道岔控制电路可靠性研究

孙平（沈阳铁路局辽西工程建设指挥部，辽宁 锦州 121000）

道岔控制电路可靠性研究

孙平（沈阳铁路局辽西工程建设指挥部，辽宁 锦州 121000）

对道岔控制电路的发展现状进行简单的阐述，并且从性能方面来分析传统道岔控制电路可靠性，最后对新型道岔控制电路进行深入地分析和研究。

道岔；控制电路；研究

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.07.047

1 道岔控制电路发展简述

我国最早使用的道岔控制电路方式是人力来搬动道岔，属于机械控制，从而实现道岔在定位与反位之间的相互转换。然而伴随着计算机技术的不断深入和发展，我国在计算机联锁方面的研究已经获得了巨大的成就，计算机联锁系统的应用极大地提高了我国铁路运行的效率和安全性。不过计算机联锁系统只是实现了联锁的计算机化，实际的执行仍然没有实现计算机化，道岔控制电路仍然依靠继电器组合来完成。

在长期的使用过程中道岔控制电路也存在着一些问题。（1）道岔位置只是反映二极管的极性，相对比较简单，在某些情况下外电路可以形成二极管特性，从而形成“虚假”的现象，从而影响了道岔控制电路的可靠性。（2）道岔控制电路并没有相匹配的防雷电路，容易受到雷电的影响而出现故障。（3）继电器联锁的道岔控制电路，其系统配线较为复杂。另外，由于材质工艺等问题道岔控制电路故障经常发生，极大地影响了道岔控制电路的可靠性。然而在铁道信号控制方面却对技术、故障防护等方面的要求极高，因此新型的道岔控制电路，即全电子道岔控制电路便应运而生。新型的道岔控制电路全面结合了电力电子技术、通信技术、计算机技术等，具有所占用的面积非常小、功能性较强、维护维修率较低，自动保护警报等特点。所以新型的道岔控制电路有很好的可靠性，能够极大地提高行车的运输效率，符合我国铁路行业对信号系统的要求。

2 传统道岔控制电路可靠性研究

传统道岔控制电路主要由室内控制电路、道岔动作电路以及道岔表示电路组成，这种道岔控制电路通过动作电动转辙机来实现道岔定位与反位之间的相互转换。关于传统道岔控制电路，主要对其的性能进行分析，从而得出道岔控制电路的可靠性情况如何。实际上可靠性研究的途径多种多样，主要有故障树研究法、可靠性框图法、马尔科夫模型等，这些可靠性研究方法常用于铁路设备的可靠性研究上，而且相对比较成熟。下面笔者就通过故障模式影响研究法和故障树研究法来分析传统的道岔控制电路可靠性。

2.1 故障模式影响研究法

这种研究方法是一种能够提高道岔控制电路设备的可靠性设计的方法，属于预防性的措施工具，能够对道岔控制电路中存在的各种故障进行研究和评价，从而更好地处理故障，或者是减少故障的发生率，并且将这些处理方法进行不断地完善和优化，故障模式影响研究法是故障树研究法的基础。

传统的道岔控制电路主要包括了继电器、变压器、电阻、二极管等元件，若有任何一个元件出现问题，那么都会使道岔控制电路发生故障。因此道岔控制电路元件之间是串联的关系。当三相电源中的任一相电源断开，那么室外的电机务必会启动，在道岔控制电路定位与反位相互转换的过程中，任一相电源断开，那么电机便会立即停止转换。尖轨和心轨中有一台电机不启动，则会切断牵引道岔的各个转辙机电源，并且停止转换。若道岔控制电路定位与反位转换超过实践，会停止转换，这极大地提高了道岔控制电路的可靠性。

2.2 故障树研究法

这种方法是对道岔控制电路进行可靠性分析的重要技术。当前故障树研究法已经被公认为能够对复杂系统进行可靠性研究的重要途径，并且在很多行业领域中得到了很好的应用。故障树研究主要通过建立故障树、定性分析和定量分析的方式完成。

2.2.1 故障树的建立

引导学生进行合作探究式学习是需要讲究策略的。对于小学语文教师来说，如何组织学生进行合作探究，使得他们完成情感的准备，尽快地进入合作探究的状态中是他们首先要考虑的问题。其次，学生在探究中以什么样的方式进行合作，合作是否合理有效更是他们需要去解决的问题。更重要的是，学生在合作探究的过程中是否紧紧地抓住问题不放，是不是能够从一个疑难延伸开来，达到举一反三的效果，保证了探究问题的深度与广度更是直接影响到课堂教学的效率。所以说，在组织引导学生进行合作探究过程中，是需要语文教师去好好考虑组织引导学生的策略问题，探索出一种从具体学情出发的，能够促使学生合作探究进行得更加顺畅自然的方法。

将影响铁路行车效率定义为道岔控制电路中最不期望发生的“顶事件”，依据道岔控制电路的结构来找出影响“顶事件”发生的各种可能性，这些可能的原因便是“中间事件”，可以依据“中间事件”往下一级分析，直到最后一级基本事件，也就是“底事件”。借助“或门”和“与门”这两个逻辑门把顶事件、中间事件和底事件紧密联系在一起，从而形成一个完整的故障树。

2.2.2 定性分析

故障树定性分析的过程中主要是求最小割集，采用上行法或者是下行法来计算出故障树最小割集，也就是所有使顶事件发生的系统故障模式，是为了找出顶事件发生的各种可能原因以及原因的组合。实际上故障树定性分析是进行定量分析的前提，从顶事件开始逐渐向下将故障树进行简化，从而可以求出最小割集。

2.2.3 定量分析

通过故障树定性分析得出的最小割集，便可以进行定量分析，主要是将顶事件、底事件所发生的概率大小以及可能性大小进行量化确定，也就是底事件的重要度。启动道岔控制电路是一种重力式的继电器，当断电后重力会落下，可以满足上接点粘连之后，下接点无须闭合，并且全面检查继电器的要求。不过在继电器接点粘连之后，没办法满足断开故障的要求。

3 新型道岔控制电路可靠性研究

可靠性是维系系统功能正常运行的关键，强调的是道岔控制电路无故障工作的能力。按照铁路信号控制系统的要求，需要有效精确地探析道岔控制电路的可靠性。前面提到故障树研究法、可靠性框图研究法和马尔科夫模型法等，然而综合这些方法，马尔科夫模型是最适合的分析手段。马尔科夫模型采用的是状态空间法，也即将道岔控制电路中各个工作状态分析出来，再按照各个状态之间的关系，构建一个状态转移的关系图，标识出各种状态的转移概率，并且根据模型来求出道岔控制电路的可靠性指标。

3.1 可靠性框图

新型的道岔控制电路主要由微控制器、驱动电路、换相开关等组成，这些都是能够维修的系统。道岔转换命令经过总线，由通信电路想两套微控器进行传送，并且通过微控器的二取二“与”逻辑比较控制来输送出信息和数据，从而控制道岔控制电路与开关。道岔控制电路位置的信息反映了道岔控制电路采集到信息，并且逻辑比较输出。若比较一致，便会经过通信电路和总线输送到联锁机。若是比较不同，则会将采集信息输送至微机监测机。

其他电路主要有复位电路、基准电路和晶振电路三种，它们之间是串联的关系。要知道元件的失效率与元件基本失效率、环境温度、电应力比、工作环境等有关。对于一个元器件，实际上存在着多种失效的模式，而这些故障模式对于道岔控制电路可能出现截然相反的效果。所以在系统的实际分析中，务必要考虑不同失效模式下对的元件失效率。

3.3 可修复时间

新型道岔控制电路的维修时间可以分为“接近”、“诊断”、“更换”和“确定”。可以采取自底向上的方式对维修性预计进行分析。其中“接近”指的是维修工作人员抵达现场的时间；“诊断”是指维修工作人员借助表示灯、维护机等指示，从而将故障进行定位的时间；“更换”则是指维修工作人员更换故障的时间；“确定”则是更换故障之后恢复正常的时间。

4 新型道岔控制电路的电磁兼容性测试

在新型道岔控制电路使用的现场，会受到各种各样的干扰，还会受到电路自身产生的干扰，这些实际上都属于电磁干扰。对于传统的道岔控制电路，联锁机与道岔控制电路、道岔控制电路与转辙机之间信息转换是相当重要的。若电磁干扰影响力传送的信号信息，是相当危险的。电磁兼容性是指系统以及设备在使用电磁环境中能够保证所有设备不会承受电磁干扰等特性。这就要求设备在正常运营下所产生的电磁干扰不能够超过限值；另外，设备的电磁干扰具有一定的抗扰度，也就是电磁敏感性。

5 结语

我国在铁路上使用最多的道岔控制电路主要是由继电器和元器件组成的，而其中的配线复杂、元器件可靠性低等问题导致道岔控制电路在使用过程中出现不少故障，直接影响了铁路列车的行车效率。本篇文章对道岔控制电路进行了探索性的研究，并且对可靠性各项指标进行了探究，发现传统道岔控制电路在功能和性能需求上采取可靠性更高的开关来替代继电器，将新型的道岔控制电路进行科学合理地运用，从而使道岔控制电路的可靠性得到显著的提升。

【1】曹友杰.铁路信号分布式计算机联锁系统——道岔控制模块研究[D].兰州：兰州交通大学，2014.

【2】陈东.新型道岔控制电路研究及其可靠性安全性分析[D].兰州：兰州交通大学，2014.

Research on Reliability of Turnout Control Circuit

SUNPing
（ShenyangRailwayBureau,LiaoxiEngineeringConstructionHeadquarters,Jinzhou121000,China）

This article simpllyelaborates the current development situation of the turnout controlling circuit , and analyze the reliability of traditional turnout controlcircuit fromtheaspectofperformance,finallythisarticlemakesain-depthanalysisandresearchonnewtypeturnoutcontrolcircuit.

turnout;controlcircuit;research

U284.72

A

1007-9467（2016）07-0074-02

2016-5-17

孙平（1981～），男，辽宁锦州人，工程师，从事铁路信号自动化控制研究，（电子信箱）sp1015@126.com。