铁路信号基础课件-6车站联锁系统.ppt

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,（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。（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,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（5/7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,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,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。联锁系统常用的冗余方式：双机热备三取二冗余二乘二取二冗余双机热备冗余：A机执行联锁运算功能，B机待机，A机出现故障时自动（或人工）切换到B机，B机执行联锁运算。,3.车站计算机联锁系统可靠性和故障-安全性,72,二乘二取二冗余：二取二：指两CPU模板同时接收外部信息，同时进行运算（联锁处理），对输出结果进行同步比较，一致后进行输出。为提高系统安全性。二乘二取二：指两套二取二系统，一主一备双系，平时主系工作，不一致后切换到备系工作。为提高系统可靠性。,3.车站计算机联锁系统可靠性和故障-安全性,73,输入/输出接口的故障-安全措施故障-安全输入接口：故障-安全输入接口必须做到：采用光电隔离技术，以便有效地抑制接点输入电路的电磁干扰。采用静态输入或动态输入方式，以便有效地实现故障-安全原则。室内-室外设备之间设置防雷单元，防止雷击造成室内设备的故障/瘫痪；室内设备均进行安全接地。,3.车站计算机联锁系统可靠性和故障-安全性,74,系统软件的可靠性和安全性技术：软件冗余，如：联锁机采用多重软件。如采用两套不同的联锁软件，进行校核。信息冗余，如：对道岔表示（DBJ和FBJ）前后接点均采集，根据前后接点来确定道岔实际位置。对涉安信息采用安全性编码，如：1 01010101 0 10101010校核：如将联锁机下发的输出和驱动板下发的实际输出进行校核，不一致则停止输出或（并）报警。,3.车站计算机联锁系统可靠性和故障-安全性,75,故障检测和诊断程序通过故障检测和诊断程序，判断是否出现硬件或软件故障。软件认证、现场联锁试验对新型联锁系统，联锁软件必须通过相关部门认证。对新型联锁系统，联锁硬件必须通过电磁兼容实验。任何一套计算机联锁系统，进行现场开通时，必须通过电务部门的现场联锁实验（接入室外设备之前，通过轨道测试盘模拟走车过程来进行实验）。联锁实验通过后方能投入使用。,3.车站计算机联锁系统可靠性和故障-安全性,76,3.4 计算机联锁系统举例,TYJL-II型计算机联锁系统双机热备结构（单片机）双套联锁程序比较,3.车站计算机联锁系统举例,77,DS6-K5B型计算机联锁系统二取二乘二结构各联锁机和驱动采集机之间采用双环光缆构成专用局域网，物理通道为双倍冗余。,联锁22,联锁22,上位机,上位机,3.车站计算机联锁系统举例,