毕业设计（论文）-城轨信号设备的性能.doc

西安铁路职业技术学院毕业设计（论文）城市轨道交通信号设备的性能与分析学 生 姓 名： 学 号： 专 业 班 级： 指 导 教 师： 西安铁路职业技术学院毕业设计（论文）摘 要城市轨道交通信号系统，是城市轨道运输的基础设施，也是保证行车安全，提高运输效率和改善劳动条件的重要设备。现代城轨交通信号技术已成为向运输组织人员提供实时信息，实现列车有效控制，提高轨道区间通过能力，提高编组能力的重要手段。城市轨道交通信号肩负着指挥列车运行和调车作业，向行车有关人员指示运行条件;对行车运行方向、运行间隔、运行进路以及运行速度进行控制的重要基础设施。城市轨道交通信号系统中采用了信号专用器械，城轨信号专用器械是各式各样的，但就其主要功能而言，大致分成信号机、道岔转换和闭锁设备、线路占用检测或车辆定位设备、具有故障-安全特性的控制器件（如继电器）、信号电源设备等几大类。道岔转换设备是将道岔的尖轨从一个位置改变到另一个位置的设备。现地操纵操纵的道岔的握柄设在道岔近旁，它的特点是节省扳道员的体力，而且扳道员能直接观察道岔上是否有车存在，不至于再有车辆的情况下搬动道岔。道岔闭锁设备是在道岔转换完毕之后，用机械方法将密贴于基本轨的道岔尖轨牢靠的锁住的设备，用来防止车辆经过道岔时，道岔尖轨发生位移而造成行车事故。在城市轨道交通信号系统中如何检测指定的线路上是否有车辆占用是极其重要的。轨道电路便是检测手段。电磁式继电器是许多自动控制系统中不可缺少的器件。电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。利用电磁继电器的特性，可以实现低电压弱电流控制高电压强电流，还可以实现远距离控制及自动控制等。关键词：信号机；道岔转换；轨道电路；电磁继电器- I -目 录摘 要I引 言11城市轨道交通信号设备的概述21.1城市轨道交通信号设备的特点21.1.1 城市轨道交通特点21.1.2 城市轨道交通对信号系统的要求21.1.3 城市轨道交通信号系统的特点31.2 城市轨道交通信号系统的组成31.3 城市轨道交通信号系统的地域分布31.3.1.控制中心设备31.3.2.车站及轨旁设备31.3.3.车辆段设备31.4 城市轨道交通信号系统的功能及实践31.4.1联锁及其实现31.4.2闭塞及其实现41.4.3列车控制及其实现41.5 我国城市轨道交通信号技术的发展42 城市轨道交通信号基础设备52.1.信号机52.1.1进站信号机的设置52.1.2出站信号机的设置52.1.3进路色灯信号机52.1.4信号机显示距离52.1.5信号机的养护检修62.2 转辙机62.2.1 基本功能62.2.2 构成62.2.3 类型62.2.4 ZD6-A型电动转辙机72.2.5 S700K型电动转辙机72.3 轨道电路92.3.1 轨道电路组成92.3.2 轨道电路的原理92.3.3 轨道电路的工作状态102.4轨道电路的分类113联锁设备133.1 联锁设备的分类133.2 电气集中连锁的设备143.3 各按钮及其作用143.4 微机连锁与电气集中连锁优缺点144 对于城市轨道交通信号设备要求164.1对各类信号设备安全的共同要求164.2对各类信号设备的具体安全要求164.2.1 对信号（装置或显示）的安全要求164.2.2 对联锁设备的安全要求174.3 对闭塞设备的安全要求185 城市轨道交通信号系统的安全策略与可靠性分析195.1 系统方案的安全策略195.1.1 列车检测方式的选择195.1.2 机车信号的选择205.1.3 设备控制方式215.1.4 系统的通信215.2 系统的可靠性分析216 城市轨道交通信号计算机联锁系统的研究与设计236.1城市轨道信号计算机联锁系统的性能要求分析236.1.1 计算机联锁系统的基本结构236.1.2. 实时性要求236.1.3. 可靠性与故障246.1.4 结构模块化与标准化246.1.5经济性246.1.6. 功能扩展246.2 总体设计方案与关键技术246.2.1 系统结构与工作原理246.2.2 可靠性及故障安全设计256.3城市轨道交通信号计算机联锁系统的研究与设计小结28结 论29致 谢30参考文献31- III -西安铁路职业技术学院毕业设计（论文）引 言城市轨道交通信号系统，通常是由多种机电设备组成的复杂控制系统，对城市轨道运行的安全、高效、快捷起着重要作用。信号设备是城市轨道运输的耳目，对行车安全关系很大。它大可分为信号、联锁设备和闭塞设备三类。为保证运输安全性，在此对信号设备的性能做以分析。1城市轨道交通信号设备的概述1.1城市轨道交通信号设备的特点1.1.1 城市轨道交通特点与道路交通相比（优点）：（1）容量大。（2）运行准时，速达。（3）安全，利于环境保护。（4）节省土地资源。（缺点）：成本高，建设周期长，技术含量高建设难度大，一旦遇有自然灾害尤其是火灾，乘客疏散困难。与铁路相比的特点：1.运营范围不同.2.运行速度.3.服务对象.4.线路与轨道.5.车站.6.车辆段.7.车辆.8供电.9.通信信号.10.运营管理。1.1.2 城市轨道交通对信号系统的要求1.安全性要求高2.通过能力达3.保证信号显示4.抗干扰能力强5.可靠性高6.自动化程度高7.限界条件苛刻1.1.3 城市轨道交通信号系统的特点1.具有晚上的列车速度监控功能2.数据传输速率较低3.连锁关系较简单单技术要求高4.车辆段独立采用连锁设备5.自动化水平高 1.2 城市轨道交通信号系统的组成ATC(列车自动控制系统) ATP子系统 ATS子系统 ATO子系统1.3 城市轨道交通信号系统的地域分布1.3.1.控制中心设备中心计算机系统，综合显示屏，调度员及调度长工作站，运行图工作站，培训/模拟工作站，绘图仪和打印机，维修工作站，UPS及蓄电池组。1.3.2.车站及轨旁设备集中联锁站及轨旁设备；非集中联锁站及轨旁设备1.3.3.车辆段设备ATS分机，车辆段终端，联锁设备，维修终端，信号机，转辙机，轨道电路，电源设备1.4 城市轨道交通信号系统的功能及实践1.4.1联锁及其实现联锁是车站范围内进路、信号、道岔之间相互制约的关系，它的基本内容是：（1）进路上个道岔位置必须正确且被锁闭，敌对进路未建立且被锁闭在未建立状态，防护该进路的信号机才能开放；（2）信号机开放后，它们防护的进路上的各道岔不能转换，与该进路敌对的所有进路不能建立。联锁设备主要采用继电器逻辑电路或者计算机逻辑判断的方法完成。正线上的集中控制站包括本站及其所控制的非集中站的道岔和信号机由设于该站的联锁设备控制，除了实现联锁关系外，还将其联锁的有关信息传送至ATP/ATO系统，并接受ATS的命令。1.4.2闭塞及其实现通过相邻车站，线路所、闭塞分区的设备或人为控制，使列车于列车相互之间保持一定时空间隔，以保证列车运行安全的行车方法称为行车闭塞法。1.4.3列车控制及其实现 列车控制包括：列车进路控制和列车速度控制，进路控制由联锁设备实现，列车速度控制由ATC系统实现。ATC系统分为ATP和ATO两个技术层次。1.5 我国城市轨道交通信号技术的发展铁路信号又称铁道信号，是铁路上用的信号、联锁、闭塞等设备的总称。铁道信号的主要功能是保障行车安全和提高运输能力。随着铁路信号技术的发展和先进设备的广泛应用，铁路信号已成为提高铁路区间和车站通过能力、增加铁路运输经济效益、改善铁路职工劳动条件的一种现代化管理手段和发展前沿的科学技术。2 城市轨道交通信号基础设备2.1.信号机2.1.1进站信号机的设置进站信号机的作用是：防护车站；指示进站列车的运行条件；完成联锁任务，保证进路安全可靠。所以车站在列车的入口处，都必须装设进站信号。 进站信号机，应尽量避免设在停车后启动困难的上坡道上，地势险峻地点、隧道内、桥梁上，以及在停车后不能全部出清桥梁和隧道的停车地点。2.1.2出站信号机的设置出站信号机的作用是：作为列车占用区间的凭证，指示列车可否进入区间；与车站发车进路和敌对进路相联锁，信号开放后保证进路安全可靠；指示列车在站内停车的位置。所以，车站发车线（含救援列停留线、军用发车线）上应装设出站信号机。2.1.3进路色灯信号机在有几个车场的车站，为指示列车由一个车场开往另一个车场，应设进路色灯信号机。 进路色灯信号机按用途可分为： 接车进路色灯信号机对到达列车指示运行条件； 发车进路色灯信号机对出发列车指示运行条件； 接、发车进路色灯信号机对到达及出发列车指示运行条件。 当同一信号机具有多种意义兼有多种作用时，应称其命名，例如“出站兼接、发车进路色灯信号机”。2.1.4信号机显示距离1. 进站、通过、接近、遮断信号机，不得小于1000 m； 2. 高柱出站、高柱进路信号机，不得小于800 m； 3. 预告、驼峰、驼峰辅助信号机，不得小于400 m； 4. 调车、矮型出站、矮型进路、复示信号机，容许、引导信号及各种表示器不得小于200 m。 在地形、地物影响视线的地方，进站、通过、接近、预告、遮断信号机的显示距离，在最坏的条件下，不得小于200 m。停车注意或减速按规定速度运行信号机颜色特征色灯信号机基本灯光显示，如表2.1.4 注：红色；-黄色；绿色表2.1.4基本灯光显示的意义2.1.5信号机的养护检修1、日常养护 信号机的日常养护每月一次，主要作业包括：1.信号机构、基础、箱盒外观检查，基础牢固，外观无损伤；2.检查设备有无受外界干扰，加锁是否良好；3.检查紧固件接信号锁有无锈蚀，对各部件加油；4.清扫机构内部，透镜玻璃，检查显示情况是否良好，清扫设备周围环境，保持清洁。2、集中检修 色灯信号机的集中检修每季度一次，当进行集中检修作业时，该月的日常养护作业取消。主要作业内容包括：1.检查机构、基础、箱盒牢固且完好无损伤；2.清扫机构保持透镜玻璃干净无污染，检查清扫箱盒，机构内部。显示良好，显示距离不小于200m； 3、清扫周围环境，检查加锁良好，无锈蚀；4.正线试验主、副灯丝转换及报警，转换正常，报警良好；5.正线测试引导信号，能正常开放。2.2 转辙机转辙机道岔控制系统的执行机构。用于转换锁闭道岔尖轨或心轨，表示监督联锁区内道岔尖轨或心轨的位置和状态。 2.2.1 基本功能 具有道岔转换器、锁闭器和监督表示器的功能。 作为转换器，应具有足够大的牵引力以完成道岔尖轨或心轨的转换，因故转换不到其极限位置时，应能随时操纵使其返回原来的位置。 作为锁闭器,当道岔尖轨或心轨转换到一个极限位置时，对尖轨或心轨实施锁闭，不应因外力辆除该锁闭；因故转换不到极限位置时，不应实施锁闭。 作为监督表示器，应能实时反映道岔的定位、反位和挤岔四开状态。 2.2.2 构成 应由动力、传动、表示和锁闭等部分构成。 2.2.3 类型 从动力方面分为直流电动机、交流电动机；从传动机构方面分为机械传动、液压传动和风压传动3 种；从锁闭机构方面分为圆弧锁、插入锁和燕尾锁3 种。2.2.4 ZD6-A型电动转辙机 ZD6系列转辙机采用内闭锁方式，是我国城市轨道交通中使用最为广泛的电动转辙机，ZD6-A型转辙机是基本型，如图2.2所示图2.2.4 ZD6-A型电动转辙机的结构2.2.5 S700K型电动转辙机S700K型电动转辙机是我国铁路为提速需要从德国引进设备和技术，经消化吸收和改进后，在干线铁路推广的一种转辙机。这种转辙机结构先进、工艺精良，解决了ZD6转辙机存在的电动机断线、故障电流变化、触点接触不良、移位接触器跳棋、挤切削折断等惯性故障。城市轨道交通尽管运行速度不高，但采用S700K转辙机的优点十分明显：由于采用三相交流电动机，线路上的电能损失大大减小；由于采用滚珠丝杠传动装置，摩擦力小，机械效率高；由于三相电动机没有直流电动机的整流子，维修工作量大大减小。S700K型电动转辙机由外壳、动力传动机构、检测和闭锁机构、安全装置、配线接口五大部分组成，其结构如图2.2.5所示图2.2.5 S700K型电动转辙机结构S700K型电动转辙机的特点：1.交流380V交流控制2.摩擦联结器不需要调整3.滚珠丝杠作为驱动传动装置延长其使用寿命S700K型电动转辙机的技术性能：电动机：采用三相交流380V电源：（设有专门的电源屏）转换力：6000牛顿；（当外阻力超过该转换力时电机就会出现空转现象，不能带动尖轨进行转换）保持力：90千牛顿；（即作用到转辙机内部的振动，车轮侧向冲击等外力不能超过此力）转辙机动程：150、220、240毫米三种；（依据其放置的地理位置不同，其转换的动程也不一样，如尖轨处与心轨处）动作时间：不大于7.2秒；（与以前ZD6型转辙机基本一致，是否插入转换的一个过程）动作电流：不大于2安；单线电阻：不大于54欧；检测杆行程：69、76、87、98、110、117、160、180mm等多种。（也就是尖轨与基本轨或心轨与翼轨之间的距离。同样，由于安装位置的不同，其行程也会不同。）2.3 轨道电路 轨道电路由钢轨线路、钢轨绝缘、电源、限流设备、接收设备组成。其中钢轨线路是由钢轨和钢轨端部的导接线和两端的连接导线组成。钢轨绝缘是钢轨线路两端的绝缘装置，在轨道的轨距板、轨距保持杆、尖轨连接杆等都安装有绝缘装置。电源常用直流电源、交流电源、脉冲电源等。限流设备是由可调整的电阻器或电抗器组成。接收设备常用电磁式继电器或电子式继电器。 中国投入运营的自动闭塞系统有：交流计数自动闭塞系统、4信息移频自动闭塞系统、18信息移频自动闭塞系统、法国的U-T自动闭塞系统。人民生活水平的提高，要求乘座列车时，需要更加舒适，并尽量少受噪声、电磁干扰辐射的影响，为此需发展绿色铁路。随着列车运行速度的不断提高，现有自动闭塞系统系统已远远不能满足列车高速行驶的需要，为此需要发展基于数字轨道电路系统和基于通信技术的列车运行控制系统以满足列车安全运行的需要。如研制新的数字化且符合电磁兼容要求的轨道电路系统，就可以使用长钢轨，就可以降低噪声，少一些电磁辐射的影响；发展新一代的轨道电路系统，可以为列车运行控制系统提供更多的信息，使列车运行更加安全，同时可以减少列车司机的劳动强度，对提高劳动生产力具有重要的意义。2.3.1 轨道电路组成图2.3.1 轨道电路组成示意图2.3.2 轨道电路的原理当闭塞区间内无列车行驶时，电流会从电源经由轨道流经继电器，并使其激磁带动 接点，接通绿灯之电路(号志机立即显示平安通行)。 图2.3.2轨道电路当有列车驶入闭塞区间时，电流改行经列车车轴，并不会流经继电器，继电器因失去电流而失磁，接点接通红灯之电路(号志机立即显示险阻禁行)。假若轨道断裂，轨道电路因此阻断，造成继电器失磁，同样的号志机亦会显示险阻禁行的讯息，仍可保障列车行驶安全。当列车驶离整个区间 ， 继电器便会重新激磁 ， 绿灯便会再次亮起 ，其他列车便可进。 当设有轨道电路的某段线路上空闲时，轨道电路上的继电器有足够的电流通过，吸起被磁化的衔铁，闭合前接点，从而接通色灯信号机的绿灯电路，显示绿色灯光，表示前方线路空闲，允许机车车辆占用。当机车车辆进入该线路区段时，由于轮对电阻很小，使轨道电路短路，继电器吸力减弱，释放衔铁，使之搭在后接点上，接通信号机的红灯电路，显示禁行信号。轨道电路的这一工作性能，能够防止列车追尾和冲突事故，确保行车安全。2.3.3 轨道电路的工作状态轨道电路的主要工作状态有调整状态、分路状态、断轨状态。调整状态指轨道电路在没有机车车辆占用时，不论在任何不利的电源和天气等条件下，接收端的继电器都处于励磁状态，发出轨道电路区段空闲的信息。分路状态指轨道电路被机车车辆占用时，不论在任何不利的电源和天气等条件下，接收端的继电器都处于失磁状态，发出轨道电路区段被占用的信息。断轨状态指轨道电路任何部分出现故障时，接收端的继电器都处于失磁状态，发出故障信息。在电气化铁路上的应用：在用电力牵引的铁路区段内，电力机车要利用钢轨作为一条回路使牵引电流返回牵引变电所。为了使这条返回的牵引电流不受闭路式轨道电路的钢轨绝缘的阻碍，往往采用双轨条轨道电路和单轨条轨道电路。 双轨条轨道电路：利用双轨条返回牵引电流的轨道电路。 这种电路返回牵引电流在钢轨绝缘处是利用扼流变压器绕过轨端绝缘的。双轨条返回电流的轨道电路主要用在电力牵引区段区间，或站内正线准备给机车信号工作的轨道电路上。 单轨条轨道电路：利用单轨条返回牵引电流的轨道电路。这种电路以一根斜拉的导线连接钢轨，使返回的牵引电流能够绕过钢轨绝缘。它的优点是可以节省扼流变压器；缺点是返回的牵引电流因只在钢轨线路的一条钢轨里流过，干扰电压比较大。单轨条轨道电路主要用在有几条轨道同时返回牵引电流的车站。 电力牵引区段的轨道电路采用不同于牵引电流频率的信号电流，并在接收端装滤波器等，是防止牵引电流对轨道电路的影响的有效措施。2.4轨道电路的分类（1）开路式轨道电路：这种电路的接收设备的电磁继电器等串接在发送端的电源电路内。 在线路没有机车车辆占用时，接收继电器处于失磁状态；在有机车车辆占用时，接收继电器处于励磁状态，并发出这段轨道电路区段被占用的信息。开路式轨道电路的特点是动作反应快，但不能自动检查出轨道电路各个组成部分的故障。这种轨道电路只在部分国家铁路上，用于驼峰编组场和道口。 （2）直流轨道电路：采用一次电池或蓄电池作为电源的轨道电路。这种轨道电路的特点是电源可靠，电路和元件结构简单，但电源维护工作量大，抗迷流干扰的能力差，受轨道电路电容性蓄电效应的影响时分流感受不好。因此，应用较少。 （3）交流轨道电路：采用交流电作为电源的轨道电路。这种轨道电路的特点是电源波动的调整性能好，能在各种不同和复杂的条件下工作，应用广泛。交流轨道电路按轨道电流的频率可分为工频轨道电路和非工频轨道电路。 （4）工频轨道电路：采用工业电流频率作为轨道电路的电流频率。这种电路可由工业电网供电，广泛应用在蒸汽、内燃和直流电力牵引区段。中国铁路车站轨道电路主要采用工频轨道电路，如整流式轨道电路和50赫二元型相敏轨道电路均属这种类型。 （5）非工频轨道电路：采用同工业电流频率不同的交流电源供电的轨道电路。这种电路，抗干扰能力强，但需要专用的电源设备。因此，一般在交流电力牵引区段的车站采用，如75赫交流轨道电路，25赫相敏轨道电路，移频轨道电路和亚音频轨道电路均属这种类型。 （6）脉冲轨道电路：向钢轨中发送按规定频率和编码的断续电流，接收端只有在收到这种规定的脉冲电流时，轨道继电器才动作的电路。这种轨道电路具有长度大、分路灵敏度高和能防止迷流干扰等优点。编码的脉冲轨道电路又称电码轨道电路。 （7）一送一受轨道电路：在车站内有分支的钢轨线路上，只设有一个接收设备。其基本结构同交流轨道电路基本相同。 （8）一送多受轨道电路：在车站内，钢轨有分支的线路上，钢轨线路的每个分支端都设有接收设备。这种电路同一送一受轨道电路比较，在线路的分支端有较高的分路灵敏度。由于使用的设备较多，一般只在衔接到发线的道岔区段轨道电路采用。3联锁设备3.1联锁设备的分类按照对道岔和信号机的操纵方式不同，联锁设备可分为非集中联锁和集中联锁两大类。 非集中联锁包括臂板电锁器联锁和色灯电锁器联锁，采用非集中联锁时道岔由扳道员就地操纵，信号机如采用色灯时则由值班员集中操纵，如采用臂板时则由扳道员就地操纵。但扳道员可否操纵道岔或信号机又受车站值班员控制。 集中联锁包括电气集中联锁和计算机联锁，采用集中联锁时所有道岔和信号机都由车站值班员集中操纵。 电气集中联锁是我国铁路广泛采用的联锁装置，它由继电器组成的逻辑电路来实现各种联锁关系。电气集中联锁有很多类型，如6026、6031、6032、6501、6502、612等。前三种适宜在中间站使用，所以曾被叫做小站电气集中。其特点是：咽喉区一般只设一个轨道电路区段，调车使用局部控制，下权现地操纵道岔。 6501、6502适合作业繁忙的区段站和编组站使用，所以曾被叫做大站电气集中。其特点是将咽喉区分成若干个轨道电路区段，在需要的地方安装调车信号机，使同一咽喉区可以同时进行多项作业。6512比6501和6502简单一些，适合作业繁忙的中间站使用，所以曾被叫做中站电气集中。这类电气集中由于安全可靠、形 象直观、操作简便，已逐渐取代了小站电气集中。6501、6502、6512三种型号中，6502一枝独秀，近些年来已被广泛推广到全路各中、小车站及企业专用线车站，所以，人们也不再提大、中、小站电气集中了。计算机联锁是用电子逻辑电路取代继电逻辑电路而实现联锁关系的一种联锁设备。但是随着电子技术的进步，计算机联锁在安全性、可靠性和经济性方面肯定会超过电气集中联锁。因此，计算机联锁将会被迅速推广、普及。为了保证行车安全，必须使有关的信号机、道岔和进路之间保持一定的相互制约关系，这种关系称为连锁关系。 以下是满足的条件： （1）开放信号时，要求进路上有关的道岔必须处于开通该进路的位置。 （2）开放信号时，要求该进路上没有车占用。 （3）开放信号时，要求该进路有关的敌对信号没有开放。 （4）开放信号时，要求该进路上有关的道岔不能扳动，其敌对信号机不能开放。3.2电气集中连锁的设备室外设备有：色灯信号机，轨道电路与电机转辙机；室内设备有：控制台，继电器组合架与电源屏。3.3各按钮及其作用进路的始端按钮和终端按钮，确定进路的起始和终止端；道岔总定位、道岔总反位：按压总定位或总反位的同时，按压道岔按钮，则与被按压的道岔按钮关联的道岔转动至定位或反位，控制台上相应的道岔表示灯显示当前道岔的开向。绿色为定位，黄色为反位；道岔按钮：使用道岔按钮配合总定位和总反位按钮可实现道岔的定反位转换，实际的6502 控制台上拔出道岔按钮的操作为锁闭该组道岔；总取消：当某条进路未办理通，或误碰了进路按钮后，进路按钮为闪烁状态。此时必须按压对应的总取消按钮，消除按钮的闪烁后才能进行下一步的操作；总人工解锁：某条进路的信号开放后，进路处于接近锁闭状态（车已驶入接近区段）时，如果需要取消进路，在实际的6502 控制台上可同时按压总人工解锁和该进路的始端按钮，信号立即关闭，进路延时解锁。引导总锁闭：引导总锁闭按钮的作用是锁闭对应的咽喉区的所有道岔。 （1）排列列车接发车进路：排列列车接车或发车进路时，与现场操纵方式一致。先按压进路的始端按钮(绿色按钮为列车按钮)，始端按钮表示灯闪光，排列进路表示灯亮红灯，再按压进路终端按钮，进路排通后点亮白光带，现场信号开放，控制台复示器亮绿灯。（2）排列调车进路：短调车进路排列短调车进路时，其操纵方法与现场一致。先按压进路的始端按钮(白色按钮为调车按钮)，始端按钮表示灯闪光，排列进路表示灯亮红灯，再按压进路的终端按钮，进路排通后点亮白光带，现场信号开放后，控制台调车信号复示器亮白灯。 长调车进路排列长调车进路时，顺序按压进路始端和终端的调车按钮，进路排通后，同一方向的调车信号机白灯由远到近顺序开放。3.4微机连锁与电气集中连锁优缺点在技术上微机联锁系统与电气联锁系统相比，其主要区别在于以微型计算机或微处理器取代了继电电路而构成了计算机的联锁机构；而它与外部设备的连接也随之有所改变，但它的室外设备与6502的室外设备相同。微机联锁与继电联锁相比的优越性主要有以下几个方面：(1)体积小、可靠性高，可实现无维修，为铁路信号技术结构的改革创造了条件。(2) 微机联锁系统功能更加完善。我国广泛应用的6502电气集中联锁系统受站场形电路层次、结构、继电群数量，以及网络线的多少等限制。而微机联锁系统通过少量硬件和软件开发即可解决上述限制。(3) 微机联锁系统的信息量大，利用当前的各种网络手段，可与行车调度指挥系统、列车控制系统联网，提供及交换各种信息并协调工作。(4) 微机联锁系统易于实现系统自身化管理，利用自诊断、自检测功能及远距离联网，实现远距离诊断。(5)随着大规模集成电路的发展，微机联锁系统的性能价格比与继电联锁相比将更占优势。4 对于城市轨道交通信号设备要求4.1对各类信号设备安全的共同要求各种信号均须符合下列各项要求：除与机车车辆发生直接相互作用的设备如车辆减速器、限界检查器等以外，信号设备的任何部门不得侵入现行国标GB146-59规定的建筑接近限界（包括曲线部分的加宽）。所有信号设备的安装，均须符合批准的安装标准图和设计图的要求。信号设备的联锁关系，必须与批准的联锁图表一致，并满足铁路技术管理规程的要求。各种基础或支持物不应有影响强度的裂纹，安装稳固，其倾斜限度不得超过10mm。信号机柱应垂直安装，其倾斜限度不应超过36mm。各种信号设备的机械部分和电气特性，都应符合规定的技术标准。对设有加锁、加封的信号设备，均应加锁、加封或装设计数器。城市轨道信号设备及其电路，应保护在发生故障时导向安全，以免出现危及行车安全的后果。凡与交流电源引入、架空线（包括架空线电缆接入）及轨道电路等外线连接的信号设备，必须设置外部防护设施（雷电防护、安全地线等）。在交流电力牵引区段的防护要求：a为了保证人身安全，信号设备外缘距接触网带电部分的距离不得少于2m；b距接触网带电部分5m范围内的金属结构如信号机构、梯子、安全栅网以及继电器箱箱体、转辙握柄等均须接地；c同一设备接地时，严禁既接向牵引轨条或扼流变压器中点，又接向专用地线。4.2对各类信号设备的具体安全要求4.2.1 对信号（装置或显示）的安全要求对信号的基本要求是显示明确，有足够的显示距离，当发生故障时能给出最大限制的显示，保证行车安全。信号机（含表示器，下同）的显示方向，应使接近的列车或车列容易辩认信号显示，并不致被误认为邻线的信号机。 信号机的显示，均应使其达到最远。曲线上的信号机，应使接近的列车能尽量不间断地看到它的显示。各种信号机及表示器的显示距离，在正常情况下应符合下列规定：a.进站、通过、遮断、防护信号机，不得少于100m；b.出站、进路、预告、驼峰、驼峰辅助信号机，不得少于400m；c.调车、矮型出站、复示信号机，容许、引导信号机及各种表示器，不得少于200m；在地形、地物影响视线的地方，进站、通过、预告、遮断、防护信号机的显示距离，最少不得少于200m。各种信号机开放后，均应按铁路技术管理规程规定的条件，在列车或车列运行的适当时期及时关闭，若恢复定位状态。进站、出站、进路、通过和防护信号机的灯光熄灭、显示不明或显示不正确时，均应视为停车信号。色灯信号机的机构及灯光配列形式，应符合规定的标准。以两个基本灯光组成一种信号显示时，应在一条垂直线上，并应有一定的间隔。由两个同色灯光组成的一种信号显示时，其颜色一致。同一机柱上有几块臂板时，各臂板的显示方向应一致，动作角度互相偏差不得超过5。在关闭状态时，主臂板和通过臂板应水平，上下误差均不得超过2角。开放信号时，臂板开放角度为4070。4.2.2 对联锁设备的安全要求为保证站内的列车运行、调车作业安全，站内正线、到发线上的道岔，及联锁区范围内的道岔，均须与有关信号机联锁。区间内正线上的道岔，也必须与有关信号机或闭塞设备联锁。各种联锁设备均须满足下列安全、要求：a.当进路上的道岔开通位置不正确、或敌对信号机未关闭时，防护该进路的信号机不能开放；信号机开放后，该进路上的有关道岔不能扳动，其敌对信号机不能开放。b.正线上的出站信号机未开放时，进站信号机不能开放为通过信号；主体信号机未开放时，其预告信号机不能开放；色灯复示信号机应保证不间断地检查主体信号机的开放条件。c.装有转换锁闭器、电动或电空转辙机的道岔，当第一连接杆处的尖轨与基本轨间有4mm及其以上间隙时，不能锁闭或开放信号机。电气集中联锁设备还应保证下列要求：a.当机车车辆通过道岔时，该道岔不能转换。b.向有车占用的线路排列列车进路时，有关信号机不能开放。c.能监督道岔是否被挤，并能在挤岔的同时，使防护该进路的信号机自动关闭。d.在控制台上应能监督线路和道岔区段是否占用、进路的开通与锁闭状态，复示有关信号机的显示等。电锁器联锁设备应保证：车站值班员能控制与监督接、发车进路的排列、信号机的开放与关闭等。4.3对闭塞设备的安全要求（1）区间内正线上的道岔必须与闭塞设备联锁，当区间道岔未开通正线时，两端站不得开放有关信号机。（2）当列车或后部补机需由区间返回原发车站时，自动闭塞或半自动闭塞应设钥匙路签。在钥匙路签未放入原设备以前，掺有钥匙路签的列车或后部补机占用的区间，不得解除闭塞，出站信号机不得开放。（3）自动闭塞设备应保证：当闭塞分区被占用或轨道电路失效时，防护该分区的信号机自动关闭；当进站及通过信号机红灯灭灯时，其前一个信号机应自动显示红灯；当闭塞设备中任何元件或部件发生故障时，不得出现信号的升级显示；在站内控制台上应有相应的区间情况的表示。（4）继电半自动闭塞设备应满足下列要求：出站（或通过）信号机开放的条件是，单线区间在得到对方站的同意接车信号后，双线区间在得到对方站的列车到达信号后。电锁器联锁的车站，操纵发车手柄（或按钮）后，电气集中联锁的车站，出站信号机开放后，均不能按正常办法取消闭塞。列车从发车站进入区间后，出站信号机应自动关闭，并使双方站闭塞机处于闭塞状态，在列车到达接车站以前不能解除，有关出站信号机，不能开放。5 城市轨道交通信号系统的安全策略与可靠性分析随着我国城市轨道交通的迅猛发展，运量日益增长，列车运行密度不断加大，为了保障运营系统的安全、高效，配置一套科学、合理的信号系统成为大家关注的核心。 目前，对于信号系统设计方案的取舍，注重其功能的实现和价格的高低，而很少甚至没有从安全和可靠性方面进行分析比较，其结果是造成系统性能和用途不协调，投资大小和投资方向的准确性下降，通俗地说不是“大马拉小车”就是“小马拉大车”。本章将从列车检测方式、机车信号选择、设备控制方式等的安全和可靠方面进行分析。5.1系统方案的安全策略信号系统的安全性体现在两个方面，即方案的安全性和设备的安全性。一般人们只注重了设备的安全性，而忽视了方案的安全性比较，也就是说在不同没备提供同样的安全性指标时，巾于方案选择的不同，也会造成整个信号系统安全性能的差异。5.1.1列车检测方式的选择实时安全的列车检测是实现列车安全运行和其他系统安全工作的基础，合理选择列车检测方式也就成为确保运营安全、高效的关键课题。列车检测的方法有模拟轨道电路、音频数字轨道电路、查询应答器、感应电缆环线、计轴以及无线通信等。传统的模拟轨道电路用于检测列车位置，虽然具有较高的安全性，但是由于不能提供“车地传输的足够多的信息，较长的应变时间也无法把行车间隔时间进一步缩短，而且存在钢轨绝缘接头，增加了维修工作量，并影响乘坐的舒适性，所以已几乎不在城市轨道交通的正线中运用。 音频数字轨道电路采用微处理器对地面信息进行数字编码，再传递到钢轨上，由于其编码可包含的信息量大，不仅可以检测列车位置，还可以作为“车地通信的方式，对列车进行较精确的控制，并且由于数字轨道电路的高度灵敏度和可靠性，所以该系统的安全性能是很高的。另外取消了钢轨绝缘接头，已使之成为城轨交通工程中采用的ATP系统的主要方式。 查询应答器也属于较实用的系统，在国外有较多的运用，我国上海莘闵轻轨交通工程已设计采用此方式。该系统工程造价较低，维护成本低，使之具备较强的竞争力。虽然查询应答器系统不能提供紧急制动功能以及钢轨的断轨检测功能，但是城市轨道交通属于封闭线路，一般能够进行良好的行车组织、车站管理和线路维护等工作，在一定程度上弥补了上述不足之处。当然，在繁忙的线路上，这种不连续的列车检测方式将降低整个运营系统的安全陛和效率，在系统设计时应充分考虑采用相应的补充设备，譬如在必要地点设置电缆环线。感应电缆环线的检测列车的方法大多被用于移动闭塞系统中，它可以实现“车地”的双向通信，并可以非常精确地定位列车的位置。目前，正在建设中的武汉轻轨一号线就是采用的这种设备。但与查询应答器一样，它也无法对钢轨的完整性进行检测，所以其本身是存在安全性缺陷的，当然可在采用这种系统时，增加轨道电路作为补充，可以提高运行的安全性。另一个问题是，感应电缆环线存在串码干扰问题，特别是在某段环线被损坏时，而环线的铺设也对工务维修带来不便，这些因素都是设计时应考虑的。计轴设备一般作为主设备故障情况下的备用设备使用，它的安全性缺点在于无“记忆性”道区段有车占用情况下，当停电再恢复供电时，计轴信息会丢失，造成轨道区段无车的假象使用计轴设备时，一定要采用不停电措施或者其他手段以保证运行安全。无线通信则由于技术和管理上的因素，目前尚难以在城市轨道交通工程中运用。5.1.2 机车信号的选择由于在城市轨道交通的正线运营中，已基本取消地面信号，列车凭借ATP机车信号运行。依据ATP机车信号的“车地”信息传输方式，可分为连续式还是点式ATP系统，虽然点式ATP系统和连续式ATP系统都属于“故障安全”系统，并且在信息量、信息传输速度，信息码可靠性等技术参数均能满足城市轨道交通的需求，但是两者的区别仍对运行的安全性和行车效率产生影响。点式ATP系统意味着“车地”之间的信息传递是不连续的，显然这样造成了后续追踪列车无法及时得知前行列车的运行区段，也就不能及时改变运行速度，以保证列车运行的安全性并提高线路的通过能力。另一方面，由于“车地”之间的信息传递是间断的，反过来，将对“车地，通信的设备的可靠性要求更高，以免遗漏某个点的信息。点式ATP系统对列车的高密度运行、加速效率以及紧急停车等都是不利。但考虑到工程投资和维护成本的约束，点式ATP在低密度等项目中仍具备一定的优势。连续式ATP系统克服了点式ATP的缺点，能够及时得知前方区段占用或故障情况，以及时改变运行速度，保证运行的安全和高效。连续式ATP系统即能适用于固定闭塞，也能适用于移动闭塞。需要指出的是，为了确保行车安全，“车地”的信息传输可以是间断的或连续的，但列车的速度检测必须是连续的，只有连续的速度检测才能保证列车运行速度实时地控制在安全范围内。另一方面，在配有ATO系统的列车上，虽然ATO系统具备很高的可靠性，但其本身不是“故障安全设备，所以仍需要ATP系统的车载设备能够提供列车行进速度和安全速度的指示信息，以便司机监视和控制。5.1.3 设备控制方式设备控制方式指的是对沿钱各种信号设备控制点的设置方式，一般分为集中控制和分散控制两种。虽然控制方式的不同选择对设备本身的可靠性并不会产生变化，但对于整个系统运行的可用性带来影响。采用设备集中控制方式，可以减少系统维护工作，并且减少沿线工区和人员配置；而采用设备分散控制，则可以减小系统故障时的影响面，从而提高全线运营的保障性。由此在系统设计时，可依据设备不同的重要性来选择，例如：ATS设备的故障般不会对全线运行安全产生巨大影响，采用集中控制方式有利于发挥其优势；而ATP中央设备的故障可能造成全线范围的停运，其的后果是严重的，所以对于可靠性不是很高的ATP系统采用采用分散控制方式是个明智之举，即便设备故障其影响也是局部的，可以容忍的。5.1.4 系统的通信现代化的信号系统依赖于计算机之间大量的信息传递，所以系统通信的安全、可靠性必须得到保障。通信网络运行的安全问题是一个综合、复杂的问题，值得注意的是除了提供商所描述的系统功能外，用户必需关注系统的安全通信接口、升级能力、失败恢复技术以及我国对密码进口的制度等等。5.2 系统的可靠性分析在信号系统的设计时，除了系统安全性外，可靠性评估也是非常重要的，高度的可靠性也是高安全性的一个重要保障。为了能够放心地在实际中运用，设计一个完善的信号系统必须定量地分析出系统的可靠性指标。例如：在国铁规范中，已明确了列车超速防护的车上设备的平均无故障时间(MTBF)不低于104h，地面设备的平均无故障时间不低于105h。在城市轨道交通中由于ATP系统在正常驾驶模式下使用，是惟一能连续控制列车运行，并长期确保列车安全运行的驾驶模式。降级驾驶模式是ATP系统出现故障情况下，在限速条件以人工驾驶来降低列车运行风险所采用的一种驾驶模式。不过，诙漠式并不能避免所有风险，特别是不能保护列车不闯关闭的信号机，所以要求正常驾驶模式必须非常稳定可靠，以尽量减少采用降级驾驶模式。鉴于上述因素，在国外城市轨道交通工程中，提出ATP系统正常驾驶模式的可靠必须高于9999。其中，月为系统可靠性概率；T为系统设计寿命；MTBF为平均无故陶司隔时间。系统的安全、可靠性都应以整个系统为对象，而不是某个具体设备。这就要求系统设计、设备制造和设备维护三位一体，以保证系统使用中的性能指标。在许多发达国家都设有专门的系统安全工程师在方案设计时对整个系统的安全、可靠性作出科学的评价。我国虽然没有专门的系统设计安全工程师，但不应轻视对于信号系统的安全、可靠性分析，正确的分析有助于系统设计、设备选型以及科学投资，并为维修工作量的确定和日常维护的重点提供参考。6 城市轨道交通信号计算机联锁系统的研究与设计随着城市轨道运输朝着高密、重载及高速的方向发展，既有的车站信号联锁装置已无法适应铁路信号对可靠性与故障安全性的更高要求。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）等二个阶段，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。70年代末期新型微处理器的出现以及容错理论与技术的逐步完善，激励人们以微型计算机为核心构成计算机联锁系统。但是常规的计算机控制系统并不具有故障安全特性，也即不具有辩别外部输入信息的正确与否或在系统故障时能将系统导向安全的能力，的应用中受到了极大的限制。目前在我国干线铁路上装备的计算机联锁系统大多系国外铁路信号公司的容错计算机信号控制系统，其价格相当昂贵。因此近年内国内不少铁路行业科研院所都将研制故障安全的铁路信号控制系统作为近期的主要工作。6.1城市轨道信号计算机联锁系统的性能要求分析6.1.1计算机联锁系统的基本结构 由于计算机联锁系统的综合性能远远超过继电联锁系统，因此车站联锁系统由继电装置向计算机联锁系统转化已成为一种不可扭转的趋势。具体来说计算机联锁系统的优势主要表现在适时性、安全性、可靠性、可维护性及性价比等若干方面。 计算机联锁系统是利用目前已有的工业控制计算机，研制一套专用的硬件与软件系统实现信号、进路与道岔间的联锁关系，因此它实质上是一个满足故障安全信号原则的联 锁逻辑运算系统，计算机在系统中的作用是将操作命令与现场各种输入的表示信息读入，再根据计算机内部状态等条件进行逻辑运算，判断后输出控制信息至执行机构，实现多变量数字输入和多变量数字输出这样一个复杂传递函数的变换。 6.1.2 实时性要求 联锁系统必须不失时机地采集到输入变量的变化情况，及时刷新站场各类表示信息，及时输出道岔和信号的控制命令，而且对涉及安全的控制命令必须以具有故障安全特征的形式输出。 6.1.3 可靠性与故障 信号联锁系统是一种实时控制系统，它必须是高可靠的，通常继电联锁系统在采取预防性维护措施的前提下其MTBF可达约15年，采用工业级的控制计算机与容错技术完全可以达到并超出这一指标。 具体来说，对计算机联锁系统而言必须解决二个主要问题。 系统内信息传递的可靠性与安全性：鉴于工业计算机自身不具备故障安全特性， 因此系统内传递的信息也不具备安全性，受各种干扰、辐射以及各类故障的影响， 信息畸变在所难免，从而造成逻辑运算错误而可能引发危险侧输出。 系统内信息变换及逻辑运算的安全性：就联锁程序而言，无论设计调试方法多么严密也很难排除所有隐含的缺陷，这就要求必须引入避错及容错机制使故障形成的危险侧运算结果输出的概率达到规定的要求。 6.1.4 结构模块化与标准化 城市轨道站场的规模与作业需求不尽相同，因而无论是硬件还是软件都必须具有模块化结构特征，硬件模块化、软件真正实现程序、数据的有效分离。 6.1.5经济性 计算机联锁系统取代继电联锁系统的另外一个重要原因是为了降低系统费用成本，一般来说系统费用表现在设计、制作、施工、调试以及建筑费用上，因此计算机联锁系统必须在以上若干方面充分显示其优势。 6.1.6 功能扩展 旧有的继电联锁系统只能提供基本联锁功能与操作界面，新型计算机联锁系统除此之外，还应具有故障诊断与分析、重演、远程通信及其他管理功能。6.2总体设计方案与关键技术 认真分析了计算机联锁系统的性能特点以及对故障安全性的特殊要求基础上，提出了适合于企业自备铁路使用的系统体系结构并实