铁路信号设备的自动化控制技术分析

段国平

（鞍钢集团本钢北营铁运公司，辽宁 本溪 117017）

引言

在铁路信号设备的具体应用中，自动化控制是一种至关重要的技术形式，该技术有助于总控室实时了解铁路列车的实际运行情况，及时掌握各个列车在铁路上的运行距离，确保铁路交通运输的质量与安全。基于此，相关单位与技术人员一定要注重自动化控制技术的应用研究，在铁路信号设备控制中更好地发挥作用，实现铁路信号设备的自动化控制，为铁路交通运输质量及其安全性提供基础保障。

1 铁路信号设备与自动化控制技术概述

1.1 铁路信号设备

铁路信号设备的主要作用是给铁路调车人员以及行车人员发送相应的指示或指令信号，以此来实现铁路交通运输的合理调度与安全运行。目前使用的铁路信号设备主要有闭塞设备、联锁设备以及指示设备。铁路信号设备的表现类型有两种，一是视觉部分，包括信号灯、信号牌、信号旗、机车信号、信号机、信号表示器和信号标志等；二是听觉部分，包括机车鸣笛、响墩、号角和口笛等。合理应用信号设备，可有效保障铁路交通运输安全。

1.2 自动化控制技术

早期的自动化控制技术主要是通过接触器和继电器等对电气设备的机械状态进行自动化控制及逻辑控制。随着微电子技术的不断发展，自动化控制技术不断更新，传统形式的接触器开始逐渐被微电子设备所取代。目前，单片机以及PLC已经成为自动化控制技术中的主要设备，自动化控制技术中最为典型的体系就是PLC、电气设备与变频器相结合的形式。

作为我国当今最为安全的一种交通运输方式，铁路信号的稳定发射与接收对于其安全运行至关重要。基于此，在铁路信号设备的具体应用中，就需要引入先进的自动化控制技术，实现各个设备的自动化和智能化控制，最大限度降低信号设备系统的操作难度，让调车、行车等工作人员的工作量及其作业强度得以有效降低，保障铁路行车安全。

2 铁路信号设备中的继电器分析

2.1 主要工作原理

传统的铁路信号设备绝大多数都是通过继电器来进行自动化控制。通常，铁路信号设备中所配置的继电器主要由电磁系统和接点系统组成，其中电磁系统主要包括固定铁心、可动衔铁和线圈等，接点系统主要包括静接点和动接点。工作原理为：当有电流输入电路系统并通过线圈时，形成的电磁吸引力会受多方面因素的影响，最主要是受电磁影响。在电磁影响的作用下，衔铁受到吸引并带动接点系统启动、运行，改变当前的运行状态。

2.2 主要继电器类型

在铁路列车运行过程中，为了确保铁路信号设备安全，工作人员通常会将典型的继电器（也就是安全等级最高的继电器）应用其中。此类继电器的主要组成是无极式继电器，可分为插入式继电器和非插入式继电器。这两种继电器的主要区别在于是否配备防尘罩，插入式继电器为单独使用，不需要配备防尘罩，非插入式继电器为匝内使用，要配备防尘罩。按照不同类型可将典型的继电器划分为三种，具体的分类情况如表1所示。

表1 铁路信号设备中所应用的典型继电器具体分类情况

2.2.1 整流形式的继电器

将二极管安装在该继电器中，可将电流转化成全波或半波形式的整流电流。在此过程中，其直流电源主要通过交流电源直接进行转换而获得，并在线圈中合理输入。

2.2.2 无极形式的继电器

无极形式的继电器应用过程中，电流大小会对其产生较大的影响，为有效完成相应的工作任务，可通过改变电磁力的强弱实现拉杆运动，凭借着这种特殊的运行模式，无极式继电器在当今的信号系统中都得到了广泛应用。其主要的动作原理就是通过电、磁、力来达到拉杆动作效果，为防止其两接点间产生失控或者是短路故障，可将隔离装置设置在基点之间，确保继电器系统内部的安全。同时，在实际应用中，也可以安装隔弧片，在发现有较大电流进入到继电器后，隔弧片便可进行短路分隔，防止接点组件出现问题或被损坏。

2.2.3 有极形式的继电器

有极形式的继电器主要有两种形态，一是定位，二是反位。有极继电器灵敏度高，只需较少的安匝值就能动作，动作时间很快。具体应用中，当电流从继电器中通过时，其结构中的固定磁路便会和其他磁路间形成动力，进而对衔铁产生影响，继电器自身的开关状态也会由此而改变。

2.3 主要运行作用

在整个铁路工程的信号设备运行过程中，继电器发挥着至关重要的作用。继电器可以用非常小的电信号来对电路中的大对象进行控制，进而使若干个对象和回路都达到良好的控制效果。其开关性能十分良好，能够实现远距离控制对象。在继电器断开的情况下，整体的电路中便会有很大的阻抗产生，可有效防止故障电路电流过大所导致的设备损坏情况。在继电器闭合的状态下，整体线路中的阻抗性会很小，可允许正常电流通过。通过这样的方式，便可让突发性事故得以有效避免。

在现阶段的铁路信号设备管理控制中，继电器主要被用作接口元件。通过继电器的合理应用，铁路设备管理控制系统中的主机、信号机以及轨道电路等各个执行部分之间可以实现有效结合，促进了铁路信号设备的自动化实现与发展。

3 铁路信号设备的自动化控制

目前，铁路信号自动化控制的主要方式有两种，一是继电器联锁控制，二是计算机联锁控制。

3.1 继电器联锁控制

早期的铁路信号设备自动化控制技术是将继电器作为核心的一种控制模式，虽然在当今的一些铁路信号控制系统中依然在使用，但是该模式正逐渐被计算机联锁控制取代。因此，继电器依然是铁路设备的一项基础设施。常见的继电器分为两个部分，一是电磁系统，二是接点系统。在继电器工作时，输入其中的电流会出现一大一小的差异，电磁系统中的线圈会产生相应的电磁力，将周围的衔铁吸引，接点系统开始工作，继电器的运行状态也随之改变。因此，从根本来看，继电器相当于一种电磁开关，将其应用到铁路信号设备的自动化控制中，可以实现自动化控制信号继电的开启、关闭、进路闭锁、解锁以及道岔转换等。

3.2 计算机联锁控制

在铁路信号设备的自动化控制中，计算机联锁属于一种更加先进的集中联锁控制模式。在对铁路信号设备进行自动化控制的过程中，应用的最新型联锁设备便是全电子形式的计算机联锁设备，该设备主要借助计算机进行现场标识信息以及车站值班员操作指令信息的逻辑运算，实现道岔控制及信号机控制等各项设备的集中控制。此类设备不仅体积小、能耗低，而且操作十分便捷，加之完善的监控功能、到位的故障指示功能以及良好的自检功能等优势，使其在铁路信号设备自动化控制中具有了非常显著的可靠性和应用价值。通过计算机联锁控制的应用，铁路信号设备自动化控制由原来的有接点控制转变为智能无接点控制。

作为铁路信号设备控制中的一种新型控制系统，计算机联锁控制最为主要的一个特征就是铁路车站的联锁设备执行层实现了全面电子化，将智能分析技术合理应用其中，可实现全面智能化。将全电子化形式的执行机构与分布形式的联锁机构结合在一起，便可构成集中形式的计算机联锁体系。在这一体系中，主要的模块有三个，一是联锁机柜模块，其主要功能是对软件运行加以控制，其中主要有三重冗余形式的联锁计算机、监控计算机和电务维修计算机，后两者可相互备用。通过该模块，可下发相应的控制指令，对系统状态进行检测，并进行相应的计算。二是执行机柜，其主要由智能模块和监测模块组成，借助于执行机柜，不仅能及时有效地完成软件下发的指令，同时也可以对外部设备进行状态信息的智能化采集与处理。三是防护机柜，主要组成部分包括机柜底座、机柜门、机柜体以及机柜盖等，其主要功能是有效降低整体系统的温升，为铁路信号设备创造一个更加良好的运行环境。在该模式下，全站都不需要进行继电器的设置，所有的铁路信号设备都通过联锁机柜来进行智能化集中控制，并依据相应的关系，对信号机、道岔进行开放与闭锁控制。

4 结语

在当今的铁路交通运输过程中，为实现其交通秩序和交通安全的良好保障，铁路部门和相关技术人员需要加大力度，开展信号设备的自动化控制研究工作，特别要对先进的计算机联锁控制进行重点研究，合理应用PLC和单片机等技术设备，构建铁路信号自动化控制系统，促进我国铁路交通运输工程的安全、稳定发展。