车站信号控制系统概述

第一章 车站信号控制系统概述第一节概述一、铁路信号自有铁路以来，人们就约定以物体的外表特征，如形状、位置、颜色、灯光以及状态的显示数目等作为向乘务人员和行车有关人员传达运行条件和命令的信号。从铁路发展初期， 信号的显示意义就与行车安全联系在一起，只有当安全条件确已满足，或者说危及行车安全的风险因素不存在的条件下，才给出允许列车或车列前进的信号，反之则给出停车信号。关于安全条件的检查，最初是靠运营管理措施来保证的，随着铁路运输的发展和科学技术的进步， 保证行车安全的措施逐步从管理措施向技术措施过渡，以致发展成今天的自动控制系统。由于保证行车安全的技术大部分是和信号相联系，所以把通过技术手段保证行车安全的系统称做铁路信号系统，或简称铁路信号。铁路信号的主要功能是保证行车安全，但随着铁路信号技术的发展和应用，铁路信号已成为提高运输效率、实现运输管理自动化和信息化以及改善铁路员工劳动条件的重要技术手段。铁路信号系统按其应用场所，大致可以分为车站信号控制系统、区间信号控制系统、编组站自动化系统、铁路行车指挥系统以及列车运行控制系统等等。本教材以车站信号控制系统为讲述内容，着重讨论车站信号自动控制系统的具体功能、构成原理及实现的方法。二、车站信号控制系统车站信号控制系统的主要功能是保证行车安全，具体而言，指通过技术手段来使车站内信号机、道岔、轨道电路等基本信号设备按照规定的要求工作，以保证列车或调车车列在站内运输作业的安全。1. 主要技术车站信号控制系统涉及的技术主要有：（ 1 ）故障 -安全技术我们知道，任何技术设备不管它多么可靠，总有发生故障的可能，铁路信号系统也不例外。对铁路信号系统来说，其主要功能是保证站内行车安全，所以必须考虑在其发生故障后， 故障的后果不应危及行车安全。例如，信号机及其控制系统发生故障时，应自动地给出限速或停车的显示；道岔的控制系统发生故障时，道岔不应错误地转换而必须锁在原来的位置上。总的来说，故障的后果必须导致行车安全，这已经成为不可动摇的原则，在铁路信号领域里称这一原则为故障-安全原则，用于实现故障-安全的一些技术措施为故障- 安全技术。凡是涉及行车安全的器械、部件和系统都必须具有故障-安全性能。顺便指出，在技术迅速发展的今天，一些新技术不能尽快地应用到铁路信号领域里，其精品资料重要原因之一，就是受到了故障 -安全原则的限制。（ 2）联锁技术前面已经指出，车站信号控制系统主要功能是用于实现对车站内信号机、道岔、轨道电路等基本信号设备进行实时控制，但为了保证行车安全，车站内信号、道岔、轨道电路等基本信号设备必需遵循一定的条件，按照一定的程序来严格执行，我们称这些条件和程序为联锁，而实现联锁的技术称为联锁技术。由于车站信号控制系统的主要功能是实现联锁功能， 所以有时也称车站信号控制系统为车站联锁系统。应当明确，根据安全要求制订周密而详细的安全规程和措施，由行车有关人员严格执行这些安全规程和措施来保证行车安全是必要的，然而人难免有操作和判断失误的时候，因此仅靠行车有关人员的遵章守纪来保证行车安全是不可靠的。从这个意义上讲，联锁技术是防止失误，且在失误的情况下仍能保证行车安全的技术，是故障-安全技术的具体体现。（ 3）可信性技术虽然故障 -安全技术和联锁技术能保证信号设备故障情况下系统的安全运行，但提高信号设备和系统的可靠性以减少故障出现的频率，依然是非常必要的，对车站信号控制系统中的一些关键控制设备更是如此。在设备使用过程中对设备进行必要的维护，当设备出现故障后， 以最短的时间对设备进行修复来保证设备快速投入正常运行，也是非常必要的，因而也就要求信号设备可维护性要好。对一些信号设备，例如，以计算机软件来执行控制功能的信号设备，即使在硬件设备不出现故障的情况下，也可能会出现不能执行正确功能的情况（例如，软件中存在错误） ，因而通过一些技术手段来保证系统正确执行其功能，以保证系统的可用性也是非常重要的。可靠性、可用性、可维性和安全性都属于可信性技术范畴，是车站信号控制系统设计、研制和使用过程中都必须考虑的问题。（ 4）计算机技术自上个世纪八十年代以来，计算机技术在世界范围内得到了飞速发展，基于计算机硬件和软件的车站信号控制系统计算机联锁系统已经在国内外广泛应用，由于其具有自动化程度高、经济效益好、便于与铁路信号其它控制和信息系统实现互联共享等优点，因而计算机技术在车站信号系统和整个铁路信号控制领域中都得到了广泛应用。2. 车站联锁系统基本结构控制台联锁机构室内设备室外设备信号机转辙机轨道电路图 1-1 车站信号控制系统框图以上扼要地叙述了车站信号控制系统的基本技术内容，这些技术的有机组合就构成了系统的整体，车站信号控制系统基本结构，如图1-1 所示。图中没有反映出故障-安全技术、可信性技术和计算机技术，因为它们隐含在系统的各个环节之中。构成车站信号系统的具体器械的集合称做车站信号设备，也称做车站联锁设备。在我国铁路上使用着多种联锁设备，这些设备之间在器械结构、操纵方式、动力来源以及联锁的完善程度等方面存在着很大差别。本教材主要阐述联锁功能比较完善和自动化程度较高的联锁系统的构成和工作原理，对目前还在使用的6502 型电气集中联锁系统作较详细的剖析，以便使读者能够通过对6502 继电器电路的学习来掌握好车站联锁技术的基本原理。在此基础上，本教材还将对目前正在大力发展和使用的计算机联锁系统作些必要的介绍。第二节车站信号设备平面布置图一、车站信号平面布置图车站信号设备平面布置图是根据站场线路图绘制的，它是设计车站联锁系统的基础，是进行车站信号工程设计与施工的重要依据。车站信号平面布置图上一般应有以下主要内容：（ 1）联锁区范围内的线路及非联锁区中与联锁区有密切联系的线路布置及编号，正线应以粗线标出。（ 2 ）正线和到发线的接车方向，区间线路及机车走行线的运行方向。车站线路应以箭头表示其接车方向，双线双向运行时，实心箭头指示正方向，空心箭头指示反方向。（ 3 ）联锁区范围内所有道岔的定位状态。（ 4 ）信号机、信号表示器、轨道电路区段（含股道和无岔区段）等有关设备及其编号、名称和符号。（ 5 ）信号机的灯光配列。（ 6 ）轨道区段的划分，对不与信号机并置和不是渡线上的绝缘节，应标出其坐标，侵限绝缘节应用圆圈标出。（ 7 ）与信号机位置有关的以及侵入限界绝缘节处的警冲标坐标。（ 8 ）信号楼（或车站值班员室）设置位置，并标出其中心公里标（距该线路起点的公里标），联锁道岔的信号机距离信号楼（或车站值班员室）中心的距离。（ 9 ）进站信号机外方制动距离内接车方向平均换算坡度超过0.6% 线路下坡道示意图。（ 10）站台的位置、宽度及线路间距，信号楼外墙至线路中心的距离。（ 11）桥梁、涵洞的坐标和宽度。（ 12）机务段闸楼的坐标。精品资料图 1-2（见书末插页） 是一个典型的车站信号设备平面布置图。图中站场是一个双线双向自动闭塞区段的车站，并有单线区段（东郊方向）在下行咽喉与车站接轨。股道和股道分别为双线区段上行和下行的正线，股道为单线区段的正线，其余股道为站线。根据运输作业的需要，每股道均可办理上、下行接车和发车。下面以图1-2 车站信号设备平面布置图为例，分别介绍信号机、转辙机和轨道电路的基本设备情况。二、信号机1. 功能信号机是指引列车或调车车列在车站内运行的主要信号设备，机车上的司机根据信号机的不同显示来决定列车或调车车列是否可以前行、前行的速度级别。信号机的显示与信号机的类型有着密切关系，不同类型信号机，其信号显示差异很大。2. 类型和方向根据车站内信号机的性质，可以将信号机分为列车信号机和调车信号机。由于列车信号机与列车的进、出车站作业密切相关，所以列车信号机又可以进一步分为进站信号机、出站信号机和进路信号机。在每个车站的接车口处均设置有进站信号机。例如，图1-2 中，车站的下行咽喉有三个接车口：在双线区段北京方面的正向接车口处设置有进站信号机“x”， 反向接口设置有进站信号机“xf ”， 在单线区段东郊方面的接车口设置有进站信号机“xd”。车站的上行咽喉有两个接车口：正向接车口设置有进站信号机“s”，反向接车口设置有进站信号机“sf”。正向进站信号机采用高柱信号机，设置在列车运行方向线路左侧。反向进站信号机一般采用矮柱信号机，设置在列车运行方向线路右侧。凡是具有发车作业的股道均应在股道发车口处设置一架出站信号机。例如，图1-2 中， 站场每个股道均能分别向北京方面、东郊方面和天津方面发车，向北京方面和东郊方面发车分别设置有出站信号机s、s 、s、s4 和 s5，向天津方面发车分布设置有x、x 、x、x4 和 x5。有两个或两个以上发车方向时，出站信号机应配置进路表示器，用于区分发车方向。例如，图1-2 中，向北京方向和东郊方面发车的上行出站信号机用进路表示器的三个白灯区分三个发车方向，出站信号机开放时，对应方向的白灯亮灯；向天津方向的下行出站信号机用进路表示器的一个白灯区分两个发车方向，正向发车时出站信号机开放，白灯不亮灯，反向发车时出站信号机开放，同时白灯亮灯。调车信号机根据车站内调车作业的需要来进行设置。按照设置位置的不同，调车信号机可以分为单置调车信号机、并置调车信号机、差置调车信号机、尽头式调车信号机、出站兼调车信号机和进站内方带调车信号机。尽头式调车信号机指设置在牵出线、专用线、编组线、机务线等向咽喉区入口处的信号机。其特点是信号机内方为道岔区段，外方为无岔区段，且同一坐标位置只有一架信号机。例如，图 1-2 中的 d 2、d 18 均为尽头式调车信号机。咽喉区调车信号机，其相邻内方或外方为道岔区段。其中，单置调车信号机同一坐标处仅布置一架信号机，且其相邻内方和外方均为道岔区段，如d 11、d 13、d 8、 d16 等。并置调车信号机同一坐标处布置两架背向的调车信号机，如d7、d9 、d10 和 d 12。差置调车信号机是设置在咽喉区中间不在同一坐标的两架背向调车信号机，这两架调车信号机之间有一个无岔区段，而信号机内方则为道岔区段，如d5、和 d15 、d4 和 d 14。出站兼调车信号机设置在股道头部，并且与出站信号机设置在同一坐标的调车信号机， 如 xx5、ss5 等。进站内方带调车信号机指设置在进站信号机内方的调车信号机。此调车信号机与进站信号机不在同一坐标，其间有一不小于50m 的无岔区段，如d1、 d3 和 d6 等。每架信号机都有一个防护方向，即接车方向或发车方向。例如，图1-2 中，进站信号机xd 、x 和 xf 均为接车方向列车信号机，其中， xf 用于反向接车信号机；出站信号机s 、s 、s 、s4 和 s5 均为发车方向列车信号机；调车信号机d 1、 d3 、d 9、d11 、d 13 和 d15 均为接车方向调车信号机；调车信号机d 5 和 d7 为发车方向调车信号机。3. 状态及其表示信号机的状态有三种，即关闭状态、开放状态和灭灯状态。关闭状态，指信号机点亮禁止灯光时所处的状态。信号机的禁止灯光指禁止该信号机外方列车或调车车列进入信号机内方区段的灯光。调车信号机的禁止灯光为一个蓝灯（a），调车信号机处于关闭状态，意味着该调车信号机点一个蓝灯。列车信号机和出站兼调车信号机的禁止灯光为一个红灯（h），列车信号机处于关闭状态，意味着该列车信号机点一个红灯。关闭状态是信号机的默认工作状态。开放状态，指信号机点亮允许灯光时所处的状态。信号机的允许灯光指允许该信号机外方的列车或调车车列进入信号机内方区段的灯光。调车信号机的允许灯光为一个白灯（b）。列车信号机允许灯光的显示颜色和显示数目与列车信号机的类型、是进出站内正线还是站线等因素有关，所以其允许灯光有多种。例如，下行进站信号机x，正线往股道接车时，要求其显示的允许灯光为一个黄灯（u）；侧线往股道以外的其它股道接车时，要求其显示的允许灯光为两个黄灯（uu）；如果是经股道正线通过本车站，则要求显示的允许灯光为一个绿灯（ l）或绿黄灯（ lu ）。对列车信号机而言，不管其处于何种状态，能同时显示的灯位最多不超过两个；对调车信号机，能同时显示的灯位只有一个蓝灯或者白灯。灭灯状态，指信号机所有灯位均处于不点灯时所处的状态。车站联锁系统的室外信号机主要采用透镜式色灯信号机，当色灯信号机正在点灯的灯泡，其内部灯丝断丝时，该信号机将处于灭灯状态。例如，调车信号机点亮允许灯光白灯时，如果该白灯的灯丝断丝，则该调车信号机也将处于灭灯状态。列车信号机和出站兼调车信号机平时处于关闭状态，点红灯，当红灯的灯丝断丝时，该列车信号机将处于灭灯状态。信号机处于灭灯状态时，为了安全起见，一般不允许其前方的列车或调车车列前进。信号机的状态可以用安全型继电器来反映。以灯丝继电器dj 来监督信号机中当前正在点灯的一个灯位是否出现灯丝断丝。根据故障-安全原则，以灯丝继电器dj 处于吸起状态反映灯丝完好，以灯丝继电器dj 落下状态反映灯丝断丝。以信号继电器xj 来反映一架信号机是处于开放状态还是关闭状态，在灯丝完好的情况下，以信号继电器xj 处于吸起状态反映对应的信号机开放，以信号继电器xj 落下状态反映对应的信号机关闭。对调车信号机而言，由于只有两种显示白灯和蓝灯，所以可以用一个信号继电器调车信号继电器dxj 来反映其所对应的一架调车信号机处于开放还是关闭状态。在调车信号机灯丝完好，灯丝继电器dj 处于吸起状态时，以调车信号继电器dxj 吸起状态反映允许精品资料灯光白灯点灯，以调车信号继电器dxj 落下状态来反映禁止灯光蓝灯点灯。对列车信号机而言，由于允许灯光有多种显示，所以除了列车信号继电器lxj 外，还需外增加一些信号辅助继电器，通过列车信号继电器lxj 和信号辅助继电器的不同状态组合来反映列车信号的不同允许灯光显示。由于列车信号机同时进行显示的灯位数目不超过两个，所以对列车信号机设置两个灯丝继电器，即灯丝继电器dj 和二灯丝继电器2dj ，用这两个灯丝继电器来监督当前正在点灯的两个灯位是否断丝。4. 防护作用及防护范围上面介绍过，信号机用于指引列车或调车车列在站内运行，信号关闭时，该信号机外方的列车或调车车列不能进入信号机内方，只有信号机开放时，该信号机外方的列车或调车车列才能进入信号机内方。例如， 图 1-2 中，假定ag 上停留有机车，当 d1 关闭点亮蓝灯时，机车不能越过d1 信号机而进入其内方的轨道电路区段1dg ，只有 d1 开放点亮白灯时，机车才能越过d 1 信号机进入其后方的1dg。由此可以看出，站场中的信号机实际上是 用于防护其后面轨道电路区段的，那么一架信号机究竟防护其后面几个轨道电路区段呢？这涉及到信号机的防护范围。信号机的防护范围是，从本信号机到车列运行路径上的本咽喉区下一个同向、同性质（此处同性质指列车信号机和调车信号机）的信号机为止。例如，对于调车信号机d1，如果机车向 股道直线路径运行时，由于其内方的同向调车信号机为d15 ，所以 d 1 只防护其后方1 dg 和 1/19 wg 两个轨道电路区段，即，d1 点亮白灯后机车可以从