普速自动闭塞系统采用计算机编码的方案探讨

李 鹏

（中铁工程设计咨询集团有限公司，北京 100055）

1 概述

随着我国铁路建设和发展，普速铁路自动闭塞系统已成熟并广泛使用，为提高运输效率、特别是满足我国日益增长的货运能力需求起着至关重要的作用。目前新建或改造普速双线自动闭塞线路时，自动闭塞系统均采用ZPW-2000系列发码设备，采用继电器编码和控制区间信号机显示，采用继电方向电路，并利用电缆传输站间联系信息，该方案需设置大量继电器及组合柜等设备、占用较大的信号设备房屋，同时增加设计、施工、运营维护的工作量及劳动强度。

近年来，客运专线铁路在国内大范围建成及投入运营，客专信号技术已趋于完善、成熟，其核心设备车站列控中心在客专信号系统中起着至关重要的作用，车站列控中心具有轨道电路编码、应答器报文储存和调用、区间信号机点灯控制、站间安全信息（区间轨道电路状态、中继站临时限速信息、区间闭塞和方向条件等信息）传输功能，根据轨道电路、进路状态及临时限速等信息产生行车许可，并通过轨道电路及有源应答器将行车许可传送给列车。客专自动闭塞系统由于列控中心的使用，大大减少了继电器、组合柜的使用，减少站间联系电缆的敷设，闭塞系统更加集成化、模块化和智能化。

如图1所示，客专列控中心具有普速自动闭塞系统所需的轨道电路编码、区间信号机点灯控制、站间信息传输等功能，本文着重探讨普速自动闭塞系统采用与客专列控中心相似的计算机编码设备的方案，以下从技术、经济以及运营维护3个方面分析方案的可行性。

2 普速自动闭塞系统采用编码计算机设备方案可行性分析

2.1 技术可行性分析

2.1.1 编码计算机设备

如图2所示，普速铁路自动闭塞系统利用计算机完成轨道电路编码、区间信号机点灯控制和站间联系信息的传输功能，该计算机编码设备可按以下两种方案实施。

方案一、设置独立的区间编码计算机设备

采用与行车指挥系统、联锁系统相对独立的区间编码计算机设备。该方案的优点是编码计算机设备与行车指挥系统、联锁系统相对独立，各系统故障、维修期间互不影响，同时可借鉴已成功上道并广泛使用的客专列控中心设备硬件平台，减少研发难度；缺点是需增加计算机主机等设备的投资。

方案二、利用联锁系统主机扩展区间编码功能

利用成熟的联锁系统主机扩展区间编码功能模块，用于区间控制的功能模块与联锁共用主机，即联锁、闭塞一体化（联锁、列控一体化）设备。该方案优点是使信号系统更加集成化，便于区间、站内结合部分功能的实现；缺点是系统主机故障时，同时影响站内和区间行车安全及运输效率，且目前国内暂无联锁、列控一体化的实施案例及成熟的设备，对联锁系统改动较多，研发难度较大。

为减少各系统间互相干扰，减小研发难度，采用方案一，该编码计算机设置独立的二乘二取二硬件安全冗余结构。编码用计算机设备可充分利用国内成熟的客专列控系统车站列控中心设备平台，并相应简化、取消列控中心设备的应答器报文储存和调用等客专独有的功能模块。采用计算机完成轨道电路编码、区间信号机点灯控制和站间联系信息的传输功能。

2.1.2 普速自动闭塞系统编码软件

编码计算机根据区间轨道区段占用情况，利用软件进行逻辑运算并控制轨道电路发码和信号机点灯，为进一步提高闭塞系统整体安全性，确保列车运行安全，增加区间正常占用和逻辑占用软件逻辑检查判断功能。

按安全性要求划分软件安全性完善度等级，并采取与确定等级相适应的技术措施。根据所划分的安全性完善度等级，遵照软件质量保证体系、软件生命周期来设计、开发和测试软件。为使软件达到确定的安全性完善度等级，采用可靠性和安全性技术进行设计，如容错设计（N版本、恢复块）、避错、冗余、降额、自测试（失效故障测试）、动态重构、故障屏蔽，以及利用智能技术实现的操作合理性检查，对难以修正的危险侧输出和信息传输中断时的安全处理及其他异常处理等。

2.1.3 工程设计

2.1.3.1 系统原理

编码计算机与联锁主机接口，采集GJ状态，接收联锁的车站进路信息和来自轨道电路的列车占用轨道区段信息，控制轨道电路的低频信息编码，并驱动区间轨道电路方向继电器，控制轨道电路的发码方向；对列车在区间的走行进行三点逻辑检查，对轨道电路占用、出清、非正常逻辑进行判断和报警，并采取必要的防护措施；驱动点灯继电器完成区间信号机点灯控制，同时采集灯丝继电器状态，对灯丝断丝做相应处理，使其具备红灯转移功能。

车站编码计算机将自身运行状态和内部逻辑状态实时地传递给运输调度指挥系统和信号集中监测系统；中继站编码计算机将自身的运行状态和内部逻辑状态实时地传递给所属车站编码计算机和信号集中监测系统。

2.1.3.2 系统构成

车站及中继站室内设置区间编码计算机、区间移频柜、网络接口柜、组合柜、ZPW-2000系列发送器、接收器、冗余衰耗器、模拟网络设备、点灯隔离变压器、继电器等设备以及编码计算机与联锁设备、运输调度指挥设备、信号集中监测设备间的接口。室外设置与传统普速自动闭塞系统室外信号机、轨道电路、信号电缆等一致的信号设备。

设置区间改方组合，由ZGFJ、FGFJ、FJ继电器组成，设置轨道区段组合，由相应的区段轨道继电器GJ组成，设置方向组合，各区段相应设置方向继电器FQJ，设置点灯组合，对应每架通过信号机相应设置DJ、HJ、UJ、LJ、LUJ继电器。

2.1.3.3 通信通道

车站之间除设置普速线路标准配置的运输调度指挥系统网络通道、信号集中监测网络通道外，另需设置站联信息及方向控制信息光通道，同时减少站间联系电缆的设置。

2.2 经济可行性分析

2.2.1 采用计算机编码与采用继电编码比较

1）车站

增加编码计算机及其与联锁设备、运输调度指挥设备间的接口、站联信息数据网络等设备；减少继电器、组合柜等设备，相应减少信号设备房屋面积。

2）中继站

增加编码计算机及站联信息数据网络等设备；减少继电器、组合柜及熔断器等设备，相应减少信号设备房屋面积。因目前大部分普速线路中继站设置CTC采集分机，采集轨道区段及点灯状态信息，采用计算机编码方式后，相应减少中继站CTC车站分机设备。

3）传输通道

增加站间安全信息传输光纤通道、减少站间联系电缆（一般为37芯）。

2.2.2 投资对照分析

1）以40 km普速双线自动闭塞线路为例，设定桥隧比20%、平均闭塞分区长度1.2 km，其中设置一座车站及一座中继站，则车站及中继站共管辖约68个闭塞分区、80个轨道区段。以下具体从继电编码和计算机编码存在数量差别的计算机编码设备、中继站CTC分机、组合架、继电器、传输通道等主要设备测算投资，如表1所示。

表1 继电及计算机编码投资对照表

2）投资比较分析：就举例线路而言，计算机编码较继电编码方式节省投资约17万元，且随着继电器、信号电缆等器材价格不断上涨，计算机编码方式将更加具有节省投资的优势。

2.3 对运营维护的影响

我国铁路信号联锁系统曾经历从6502电气集中联锁升级至计算机联锁系统，联锁逻辑运算由软件代替，相应大量减少继电器的使用，从而极大地减轻运营维护人员的劳动强度和工作量。与6502电气集中联锁升级至计算机联锁系统相似，采用编码计算机代替继电器功能，相应大量减少继电器的使用，减少设备间配线，减少故障点，降低设备故障率。同时，因为计算机编码设备更加智能化，有利于电务维修人员及时查找故障原因，更迅速地处理解决信号故障，从而提高运输效率。

3 结论

首先，普速自动闭塞编码计算机设备可充分利用国内成熟的客专列控中心平台，技术上具有可行性。其次，采用计算机编码方案可相应减少继电器、组合架、信号电缆的使用，具有较好的经济性。另外，采用计算机编码方式使自动闭塞系统更加集成化、智能化，有利于减轻电务维修人员的劳动强度和减少故障处理时间、提高运输效率。电子设备代替继电设备是信号系统的发展方向，采用计算机实现普速铁路自动闭塞轨道电路编码、区间信号机点灯控制和站间联系信息传输功能将是未来的发展趋势。

[1] 中华人民共和国铁道部.TB 10621-2009高速铁路设计规范（试行）[S].北京：中国铁道出版社，2010.

[2] 林玉筠，谭丽，涂序跃，等.高速铁路信号技术[M].北京：中国铁道出版社，2012.

[3] 铁总运[2014]353号 高速铁路信号系统安全数据网技术规范V3.0[S].