车站联锁系统69429

1、1,车站联锁系统,杨扬,2,主要内容,1. 车站联锁概述 2. 车站联锁原理 3. 车站计算机联锁系统,3,1. 车站联锁概述,1.1车站 1.2车站作业 1.3车站作业控制 1.4车站联锁系统,4,1.1 车站,背景： 目前，全国铁路建设里程已经超过8万公里，涉及车站数超过5000个。 车站是铁路网络中的节点，连接相邻的一条或多条线路，是列车交汇场所。 车站内作业车辆很多； 列车进入车站时，需经车站通过、在站内停车上下旅客后再发车、在站内更换机车等，作业过程复杂。,1.车站联锁概述车站,5,信号机,道岔和转辙机,信号机,道岔,保证车站作业安全、高效、有序进行非常重要,列车占用,问题：如何保证

2、车站作业安全、高效、有序进行？,1.车站联锁概述车站,6,1.2 车站作业,车站作业类型，主要有： 列车作业：需进、出车站的作业，如： 接车（将车接入站内）； 发车（将车发往邻站）； 通过（接车+发车）； 调车作业：仅在车站内进行的作业，如： 站内列车更换机车；,1.车站联锁概述车站作业,车站A,7,例：列车作业接车进站,例：调车作业更换机车（1）,1.车站联锁概述车站作业,8,车站作业特点： 并发性：车站内可能有多列车同时作业，列车作业和调车作业同时进行； 复杂多变性：作业过程随情况变化而发生变化。 安全性：必须保证各种车站作业的安全性。,例：调车作业更换机车（2）,问题：如何保证车站作业安

3、全、高效、有序进行？,1.车站联锁概述车站作业,9,1.3 车站作业控制,基本要求 保证车站作业的有序性； 车站作业必须按运输作业计划来执行； 运行计划可根据情况变化而进行调整，以适应变化； 保证车站作业的高效性； 车站作业时，涉及到很多地面设备的动作（如道岔转换、信号机开放/关闭等），必须要由控制设备自动控制这些地面设备的动作； 控制设备自身必须足够可靠； 保证车站作业的安全性； 必须使站内地面设备有序动作，对其动作条件进行严格检查； 控制设备自身必须足够安全，具有故障导向安全特性。,1.车站联锁概述车站作业控制,10,车站作业控制过程,调度指挥系统,车站联锁系统,作业计划,作业执行情况,（

4、本站调度作业的管理）,车站调度子系统,（管辖范围内调度计划的制定、调整等）,（对车站地面设备控制， 车站作业的具体执行）,（根据地面设备情况对机车运行 控制，车站作业的具体执行）,（车载控制系统）,1.车站联锁概述车站作业控制,11,车站,作业方式： 站控方式：站内人员控制作业执行； 遥控方式： 由调度中心控制作业执行。（如：京津城际，胶济） 特殊情况下可转为站控。处理完后可恢复为遥控。,办理命令,控制命令,动作,车 站 联 锁 系 统,车站调度子系统,作业计划,司机,管理维护人员,调度人员,操作人员,调度命令,调度指挥中心,调度人员,1.车站联锁概述车站作业控制,12,作业执行（以列车进站为

5、例） 作业计划：*时间，*列车进站到*股道 在该时间到达前，通过车站联锁系统构建一条列车进入站内该股道的路径（构建过程涉及严格的逻辑条件检查以避免冲突、设备动作（如道岔转换）并锁闭； 路径建立完成后，通/告知列车和司机（信号开放）； 列车进站； 对路径上设备解除锁闭，以便其它作业的进行。,1.车站联锁概述车站作业控制,13,1.4 车站联锁系统,概述 车站联锁系统是保证站内运输作业安全执行的控制系统； 车站联锁系统控制对象：站内地面设备（信号机、转辙机（转换道岔）、轨道电路（确定列车位置）； 车站联锁系统控制过程：必须具备故障-安全原则（考虑到设备故障、操作员误操作）； 车站联锁系统必须具有高

6、可靠性； 车站联锁系统必须具有高安全性； 车站联锁系统必须具有一定的实时性； 车站联锁系统需具备信息交换和共享能力（与调度指挥系统、区间闭塞系统等进行信息交互）；,1.车站联锁概述车站联锁系统,14,车站联锁系统基本结构： 包括室外设备和室内设备。,站内作业（控制命令）,控制执行,被控对象（室外信号设备）,控制命令,动作命令,设备状态,系统状态,其它系统,1.车站联锁概述车站联锁系统,15,室外设备被控设备 道岔和转辙机：道岔确定列车站内运行路线；转辙机用于转换道岔； 轨道电路：反映列车在站内线路上的位置（占用/出清）。 信号机：确定列车能否在站内运行；如：绿灯行红灯停 室内设备控制设备 控制

7、室外设备按要求动作。,信号机,道岔和转辙机,室内设备,1.车站联锁概述车站联锁系统,16,车站联锁系统类型： 我国铁路车站多，使用着多种类型车站信号控制系统。 根据室内控制设备的不同，目前，应用较多的主要有： 6502电气集中联锁系统。通过继电器电路实现车站控制功能。 计算机联锁系统。主要通过计算机设备（和软件）实现车站控制功能。 计算机联锁系统在我国各车站正广泛应用。,继电器联锁,计算机联锁,1.车站联锁概述车站联锁系统,17,车站联锁系统适合于控制不同的车站站场。,车站站场： 由铁路设计部门根据车站的作业需求，结合具体地形，勘测设计而成。 它是车站联锁系统设计、研制的基础。,1.车站联锁概

8、述车站联锁系统,18,19,2. 车站联锁原理,2.1 车站联锁控制对象 2.2 进路 2.3 进路控制过程,20,2.1 车站联锁控制对象,车站联锁系统主要对车站列车运行路径进行控制，即，对运行路径内的信号机、转辙机、轨道电路进行控制。 控制对象主要包括： 信号机 道岔和转辙机 轨道电路,2.车站联锁原理控制对象,21,信号机 功能：决定其外方列车或调车车列是否可以前行、列车或车列前行的速度级别。 分类：按信号机作业性质分，主要有：,2.车站联锁原理控制对象信号机,22,进站信号机 出站信号机 进路信号机,列车信号机,2.车站联锁原理控制对象信号机,23,信号机状态： 关闭状态：禁止灯光点灯

9、。（平时状态） 调车信号机禁止灯光：蓝灯（A）； 列车信号机和出站兼调车禁止灯光：红灯（H）。 开放状态：允许灯光点灯 调车信号机允许灯光为：白灯（B）； 列车信号机的允许灯光：多种显示 多种显示用于区分进/出正线还是侧线、通过等。 如：进侧线停车(UU)、进正线停车(U)、正线通过（L/LU）、 同时显示的灯位数不超过2个。 灭灯状态：所有灯位均不点灯 灯泡内部灯丝断丝，信号熄灭。禁止其前方车列前进。,2.车站联锁原理控制对象信号机,24,道岔和转辙机 道岔作用：确定车列在站内运行路线。 道岔类型：单动道岔、双动道岔、交叉渡线道岔（由2组相关的双动道岔组成）。,2.车站联锁原理控制对象道岔,

10、25,空闲状态,道岔状态： 道岔位置：定位、反位。 工作状态： 正常工作状态： 道岔的定位和反位为道岔的。 非工作状态：四开状态。 指两根尖轨同时不密贴于基本轨。 例如：道岔正在转换途中不密贴；道岔挤岔时。 状态转换：,2.车站联锁原理控制对象道岔,锁闭状态,占用状态,26,道岔转换 道岔转换设备： 道岔转换通过道岔转换器（转辙机）来进行。 转辙机：直流ZD6、交流S700K、液压ZYJ7等； 一组道岔由一台或多台转辙机来转换。 道岔转换过程： 三个过程：解锁（空闲）转换锁闭。先解锁后转换再锁闭，是所有道岔转换设备必须遵循的设计原则。 道岔锁闭后不能再转换，要转换需先解锁。 转换时间：道岔转换

11、超过正常转换时间（对ZD6，一般以不超过13s计），说明道岔出故障，应报警，以便维修。,道岔和转辙机,2.车站联锁原理控制对象道岔,27,轨道电路区段 作用：确定车列在站场中具体位置。 类型：道岔区段、无岔区段、股道、牵出线和尽头线等。,2.车站联锁原理控制对象轨道电路,28,状态： 空闲状态。 占用（或故障占用）状态。 状态变化：,2.车站联锁原理控制对象轨道电路,29,2.2 进路,进路概念： 指列车或调车车列在站内运行时所经由的路径。 说明： 每条进路内包括很多信号设备（信号机、转辙机、轨道电路等） 每条进路始端都有一架进路始端信号机来防护该进路 信号机点禁止灯光时，车列不能进入； 信号

12、机点允许灯光时进路安全，车列可以进入进路,2.车站联锁原理进路进路概念,30,进路类型： 如按照作业性质，可分为：,XIIG：接车进路； XIIS：发车进路 XS ：通过进路（X和XII必须均开放允许灯光）；,2.车站联锁原理进路进路类型,31,例：将IIG上机车调到1G上？（为1G上货车安上机车）,调车进路由调车信号机防护！,牵出进路：SII D1； 折返进路：D1 IG； 先牵出，后折返,2.车站联锁原理进路进路类型,32,按照进路重要性，可分为：,例：如下图， 1 X5G列车进路：2条（5/7定位和5/7反位）。 将其中1条进路规定为基本进路（5/7在反位），则另1条进路为变更进路（5/

13、7在定位）。 这种变更进路称为平行变通进路 ；,2对基本进路和变更进路的确定： 一般将对车站作业影响小的进路规定为基本进路，其它进路为变通进路。,2.车站联锁原理进路进路类型,33,对调车进路，按照进路长短，可分为： 调车基本进路：由1架调车信号机防护。 复合调车进路：由两条或多条调车基本进路所构成的进路。,例：D21D3：复合调车进路，由D21D5和D5D3两条基本进路构成。,2.车站联锁原理进路进路类型,34,敌对进路 站场内相互冲突，不能被同时建立的进路称为。 敌对进路有多种情况。 如，向同一股道接车的2条进路构成敌对进路。 由车站联锁系统保证所有相互敌对的进路不能被同时建立。,X,3G

14、,S,D1,D3,D6,D8,D2,D4,2.车站联锁原理进路敌对进路,35,36,2.3 进路控制过程,进路控制过程可分为进路建立和进路解锁两个过程。 进路建立阶段： 从值班员办理进路开始，到信号开放为止的过程； 需检查进路建立条件；需对进路上道岔进行锁闭； 解锁解锁阶段： 列车通过时，解除进路上多组道岔的锁闭。 解锁过程必须安全：不能提前解锁、错误解锁、该解锁时不解锁。,2.车站联锁原理进路控制过程,37,进路建立： 包括几个子阶段：,操作,选路/岔,道岔转换,选排一致检查,锁闭进路,开放信号,车站控制系统执行,（确定进路的范围、列车进路还是调车进路）,（控制转辙机转换进路上道岔到规定的位

15、置）,（确定进路能否选出？如能，确定道岔位置）,（检查进路上道岔是否都转换到规定位置）,（锁闭进路上道岔；封锁敌对进路）,（使室外信号机点亮相应颜色的灯光）,2.车站联锁原理进路控制过程进路建立,38,例如：选排D115G的调车进路,SIII,IIIG,5G,D11,S5,7,11,13,25,21,XD,1.操作。按压进路始端按钮D11A和终端按钮S5DA。,2. 选路。选出进路中信号点（D11、S5）和道岔位置（9/11定位、13/15定位、21反位）。,3. 道岔转换。21向反位转换。,5. 锁闭进路。（白光带）,6. 开放信号。D11点亮白灯。,7. 车列进入,道岔在定位 道岔在反位

16、四开状态,4. 进路选排一致检查；,2.车站联锁原理进路控制过程进路建立,39,说明： 信号开放后，连续检查信号开放条件是否满足，如不满足，则关闭信号； 如：信号开放后，进路内出现任何设备故障信号机、道岔、轨道电路故障，则关闭信号故障导向安全。 例： D115G的调车进路中，21DG故障占用，信号关闭。,SIII,IIIG,5G,D11,S5,7,11,13,25,21,XD,故障修复后，可人工使信号重新开放,2.车站联锁原理进路控制过程进路建立,40,进路解锁 解除进路上多组道岔的锁闭；解除对敌对进路的封锁。 解锁过程必须安全：不能提前解锁、错误解锁、该解锁时不解锁。 几种情况： 车未压入进

17、路：允许人工对进路进行解锁；（容忍操作员误办进路；要证明车没有进入） 取消进路 人工延时解锁 车压入进路：正常解锁，区段故障解锁,2.车站联锁原理进路控制过程进路解锁,41,取消进路：列车未进入进路外方接近区段时，可以采用取消进路方式使进路解锁。 例：D115G,取消进路过程： （1）人工办理取消进路手续； （2）关闭进路始端信号； （3）进路自动解锁。,SIII,IIIG,5G,D11,S5,7,11,13,25,21,XD,2.车站联锁原理进路控制过程进路解锁,42,人工延时解锁：列车已经进入进路外方接近区段，但未进入进路时，采用人工延时解锁方式使进路解锁。 例：D115G,人工延时解锁过

18、程： （1）人工办理人工解锁手续； （2）关闭进路始端信号； （3）延时；（不同进路延时长度不同，高铁和一般铁路亦不同） （4）延时结束后，如果车列没有进入进路，则进路自动解锁。,SIII,IIIG,5G,D11,S5,7,11,13,25,21,XD,2.车站联锁原理进路控制过程进路解锁,43,正常解锁 指车压入并通过进路后，进路自动解锁； 方式： 分段解锁：车列每完整通过进路中一个轨道电路区段，该区段自动解锁。 一次解锁：车列完整通过进路后，进路自动解锁。 分段解锁时，要证明车确实进入了进路内方区段、确实离开了进路内方区段，该区段才能解锁。 证明方法：“三点检查”法，即证明车进入了本区段的

19、前一区段、本区段、本区段的下一区段，然后离开了前一区段、离开了本区段，之后，本区段才能解锁。,2.车站联锁原理进路控制过程进路解锁,44,例：D115G进路解锁： 车完整进入11-13DG时，关闭信号； 11-13DG：车完整出清时，延时34s解锁； 21DG：车完整出清时，延时34s解锁。,SIII,IIIG,5G,D11,S5,7,11,13,25,21,XD,信号关闭,延迟34s后 11-13DG解锁,延迟34s后 21DG解锁,延时原因：防止尾车（或轻车）抖动出现假出清，导致提前错误解锁,2.车站联锁原理进路控制过程进路解锁,45,分段解锁简要过程： 关闭信号； 对列车进路，列车压入进

20、路即关闭信号； 对调车进路，车列完整进入进路时关闭信号。 车列完整通过区段； 延时34秒； 区段自动解锁,对进路中每个区段,2.车站联锁原理进路控制过程进路解锁,46,区段故障解锁： 列车通过进路时，当进路中设备故障，使进路无法正常解锁（因不满足“三点检查”条件）时，需采用区段故障解锁使未解锁的部分解锁。 例：D115G进路：,SIII,IIIG,5G,D11,S5,7,11,13,25,21,XD,信号关闭,该区段故障无法解锁,“三点检查”不满足，无法自动解锁,对21DG：采用区段故障解锁方式解锁； 对11-13DG：故障修复后，采用区段故障解锁方式解锁。,2.车站联锁原理进路控制过程进路解

21、锁,47,引导接车 前面介绍的进路能建立、能开放信号，前提条件是进路中信号设备工作正常（不出现故障）。 接车进路内信号设备故障情况下要求接车，此时接车进路无法正常建立。 以引导方式接车： 引导进路 引导总锁闭,SIII,IIIG,5G,D11,S5,7,11,13,25,21,XD,2.车站联锁原理进路控制过程进路解锁,48,引导进路： 接车进路上轨道电路故障占用或进站信号无法开放允许灯光时，以引导进路方式接车。 办理引导进路后进路锁闭，进站信号开放HB灯。 列车压入进路时信号关闭。 值班员确认列车完整进入股道后，人工将进路解锁。 作业安全：由设备+人工保证；,SIII,IIIG,5G,D11

22、,S5,7,11,13,25,21,XD,2.车站联锁原理进路控制过程进路解锁,49,引导总锁闭 接车进路上道岔失去位置时，以引导总锁闭方式接车。 办理：人工将接车进路上道岔操纵到进路位置，人工确认故障道岔在进路位置，然后办理引导总锁闭，将本咽喉所有道岔锁闭，开放HB灯。 列车压入进路时信号关闭。 值班员确认列车完整进入股道后取消所有道岔的锁闭。 作业安全：由设备+人工保证；,SIII,IIIG,5G,D11,S5,7,11,13,25,21,XD,引导总锁闭,2.车站联锁原理进路控制过程进路解锁,50,进路处理过程总结,2.车站联锁原理进路控制过程进路解锁,51,52,3. 车站计算机联锁系

23、统,3.1 计算机联锁系统概述 3.2 计算机联锁系统结构和功能 3.3 计算机联锁系统可靠性和故障-安全性 3.4 计算机联锁系统举例,53,3.1 计算机联锁系统概述,概述 计算机联锁系统：以计算机技术为核心，综合采用通信、控制、容错、故障-安全等技术来实现车站联锁逻辑控制功能的，具有较高可靠性和故障安全性要求的实时控制系统。 功能：车站联锁逻辑控制 可靠性和故障-安全性要求 （MTBF 106 h），高安全性（SIL-4级，MTBFAS 1011h） 高实时性（采集/驱动周期= 250ms）,3.车站计算机联锁系统概述,54,计算机联锁系统基本结构,工业计算机 （命令下达、站场显示）,计

24、算机类电子设备 (联锁逻辑运算),计算机类电子设备+继电器电路 （采集/驱动功能）,3.车站计算机联锁系统概述,55,我国计算机联锁系统的发展 1978年，由瑞典哥德堡车站世界上第一套计算机联锁控制系统成功应用。 20世纪80年代， 我国开展计算机联锁方面的研究。 目前，我国主要的计算机联锁系统： 中国通信信号集团公司研究设计院：DS6-11, DS6-K5B 铁道部科学研究院 ：TR-II, TR-9型，TYJL-ADX。 交大微联公司：JD-1A, EI32-JD 卡斯柯信号有限公司：CIS-1，iLOCK型,3.车站计算机联锁系统概述,56,计算机联锁系统的优点： 与继电集中联锁相比，计

25、算机联锁具有以下显著优点： （1）进一步提高了系统安全性和可靠性。 （2）增加和完善了联锁系统的功能。 联锁自身功能进一步得到完善和增加； 能很方便地进行自身的管理。 对所有操作进行记录。 便于与其它系统联网，为其它系统提供信息。 （3）方便设计和站场的改建和扩建。 （4）省工省料，降低造价。 最重要的是，计算机联锁系统为铁路信号向网络化、信息化和智能化方向发展创造了条件。,3.车站计算机联锁系统概述,57,3.2 计算机联锁系统结构和功能,典型计算机联锁系统结构：,（双机）,（冗余）,（冗余）,3.车站计算机联锁系统结构和功能,58,人机接口层 包括上位机（值班员操作）、电务维修机（维修人员

26、使用） 采用工业控制计算机，稳定性高； 上位机采用双机冗余形式： 两机同时运行，一工作一备用。,MMI computer,MMI computer,Maintenance computer,3.车站计算机联锁系统结构和功能,59,上位机主要功能： 实时接收操作员下达的操作命令。如进路命令 实时下发操作员的操作命令到联锁主机。 实时接收来自联锁主机的信息。主要包括三类： 一是反映室外设备当前状态的I/O信息； 二是反映室内设备是否出现故障的故障信息； 三是反映联锁执行情况的中间信息。(锁闭情况、延时情况） 实现进行站场动态显示和报警功能。 如，各个信号的显示和断丝情况、道岔的位置、轨道电路的占用

27、情况、进路状态的光带显示、各种表示灯的显示、采集/驱动板故障报警显示、挤岔语音报警、人工解锁当前的延时时间显示，联锁条件不成立时的提示信息显示。,3.车站计算机联锁系统结构和功能,60,例：某联锁系统上位机界面：,操作命令,故障信息,状态表示灯,特殊联锁,道口状态,半自动闭塞,车站站名,联锁机工作状态,3.车站计算机联锁系统结构和功能,61,电务维修机主要功能： 实时接收来自联锁主机的信息。 实现进行站场动态显示和报警功能。 对从联锁主机接收到的信息的实时存储（1个月）。 对近1个月内操作及联锁执行情况进行回放、再现和打印功能。,3.车站计算机联锁系统结构和功能,62,历史记录回放,继电器动作

28、变化,打印输出,3.车站计算机联锁系统结构和功能,63,联锁控制层（联锁主机） 组成： 一般由电源板、CPU板和各种通信板构成，且都采用冗余结构形式（双机热备、三模冗余、二乘二取二） 电源板+CPU板+通信板： 一般采用单片机或可编程逻辑控制器（PLC）等。,（CPU板）,（二取二乘二）,3.车站计算机联锁系统结构和功能,64,功能： 与人机交互层（上位机、电务维修机）实时通信。 接收上位机操作命令； 向人机交互层反馈系统执行信息 。 与采集/驱动层实时通信功能。 向驱动部件发送对应驱动命令； 从采集部件接收各信号设备状态信息。 完成联锁逻辑运算功能。 冗余管理功能。,3.车站计算机联锁系统结

29、构和功能,65,采集/驱动层 包括采集/驱动电路+继电器电路接口。 采集/驱动电路： 驱动：实时接收联锁主机驱动命令、驱动继电器动作（为继电器线圈提供KZ）； 采集：实时采集各继电器接点信息，反馈给联锁主机（联锁主机根据该信息进行联锁运输）。 继电器接口：接收到驱动命令后，励磁吸起，接通室外信号设备（点/灭灯，道岔转换等）；,（采集/驱动电路部件）,3.车站计算机联锁系统结构和功能,66,采集/驱动与继电器的一般连接形式：,3.车站计算机联锁系统结构和功能,67,继电器电路接口（与室外信号设备相连接） 例如：S700K转辙机启动电路,3.车站计算机联锁系统结构和功能,68,S700K转辙机表示电路（部分）,3.车站计算机联锁系统结构和功能,69,通信通道 计算机联锁系统中常用的通信方式，主要有： 串行通信方式：RS-232C接口、RS-422接口和RS-485接口等； 局域网（LAN）、 工业总线：常用的有CAN（控制器局域网）总线、STD总线、PC/104总线、PCI总线等。 电缆（或光纤）专线方式。,3.车站计算机联锁系统结构和功能,70,计算机联锁处理过程：,3.车站计算机联锁系统结构和功能,71,3.3计算机联锁系统可靠性和故障-安全性,系统硬件冗余 系统关键部件采用硬件冗余，以为提高系统可靠性、可用性。 联锁系统常用的