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鐵路信號(hào)設(shè)備的自動(dòng)化控制技術(shù)研究

2022-12-21 19:18張華興
運(yùn)輸經(jīng)理世界 2022年23期
關(guān)鍵詞:鐵路信號(hào)控制技術(shù)繼電器

張華興

(中鐵十六局集團(tuán)第五工程有限公司,河北 唐山 064000)

0 引言

在對(duì)鐵路行車進(jìn)行控制時(shí),利用信號(hào)技術(shù)使列車駕駛員獲得有關(guān)信息。從廣義上講,鐵路信號(hào)裝置能將各種設(shè)備和各種數(shù)據(jù)結(jié)合起來,能顯示、傳輸有關(guān)數(shù)據(jù)和控制相關(guān)鐵路設(shè)備。隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展,鐵路信號(hào)設(shè)備的現(xiàn)代化程度進(jìn)一步提高,相關(guān)技術(shù)也得到了飛速發(fā)展,特別是與現(xiàn)代通信技術(shù)緊密結(jié)合,保證了數(shù)據(jù)的傳輸質(zhì)量。采用安全防護(hù)技術(shù),是防止運(yùn)輸事故,特別是防止行車事故的有效手段,是鐵路運(yùn)輸安全體系中的重要組成部分。

1 鐵路信號(hào)設(shè)備自動(dòng)化控制技術(shù)發(fā)展的必要性

鐵路是我國(guó)目前較為安全的交通方式,鐵路信號(hào)設(shè)備的安全直接決定鐵路行車的安全。鐵路信號(hào)的安全性主要表現(xiàn)在功能安全和技術(shù)安全兩個(gè)方面,功能安全是指系統(tǒng)在無故障的正常工作中保證行車安全的性能,技術(shù)安全是指系統(tǒng)發(fā)生故障后能夠故障導(dǎo)向安全。為了保障這兩個(gè)方面的安全,必須提高鐵路部門維修人員的技術(shù)水平。同時(shí),要結(jié)合現(xiàn)代科技,進(jìn)一步提高鐵路的安全水平,從而使列車運(yùn)行安全得到保障。當(dāng)前,鐵路信號(hào)設(shè)備逐步向自動(dòng)化方向發(fā)展,行車調(diào)度也日趨簡(jiǎn)化,從而有效減輕了工作人員維護(hù)和勞動(dòng)的成本。隨著計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖技術(shù)的發(fā)展,鐵路信號(hào)的自動(dòng)化程度不斷提高,對(duì)鐵路建設(shè)起到了積極作用。先進(jìn)的鐵路信號(hào)設(shè)備和控制系統(tǒng)使鐵路的自動(dòng)化程度和安全性得到了極大程度的提升。

2 鐵路信號(hào)設(shè)備計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖的應(yīng)用原理

計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖是以計(jì)算機(jī)為主要技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)車站聯(lián)鎖的信號(hào)系統(tǒng)。簡(jiǎn)單來說就是將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備狀態(tài)通過繼電器接口電路送入計(jì)算機(jī),計(jì)算機(jī)處理后顯示在顯示器上,供值班人員隨時(shí)了解掌握現(xiàn)場(chǎng)情況。當(dāng)值班人員需要排列進(jìn)路或其他操作時(shí),用鼠標(biāo)或控制臺(tái)按鈕將操作命令送入計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)對(duì)操作命令結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行有關(guān)邏輯運(yùn)算,認(rèn)為可執(zhí)行時(shí),發(fā)出控制命令,動(dòng)作相關(guān)的接口繼電器,由繼電器構(gòu)成的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備動(dòng)作電路,驅(qū)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備動(dòng)作,被控設(shè)備動(dòng)作之后的新狀態(tài)及聯(lián)鎖狀態(tài)又送至顯示器顯示。

隨著列車運(yùn)行,計(jì)算機(jī)不斷運(yùn)算聯(lián)鎖邏輯,自動(dòng)關(guān)閉信號(hào),解鎖進(jìn)路,顯示相應(yīng)的進(jìn)路狀態(tài)。計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖應(yīng)能滿足各種車站規(guī)模和運(yùn)輸作業(yè)的需要,保證行車安全,提高運(yùn)輸效率,改善勞動(dòng)條件,并具備大信息量和聯(lián)網(wǎng)能力。計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖中的繼電器可以很好地解決故障導(dǎo)向安全的問題,因此被認(rèn)為是鐵路設(shè)備中最關(guān)鍵的組成部分。

3 鐵路信號(hào)安全型繼電器

繼電器是鐵路設(shè)備自動(dòng)控制的基礎(chǔ)。為保證其安全、有效的運(yùn)行,鐵路工作人員普遍采用安全保護(hù)措施。在鐵路信號(hào)系統(tǒng)中,凡是涉及行車安全的繼電器必須采用安全型繼電器。所謂安全型繼電器,結(jié)構(gòu)必須符合故障導(dǎo)向安全的要求,是一種故障不對(duì)稱器件。當(dāng)故障狀態(tài)時(shí),它的前節(jié)點(diǎn)閉合的概率遠(yuǎn)小于后節(jié)點(diǎn)閉合的概率。安全型繼電器的主要構(gòu)造是重力式保護(hù),一般采用插接型,而且獨(dú)立存在。為了保證其潔凈性、防爆性,會(huì)安裝一個(gè)防塵蓋或者防爆防塵蓋,既可以延長(zhǎng)其使用壽命,又可以保證繼電器的使用安全。鐵路信號(hào)安全型繼電器主要分為以下幾種。

3.1 有極型繼電器

有極型繼電器通常具有吸起位置和落下位置兩種情況,其內(nèi)部磁系統(tǒng)中增加了磁鋼,以永久磁鋼為主,輔以磁軛。在連接電源時(shí),根據(jù)線圈中電流極性的不同而具有吸起和落下兩種穩(wěn)定狀態(tài)。當(dāng)線圈中通過正向電流時(shí),繼電器吸起,斷電后仍保持在吸起位置;通以反方向電流時(shí),繼電器打落,斷電后保持在落下位置。這兩種狀態(tài)在線圈中電流消失后,仍能繼續(xù)保持,達(dá)到穩(wěn)定的工作狀態(tài)。

3.2 無極型繼電器

無極型繼電器的工作原理是利用電磁力對(duì)繼電器進(jìn)行控制,進(jìn)而推拉。此種繼電器在鐵道信號(hào)設(shè)備中也得到了廣泛應(yīng)用,采用“重力恒定”原理在線圈斷電時(shí)強(qiáng)制動(dòng)和接點(diǎn)斷開。采用銀-銀氧化鎘接點(diǎn),具有較強(qiáng)的防粘連、接觸電阻小等特點(diǎn)。磁路采用剩磁較小的電磁純鐵材料,并在銜鐵與鐵心閉合處安裝止片,保證磁路的最小空氣間隙,防止磁路的鐵磁零件磁化,確保繼電器高效工作。

3.3 整流式繼電器

整流式繼電器是無極型繼電器的升級(jí)版,繼電器內(nèi)部安裝了半導(dǎo)體二極管電路,可以讓繼電器在使用中更加安全,并且通過整流電路的二次處理。在輸入線圈中進(jìn)行二次處理,使繼電器的壽命更長(zhǎng),信號(hào)傳輸也更安全、更方便,從而達(dá)到對(duì)信號(hào)的自動(dòng)控制,保障鐵路設(shè)備的高效性和安全性。

4 鐵路信號(hào)設(shè)備自動(dòng)化控制技術(shù)研究

4.1 合理設(shè)計(jì)控制電路

鐵路信號(hào)設(shè)備在實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制時(shí),必須全面掌握自動(dòng)化技術(shù),以保證列車運(yùn)行的安全,從而為鐵路信號(hào)設(shè)備系統(tǒng)的正常工作打下良好基礎(chǔ)。在采用自動(dòng)控制技術(shù)時(shí),必須科學(xué)地選用繼電器。由于繼電器的種類繁多,功能也各不相同,因此在選用時(shí)必須與控制參數(shù)相符,確保所選用的繼電器達(dá)到有關(guān)的電路控制規(guī)范。在對(duì)電路進(jìn)行控制時(shí),還要對(duì)繼電器的串行數(shù)目進(jìn)行控制,保證繼電器正常工作。

4.2 加強(qiáng)設(shè)備定位

在應(yīng)用鐵路信號(hào)設(shè)備的過程中,利用自動(dòng)控制技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)鐵路設(shè)備的定位處理。在鐵路信號(hào)裝置的工作狀態(tài)下,可以進(jìn)行位置識(shí)別,從而使繼電器的位置精度得到進(jìn)一步提高。在具體定位時(shí),工作人員要確保列車信號(hào)設(shè)備的定位狀態(tài)和繼電器的位置狀態(tài)一致,避免出現(xiàn)運(yùn)行偏差等問題[1]。

4.3 檢測(cè)軌道和道岔

軌道和道岔是鐵路信號(hào)設(shè)備系統(tǒng)控制的關(guān)鍵部件。通過自動(dòng)監(jiān)控技術(shù),可以全面了解鐵路線路的運(yùn)行狀況,有效地監(jiān)控線路上的變化,并對(duì)相應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行精確的記錄。當(dāng)線路發(fā)生故障時(shí),維修人員可以通過對(duì)線路上的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行分析,找出故障的具體位置和原因,以便及時(shí)解決。同時(shí),工作人員還可以根據(jù)實(shí)際的線路條件,設(shè)定出標(biāo)準(zhǔn)線路。從目前國(guó)內(nèi)的軌道運(yùn)營(yíng)狀況分析,線路故障比較普遍。故障在瞬息之間發(fā)生,維修人員難以對(duì)設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行有效控制,而且對(duì)故障的發(fā)生地點(diǎn)也無法做出正確判斷。一旦處理不當(dāng),將導(dǎo)致嚴(yán)重的事故。采用自動(dòng)化監(jiān)控技術(shù)可以有效地解決這一問題,對(duì)軌道和道岔進(jìn)行全方位監(jiān)控,一旦出現(xiàn)故障,維修人員就能迅速發(fā)現(xiàn)故障的位置和原因,并及時(shí)采取相應(yīng)的對(duì)策,提高故障的處理效率。

4.4 科學(xué)修正設(shè)備

在鐵路信號(hào)實(shí)際應(yīng)用中,外部因素會(huì)對(duì)鐵路信號(hào)設(shè)備造成很大的影響,嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成系統(tǒng)失效的問題。因此,必須對(duì)鐵路信號(hào)設(shè)備進(jìn)行調(diào)整和維修,以保證其有效性和穩(wěn)定性。在通常情況下,接點(diǎn)系統(tǒng)維修時(shí),工作人員要對(duì)接點(diǎn)處、托片等相關(guān)部位進(jìn)行嚴(yán)格的檢查,接點(diǎn)處要焊接牢固,不允許有任何損壞。對(duì)于安裝的偏差要及時(shí)進(jìn)行調(diào)整,以保證整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。工作人員在調(diào)節(jié)磁路和連接系統(tǒng)時(shí),應(yīng)采取集中調(diào)節(jié)的方式,接點(diǎn)架之間的距離應(yīng)大于4mm。若接點(diǎn)架的間距達(dá)不到有關(guān)規(guī)范的規(guī)定,則必須對(duì)其進(jìn)行調(diào)整,并采取相應(yīng)的加強(qiáng)措施,以保證維修效果[2]。

5 鐵路信號(hào)設(shè)備自動(dòng)化控制技術(shù)的應(yīng)用策略

5.1 設(shè)立調(diào)度集中系統(tǒng)

鐵路信號(hào)設(shè)備要達(dá)到集中控制的目的,必須熟練地掌握CTC 核心技術(shù),并運(yùn)用調(diào)度集中系統(tǒng),有效地突破傳統(tǒng)技術(shù)限制,達(dá)到對(duì)目標(biāo)的控制效果,從而為列車安全運(yùn)行打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在一定區(qū)段內(nèi)設(shè)立調(diào)度集中系統(tǒng),集中控制各個(gè)區(qū)段的信號(hào)設(shè)備,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)列車運(yùn)行的統(tǒng)一指揮。在實(shí)際應(yīng)用中,鐵路信號(hào)設(shè)備管理人員可以按照調(diào)度中心的要求,對(duì)監(jiān)控區(qū)域內(nèi)的鐵路信號(hào)進(jìn)行集中監(jiān)控,使各分機(jī)與總機(jī)之間可以互相連接。當(dāng)調(diào)度集中控制總機(jī)發(fā)出發(fā)送控制命令后,調(diào)度中心就可以對(duì)信號(hào)設(shè)備進(jìn)行集中的控制,把列車信號(hào)設(shè)備的信息實(shí)時(shí)、精確地傳送到總機(jī),實(shí)現(xiàn)調(diào)度統(tǒng)一及控制統(tǒng)一的目標(biāo)。在調(diào)度中心,利用該平臺(tái),鐵路信號(hào)設(shè)備管理人員可以實(shí)時(shí)了解信號(hào)設(shè)備的運(yùn)行狀況,并在屏幕上做出響應(yīng),使工作人員隨時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備的故障,制定出相應(yīng)的對(duì)策。另外,隨著科技發(fā)展,鐵路信號(hào)設(shè)備的調(diào)度集中系統(tǒng)的應(yīng)用越來越廣泛,這將進(jìn)一步提高系統(tǒng)的自動(dòng)化、智能化和信息化程度,從而合理控制信號(hào)設(shè)備。

5.2 強(qiáng)化控制計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)

在鐵路信號(hào)設(shè)備中,采用自動(dòng)控制技術(shù)可以提高信號(hào)系統(tǒng)的智能化程度,更好地利用自動(dòng)控制技術(shù)的優(yōu)點(diǎn),達(dá)到自動(dòng)化管理的目的。利用計(jì)算機(jī)技術(shù),提高鐵路信號(hào)的控制效率,特別是對(duì)鐵路道岔和線路的控制。在鐵路道岔和線路上安裝聯(lián)鎖裝置,對(duì)道岔和線路進(jìn)行控制,實(shí)現(xiàn)鐵路信號(hào)控制,保證列車的安全。通過計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)鐵路信號(hào)的自動(dòng)檢測(cè),將工作人員的控制信息反饋到列車的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)中,避免在聯(lián)鎖控制中出現(xiàn)差錯(cuò),確保信號(hào)監(jiān)控的精確性。鐵路信號(hào)設(shè)備工作人員必須全面掌握信號(hào)系統(tǒng)的工作狀況,制訂出切實(shí)可行的控制方案,依據(jù)已有的計(jì)劃,對(duì)信號(hào)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化、試驗(yàn),確保信號(hào)系統(tǒng)的正常工作[3]。

5.3 建立統(tǒng)一的信號(hào)模型

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,鐵路信號(hào)設(shè)備的技術(shù)水平得到了極大的提高,而采用常規(guī)繼電器聯(lián)鎖難以適應(yīng)目前鐵路信號(hào)設(shè)備的需要。為了有效控制信號(hào)設(shè)備,必須采用先進(jìn)的技術(shù),特別是CTC 通信信號(hào)控制技術(shù)。為了進(jìn)一步發(fā)揮鐵路信號(hào)設(shè)備的控制效果,加強(qiáng)與鐵路信號(hào)的集成,使其與鐵路信號(hào)技術(shù)相結(jié)合[4],工作人員要根據(jù)列車的實(shí)際運(yùn)行狀況,建立相應(yīng)的監(jiān)控系統(tǒng),實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備的運(yùn)行狀況。利用現(xiàn)代的計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù),可以使鐵路信號(hào)設(shè)備實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的控制目標(biāo),逐步提高智能化控制水平,減少工作人員的工作量,提升鐵路信號(hào)設(shè)備的控制效果。另外,由于采用自動(dòng)控制系統(tǒng),需要有效處理信號(hào)設(shè)備的分散問題,確保我國(guó)鐵路的信號(hào)設(shè)備向自動(dòng)化、智能化的方向發(fā)展。例如,利用LZB 技術(shù),對(duì)各種指標(biāo)進(jìn)行有效的控制,打破傳統(tǒng)信號(hào)設(shè)備的限制,既提高列車的可靠性,也降低列車的運(yùn)行及維護(hù)成本。

5.4 注重檢修及調(diào)整繼電器

為確保鐵路信號(hào)設(shè)備實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制,保障其正常工作,必須對(duì)繼電器進(jìn)行不定時(shí)的檢修,并根據(jù)有關(guān)情況及時(shí)進(jìn)行調(diào)整,防止出現(xiàn)意外[5]。在對(duì)繼電器進(jìn)行檢測(cè)時(shí),應(yīng)檢查其內(nèi)部的線圈和磁回路,觀察是否有磨損及接點(diǎn)是否能正常工作,檢測(cè)電樞是否出現(xiàn)變形問題。同時(shí),對(duì)保護(hù)裝置的接觸系統(tǒng)進(jìn)行全面監(jiān)控,以保證接觸裝置與磁軛間的間隔合理。若不合理應(yīng)及時(shí)進(jìn)行檢修、調(diào)試,以保證其正常工作,并使繼電器處于有效的工作狀態(tài)。有關(guān)部門的管理人員要經(jīng)常進(jìn)行培訓(xùn)和學(xué)習(xí),提高專業(yè)水平,對(duì)各種故障做出及時(shí)分析和處理。最后,要把理論和實(shí)際結(jié)合起來,充分理解和掌握鐵路信號(hào)和信號(hào)裝置中繼電器匹配和自動(dòng)控制原理,并不斷進(jìn)行創(chuàng)新工作,使鐵路信號(hào)的自動(dòng)控制變得更有效、更安全。

5.5 統(tǒng)籌控制鐵路信號(hào)

利用智能技術(shù)可以迅速分析列車信號(hào)集中監(jiān)控系統(tǒng)的報(bào)警信息,增強(qiáng)與知識(shí)庫的聯(lián)系,合理配置維修人員,及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障,并發(fā)布維修命令,遠(yuǎn)程指揮故障處理。建立文字資料管理系統(tǒng),保證設(shè)備故障應(yīng)急處理系統(tǒng)的一體化發(fā)展,并嚴(yán)格按照設(shè)備原理圖和技術(shù)資料,對(duì)故障處理程序進(jìn)行調(diào)整,把設(shè)備的故障現(xiàn)象通過圖片和文字記錄傳送給統(tǒng)一管理中心。另外,在對(duì)報(bào)警信息和知識(shí)庫進(jìn)行關(guān)聯(lián)配置時(shí),必須根據(jù)報(bào)警類型、設(shè)備類型及報(bào)警內(nèi)容,智能地判斷線路,得出故障報(bào)警時(shí)間,便于工作人員結(jié)合報(bào)警信息,盡快找出故障,并且做好故障處理計(jì)劃,防止鐵路信號(hào)故障影響鐵路的正常運(yùn)行,從而切實(shí)提升鐵路運(yùn)行的實(shí)際效率[6]。

5.6 高精度虛擬模擬技術(shù)

利用高精度虛擬模擬技術(shù),為高鐵信號(hào)工程的開通試驗(yàn)提供了豐富的方法和實(shí)際的、多環(huán)節(jié)的、強(qiáng)耦合的運(yùn)行場(chǎng)景,以防止由于試驗(yàn)不徹底而造成行車事故,從高鐵信號(hào)工程項(xiàng)目建設(shè)初期確保高鐵運(yùn)輸安全。同時(shí),高精度虛擬仿真技術(shù)還采用信號(hào)設(shè)備故障、行車事故模擬等手段,展示鐵路信號(hào)系統(tǒng)“強(qiáng)安全、精細(xì)化、集成化”的突出特點(diǎn),建設(shè)鐵路信號(hào)設(shè)備測(cè)試平臺(tái),搭建智能化高鐵培訓(xùn)平臺(tái),為培養(yǎng)高水平科研人才和高技能產(chǎn)業(yè)奠定基礎(chǔ)。

6 結(jié)語

綜上所述,為了實(shí)現(xiàn)對(duì)鐵路信號(hào)設(shè)備的有效控制,必須靈活運(yùn)用自動(dòng)控制技術(shù),確保列車安全、穩(wěn)定運(yùn)行。在此種情況下,工作人員要全面掌握鐵路信號(hào)控制技術(shù),了解其工作原理和用途,在實(shí)際工作中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制技術(shù)優(yōu)化的目標(biāo),確保列車信號(hào)設(shè)備正常工作,從而推動(dòng)鐵路信號(hào)設(shè)備自動(dòng)化控制技術(shù)穩(wěn)定發(fā)展。

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