铁路信号分布式计算机联锁系统的道岔控制模块分析

王彩

（新疆铁道职业技术学院，新疆 乌鲁木齐 830011）

铁路建设是中国陆上交通建设体系的重要组成部分，其对中国民生质量与社会经济的发展具有重要促进作用。分布式道岔控制模块对于中国来说，还处在一个起步阶段，目前研究时间较短，但已初步取得了阶段性的成功。本文将对分布式道岔控制模块进行研究分析，并对控制模块的设计进行分析。

1 道岔控制模块需求分析

铁路信号又叫铁道信号，是用来控制列车与列车之间的运行距离，保障列车安全的重要信息类型。在铁路信号的通信应用过程中，主要包含着三个环节，分别是信号环节、联锁环节和闭塞环节。在这当中，联锁环节在铁路信号中占据着重要地位，其安全性、可靠性的分析与维护也是现阶段研究的热点，也是推动铁路行业更好发展、技术升级的关键切入点。本文将以此作为基础，在分布式计算机联锁研究系统的基础上对道岔控制模块进行分析研究。综合来说，可以将铁路信号系统划分在安全系统的范畴内，而其中所包含的道岔控制模块占据着重要地位。在铁路信号系统实际运行的过程中，道岔控制模块的硬件与软件不仅需要完成系统功能需求的分析，在此基础上，还要完成对系统安全性的分析工作。基于此，在本次研究中，主要对道岔控制模块的功能及安全性两方面的需求展开深入分析，并以此为基础提出一种高效率、高质量的分布式道岔控制模块的软硬件设计方案。

1.1 转辙机接口需求分析

对于转辙机而言，其在道岔控制系统中主要承担着“执行机构”的任务，是计算机联锁系统执行单元的重要结构。在道岔控制系统的实际运行过程中，转辙机可以带动道岔转入闭锁或是转换状态，且可以对道岔所处状态、所在位置进行及时的反应。能够看出，转辙机在维护行车安全方面发挥出了重要作用，必须要重点保证、提升其质量与运行可靠性，并对转辙机性能进行优化。

1.2 模块功能需求分析

在实际情况中，道岔控制电路是涉及行车安全的电路，所以需要对它的安全可靠性提出极高的要求，需要对故障的来源和具体发生类型展开分析，一旦出现故障问题，需要在第一时间发出警报，同时落实适当的故障处理措施。

为了实现上述目标，必须要保证基于分布式计算机联锁的道岔控制模块具备以下几种功能：①能够完全与联锁主机保持通信功能，实现与通信分级的信息互换，过程中必须使用安全的通信协议，从而确保指令输送的正确性；②能够自行检查故障并且将故障定位，而且要对异常情况的发生进行故障警报[1]。

2 道岔模块硬件设计

2.1 硬件安全可靠性技术

2.1.1 避错技术和容错技术

对于避错技术而言，其能够在高质量硬件设备的支持下，实现对设备故障的有效规避，降低设备故障问题的发生概率，促使整个系统可以长时间保持在安全、稳定、高质量、高效率运行的状态下。在道岔模块设计中，引入的避错技术可以细化为两项，即质量控制技术、环境清洁技术，提高基本设备的可靠性和稳定性，有效地减少出错率。容错技术主要通过对电路板电线的布局和多种抗干扰方法来提升设备的运行稳定性和对环境的适应程度[2]。

2.1.2 故障-安全技术

就当前的技术发展以及研究现状来看，无故障元件的研发尚未达到理想水平，若是设备、元件发生故障，则需要将研究重点聚焦于故障问题的及时发觉与定位、降低故障引发负面后果的严重性、避免生成危险输出这几方面。为了实现上述目标，要在道岔模块中引入故障-安全技术。对于故障-安全技术而言，其可以细化为多种类型，不同类型其运行原理也存在一定的差异性，常见的几种运行原理包括：通过对故障展开及时、全面的屏蔽维护系统与设备安全，通过第一时间排除故障问题实现系统功能与设备安全性的维护，通过维持正常运转保障系统与设备运行安全等。

2.2 道岔控制主回路

2.2.1 固态继电器

固态继电器有很多种，根据使用的输出器件不同可以将其简单地分为晶体三极管型、单向可控硅型、双向可控硅型、场效应管型和绝缘栅型场效应管型等，在输出器件不同的情况下继电器的性能也有着不同之处。同时，对于不同的输出器件，其在额定频率、额定电流电压等参数方面也存在着较大的差异性。通常情况下，可以根据负载电源类型的不同完成对固态继电器类型的细分，包括交流型固态继电器、直流型固态继电器。在此基础上，可以将交流型固态继电器进一步细化为随机型交流固态继电器和过零型交流固态继电器两种。相比较而言，过零型交流固态继电器拥有更为强大的抗干扰性能，因此负载上的波形更加理想。但是，过零型交流固态继电器的负载波形延时比随机型交流固态继电器的更大，反应速度也不如随机型交流固态继电器[3]。

2.2.2 道岔动作电路设计

在本次分布式道岔控制模块的硬件设计中，主要利用对四线制直流转辙机定操和反操的控制制定道岔动作电路设计方案。对于道岔动作电路而言，其设计科学性以及运行效果与模块控制的安全程度息息相关，所以，必须要对道岔动作电路展开优化设计与搭建。为了满足道岔控制模块的功能需求，需要在道岔动作电路中引入道岔控制主回路和电流检测电路，保证电路及模块运行的可靠性。其中，道岔控制主回路主要承担着断路控制以及通路监控的任务，而电流检测电路主要承担着检测控制主回路电流的任务。另外，在完成对控制主回路电流的检测（电流检测电路动作）后，要融合电路动作的状态和故障情况的监测，以此搭建起完整的、性能全面的、安全可靠性更高的道岔动作电路设计方案。

2.2.3 安全监督电路

安全监督电路在道岔动作电路中起着极为关键的作用，道岔动作电路中任何元件失效都可能造成模块功能故障，这会直接造成故障隐患的产生，但电路最终误动作是由开关的误动作造成，所以对于开关状态的实时可靠的检测来说其质量安全问题是不言而喻的。安全监督电路主要完成对继电器短路与断路故障的监督，以这样的形式来实现继电器状态的实时监测，从而保证电路故障能够及时被发现。

3 道岔模块软件设计

3.1 软件安全可靠性技术

要想切实有效地提高模块的安全性与可靠性，确保道岔控制模块的功能得到充分发挥，必须重点保证软件指令均得到迅速、准确的执行，且促使程序可以始终稳定在运行状态下。为了实现上述目标，可以从避错、检测、屏蔽故障几方面入手，促使道岔控制模块的运行安全性增强（与硬件安全性维护方法相类似）。实践中，也可以引入冗余容错技术，结合软件版本冗余量的增加、故障检测与隔离、损坏估计、故障自动修复等技术的应用，进一步强化道岔控制模块软件方面的安全可靠性。

3.2 道岔控制模块软件设计

在设计模块软件的过程中必须要重点参考功能需求、硬件电路原理展开模块软件的安全设计。在此过程中，可以依托C语言技术展开编程，以此保证相应软件程序具有较强的可读性和可移植性。同时，通过推动设计方案的结构化，达到程序模块化的效果。

4 道岔控制模块安全性分析

在以往的继电联锁系统中，一般使用专门的安全型电磁式继电器、相互制约的安全型逻辑关系达到维护道岔控制模块安全可靠性的效果，降低故障问题的发生概率，促使道岔控制模块能够在较长的时间内维持在正常运行的状态下。而在铁路信号执行单元设备中，更多依靠自身硬件与软件设计中的非对称处理，结合在智能化芯片结合结构上引入闭环设计，达到提升系统与设备运行安全可靠程度的效果。所以，在对设备实施生产设计时，必须要充分发挥出安全性分析技术的作用，落实对模块的系统性分析，这样才能便于设计优化，对道岔控制模块的安全性予以提升。

5 结论

综上所述，基于中国铁路工程信息化、现代化建设的发展背景，对应用于分布式计算机联锁系统的道岔控制模块进行细致的研究很有必要。在分析道岔控制模块的设计需求时，需要从安全性、功能性等多个方面进行考量。在此基础上，还需做好软件与硬件的科学化、协调化设计，确保道岔控制模块整体具备良好的故障应对与容错能力，从而实现其作用价值的有效发挥。希望此研究能够对中国的铁路事业的发展起到一定的帮助作用。