徐莉  王占桥  张海亮

（鞍山钢铁集团有限公司铁路运输分公司鞍山114000）

【摘 要】 通过与国铁铁路信号管理系统的比较、分析得出了冶金企业铁路信号控制系统的特殊性，为就建立了冶金企业铁路信号微机联锁控制系统结构框架，该结构采用动态2x2冗余结构，改造成本低，占用面积小，便于站场改造、扩展与维护。

【关键词】 铁路信号 微机联锁 冶金企业

1引言

目前冶金企业的6502继电电气集中系统空间大、费用高、故障率高、灵活性差，大部分冶金企业钢、铁水倒调还是以铁路运输方式为主,其铁路信号控制系统有一部分是继电联锁，有一部分是微机联锁，这已满足不了安全生产的需要,现在已经是计算机联锁时代，所以应由微机联锁向开放全电子计算机联锁系统迈进。

2冶金企业铁路信号需求分析

2.1基本功能

借鉴铁路系统应用微机联锁经验，结合冶金企业铁路运输实际情况，应具备以下功能：

(1) 基本联锁功能。完成进路选排、信号开放、道岔动作、进路锁闭、进路解锁、总取消、人工解锁等联锁运算。

(2) 人机对话功能。在操作工作站显示器上以站场图形动态显示信号机、道岔、区段等设备信息，同时提供各类操作及故障的语音提示。

(3)计算机辅助设计。以图形方式直观输入站场数据,简化联锁设计周期,减少由于人工疏忽而带来的输入错误。

2.2特殊性分析

现有被铁路局鉴定的微机联锁都是按照路局作业特点设计，但是冶金企业由于站场和环境的特殊性,完全符合路局标准的微机联锁系统,不适用冶金企业铁路需求，微机联锁系统急需升级，与铁路局相比特殊性如下：

(1)采用通用设备构建冗余结构：目前，国铁微机联锁系统均采用专用设备,不仅造价成本高, 而且不易升级。随着冶金企业铁路运输朝着高密度、重载货的方向发展,防止故障发生后造成严重的后果，减少故障发生概率，提高铁路信号控制系统的安全性、可靠性越来越受重视,要求冶金企业铁路信号控制系统不仅要考虑采用通用设备降低改造成本,还要采取可靠性更高、安全性更好的冗余结构，本系统采用由两台联锁机和冗余的西门子S7-400H PLC系列组成动态2 x 2冗余系统。

(2)减员增效、改造便捷：目前,大部分冶金企业钢水、铁水的倒调仍是以铁路运输的方式为主, 受厂内生产改造频繁影响,铁路控制系统也随着不断改造。同时钢铁企业效益下滑，减员增效迫在眉睫，因此，能够提高运输效率和改善劳动强度十分重要。冶金企业铁路信号控制系统全部取消重力式安全型继电器，运用电子开关技术、计算机控制等技术，采用全电子模块控制室内外设备，采驱设备大量减少,且全电子模块插在机笼中,减少大量配线，站场改造便捷、维护简单，使减员增效成为可能。

(3)可扩展性:冶金企业铁路信号微机联锁系统便于增加新功能和用户提出的特殊功能。对于冶金企业铁路与国家铁路、矿山等地方铁路结合部等特殊运用场合,6502定型电路无法实现特殊联锁功能。在这种情况下，微机联锁系统优势就在于可以根据特殊性灵活设计。

(4) 防溜预警功能:冶金企业铁路线路复杂，通过公铁道口较多,且公铁道口附近铁路站场多设置股道线，存在股道线上停留车辆因站场坡度等原因自动溜出的隐患。铁路信号控制系统采用溜车预警设备，解决公铁道口附近铁路站场股道线上停留车辆溜车隐患。在停留车辆自动溜出后，尽早预先提示道口人员股道线发生溜车，及时采取安全应急措施，同时将公路方向的通过信号自动转换成禁止信号，并在微机联锁操作台上给出声光报警,提示信号操作人员也要采取措施,减少损失。

3系统的层次结构

冶金企业铁路信号微机联锁系统根据冶金系统的特殊性,联锁部分增加复核运算层,采用更高可靠性和安全性的2x2复核动态冗余结构。

(1)人机对话层:通过操作工作站完成人机对话功能，实现与联锁机的信息交换。将运输操纵员的鼠标操作信息传给工作站，并显示站场状态信息。全部操作可由鼠标完成，提供各类操作及故障的语音提示。同时工作站接收联锁机提供的站场操作画面的信息，生成各种声音信号。

(2)联锁运算层:联锁运算层是系统的核心部分，完成进路选排、信号开放、道岔动作、区段锁闭、区段解锁、总取消、人工解锁等联锁运算叫 对回测信号、操作命令和联锁数据进行处理分析及逻辑运^[1]，必须满足“故障一安全”即故障导向的安全原则。

(3) 复核运算层：复核运算层由PLC组成，与联锁层实现2x2复核动态冗余，将回测信号、操作命令转化为系统承认的方波信号，同时对联锁运算进行复核，监测站场状态,控制信号设备动作。

(4)采驱层:采驱层采用全电子无触点式光电耦合设计，全部取代了重力式安全型继电器，为联锁机提供站场设备回测信息，同时向室外设备输出操作命令。采驱层全电子模块采用双套控制电路,具备“故障一安全”要求。

(5) 监控对象层：监控对象层监控现场设备即信号机、道岔与轨道电路等。

4系统冗余结构

微机联锁系统冗余结构中，广泛使用的有双机热备动态冗余、3取2静态冗余.2x2取2动态冗余结构^[2]。

目前，国铁微机联锁系统冗余结构均采用专用设备实现，不仅造价成本高，而且不易升级。冶金企业铁路信号控制系统不仅要考虑采用通用设备降低改造成本,还要使用可靠性更高、安全性更好的冗余结构,2 x 2复核动态冗余结构可实现由联锁部分双机热备和冗余的西门子S7-400H PLC复核结构，组成2x2复核动态冗余系统，微机联锁冗余结构如图1所示。

2 x 2复核动态冗余系统联锁运算层2台联锁机组成双机热备，当正常工作时,两个联锁主机同时采集、控制信息，经切换单元输出。两个主机均有故障自检测功能,一旦工作联锁主机检测出故障立即发出切换命令，使热备联锁主机工作，并使原工作主机停止工作进行修理;若是热备联锁主机检测出故障，则自动停止工作进行修理^[3]。

PLC采用西门子S7-417H系列冗余式可编程序控制器，可实现无扰切换,用于微机联锁系统的复核驱动层,对联锁运算层运算结果复核判断，一致后输出。

联锁运算层接收到操作工作站的操作命令后进行联锁运算,PLC复核运算层检验联锁运算层的运算结构,一致后输岀。同时PLC复核运算层将现场的状态信息通过运算传给联锁运算层，若状态信息经联锁机判断为错误信息，则输出报警信息。

由于2x2复核动态冗余结构的联锁运算层和PLC复核驱动层的2套程序使用不同的编程语言、不同的算法、不同的运算变量、不同的技术条件、不同的物理空间、不同的硬件、软件平台，从而有效地解决了因系统硬件故障或软件出错而带来的系统安全性问题。

5通信技术

确定PLC与计算机采用西门子OPC标准通信,解决联锁软件与OPC接口的问题，微机联锁通信网络图如图2所示。

(1) 系统联锁运算层采用TCP / IP协议组成局域网，具有良好的兼容性，满足微机联锁系统对数据处理的要求。

(2)联锁系统采用OPC作为底层通信控制平台,OPC是一个工业标准，西门子系列产品与OPC两者具有良好的兼容性。

(3) 系统的复核驱动层采用西门子S7-400系列产品，采用PROFIBUS协议进行现场设备级控制，形成了基于现场总线的自动化监控及信息集成系统。

通过与国铁铁路的比较，分析得出了冶金企业铁路信号控制系统的特殊需求，其中采用通用设备构建冗余结构、可扩展性、防溜预警功能是冶金企业铁路信号的特点，确定系统层次结构.2x2复核动态冗余结构,并对系统冗余、层间通信2个关键问题进行分析,建立了一个冶金企业铁路信号微机联锁控制方案。

铁路信号微机联锁控制系统是针对目前冶金企业铁路信号微机联锁系统的系统安全、硬件结构、软件开放等诸多新要求,全部取消重力式安全性继电器，以计算机控制技术、电子开关技术、通信技术为基础，采用全新的设计思想开发的新一代铁路信号微机联锁系统。

冶金企业铁路信号微机联锁控制系统改造成本低，占用面积小,站场修改便捷,符合现行国铁标准及冶金企业铁路运输特点，能够满足冶金企业特殊环境、特殊联锁关系,能够提高运输效率和改善劳动强度,向智能化运输系统迈进。

参考文献

[1]  徐鑫，陈光武.计算机联锁软件设计及进路搜索算法的研究与应用卩］.铁路计算机应用,2011,20(1):49-51.

[2]  王继有，蔡洪祥.我国铁路微机联锁控制系统市场调研报告.吉林铁道职业技术学院,2009=4-8.

[3]  叶敬贤.轨道交通联锁实验系统的研究.北京交通大学硕士学位论文,2009:13-14.