监视控制系统的结构示意图其配置如下：（1） 主机板：低功耗P266无风扇cpu，主频66MHz，内存容量128M，三英寸软盘驱动1个，20G硬盘。（2） 2个RS232C（穿行通信接口），一个并行接口，15英寸CRT，ASCII键和中文输入键盘。（3） 12槽无源PC总线母版 。（4） 1块PC01网络版，用以与联锁机通信。（5） 1块以太网卡，用以主备上位机之间以及与维修机的通讯。（6） 多屏VGA显示图卡，提供车站值班员用的图像显示，（7） 语音声卡，提供控制台的语音提示和音响。（8） 局域网通讯卡。2.6系统软件（一）计算机联锁系统软件冗余结构分析车站信号计算机联锁系统本质上是运用技术的手段实现站场进路的控制。其软件部分从操作命令的下发到相应的进路控制的完成，往往可分为人机对话层、联锁层和控制层。人机对话层主要完成操作命令的下发，以及接收实时站场的信息，并显示在检测屏幕上面。联锁层主要是对下发的命令信息进行处理符合联锁操作的信息继续下发到控制层，并且处理控制层上传的实时站场信息。控制层就是对室外的信号机、道岔和轨道电路等进路控制的信号设备进行控制和采集其状态信息的一层。计算机联锁系统作为用微机技术为基础的车站信号实时控制系统，必须要保证系统十分可靠，并满足故障一安全原则。这就需要从软件方面对联锁系统软件各层组成模块采取冗余技术，虽然增加模块从完成系统功能方面来看是多余的，但是从提高系统运行的安全性和可靠性方面来看却是必要的。虽然不同的计算机联锁系统所采取的冗余结构的具体实现方式不同，但是还是有许多共性，即可靠性冗余结构和安全性冗余结构。可靠性冗余结构如图3-3-l所示。为了降低系统在故障时系统软件停止工作的概率，采用备用的二重结构，也就是为了提高可靠度而采取逻辑“或”关系的二重结构。安全性冗余结构如图2一2所示。为了降低系统故障时产生危险的概率采用相互校对的二重结构，也就是为了提高安全度而采用逻辑“与”关系的二重结构。 2-6-1可靠性冗余结构图2-6-2安全性冗余结构示意图根据不同的冗余结构，联锁系统可分为单机系统，双机储备系统、_几级表决系统和二乘二取二计算机联锁系统。第四章 系统的现场布置与总体布局2.7 控制设备（一）联锁机柜的构成联锁机柜所安装设备按功能分成以下三部分:联锁机部分、智能1/0部分以及机柜附属设施部分。下面分别就联锁机柜内部的三部分进行介绍。联锁机部分主要有一块联锁运算板和联锁机母板构成。1.联锁运算板联锁运算板(以下简称简称cPu板)上集成两个cPu:两个cPU通过FIFO进行数据交换完成取二逻辑运算。智能FO部分接收联锁机发来的控制命令，完成继电器的驱动;同时将采集到的站场信号设备的接点状态信息以及智能FO板本身的状态信息反馈给联锁机。2.智能FO部分智能1/0部分主要包括智能驱动板、智能采集板。机柜附属设施部分主要包括电源端子和散热风扇。电源端子包括压接式接线端子、空气开关、事故继电器和防雷元件;散热风扇安装在机柜顶层，用于机柜通风散热。（二）综合机柜综合机柜安装系统电源设备和监控机相关设备。完成系统电源设备和监控机相关设备的管理，向系统提供交流220V和直流24V系统上作电源，完成UPS和监控机的主备冗余切换。其中主要的是监控机部分，其功能是完成监控机以及监控机相关设备的管理。监控机部分主要有两台工控机、监控机切换开关、控制台切换单元组成。1.工控机工控机通过以太网络与联锁机通信，通过鼠标延长线、视频延长线、音频延长线与车务控制终端的显示器、鼠标、音箱相连。2.监控机切换开关及状态指示监控机A、B的主备切换任务.叮以通过两种方式发起:(l)通过综合柜监控机切换开关人_!:发起;(2)将综合柜监控机切换开关置于自动位置由联锁机通过驱动切换继电器发起。（三）.控制台切换单元监控机主备切换其中一项重要任务就是将鼠标控制台设备切换到主控监控机。控制台切换单元的任务就是根据监控机主备状态的变化，将鼠标控制台设备切换到主控监控机。继电器接口电路计算机联锁系统与室外信号设备之间的结合，采用继电电路。主要有信号机点灯电路，道岔控制电路，轨道电路，及其他结合电路。本系统中的每组道岔设一个道岔允许操纵继电器YcJ(双动道岔按一组道岔处理设一个YCJ)。用YCJ的一组前接点接在道岔启动电路的KZ回路中。YCJ平时处于落下状态。转换道岔时，若该道岔区段在解锁状态，微机在输出道岔操纵命令的同时输出YCJ吸起命令。道岔转换到位后，微机停止输出，YCJ落下。道岔因故在规定转换时间内不能转换到位时，计算机在取消定操或反操命令输出的同时，取消YCJ的输出命令，YCJ落下。计算机采集信号机电路的XJ和DJ，道岔电路的DBJ和FBJ，轨道电路的GJ的状态信息。从故障安全考虑，不同继电器采集的接点条件不同。规定，用继电器接点的闭合条件(对于计算机的输入接口有电流输入)表示信号处于安全侧状态，即用输入电路有电流通过证明设备在安全状态，输入信息的逻辑值为“1”。用继电器接点的断开条件(对于计算机的输入接口没有电流输入)表示信号处于危险侧状态，输入信息的逻辑值为“0”。例如:对于本站照查继电器zCJ，取其后接点输入，后接点闭合，证明本站照查继电器落下，信号机可开放。ZCJ的后接点断开，信号机可开放不许开放。其他继电器的采集原则同上。第3章所选站场的概况3.1 站场简介铁院站是由石家庄铁道大学自主建造供学生实践学习的火车站，该火车站采用单线双向运行模式，主要虚拟客运火车站。俗话说麻雀虽小五脏俱全，该火车站上到道岔信号机设备齐全，由本组设计完成计算机联锁系统，其主要组成请看信号站场平面布置图。3.2 车站信号平面布置图信号平面布置图 1（附录）3.2.1 布置信号机（1）进站信号机采用高柱集中供电的透镜式色灯信号机并附双灯丝转换设备和主灯丝断丝报警电路。（2）出站兼调车信号机采用矮柱集中供电的透镜式色灯信号机并附双灯丝转换设备和主灯丝断丝报警电路。(3)调车信号机采用集中供电透镜式信号机。3.2.2 信号机编号信号机是铁路系统之间传递信号的工具，不同的信号机功能也不一样，信号机的编号也向我们传递了相应的信号。（1）进站信号机：按运行方向编号：下行用X表示，上行用S表示。如果同一咽喉有两个方向的进站信号机时，除主要方向仍用X或S编号外，次要方向则在X或S的右下角标注信号机所在区间线路名称的汉语拼音的第一个字母。（2）出站兼调车信号机：按运行方向和股道号码编号：下行用X XI、X2，上行用S SI、S2，在字母右下角缀以该信号机所在股道号码。（3）调车信号机：用D表示，并在右下角标注顺序号。下行咽喉区的调车信号机编为单数，并由下行列车到达方向坐标远近顺序编号，D1，D3。上行咽喉区的调车信号机编为双数，并由上行列车到达方向坐标远近顺序编号， D2、D4。3.2.2划分边缘区段和确定绝缘节的位置在电气集中联锁区域内，所有接发车线路，机车走行线及道岔区域均应装设轨道电路。绝缘区段的划分是根据作业情况和轨道电路技术特性确定的。划分方法及位置确定如下： 1、信号机处的绝缘节和信号机并列。 2、道岔处的，岔尖一端安装在基本轨接缝处，另一端在距警冲标计算位置不少于3.5米、不大于4米的地方。渡线上的绝缘节不受此限制。 3、安全线、避难线上的绝缘节，应尽可能设在尽头处，以利于监督。 4、牵出线、机待线、尽头线或专用线的入口处的调车信号机前方，应设置一段不小于25米的轨道电路，以供值班员能及时了解调车信号机前方是否有车辆占用。 5、当道岔为梯形布置时，绝缘节可靠近辙叉处距离辙叉末端不小于4.5米的地方设置。 6、在非自动闭赛区段上，预告信号机处的绝缘节，应安装在预告信号机前方100米处。 7、在双线区段，如在出站口的最外方道岔前方装设调车信号机时，在信号机与站界间应划一段长度不小于50米的轨道电路区段，以便调车时，不占用区间。 8、轨道电路的两组轨道绝缘，应装设在同一坐标处，及要求并置。如不能装在同一坐标处而需要错开安装时，就出现轨道电路的死区间。如果这样，倘若有轮对在死区间内，轨道电路不会被分路，是非常危险的。为安全计，死区间长度一般规定不大于2.5米。 9、为满足平行作业的需要，应设置超限绝缘。 10 、异型钢轨接头处，原则上不得安装钢轨绝缘。 3.2.3 道岔、警冲标、色灯信号机坐标的计算 在电气集中车站中，道岔、警冲标、色灯信号机的坐标是指从信号楼至上述各设备间的距离。计算各种设备的数据，其目的是为计算电缆长度提供必要的依据。 （1）道岔坐标 由基建部门提供的缩尺平面图上，给出的道岔坐标是道岔中心距车站中心的距离。而电气集中设计时，由于电动转辙机安装在道岔尖轨尖端附近，因而需要得到道岔尖轨尖端的坐标。 一般车站常用的道岔是单开道岔和交叉渡线道岔。根据各种类型的道岔尺寸表，可以查出道岔尖轨尖端至道岔中心的长度。计算道岔坐标就是把岔心坐标换算成岔尖坐标。如果岔尖在靠近站内中心一边，则岔尖坐标就是岔心坐标减去岔心至岔尖的长度；如果岔尖在远离站中心一边，则岔尖坐标使岔心坐标加上岔心至岔尖的长度。 （2）警冲标计算 警冲标应设在两分歧线路中心线相距4米的地方，即两中心线至警冲标的距离均为2米。按照上述规定设置警冲标，即使某股道警冲标内方停有机车车辆时，列车仍可以沿邻线安全通过。可据表查出道岔中心距警冲标的长度，再由已知的岔心坐标换算成警冲标坐标。警冲标与道岔中心的长度是由道岔号码、联接曲线半径和线间距离三个参数决定的。 （3）色灯信号机坐标 电气集中车站采用色灯信号机，其类型有高柱和矮柱两种。进站信号机、正线出站信号机、牵出线调车信号机为高柱信号机，侧线出站信号机及咽喉区调车信号机为矮柱信号机。 1、设置在道岔辙叉后两条线路中间的高柱信号机的坐标， 应根据建筑接近限界要求进行设计。工程设计时，只要知道信号机设置地点的道岔辙叉号数、道岔连接曲线半径、两条线路中心之间的距离以及股道运用情况，就可以查表确定信号机坐标。 2、设置在道岔辙叉后线路中间的矮型信号机的坐标。由于矮型信号机高度不超过1100 mm ，因此设于辙叉后两线路中间的矮型信号机，其装设位置在警冲标内方3至4米的地方，就不会接近建筑限界。 3、设置在道岔岔尖前的信号机坐标。设与道岔岔尖前的高柱或矮柱信号机，一般并排设于道岔与基本轨接缝处。 信号机、道岔坐标计算好后，应将数值标明在车站信号平面图的上部。 此外，根据到发线上信号机和警冲标坐标，可以计算出股道有效长度。股道有效长度计算方法是自股道一端的信号机起至另一端警冲标止,如无警冲标,则到另一端信号机止。如果同一股道上，上、下行均有接、发车作业，则股道有效长度应分别计算。各股道有效长度计算出来后，列表表明在车站信号平面图的下部。 3.2.5 股道、道岔的编号 （一）股道编号 线路较多的车站数目很多，为了便于使用、维修和管理，站内股道要有规定的编号。方法是：在单线车站从靠近站舍起，向远离站舍方向顺序编号，正线用罗马数字，站线用阿拉伯数字编号；复线车站，先编正线股道号码，下行正线用单数，上行正线用双数，从正线向外顺序编号。该车站为单线双向运行所以顺序编号为I、2、3。（二）道岔编号 道岔编号的方法是：在下行列车进站一侧从外向内顺序编为单数，在上行列车进站一侧顺序编为双数，并以站设中心线作为划分单、双数编号的分界线。 以上内容可参阅信号平面布置图。 3.3 联锁表联锁表就是表达整个车站内的道岔、进路和信号机之间全部联锁关系的表格。联锁表是设计电路的依据，在设备施工完毕交付使用之前，也根据联锁表的内容逐项进行联锁试验。车站信号平面布置图是编制联锁表的依据。在编制联锁表时，应以进路为主体，从下行咽喉到上行咽喉，从列车进路到调车进路逐条依次顺序编号。然后将所排列进路需要按下的按钮、防护该进路的信号机名称和显示、进路所要求的有关道岔的位置、进路应包括的轨道区段以及与所排进路相敌对的信号等项逐一填写。如站场较小，全站可编制一张联锁表；如站场规模较大，则两咽喉可分别编写。联锁表的编制内容如下：1、填写方向栏：接车方向和发车方向；2、填写进路性质：列车进路和调车进路；3、进路号码栏：按全站列车进路和调车进路顺序编号。通过进路由正线接、发车组成，不另编号，仅将接发车进路号码以分数形式填写；4、进路栏：逐条列出联锁范围内的全部列车和调车的基本进路；5、排列进路按下按钮栏：顺序填写排列进路时应按下的按钮名称以及排列变通进路按下的变通按钮或是起变通按钮作用的调车按钮名称。6、确定运行方向道岔栏：如有两种以上运行方式时，应填写区别开通进路中起关键作用的对向道岔位置；7、道岔栏：顺序填写所排进路中的全部道岔以及有关防护和带动道岔的编号和位置；8、敌对信号栏：站内联锁设备中，敌对进路必须互相照查，不得同时开通；9、 轨道区段栏：填写排列进路时应检查的轨道区段名称；10、其它联锁栏：如自动闭塞区段在发车进路的“其他连锁”栏内要填写“BS”字样；11、按进路逐条填写各项联锁内容。4.2信号机房平面布置典型的车站信号楼室内信号设备平面布局图典型的车站信号楼室内信号设备布置的结构拓扑图如图1所示，可以看到微机室位于信号机械室后边的最角落。 二十世纪九十年代以前，我国的车站均采用继电联锁，没有什么计算机设备，所以也就没有设置一个独立的微机室的必要。但随着计算机技术的迅猛发展，微电子设备在铁路车站信号楼内开始大规模推广使用，一个简便的办法就是利用既有信号楼内的信号机械室后半部分的空闲位置，采用铝合金玻璃框架隔断出一个微机室，用于集中放置微机集中联锁、CTC、TDCS、DMIS、微机监测等微电子设备，但这毕竟只是一种临时变通的权宜之计，没有针对微电子设备的电磁兼容、综合布线和综合防雷方面的特殊要求，进行专门的考虑和设计，因此在设计与施工伊始，就给日后运行的稳定性、可靠性的不足埋下了隐患。2 问题分析 现有的车站信号楼内信号设备平面布置主要存在以下四个方面的问题：（1）强电对弱电微电子设备的电磁辐射干扰 电源室内的强电设备如配电箱、各种电源屏产生的强电磁辐射，会对邻近的运转室内的计算机联锁动作机构和显示屏，以及电源室正下面一层的通信机械室内的光端机、路由器等传输设备及其传输线路产生强烈的电磁辐射干扰。（2）强电对弱电传输线缆的电磁耦合干扰 微机室连接到运转室和通信机械室的低压传输线缆，不得不穿越多种强电设备所在的信号机械室和电源室两个强电干扰区，从而遭到电磁感应污染；由于线路太长，甚至难以避免会与强电线缆长距离平行敷设于同一走线槽，这很容易受到强电线缆的电磁辐射干扰和电磁耦合干扰，造成的直接后果就是，轻则速率降低、重则误码严重，极端情况下还可能引起内部元器件损伤。 以上两种电磁干扰，大大降低了微电子设备运行的可靠性，因此现在国际国内的电磁兼容、综合布线和防雷接地方面的标准规范，均要求必须可靠屏蔽、合理布线。（3）信号传输距离长，不得不加装中继放大延伸 微机联锁上位机到运转室的控制台，一般有三种线缆：一种是VD15接口的视频线，一种是PS/2接口的鼠标线，还有一种是PS/2接口的键盘线，最大传输距离一般要求不大于10m。CTC、TDCS、微机监测等计算机系统到通信机械室的传输设备，主要通过2M同轴线和RJ45双绞网线相互连接，最大传输距离一般要求不大于100m；还有一部分通过DB9接口的RS232、RS422或RS485或者V35接口的电缆连接，最大传输距离一般要求不大于15m。 微机室连接到运转室和通信机械室的低压传输线缆，由于微机室跟运转室、通信机械室间隔整个信号机械室，而且不能简单计算直线距离，而是需要沿着桥架、走线槽进行布线，这都决定了远远超出了技术条件允许的传输距离，实际施工中不得不加装长传器等中继放大延伸设备，以保证线缆的长距离传输。（4）直击雷泄流时的电磁辐射干扰 现在信号楼均按照铁道部相关规定，建设设计信号综合防雷系统：信号楼顶敷设3m3m的避雷网，女儿墙上150mm高环绕一圈避雷带，至少信号楼四角各有一根引下线，连接到围绕信号楼一圈的环形综合地网，与信号楼框架结构共同形成了一个大空间法拉第笼屏蔽。 现在微机室位于信号机械室的最角落，也就是信号楼的一个角落，正好邻近信号楼的一根引下线，一旦信号楼遭遇直击雷，基于集肤效应原理，四个角的雷电浪涌过电流最大，绝大部分雷电流将沿着引下线泄放到环形综合地网所在的大地中，这个暂态过程会产生强烈的电磁辐射干扰，而位于角落的微机室受到的雷电电磁感应也就尤为显著。 如果是既有站对继电联锁进行改造，新上微机集中联锁，受限于搬移改造电源室内的电源设备，重新开挖电缆沟槽，加长重新布放供电线缆等方面的客观条件，不但需要增加改造资金投入，而且还会延长改造施工周期，所以不得不以可靠性降低作为交换代价，在信号机械室最角落，采用铝合金框架玻璃隔断出一个新的微机室，这毕竟属于一种临时对付的无奈之举，因此绝不能作为今后倒层大修改造和新建信号楼时予以参考的设计先例。3 整改建议 根据铁路信号设备雷电及电磁兼容综合防护实施指导意见（铁运200626号）的有关条款“铁路信号设备综合防雷应采取综合防护的方法，第一条改善电磁兼容环境条件，包含屏蔽、等电位设置以及合理布线；”结合本人在铁路信号综合防雷系统设计与施工的实际过程中，对GB50057-94（2000年版）（建筑物防雷设计规范）、GB50174-93（电子计算机机房设计规范）、GB/T 50311-2000（建筑与建筑群综合布线工程系统设计规范）等国家标准中，有关微电子系统综合布线、电磁屏蔽等相关内容的领悟、思考与总结，在原有信号楼室内信号设备平面布局图的基础上，对各室的划分布局加以调整，重新设计了一个平面布置图。 建议的车站信号楼室内信号设备平面布局图 保持总体格局不变的基础上，将微机室与电源室两个机房空间位置作了简单对调，但带来的好处却非常明显：（1）强弱电区域分离 微电子设备及其传输线路对强电设备所带来的电磁干扰很敏感、也很脆弱，所以应尽可能远离强电区域。 由于微机室、运转室和通信机械室内的设备均属于弱电微电子设备，在图二中微机室与运转室仅间隔一个过道，微机室与通信机械室也仅间隔一层楼板，三个弱电机房相互邻近，共同组成了弱电区域。 现在电源室位于信号机械室的后边，信号机械室尤其是电源室分布有大量强电和线圈电感性设备，容易产生电磁干扰，现在电源室和信号机械室相互邻近，共同组成了强电区域。 弱电区域与强电区域各自集中，互不交叉，从空间位置上保证了强弱电区域分离，也就尽可能减少了强电设备对弱电设备的电磁干扰影响。（2）综合布线简单化 从微机室到运转室和通信机械室的传输线路，不再必须穿越强电设备集中的信号机械室和电源室，而是集中在一个统一的弱电区域内，这样也就可以不必非采用昂贵的屏蔽电缆，也不必再为保证对绞电缆与电力线最小净距，而进行复杂的线缆布放和综合布线设计。（3）传输线缆连续简短 微电子设备现在集中在一个统一的弱电区域内，相互间的连线长度全部可以满足技术条件的要求，这样就可以不必另行加装容易引起线路衰耗的长传器等中继放大设备。 同时根据铁路信号设备雷电及电磁兼容综合防护实施指导意见（铁运200626号） ：“室内数据传输线长度大于50-100m时，可在一端设备接口处设置防雷保安器；大于100m时，宜在两端设备接口处设置防雷保安器。” 由于现在传输线缆均满足技术条件允许的传输距离要求，远远不到50m，也就不再需要额外加装信号传输线防雷保安器，这样连接接头就很少，防雷保安器及其连接接头所带来的衰耗也就没有了，从电磁兼容、综合布线、综合防雷的角度来讲系统的可靠性将大为提高。（4）直击雷泄流干扰影响大大减弱 由于微机室位于整个信号楼中间位置，远离信号楼四角处的引下线，即使信号楼遭遇直击雷，雷电浪涌过电流经过引下线泄放入地时产生的电磁辐射感应，对位于信号楼中间的弱电区域的电磁干扰影响将不再那么明显和严重。 通过上面的分析可以看到，虽然仅仅是一个电源室与微机室的简单调换，但这样一来，不但信号楼内微电子设备的整体可靠性大大提高，而且还有利于控制总体成本。 以上是本人在对车站信号楼室内信号设备平面布局的一信号楼室内信号设备的合理布局及铁路车站信号设备计算机系统的稳定可靠的运行、对于保证铁路运输的安全，起到一定的积极作用；本人所提出的车站信号楼室内信号设备平面布局图，希望能为今后既有站的倒层大修改造和新建线路的信号楼设计与施工提供一个设计参考。第5章：继电器接口电路设计5.1信号机点灯电路 信号机点灯电路用来控制信号机的各种信号显示，从而直接向机务人员和有关行车人员发出命令，使列车或车列按照信号显示而令行禁止。信号机点灯电路包括室外、室内两部分组成。在室外每架信号机设有信号灯泡、信号变压器和灯丝转换继电器；在室内设有灯丝继电器及有关继电器节点的控制条件。信号机按其不同的作用分为进站信号机、出站兼调车信号机和调车信号机三种类型。1.进站及预告信号机点灯电路点电路设有DJ和2DJ两个灯丝继电器。其中DJ是用来监督红灯、绿灯和一黄灯的电灯情况；2DJ是用来监督二黄灯和白灯的点灯情况。进站信号机有禁止信号、通过信号、正线接车信号、站线接车信号和引导接车信号共五种信号显示。这五种信号显示有LXJ、ZXJ、TXJ、YXJ等继电器接点条件进行控制，现分别叙述这五种显示状态。2.信号机出站点灯电路本站使用一方向出站兼调车信号机点灯电路，一方向出站兼调车信号机点灯电路设有绿、黄、红、白四个灯位。由上至下灯光分别为LUHB。、3.调车信号机点灯电路（a）图是配置DX组合的点灯电路，三条控制线均引自DX组合。（b）是进站内方有邻接无岔区段设置的调车信号机电路，监督灯丝的DJ和BXG变压器放置在零散组合内。有图可以看出调车信号机点灯电路也配置了灯丝转换器继电器DZJ，当主灯丝断丝时自动点亮副灯丝，但由调车信号机只有两个灯位，而且当灯为不显示或者蓝白灯丝全部点亮时都视为禁止信号，所以个人认为调车信号机点灯电路不需要设置报警电路。5.2道岔电路、道岔启动电路应保证实现以下技术条件道岔区段有车时，道岔不应转换。此种锁闭作用叫做区段锁闭。进路在锁闭状态时，进路上的道岔都不应转换。此种锁闭作用叫做进路锁闭。在道岔启动电路已经动作以后，即使有车驶入该道岔区段也应保证道岔继续转换到底。道岔启动电路动作后，如果由于转辙机的自动开闭器接点接触不良或电机故障，以至电动机电路不通时，应使启动电路自动停止工作复原，保证道岔不会再转换。为了便于维修试验，以及在道岔尖轨与基本轨之间夹有障碍物致使道岔转换不到底时应能使道