徐莉  王占橋  張海亮

（鞍山鋼鐵集團有限公司鐵路運輸分公司鞍山114000）

【摘 要】 通過與國鐵鐵路信號管理系統的比較、分析得出了冶金企業鐵路信號控制系統的特殊性，為就建立了冶金企業鐵路信號微機聯鎖控制系統結構框架，該結構采用動態2x2冗余結構，改造成本低，占用面積小，便于站場改造、擴展與維護。

【關鍵詞】 鐵路信號 微機聯鎖 冶金企業

1引言

目前冶金企業的6502繼電電氣集中系統空間大、費用高、故障率高、靈活性差，大部分冶金企業鋼、鐵水倒調還是以鐵路運輸方式為主,其鐵路信號控制系統有一部分是繼電聯鎖，有一部分是微機聯鎖，這已滿足不了安全生產的需要,現在已經是計算機聯鎖時代，所以應由微機聯鎖向開放全電子計算機聯鎖系統邁進。

2冶金企業鐵路信號需求分析

2.1基本功能

借鑒鐵路系統應用微機聯鎖經驗，結合冶金企業鐵路運輸實際情況，應具備以下功能：

(1) 基本聯鎖功能。完成進路選排、信號開放、道岔動作、進路鎖閉、進路解鎖、總取消、人工解鎖等聯鎖運算。

(2) 人機對話功能。在操作工作站顯示器上以站場圖形動態顯示信號機、道岔、區段等設備信息，同時提供各類操作及故障的語音提示。

(3)計算機輔助設計。以圖形方式直觀輸入站場數據,簡化聯鎖設計周期,減少由于人工疏忽而帶來的輸入錯誤。

2.2特殊性分析

現有被鐵路局鑒定的微機聯鎖都是按照路局作業特點設計，但是冶金企業由于站場和環境的特殊性,完全符合路局標準的微機聯鎖系統,不適用冶金企業鐵路需求，微機聯鎖系統急需升級，與鐵路局相比特殊性如下：

(1)采用通用設備構建冗余結構：目前，國鐵微機聯鎖系統均采用專用設備,不僅造價成本高, 而且不易升級。隨著冶金企業鐵路運輸朝著高密度、重載貨的方向發展,防止故障發生后造成嚴重的后果，減少故障發生概率，提高鐵路信號控制系統的安全性、可靠性越來越受重視,要求冶金企業鐵路信號控制系統不僅要考慮采用通用設備降低改造成本,還要采取可靠性更高、安全性更好的冗余結構，本系統采用由兩臺聯鎖機和冗余的西門子S7-400H PLC系列組成動態2 x 2冗余系統。

(2)減員增效、改造便捷：目前,大部分冶金企業鋼水、鐵水的倒調仍是以鐵路運輸的方式為主, 受廠內生產改造頻繁影響,鐵路控制系統也隨著不斷改造。同時鋼鐵企業效益下滑，減員增效迫在眉睫，因此，能夠提高運輸效率和改善勞動強度十分重要。冶金企業鐵路信號控制系統全部取消重力式安全型繼電器，運用電子開關技術、計算機控制等技術，采用全電子模塊控制室內外設備，采驅設備大量減少,且全電子模塊插在機籠中,減少大量配線，站場改造便捷、維護簡單，使減員增效成為可能。

(3)可擴展性:冶金企業鐵路信號微機聯鎖系統便于增加新功能和用戶提出的特殊功能。對于冶金企業鐵路與國家鐵路、礦山等地方鐵路結合部等特殊運用場合,6502定型電路無法實現特殊聯鎖功能。在這種情況下，微機聯鎖系統優勢就在于可以根據特殊性靈活設計。

(4) 防溜預警功能:冶金企業鐵路線路復雜，通過公鐵道口較多,且公鐵道口附近鐵路站場多設置股道線，存在股道線上停留車輛因站場坡度等原因自動溜出的隱患。鐵路信號控制系統采用溜車預警設備，解決公鐵道口附近鐵路站場股道線上停留車輛溜車隱患。在停留車輛自動溜出后，盡早預先提示道口人員股道線發生溜車，及時采取安全應急措施，同時將公路方向的通過信號自動轉換成禁止信號，并在微機聯鎖操作臺上給出聲光報警,提示信號操作人員也要采取措施,減少損失。

3系統的層次結構

冶金企業鐵路信號微機聯鎖系統根據冶金系統的特殊性,聯鎖部分增加復核運算層,采用更高可靠性和安全性的2x2復核動態冗余結構。

(1)人機對話層:通過操作工作站完成人機對話功能，實現與聯鎖機的信息交換。將運輸操縱員的鼠標操作信息傳給工作站，并顯示站場狀態信息。全部操作可由鼠標完成，提供各類操作及故障的語音提示。同時工作站接收聯鎖機提供的站場操作畫面的信息，生成各種聲音信號。

(2)聯鎖運算層:聯鎖運算層是系統的核心部分，完成進路選排、信號開放、道岔動作、區段鎖閉、區段解鎖、總取消、人工解鎖等聯鎖運算叫 對回測信號、操作命令和聯鎖數據進行處理分析及邏輯運^[1]，必須滿足“故障一安全”即故障導向的安全原則。

(3) 復核運算層：復核運算層由PLC組成，與聯鎖層實現2x2復核動態冗余，將回測信號、操作命令轉化為系統承認的方波信號，同時對聯鎖運算進行復核，監測站場狀態,控制信號設備動作。

(4)采驅層:采驅層采用全電子無觸點式光電耦合設計，全部取代了重力式安全型繼電器，為聯鎖機提供站場設備回測信息，同時向室外設備輸出操作命令。采驅層全電子模塊采用雙套控制電路,具備“故障一安全”要求。

(5) 監控對象層：監控對象層監控現場設備即信號機、道岔與軌道電路等。

4系統冗余結構

微機聯鎖系統冗余結構中，廣泛使用的有雙機熱備動態冗余、3取2靜態冗余.2x2取2動態冗余結構^[2]。

目前，國鐵微機聯鎖系統冗余結構均采用專用設備實現，不僅造價成本高，而且不易升級。冶金企業鐵路信號控制系統不僅要考慮采用通用設備降低改造成本,還要使用可靠性更高、安全性更好的冗余結構,2 x 2復核動態冗余結構可實現由聯鎖部分雙機熱備和冗余的西門子S7-400H PLC復核結構，組成2x2復核動態冗余系統，微機聯鎖冗余結構如圖1所示。

2 x 2復核動態冗余系統聯鎖運算層2臺聯鎖機組成雙機熱備，當正常工作時,兩個聯鎖主機同時采集、控制信息，經切換單元輸出。兩個主機均有故障自檢測功能,一旦工作聯鎖主機檢測出故障立即發出切換命令，使熱備聯鎖主機工作，并使原工作主機停止工作進行修理;若是熱備聯鎖主機檢測出故障，則自動停止工作進行修理^[3]。

PLC采用西門子S7-417H系列冗余式可編程序控制器，可實現無擾切換,用于微機聯鎖系統的復核驅動層,對聯鎖運算層運算結果復核判斷，一致后輸出。

聯鎖運算層接收到操作工作站的操作命令后進行聯鎖運算,PLC復核運算層檢驗聯鎖運算層的運算結構,一致后輸岀。同時PLC復核運算層將現場的狀態信息通過運算傳給聯鎖運算層，若狀態信息經聯鎖機判斷為錯誤信息，則輸出報警信息。

由于2x2復核動態冗余結構的聯鎖運算層和PLC復核驅動層的2套程序使用不同的編程語言、不同的算法、不同的運算變量、不同的技術條件、不同的物理空間、不同的硬件、軟件平臺，從而有效地解決了因系統硬件故障或軟件出錯而帶來的系統安全性問題。

5通信技術

確定PLC與計算機采用西門子OPC標準通信,解決聯鎖軟件與OPC接口的問題，微機聯鎖通信網絡圖如圖2所示。

(1) 系統聯鎖運算層采用TCP / IP協議組成局域網，具有良好的兼容性，滿足微機聯鎖系統對數據處理的要求。

(2)聯鎖系統采用OPC作為底層通信控制平臺,OPC是一個工業標準，西門子系列產品與OPC兩者具有良好的兼容性。

(3) 系統的復核驅動層采用西門子S7-400系列產品，采用PROFIBUS協議進行現場設備級控制，形成了基于現場總線的自動化監控及信息集成系統。

通過與國鐵鐵路的比較，分析得出了冶金企業鐵路信號控制系統的特殊需求，其中采用通用設備構建冗余結構、可擴展性、防溜預警功能是冶金企業鐵路信號的特點，確定系統層次結構.2x2復核動態冗余結構,并對系統冗余、層間通信2個關鍵問題進行分析,建立了一個冶金企業鐵路信號微機聯鎖控制方案。

鐵路信號微機聯鎖控制系統是針對目前冶金企業鐵路信號微機聯鎖系統的系統安全、硬件結構、軟件開放等諸多新要求,全部取消重力式安全性繼電器，以計算機控制技術、電子開關技術、通信技術為基礎，采用全新的設計思想開發的新一代鐵路信號微機聯鎖系統。

冶金企業鐵路信號微機聯鎖控制系統改造成本低，占用面積小,站場修改便捷,符合現行國鐵標準及冶金企業鐵路運輸特點，能夠滿足冶金企業特殊環境、特殊聯鎖關系,能夠提高運輸效率和改善勞動強度,向智能化運輸系統邁進。

參考文獻

[1]  徐鑫，陳光武.計算機聯鎖軟件設計及進路搜索算法的研究與應用卩］.鐵路計算機應用,2011,20(1):49-51.

[2]  王繼有，蔡洪祥.我國鐵路微機聯鎖控制系統市場調研報告.吉林鐵道職業技術學院,2009=4-8.

[3]  葉敬賢.軌道交通聯鎖實驗系統的研究.北京交通大學碩士學位論文,2009:13-14.