地铁联锁系统技术

地铁信号系统联锁技术
摘要：本文主要介绍了联锁的基本原理和功能，并对继电集中联锁和计算机联锁的特点进行了对比分析。

最后就天津地铁既有线计算机联锁系统为例对地铁联锁系统进行了更具体的介绍。

关键词：地铁计算机联锁故障安全监控
【Abstract】T he basic principle and functions of interlo cking are int roduced; the main char acterist ics of integrated- relay— based interlocking and computer- based interlocking are compared and anayzed. Computer interlocking system on the existing line of the Tianjin Metro，for example，the interlock system for subway more specific。

Key words: Subway Computer interlocking failure- safety Supervision
一、概述:
无论高铁还是地铁安全是第一要义。

而地铁信号系统的任务就是保证行车安全、协调列车运行、提高运输效率。

联锁系统是信号系统中保证列车行车安全的核心设备。

联锁系统主要通过制定一系列联锁规则以制约信号的开放与关闭、道岔转动和进路的建立等来保证行车安全。

联锁系统以电气设备或电子设备实现联锁功能,以信号机、动力转辙机和轨道电路室外三大件来体现联锁功能。

计算机联锁不仅保持继电集中的优点, 严密地继承了继电集中联锁的信号逻辑关系，而且对其不足之处作了改进,减少了继电器检修工作量和系统设计，同时便于和列车自动防护（ AT P)设备及列车自动驾驶（ ATO）设备接口，且便于对整个进路进行监督和管理.
天津地铁既有线计算机联锁系统（Ebilock950）是全电子化系统，用于实现列车进路控制的联锁功能。

主要由中心联锁系统（CIS)，环路集中器（CCU),目标控制器系统(OCS）及工程师工作站（FEU)组成。

全线设一套联锁主机，且直接受控于调度监控系统，其执行部分为全电子模块化结构,使系统设备充分简化。

所有的数据传输均采用环形方式,任何一处断线,系统仍能正常工作。

该联锁系统具有技术成熟、工作稳定、功能完善、安全可靠且故障率非常低等优点.
二、地铁联锁技术：
1、联锁原理
为了保证车站行车安全，制定一系列联锁规则以制约信号的开放与关闭、道岔转动和进路的建立;并以技术手段来实现这些联锁规则。

联锁系统以电气设备或电子设备
实现联锁功能,以信号机、动力转辙机和轨道电路室外三大件来体现联锁功能。

图1—1联锁系统层次结构
如图1-1联锁系统分为联锁机构（联锁层)、人机会话层和监控层。

联锁机构是联锁系统的核心，接受来自人机会话层的操纵信息、接受来自监控层所
反映的室外信号机、转辙机和轨道电路状态的信息。

并根据联锁条件, 对这些控制信
息和状态信息进行处理，产生相应的信号控制命令和道岔控制命令.
人机会话层:操作人员在该层向联锁机构输入操作信息, 接受联锁机构反馈的设备
状态信息和行车作业情况信息。

监控层: 接受联锁机构的控制命令,通过信号控制电路来改变信号机显示；接受联锁机构的道岔控制命令,驱动道岔转换;向联锁机构反馈信号机状态、道岔状态和轨道电路状态信息.
2、实现的功能
2.1、轨道电路处理功能：接收和处理轨道区段的“空闲、占用”状态信息，
并把该状态信息转发给其他相关设备。

2.2、进路控制功能：建立和解锁进路的功能。

(1）、建立进路
四个阶段:进路选择、道岔控制、进路锁闭和信号控制。

当操作手续符合操作规范;所选进路处于空闲状态;进路始端信号机灯丝完好；对进路有侧向防护要求的所有轨道区段都处于空闲状态；在进路中没有轨道区段被占用时，联锁设备开始转换道岔，锁闭道岔,开放信号.如不满足上述条件或没有在指定点检测到道岔位置,则向控制中心回送一个无效命令停止建立进路的操作.当进路内有关道岔的位置
符合进路要求,而且进路在空闲状态没有建立敌对进路等条件得到满足时，实现进路锁闭。

进路锁闭后，进路内的道岔不能再被操纵,与该进路敌对的其它进路就不能建立了.
（2）、进路解锁
情况1：进路和进路的接近轨道区段处于空闲状态,那么控制中心发出取消进路指令，进路立即取消。

情况2：当列车接近进路时,若此时由于某种原因需取消进路，则取消进
路的操作需延时生效，以确保即使列车冒进, 此时进路仍处于锁闭状态，道岔不会转换，列车不会颠覆,不致产生危险。

2.3、道岔控制功能：实现对道岔的监控、锁闭等.
对道岔全天候监控，并将道岔的状态信息反馈到人机会话层。

如果发生挤岔等不正常情况，可由道岔检测设备反映到控制室，并给出声光报警。

道岔锁闭电路接收到控制中心送来的锁定道岔指令，对道岔进行锁闭操作，并返回一个锁闭成功或锁闭失败的状态信息给控制中心。

注意避免同时操作多组道岔。

2.4、信号控制功能
监视轨旁信号状态,并依据进路、轨道区段、道岔和其它轨旁信号状态信息对其进行自动控制。

给出允许或禁止信号。

2.5进路自动设置
两种模式:根据列车时间表自动设置进路、根据列车识别号自动设置进路。

根据当前列车识别号和列车位置，由当前时刻表设置进路。

考虑时刻表定义的时间顺序; 当进路或轨道电路发生变化时,将检查等待列表, 并发送一个请求信息。

在某些降级模式下, 虽然列车时刻表无效,但自动进路设置仍可根据列车识别号来
确保，实际列车识别通过位于每个站台和正线车辆上的应答器来定义进路控制，设置适当的进路。

3、计算机联锁的安全性
计算机联锁系统人机会话层采用通用计算机人机接口设备，如鼠标器、键盘等。

计算机联锁系统的联锁机构由计算机、接口和系统软件构成.为保证计算机符合故障—安全原则采用一硬二软方案和一软多硬方案.
3.1、一硬二软方案
图1-2
输入数据经2 块输入电路在一台计算机内经过 2 套彼此独立的程序处理, 在正常无故障的情况下, 2 套程序处理结果相同，经 2 块输出电路，接点吸起, 接通控制电路。

在发生故障时，A、 B 程序处理结果不同，导致比较器电路输出为零,接点落下，切断控制电路的电源。

由于联锁逻辑是故障—安全的, 所以控制电路失电必然导致安
全的结果。

3。

2、一软多硬方案
通常为二取二系统或三取二系统
图1-3三取二系统
三机并行，有二台计算机输出结果相同就给出输出命令。

若第一台计算机发生故障,则与其相关的比较器 12、 13、 21、 31 都处于截止状态, 比较器23、 32 导通, 经或门 A 使计算机1 的同步器不给出下一步的脉冲，计算机1 停止工作。

二、天津地铁既有线计算机联锁系统
天津地铁既有线7。

4 km, 8个车站，信号设备由Adtranz公司的调度监控系统（Ebiscreen)、计算机联锁系统(Ebilock950）和北京大成公司的移频轨道电路、机车信号及自动停车装置构成。

中心联锁与车站集中器通信采用双对绞铜缆构成的环路。

该联锁系统是全电子化系统,用于实现列车进路控制的联锁功能。

主要由中心联锁系统（CIS),环路集中器（CCU)，目标控制器系统（OCS)及工程师工作站(FEU)组成。

1、中心联锁系统结构:
中心联锁的主要功能是进行联锁逻辑运算。

故障-安全处理单元是联锁系统的核心.FSPU包含2个完全相同但又相互独立的单元FSPA、FSPB,它们之间工作在一个隔离的环境中，从而防止了其他单元及外部事件对程序流程的干扰。

系统实时地比较输入数据及输出数据。

每当FSPA和FSPB各自对目标完成计算后,将它们的结果进行比较，经计算的目标校验和也将进行比较。

计算机联锁系统
图1-4
2、战场链图
在站场图形表联锁系统中，站场的图像是由代表不同站场目标的模块建立的。

主要是将道岔、信号机、轨道区段等分别对应一个模块，并在计算机中链接起来，从而实现联锁的。

不同类型的模块可以相互链接.
例如战场如下：
故障-安全处理单元A 故障-安全处理单元B
非故障-安
全处理单
元(spu) 通信接口 工程师
工作战
(FEU) 环路集中器
CCM CCU 控制及接点采集板(CCM)
信号机
点灯板
(LMP) 电动转辙机板 (MOT2) 安全型继电器板(SRC) (中心机房) 连锁处理 单元IPU (热备) 连锁处理单元IPU 故障-安全处理单元A 故障-安全处理单元B 非故障-安全处理单元(spu)
工程师工作战 (FEU)
CCU CCU
中心联锁系统（CIS ）
（车站信
号机械室）
安全型继电器 轨道继电器 主灯丝报警
继电器
信号机 道岔
则其链接图为
SI:信号模块
PO：道岔模块
-—：表示通信通道
模型中目标模块间的信息通道可以由水平和垂直线来描述。

水平通道的模块间用来传输联锁运算信息，实现联锁功能;垂直通道则传输调度员的控制命令和通过目标控制器集的现场目标状态信息。

3、目标控制器子系统
目标控制器子系统(OCS)是联锁系统的执行部分,它负责执行中心联锁的指令，控制现场目标。

系统的基本构成为通信环路、集中器(CCU）、目标控制器(OC）及其与集中器的链路等，其信息的收发采用报文方式。

目标控制器是从集中器（CCU）接收控制指令，并转译成控制信号传送给现场目标的。

现场目标的状态由控制器转译成状态信息或报警传给集中器.
联锁系统通过校验CCM板输出与输入波形极性变化来检测轨道区段的占用与空闲
图1-5
每个轨道电路区段提供2组轨道继电器接点，与CCM板的1个开关量采集通道连接，当轨道区段空闲时， GJ励磁，安全开关通道的输入与输出的波形极性相同；轨道区段占用时， GJ失磁，则该通道输入与输出的波形极性相反。

信号机点灯板（LMP）:对点灯电压、电流进行周期性检测，并与内部设置的数值进行比较,超过规定范围，则发出报警。

电动转辙机板（MOT2）：道岔转换时，MOT2板在驱动电动转辙机的同时，检测转辙机的动作电流和转换时间，并与预先设定的数值进行比较。

当动作电流过大或转换时间超时（单动道岔为7 s,双动道岔为10 s,三动道岔为13 s), MOT2板自动切断电源,并向
Ebiscreen发出报警。

4、安全性可靠性分析：
系统的核心中央联锁系统通过通信环路上的集中器与目标控制器通信.其主要功能是执行联锁功能，对控制及监视系统的接口进行处理，对系统的故障进行报警及事件记录等，而目标控制器系统主要用于与站场目标进行接口。

图1—6系统信息处理框
如图1—6，EBllock950系统可由中央联锁系统最多引出8条闭环环路，每条环路可服务多达15个环路集中器,而一个集中器最多可连接8个目标控制器,l个目标控制器可控制、监督1个或多个现场目标。

该系统采用的通讯环路技术，提高了系统的可靠性，因为即使通信电缆某点断开,系统也可从另一方向维持正常通信，而该环路采用的又是双重双工通讯，使可靠性和安全性进一步得到保证。

从图1-4，中央联锁系统包括两个独立的联锁处理单元和通用接口适配器。

通常联锁单元一个为在线工作，另一个为热备。

工作机除了完成在线各种处理外，还不间断地为备机更新数据信息，一旦在线机故障，热备机立即自动变为在线机投入工作，从而保证了行车运输的连续。