繼電半自動閉塞方案研究

繼電半自動閉塞方案研究

1繼電半自動閉塞設(shè)備的缺陷鐵路信號設(shè)備是鐵路運輸安全生產(chǎn)的重要技術(shù)設(shè)備之一。是保證駕駛安全、提高交通效率和運營管理的重要設(shè)施。目前，信息技術(shù)的發(fā)展及其應用于鐵路各部門，促進了鐵路技術(shù)和管理的現(xiàn)代化。具有現(xiàn)代化特征的信號技術(shù)是鐵路運輸?shù)闹饕夹g(shù)領(lǐng)域之一。繼電半自動閉塞作為一種區(qū)間行車閉塞系統(tǒng),滿足了相當一個時期內(nèi)鐵路運輸?shù)男枰?盡管近幾年自動閉塞發(fā)展迅速,但由于我國實際情況,到“八五”期末,采用半自動閉塞的營業(yè)里程為40859km,仍占營業(yè)里程的74.8%,因此半自動閉塞設(shè)備在相當長一段時期內(nèi),將繼續(xù)發(fā)揮作用.但隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展,鐵路客運的急劇增長,原有繼電半自動閉塞在安全、效率及維護上的一些問題也逐漸暴露出來,除半自動閉塞方式本身無區(qū)間空閑檢查的缺陷外,繼電半自動設(shè)備也有其固有的一些不足,例如現(xiàn)行的閉塞辦理除依靠信號設(shè)備控制外,尚有諸多環(huán)節(jié)以人工方式進行,這種作業(yè)方式的可靠度很大程度上依賴于作業(yè)人員在執(zhí)行規(guī)章制度上的主觀責任.另外,在接發(fā)車作業(yè)中,站與站間辦理閉塞或報告列車到、開時間等均為通話方式進行.作業(yè)人員稍有不慎或聽覺疲勞時就可能因誤聽、誤傳而“錯辦”,繼電半自動閉塞無論是組匣式或組合式,當發(fā)生故障時,由于各繼電器間配線復雜,且所有邏輯關(guān)系均由繼電器及其它器件有機組合而完成,需要專業(yè)維修人員熟練掌握電路圖和電路動作,及時準確地分析故障并仔細排除,因此維修難度大且耗時長.近年來,由于計算機相關(guān)技術(shù)的發(fā)展,為鐵路信號系統(tǒng)實現(xiàn)自動化、數(shù)字化智能化提供了技術(shù)支持,例如車站采用計算機聯(lián)鎖實現(xiàn)了車站信號的自動控制,在半自動閉塞的車站區(qū)間采用長軌道電路或計軸設(shè)備等自動建立區(qū)間閉塞等,這些均是利用微電子學、自動控制和計算機等先進技術(shù)的成功例子.若對與車站、區(qū)間有密切關(guān)系的繼電半自動閉塞也采用微機方案實現(xiàn),則不僅能充分發(fā)揮微機的優(yōu)勢,而且能與上述設(shè)備更好地配合,提高安全性,降低維護難度,減少辦理閉塞時間,增加區(qū)間通過能力.微機技術(shù)的迅速發(fā)展以及系統(tǒng)可靠性和安全性技術(shù)方面的新進展,為研究微機半自動閉塞提供了技術(shù)支撐.2半自動閉塞功能模塊的研發(fā)在微機半自動閉塞方案研究中,首先考慮的是安全問題,設(shè)計必須嚴格遵循“故障—安全”原則.在實現(xiàn)原有半自動閉塞功能的基礎(chǔ)上,考慮發(fā)揮新技術(shù)、新設(shè)備的優(yōu)勢,作適當改進.因此,在方案研究時,我們考慮了兩個漸進的方案.2.1繼電器組合的主觀設(shè)計此種方案的設(shè)計思想是無論非電氣化區(qū)段還是采用電氣集中或計算機聯(lián)鎖的區(qū)段,均保留原有繼電半自動閉塞設(shè)備的所有電氣接口,僅用微機及相應電子線路替代原有的內(nèi)部繼電器組合.其核心內(nèi)容包括:理清原有繼電半自動閉塞內(nèi)部繼電器的邏輯關(guān)系和相互制約關(guān)系,設(shè)計相應軟件流程實現(xiàn)這些邏輯和制約關(guān)系;分離出繼電半自動閉塞機與外界的聯(lián)系,從而抽象出輸入、輸出信號;針對現(xiàn)場設(shè)備給出相應的接口設(shè)計.這樣從功能上可達到完全替代原繼電半自動閉塞機的目的.這種方案適用于在現(xiàn)場的初步推廣,既符合原工作人員的工作習慣;又將對微機半自動閉塞實現(xiàn)的可行性及效果作一直觀論證.方案一實現(xiàn)微機半自動閉塞的原理圖見圖1(以單線半自動閉塞為例).該方案采用雙機熱備,上電后,主備機同時啟動工作,執(zhí)行相同流程的程序,外部電氣輸入、輸出均與微機相隔離,以防干擾.外部電氣信息同時輸入至主、備機后,按原半自動閉塞的工作原理及邏輯處理關(guān)系進行處理,處理結(jié)果同時通過各自的I/O接口送至2選1部件,又經(jīng)隔離、驅(qū)動送至外部電氣設(shè)備.該方案沿用了原有繼電半自動閉塞的制式及外部電氣接口,與車站控制臺及其它車站信號之間聯(lián)接相同,僅用微機及外圍電路代替原有繼電器組合,嚴格實現(xiàn)原有繼電半自動閉塞中的13個繼電器之間的邏輯關(guān)系,完成原有繼電半自動閉塞機的功能.為確保系統(tǒng)功能實現(xiàn),在該方案設(shè)計中采取了以下幾個關(guān)鍵措施.(1)CPU采用內(nèi)部含程序存儲器及RAM的單片機,盡量實現(xiàn)單片化,并選用壽命長、抗干擾能力強的工業(yè)芯片.與外部電氣設(shè)備之間采用隔離電路,可防止干擾.(2)采用雙機熱備的方式.主備機接收相同的輸入,執(zhí)行相同的程序流程,若主機工作正常,則2選1部件選擇主機的執(zhí)行結(jié)果輸出.一旦主機工作不正常,則立刻轉(zhuǎn)由備機向外部輸出,同時報警主機失常.同樣,在主機工作時,一旦備機不正常,也立刻報警,通知工作人員進行檢查、維護.由于雙機同時故障的概率很小,所以能保證系統(tǒng)工作的連續(xù)性,即使雙機同時故障,則2選1部件無輸出,實現(xiàn)故障—安全.這一功能是由安全與門實現(xiàn)的.安全與門的輸出接至2選1部件,若該機工作正常,則安全與門輸出“1”,使2選1部件能夠選擇該機輸出;一旦該機工作不正常,則安全與門輸出“0”,使2選1部件不能再選擇接通該機輸出.安全與門的輸入有兩個,一個是看門狗的標志,一個是系統(tǒng)自檢結(jié)果.前者為監(jiān)督CPU內(nèi)程序的執(zhí)行,一旦發(fā)生程序“跑飛”、死循環(huán)等,不能正常“喂狗”,則看門狗向安全與門提供異常狀態(tài),同時報警.后者為系統(tǒng)自檢程序執(zhí)行的結(jié)果.(3)設(shè)計專用電源盒對微機及相應器件供電.采用消除尖峰干擾電路消除電網(wǎng)串入的干擾脈沖,并對電源進行監(jiān)測,一旦掉電或電源故障,則轉(zhuǎn)向后備電源,同時報警.(4)在軟件中設(shè)計系統(tǒng)自檢程序.上電復位或軟件復位后,首先執(zhí)行系統(tǒng)自檢程序,包括檢測CPU特征字、內(nèi)部RAM的寫入、讀出測試、對程序區(qū)特定單元的檢測以及對I/O口的檢測等,若檢測結(jié)果正確,則程序繼續(xù)執(zhí)行下階段工作,否則重新執(zhí)行自檢程序,若自檢超過規(guī)定次數(shù)仍不正確則報警,并使自檢輸出為“0”,倒向備機工作.該自檢程序保證了在硬件電路可靠的基礎(chǔ)上開始執(zhí)行程序.(5)雙機之間定時通訊相互檢測.雙機利用串口定時交換執(zhí)行狀態(tài)和處理結(jié)果,由于雙機接收相同的輸入,執(zhí)行相同的程序,因而在程序的各個時刻,其執(zhí)行狀態(tài)和處理結(jié)果應相同,一旦雙機交換信息后發(fā)現(xiàn)二者不一致,則各自執(zhí)行自檢程序,一旦發(fā)現(xiàn)異常,則輸出異常至本機的安全與門,并報警.(6)在軟件中采用冗余技術(shù),對輸入采用反復采集的方式,多次采集可防止計算機的瞬間故障,以及尖脈沖的干抗,還可排除操作員的誤操作,采集的數(shù)據(jù)同時向RAM區(qū)寫入兩份,以在數(shù)據(jù)讀取時進行比較,保證數(shù)據(jù)在RAM中讀取的可靠性,防止系統(tǒng)工作不穩(wěn)定對數(shù)據(jù)單元的破壞.(7)對輸出采用回饋檢測的方式.例如請求閉塞時發(fā)完正脈沖后,對該正脈沖進行檢測,看該正脈沖是否正常發(fā)出,一旦發(fā)現(xiàn)異常,則報警,同時切換備機.(8)將辦理半自動閉塞的整個過程劃分成若干個狀態(tài),在程序中設(shè)立狀態(tài)標志,用以標識當前處于辦理過程中的哪一個狀態(tài).為防止軟件“跑飛”進入非程序區(qū),采用設(shè)置軟件陷井的方法,當程序“跑飛”進入陷井,一方面由于未及時喂狗,看門狗報警,倒向備機工作,使備機成為當前主機輸出,另一方面本機程序也執(zhí)行軟件復位返回到0000H單元處重新開始運行,初始化后,若自檢正常,讀取各輸入、輸出狀態(tài),可判斷當前處于辦理閉塞的哪一個狀態(tài)(也即剛才“跑飛”前的狀態(tài)),則可轉(zhuǎn)向該狀態(tài)的程序流程入口,從而很快達到雙機同步,本機又可作為備機檢測主機的運行及作主機的后備.方案一的軟件流程圖如圖2所示.該方案完全沿用原有繼電半自動閉塞的方式,承襲了原有繼電半自動閉塞辦理手續(xù)簡單、邏輯嚴密等優(yōu)點.但是未能完全發(fā)揮新器材的優(yōu)勢.下面是對方案一的一些改進.2.2站間信號傳遞在方案一的基礎(chǔ)上,考慮發(fā)揮計算機的優(yōu)勢,又設(shè)計了方案二,其結(jié)構(gòu)框圖見圖3.(1)給單片機配上小鍵盤和液晶顯示器.小鍵盤上分別設(shè)“請求閉塞”、“同意閉塞”等按鈕,還可加上數(shù)字按鈕,以備輸入車次.液晶顯示器可實時顯示當前區(qū)間狀態(tài)、出站和進站信號機的狀態(tài)等,當發(fā)出某項命令時,若命令合法,則液晶顯示器顯示該命令,例如當按下閉塞按鈕,則顯示“請求閉塞”,當接收到對方的同意接車信號時,則顯示“對方同意閉塞”,并提示“開放出站信號”等,若當前命令屬不合規(guī)程的錯誤操作,則提示“命令非法”及理由.(2)給系統(tǒng)配上時鐘,由系統(tǒng)實時采集,自動紀錄辦理閉塞時間、列車出發(fā)時間、列車到達時間等可由打印機打印,方便備案.(3)站間信號傳遞可用數(shù)傳設(shè)備代替原有的發(fā)脈沖方式,單片機配上Modem,通過電話線進行數(shù)據(jù)傳遞,采用這種方式,傳遞的數(shù)據(jù)信息量大,可包括命令、車次、狀態(tài)等,較之原用人工通話的方式提高了可靠性,加快了速度.(4)利用計算機的邏輯判斷能力,可增加對某些新問題的處理.例如雙線半自動閉塞區(qū)間,當上行辦理、擴大站場列車運行時,自動鎖閉下行閉塞按鈕.2.3機半自動閉塞與站間安全檢測設(shè)備和計軸設(shè)備相結(jié)合,實現(xiàn)站間自動閉塞采用計算機方案的半自動閉塞在保證完成原有繼電半自動閉塞功能的基礎(chǔ)上,有自己的優(yōu)勢,例如速度加快,維修方便,尤其第二種方案,增加新功能后,使系統(tǒng)更加可靠、安全、操作簡便.另外,計算機半自動閉塞與站間安全檢測設(shè)備和計軸設(shè)備相結(jié)合,可實現(xiàn)站間自動閉塞.(1)與站間安全檢測設(shè)備相結(jié)合,當甲站發(fā)出請求發(fā)車信號后,乙站自動采集站間安全監(jiān)測設(shè)備的輸出,若區(qū)間空閑,則自動發(fā)同意接車信號,這樣可實現(xiàn)閉塞的自動辦理,當然,這種自動辦理狀態(tài)可由人工事先設(shè)定.(2)與計軸設(shè)備相結(jié)合