煤矿铁路装车站信号系统的现状及应用

史大新孙林艳

摘要：随着现代化矿井规模的不断加大，公路运输已经满足不了当前的日益增高的产能需求，铁路运输变得尤为重要。车站的通过能力间接制约了矿井的效能，为了充分表现出高产高效，铁路装车站在煤矿中的地位也逐步增加。煤矿铁路装车站信号的应用也随之迅速发展，从人为管理到6502电气集中，直至现在已经发展到计算机联锁。将计算机联锁应用到煤矿铁路装车站信号系统设计中去是必然趋势。

关键字：煤矿；铁路装车站；车站信号系统

Abstract: With the constantly increasing size of the modern mine, road transport can not meet the increasing capacity requirements, rail transport has become particularly important. the stations ability to indirectly restricted the effectiveness of the mine, in order to fully demonstrate the high yield and efficient rail loading standing position in the coal gradually increase.Key words: coal; railway loading station; station signaling system

中图分类号：X752文献标识码： A 文章编号：2095-2104（2012）04-0020-02

1 前言

铁路信号又称铁道信号，是铁路上用的信号、联锁、闭塞等设备的总称。铁道信号的主要功能是保障行车安全和提高运输能力。随着铁路信号技术的发展和先进设备的广泛应用，铁路信号已成为提高铁路区间和车站通过能力、增加铁路运输经济效益、改善铁路工作者劳动条件的一种现代化管理手段和发展前沿的科学技术。车站信号系统是铁路信号的一部分，而且是铁路信号的核心部分。如果能够很好地运用铁路信号设备，则不仅能保证安全运输生产，而且能最大限度地发挥线路及机车车辆的能力。

铁路装车站在煤矿中的地位举足轻重，把确保行车安全为第一使命的“铁路信号”，顺理成章的成为煤矿铁路运输安全体系中的重要组成部分。煤矿铁路装车站信号的应用也随之迅速发展，从人为管理到6502电气集中，直至现在已经发展到计算机联锁。将计算机联锁应用到煤矿铁路装车站信号系统设计中去是必然趋势。

2铁路信号现状

2.1煤矿铁路装车站的现状

随着现代化矿井规模的不断加大，公路运输已经满足不了当前的日益增高的产能需求，铁路运输变得尤为重要。车站的通过能力间接制约了矿井的效能，为了充分表现出高产高效，铁路装车站在煤矿中的地位也逐步增加。然而作为煤矿铁路运输系统核心的装车站，信号控制系统相应的变得更加重要。由于矿井铁路装车站是尽头站，股道少，规模比较小，因而大家对它的重视程度不够高，目前运行煤矿铁路装车站大部分沿用比较落后的控制方式，且大部分使用的是6502电气集中。随着计算机联锁设备的不断发展和推广，现阶段是从6502电气集中到计算机联锁过渡的阶段。煤矿的铁路运输跟上国铁的步伐，把眼光看的远一些，我们应该使用计算机联锁。计算机联锁站场和6502电气集中站场两者从工程造价上是相当的。而且，计算机联锁有利于维护，节省能源，节省空间等优点。

像其他技术一样，车站联锁系统也是随着科学技术的进步以及铁路运输发展的需要，在不断的更新和发展，其发展过程已经经历了机械化联锁、机电联锁和电气集中联锁几个阶段，目前正逐步向采用计算机联锁阶段过渡。

2.2信号设备的现状

传统的铁路信号一般包括：各种用途的信号机和信号表示器（简称为“信号”）、车站联锁设备（简称为“联锁”）、区间闭塞设备（简称为“闭塞”）。当代的铁路信号除继续发展上述设备外，还将大量发展：道口信号设备、驼峰调车控制系统、列车运行控制系统和列车调度控制系统等等。

1）信号显示制式 为进路式，含简单速度概念。

2）车站联锁设备 可以选择列车在车站内的运行进路，保证进路上的道岔位置正确、无敌对的进路，以保障列车在车站内运行安全。

3） 区间信号 使用该设备能将列车按一定的空间间隔运行，保障在同一线路上运行的列车，不会产生迎面相撞或追尾相撞的重大行车事故。

4）道口信号设备是指在公路与铁路平面交叉处设置的报警信号机、道口自动栏木、设备故障检测及道口上障碍物自动检测等设备。

5）铁路枢纽信号设备铁路枢纽处于铁路网的节点上，是不同方向客货流的交换、集散处，其畅通与否严重影响路网的运输能力，一直是铁路信号系统重点发展的领域。

6）列车运行控制系统指机车信号和自动停车，进一步发展成为列车速度监督与控制（又称列车超速防护）及自动驾驶等。

7）机车信号与列车运行控制

在列车低速运行条件下，地面信号为主体信号，机车信号为辅助信号。由于煤矿上使用内燃机车及半自动闭塞，因而无法使用自动停车装置。

8）行车调度指挥系统

列车调度控制系统，主要指列车调度监督系统和列车调度集中控制系统。列车调度集中控制系统，必将成为铁路现代化的核心技术装备。

9）信号基础设备

(1)地面信号机；(2)轨道电路；(3)道岔转换设备；(4)信号基础元器件。

10）通信方式

铜质信号电缆是当前信号主要传输媒体随着信号装置信息量的大量增加，光缆将在信号系统内广泛采用。

铁路信号具有技术密集度高、发展迅速、设备更新换代快等特点。近年来，铁路信号成功地应用了微电子、自动控制和计算机等先进技术，极大地促进了铁路信号的发展。因此，铁路信号的发展水平，当今已成为铁路现代化的重要标志之一。

2.3铁路信号的新技术

近20多年来，在运输市场激烈竞争的压力下，各国铁路，特别是发达国家铁路为实现提速、高速和重载运输，积极引进采用新技术，大幅度提高了现代化通信信号设备的装备水平，新型技术系统不断涌现。

（1）故障-安全技术

随着计算机技术、微电子技术和新材料的发展，故障—安全技术得到了飞速发展。高可靠性、高安全性的故障—安全核心设备出现了“二取二”、“二乘二取二”和“三取二”等不同结构形式，其同步方式有软同步和硬同步。故障—安全技术的提高为高可靠和高安全的铁路信号系统的发展打下坚实的基础。

（2）实时操作系统

在铁路这样恶劣工作环境下的计算机系统，对系统安全性、可靠性、可用性的要求更高，必须使用安全计算机，以保证系统能安全、可靠、不间断地工作。而安全计算机系统的软件核心就是实时操作系统。采用实时操作系统可以满足如下性能或特性：

提高系统的安全性

实时操作系统可以成为整个软件系统的中间件，即实时操作系统通过驱动程序与底层硬件相结合，而上层应用程序通过API和库函数与实时操作系统相结合。实时操作系统完成系统多任务的调度和中断的执行，这样系统的安全模块和非安全模块将会得到有效的隔离，很好地解决硬件冗余模块的同步问题。

满足系统实时性的要求

列车运行控制系统要求的是硬实时响应，实时性要求非常高，如果在系统中选用实用操作系统开发该系统的软件，会对该系统的实时性指标的提高有很大帮助。

缩短了新产品的开发周期

充分发挥实时操作系统可移植性、可维护性强等优势。采用实时操作系统后，一旦系统需要升级，只需改动少量程序，而不像以前系统需要重新进行设计，体现出实时操作系统再开发周期短，升级能力强的优点。

（3）数字信号处理技术

利用计算机的高速分析计算功能，来提高信号设备的技术水平已非常紧迫。数字信号处理技术的出现为铁路信号信息处理提供了很好的解决方法。目前，我国的轨道电路的信号发送、接收以及机车信号的接收普通采用了数字信号处理技术，日本的数字ATC和法国UM2000数字编码轨道电路也都采用了数字信号处理技术。

（4）通信技术与控制技术

随着计算机技术（Computer）、通信技术（Communication）和控制技术（Control）的飞跃发展，向传统的以轨道电路作为信息传输媒体的列车运行控制系统提出了新的挑战。综合利用3C（Computer、Communication、Control）技术代替轨道电路技术，构成新型列车控制系统已成必然。用3C技术代替轨道电路的核心是通信技术的应用，目前计算机和控制技术已经渗透到列控系统中，称为“基于通信的列车运行控制系统”（CBTC，Communication Based Train Control）。通信技术与控制技术的结合重新规划了铁路信号系统的结构与组成，为列车运行控制的未来发展开辟了新开地。

（5）通信信号一体化

随着当代铁路的发展，铁路通信信号技术发生了重大变化，车站、区间和列车控制的一体化，铁路通信信号技术的相互融合，以及行车调度指挥自动化等技术，冲破了功能单一、控制分散、通信信号相对独立的传统技术理念，推动了铁路通信信号技术向数字化、智能化、网络化和一体化的方向发展。通信信号一体化是现代铁路信号的重要发展趋势，铁路信号技术发展所依托的新技术，如网络技术，与通信技术的技术标准是一致的，属于技术发展前沿科学，为通信信号一体化提供了理论和技术基础。在借鉴世界各国经验的基础上，结合中国国情、路情，我国已制定了中国统一的CTCS技术标准（暂行）。

3煤矿铁路装车站的发展趋势

目前，煤矿铁路装车站正处在由6502电气集中向计算机联锁系统转换的过渡阶段。计算机联锁以其信息量大、可靠性高、体积小、便于集中联网增强调度指挥能力、维修工作量小、带有诊断与记录功能等特点，显示了其在信号领域发展的广阔前景。煤矿铁路的发展趋势势必要跟随国铁先进的技术的步伐同步向前。因此计算机联锁是煤矿铁路装车站信号控制系统的首选。随着我国车站联锁进入计算机联锁时代。我们可以选择的计算机联锁控制系统有：铁科院研制的TYJL－II型双机热备系统、TYJL－TR9型三取二容错计算机联锁设备，1997年12月通过铁道部鉴定；北京全路通信信号研究设计院研制的DS6-11型双机热备系统及DS6-20型三取二系统于1999年1月通过铁道部鉴定。卡斯柯信号有限公司目前主要产品为VPI3及iLOCK。2007年5月25日，iLOCK系统通过铁道部测试组进行的现场系统测试。从2001年起，卡斯柯公司从ALSTOM引进成熟的安全型专用联锁机技术，结合既有的通过铁道部检测和认证的VPI系统联锁软件及人机界面等开发成果，完成了iLOCK “二乘二取二”安全型计算机联锁系统的技术国产化工作。

3.1 iLOCK简介

iLOCK安全型计算机联锁系统（以下简称iLOCK系统）是在一般的“二取二”安全结构基础上，再增加独立的“故障－安全”校验模块、采用NISAL专利技术，构成安全型计算机联锁系统。“组合故障安全”结构，再加“反应故障安全”技术，构成高安全性能的综合安全系统，是ALSTOM公司的总体安全策略，相应的技术已经通过了欧洲SIL4级安全认证。从一般意义上讲，“二取二组合故障安全”系统的安全等级可以用“系统危险侧输出的概率”指标来衡量；而反应故障安全系统的“系统危险侧输出的概率”是很低的，可以忽略不计，对“反应故障安全”系统的安全性考察重点在于“系统对安全检测的反应时间”。综合应用故障安全技术的系统，比采用单一安全技术的系统具备更高的安全性。

iLOCK系统的联锁功能、系统可靠性、可维性，系统带载能力及系统抗干扰能力等均满足铁道部相关标准和现场的实际需要；系统的仿真测试接口、出厂测试接口和版本校验、防雷和电磁兼容性等，均按照铁道部的有关技术要求进行设计。

3.2 iLOCK系统结构

iLOCK系统由以下六个子系统组成：

1. 联锁处理子系统（IPS）；

2. 人机界面子系统(MMI)；

3. 值班员台子系统(GPC)；

4. 诊断维护子系统(SDM，含微机检测——可选)；

5. 冗余网络子系统（RNET）；

6. 电源子系统（PWR）。

4结束语

随着通信技术、网络技术、控制技术、电子技术、计算机软硬件技术、仿真技术、人工智能技术的快速发展，计算机联锁系统得到广泛应用，特别对可靠性和容错技术的深人研究，计算机联锁系统的安全技术在不断更新、完善和发展。计算机联锁系统不再是孤立的信号控制系统，而是信号安全综合控制监测系统和综合运营管理系统的一个子系统，计算机联锁系统的功能不断得到拓展，已远远超出车站信号安全控制设备的概念范畴。车站计算机联锁系统将往高可靠性、高安全性、高性能、电子化、模块化、智能化、网络化、综合化、一体化方向发展。我国煤矿装车站的车站信号系统必然要向计算机联锁系统靠拢并实施。