厂矿企业内部铁路微机联锁系统改造方案的研究分析

冯经纬

（日照钢铁有限公司电控处，山东 日照 276806）

铁路系统电气化、调车系统自动化和智能化是现代铁路运输系统的发展方向。虽然厂矿企业内部专用铁路线的调度作业强度和精细化需求较国铁要低，但其目前采用的人工排进路、手动扳道岔的作业方式，在调车作业效率低下、工人劳动强度大和操作失误风险性高等方面的缺点，越来越成为制约生产的关键性因素。因此，企业内部专用铁路线的自动化改造势在必行。由于铁路系统在往电气化、自动化和智能化方向发展的过程中，衍生出现了多种类型的铁路微机联锁系统。在制定铁路系统的自动化改造方案时，应根据各联锁系统的优缺点，同时结合铁路的现场情况和调车作业的实际需求进行综合考虑。

1 铁路微机联锁系统的架构

1.1 系统框架

虽然目前国内铁路的微机联锁系统的种类较多，但系统框架结构大致可分为3层：人机交互层、联锁运算层、执行表示层，详见图1。

（1）人机交互层。具有可视化的功能，可以为维护和操作人员提供人机操作界面。不仅可接受操作员的输入信息，还可实时显示相关站场的画面信息，包括道岔、轨道和信号机等设备的现场状态。

（2）联锁运算层。联锁运算层是铁路微机联锁系统的核心，该层依据人机交互层的指令信息和执行表示层中道岔、轨道及信号机等设备的状态信息，进行安全联锁相关的逻辑计算，将运算结果输出给执行表示层，再由执行表示层实现对室外信号设备的安全控制。

（3）执行表示层。执行表示层包括了道岔、轨道、信号、零散等执行单元，具有采集并判断室外设备状态的功能，如轨道电路的状态及电压检测、道岔及转辙机状态检测、信号机灯丝检测等。同时，该层还依据联锁运算层的控制信息来驱动现场设备的动作。

图1 铁路微机联锁系统架构示意图

1.2 联锁运算层类型

类型一：三取二模式。

①实现方式：3个联锁机同时运算，只要其中有2个运算结果相同，则输出。

②优点：联锁机有3台，2台运算结果一致即输出，相当于有1台为备用。

③缺点：系统架构复杂，安全性、可靠性相对其他方式较差。

类型二：双机热备(专用联锁机主机)模式。

①实现方式：2个联锁机(专用联锁机主机)，每个联锁机内有1个CPU，1台运算、1台热备用。

②优点：1台联锁机为另1台做备用，有一定的可靠性。

③缺点：a、该方式为普通热备方式，运算结果不进行对比表决，决策输出的安全性一般；b、联锁主机软硬件均为各厂家自己研发，备件的通用性较差。

类型三：双机热备(PLC)模式。

①实现方式：同类型二的实现方式，联锁机由通用PLC代替。

②优点：a、同类型二的优点；b、联锁机为通用PLC，备件的通用性较好；c、价格为4种类型中最低。

③缺点：a、同类型二的缺点a；b、无国铁准入许可资质。

类型四：二乘二取二模式。

①实现方式：2台联锁机同时在线运算，互相校验运算结果，每个联锁机内各有2个CPU，当2个CPU运算结果一致时，则输出。

②优点：a、可靠性为4种类型中最高；b、每台联锁机的运算结果都可自行对比表决，决策输出安全性为4种类型中最高。

③缺点：a、同类型二的缺点b；b、价格为4种类型中最高。

1.3 执行表示层类型

类型一：安全继电器模式。

①实现方式：通过安全继电器的组合方式，对现场设备进行控制或采集现场信号。

②优点：目前国铁干线的全部、国铁支线和地方专用线的绝大部分采用此种模式，技术成熟度最高。

③缺点：a、占地面积大、后续维护工作量大、投资高；b、发生故障时，继电器部分需通过设计图纸进行人工定位排查，效率较低。

类型二：全电子模块式（单系）模式。

①实现方式：道岔联锁系统生产厂家自行开发的全电子模块式执行单元，采用模块化、单元化的方式，直接控制现场设备或采集现场信号。其中，执行单元采用单套硬件，硬件上具有双CPU或双电路设计。

②优点：a、占地面积小、后续维护工作量小、投资相对较低（道岔数量越多，相对价格越低）；b、发生故障时，可通过执行单元自动提示，精确定位，效率较高。

③缺点：目前国铁干线没有此种类型的应用业绩，其业绩主要集中在厂矿企业内部的铁路上。

类型三：全电子模块式（双系）模式。

①实现方式：在类型二的基础上，执行单元采用双套硬件，每个硬件上均有双CPU或双电路设计。

②优点：a、同类型二的优点；b、在执行表示层实现二乘二取二，可靠性、安全性为3种类型中的最高。

③缺点：a、属近2年各厂家新开发出的类型，部分厂家还处在产品验证阶段；b、硬件双套配置，执行表示层的设备投资较类型二提高1倍。

2 铁路微机联锁系统的类型和优缺点

2.1 铁路微机联锁系统的类型

根据联锁运算层和执行表示层类型的不同，现有的铁路微机联锁系统可分为8种类型，详见表1。

2.2 各类型铁路微机联锁系统的优缺点

（1）现场应用业绩。类型一：现场应用业绩不多，且现在已经基本淘汰。类型二：在2014年之前，国铁几乎全部采用此种类型，因此业绩最多。类型三、类型七：仅在国铁支线、地方铁路线和企业内部铁路线有应用，国铁干线暂时无应用。类型四、类型五：由于无国铁准入许可，因此在国铁任何区段均未应用过，仅在厂矿企业的内部铁路上有应用。类型六：2014年之后在国铁的部分铁路开始应用，业绩较少。类型八：国铁没有应用业绩，部分厂矿企业的内部铁路上有应用。

表1 铁路微机联锁系统类型

（2）成套系统价格。类型六与类型八的价格相近，相较其他类型价格最高；类型五，相较其他类型价格最低。

（3）厂商资源。类型二的现场应用业绩最多，因此相关厂商的资源也最多。类型四和类型五，由于仅在厂矿企业的内部铁路有应用业绩，因此相关的厂商资源最少。虽然类型八的现场应用业绩比类型四和类型五还要少，但几乎所有主流生产厂家均在开发或推广此种类型，是今后铁路微机联锁系统的发展趋势，因此相关的厂商资源也较多。

3 铁路微机联锁系统改造方案的建议

3.1 从性价比、后续备件通用性方面考虑

通用PLC和安全继电器的供货渠道众多，价格透明，备件采购方面较为灵活，成本可控性好，因此若从性价比、后续备件的通用性方面综合考虑，建议选用类型四，若单纯从价格方面考虑，可选用方案五。

3.2 从安全性、可靠性方面考虑

二乘二取二和全电子模块式执行单元（双系）采用了独特的双套软硬件配置，以及对比表决式的运算结果输出方式，因此若从安全性、可靠性方面综合考虑，建议选用类型八。

3.3 从国铁准入资质方面考虑

三取二、双机热备(PLC)和全电子模块式执行单元（双系）均无国铁准入资质，因此若从国铁准入资质方面来考虑，只能选取类型二、类型三、类型六、类型七。

3.4 其他

（1）因厂矿企业内部铁路沿线环境复杂，多数地段的排水能力不足，且环境中金属粉尘较多，进行轨道电路改造时易出现“红光带”的问题，建议此部分区段采用继轴轨道电路解决。

（2）为保证厂矿企业内部铁路系统后续CTC（Centralized Traffic Control调度集中控制）项目的顺利实施，建议在进行铁路微机联锁系统改造时，预留好铁路调度信号的标准软硬件接口。

4 结语

目前，各厂矿企业对其内部铁路进行微机联锁系统改造的需求越来越强烈。但由于国铁的特殊性，其标准和技术要求与厂矿企业内部铁路并不一致，因此铁路微机联锁系统在从传统的408轨道电路往集成电子电路方向发展的过程中，也衍生出现了众多的类型，且各有优缺点。本文针对各种类型的铁路微机联锁系统进行了详细的研究和分析，并给出了相应的改造方案建议，可为厂矿企业相关技术人员在制定铁路微机联锁系统改造方案时，提供一定的借鉴和参考。