轨道交通全电子化联锁系统安全技术的应用探讨

2023.10.07

孙鑫

摘要：全电子化联锁系统安全技术的应用，可以为轨道交通运营安全提供更多的保障。因此，文章在分析轨道交通全电子化联锁系统结构及其安全技术的基础上，对安全技术在道岔信号采集、道岔动作电路设计和道岔通信电路设计上的应用问题展开了探讨，以便为关注z--话题的相关人士提供参考。

关键词：轨道交通；全电子化联锁系统；安全技术；应用

全电子化联锁系统的应用，可以提高轨道交通运营的安全性、智能性和高效性，能够在一定程度上降低轨道交通的运营成本。而了解轨道交通全电子化联锁系统的安全技术，则能够为系统的推广应用提供科学的依据。因此，有必要对轨道交通全电子化联锁系统安全技术的应用问题展开探讨。从而为全电子化联锁系统的推广应用打下良好的基础。

1轨道交通全电子化联锁系统结构及其安全技术

从结构上来看，轨道交通全电子化联锁系统主要由全电子执行单元和联锁主机构成。其中，全电子执行单元需要进行轨道电路、转辙机和信号机等设备状态的采集和控制，联锁主机需要完成联锁逻辑运算。就目前来看，全电子执行单元一共由11种控制模块组成，可以按照类型和数量进行模块的组合，并将模块安装在机柜中。而联锁主机需要利用CAN总线与各模块连接，利用CAN总线将联锁命令传送至各模块叫。

根据欧洲铁路标准EN50129，目前系统的安全性设计主要使用3种安全技术，即组合式故障安全、反应式故障安全和固有式故障安全。其中，组合式故障安全技术需要用2个部件执行相关安全功能，而每个部件相互独立，可以避免系统出现共因失效问题。在铁路信号系统中，该技术的常用结构模式为“二取二”，能够检测出系统部件中的危险故障，并能在足够时间内拒绝故障再次在系统发生。反应式故障安全技术可以由单独部件执行安全相关功能，但是需要以快速实现危险故障检测和拒绝为前提，以便确保系统的安全操作。在应用该技术的过程中，虽然其安全相关功能只由1个部件实施，但是也可以将检查功能当作是第2部件。但是，检查功能与安全功能的实现是相互独立的，可以避免出现共因失效现象。此外，固有式故障安全也是常用的安全技术，并且也由单个部件执行安全相关功能。而该技术应用的前提是，假定部件的所有失效模式都是安全的。利用该技术，可以在应用其他安全技术的系统中进行某些安全功能的实现。就目前来看，“故障安全”型电子元器件是得到普遍使用的应用固有式故障安全技术的电子器件。但是，由于该技术本身具有故障不对称性，因此往往会在系统安全的最后关口使用。

2轨道交通全电子化联锁系统安全技术的应用

在轨道交通系统中，道岔控制是系统设计的关键环节。而使用全电子化联锁系统安全技术设计道岔控制单元，可以为系统的安全运行提供保障。

2.1道岔模块结构安全设计

从系统结构上来看，道岔模块由信号采集电路、微控制电路、通信电路和动作电路等多个电路组成。利用信号采集电路，可以实时进行转辙机位置情况的检查，继而为系统安全提供保障。利用开关控制电控，可以控制三相交流转辙机的反转或正转，所以该电路同样是系统安全功能电路。再者，利用微控制器电路可以完成整个模块的核心逻辑运算，而利用控制通道通信电路能够实现模块与联锁机的通信，并且进行道岔转动操作命令和表示状态的接收和传送，同样为系统的安全功能电路。

2.2安全技术在信号采集上的应用

在检测道岔模块位置时，信号采集电路可能发生2种危险性故障。具体来讲，就是将道岔无表示错误采集为反位或将道岔定位错误采集为反位。此时，可以利用道岔模块位置检测功能故障树结构进行电路故障的分析，然后根据电路的对称性进行故障事件的安全性分析。在分析的过程中，需要将道岔无表示错误采集为反位设定为事件A，并将道岔定位错误采集为反位设定为事件B。通过分析可以发现，道岔无表示时，可以将此故障等效为A点处断开。采用Relex工具进行定量分析可以发现，事件A的安全性指标并不满足安全需求。而分析导致A事件发生的电路重要度较大的部件，则可以通过改进该部件实现对电路的改进，继而使事件A的安全性指标满足安全需求。采取同样的方法可以完成对事件B的故障树的构建，同时也能够提高其安全性指标，继而使信号采集电路的设计具有一定的安全性。

2.3安全技术在道岔动作电路设计中的应用

从结构上来看，道岔动作电路由隔离驱动电路、反馈检测电路和微控制器电路等多个电路组成。根据联锁计算机命令发出的动作指令，微控制器电路设计“0”为有效电平输出电路，可以进行开关控制电路的控制。而电路输出如果为“1”。系统将不进行转辙机的操作。在分析电路的安全性时，可以使用“二取二”系统架构，并使用故障树分析法分析道岔模块动作功能故障。而利用Relex工具，可以进行动作电路安全性指标的计算。此外，在分析的过程中，通过建立五线制道岔模块动作电路故障树，可以完成该模块电路的安全性指标的分析。而通过分析各事件的重要度，则可以找出重要度最高的事件，并通过提高这些事件的安全性来提高道岔模块的动作电路的安全性。但是，单独采用“二取二”的“组合式故障安全”的安全技术进行电路的设计，一般难以达到系统的安全性指标要求。因此，在设计此部分电路时，还需要使用反应式故障安全和固有式故障安全等其他安全技术。例如，在检测电路的单故障时，由于电路故障主要体现在错误动作上，所以需要重点检测开关的错误闭合状态。根据系统故障的安全设计原则，应该将有能量状态下的电路设计为危险侧。在道岔动作时，如果检测到电路故障，就不能进行开关闭合状态的检测。而根据这一原理，就可以实现对安全型检测电路的设计。在检测完成后，第1个危险故障如果以单独形式与第2个故障组合出现，并且迅速被检测到，同时也能够进入到安全状态，就意味着电路满足反应式故障安全条件。而在这种情况下，故障检测和拒绝的时间将不超过潜在危险输出持续时间限制。

2.4安全技术在道岔模块与联锁计算机通信设计中的应用

在设计道岔模块与联锁计算机的通信接口时，需要满足欧标对安全通信系统的设计技术要求。具体来讲，道岔模块与联锁计算机将使用CAN现场总线为通信接口，而该接口具有抗干扰能力强和实时性好等多方面的优势。但是，通信系统安全性不仅与通信可靠性有关，同时也将与通信故障安全性有关。所以，在使用CAN总线基础上，需要设计具有故障安全性的通信协议，以满足轨道交通系统信息安全传输的要求。根据这些要求，需要将CAN总线格式设计为扩展帧格式，而联锁机传输的报文信息需要包含定位操控命令、道岔锁闭防护命令和反位操控命令等命令，道岔模块需要传输的报文信息包含了锁闭防护状态、道岔定位表示和转动状态等。在此基础上，还要完成通信接口安全性的定性分析和定量分析，以便了解系统传输的可靠性。

3结语

总而言之，通过分析轨道交通全电子化联锁系统安全技术的应用情况可以发现，利用组合式故障安全、反应式故障安全和固有式故障安全等多个安全技术，可以使全电子化联锁系统设计达到预期的安全指标，继而为轨道交通运营提供更多的安全保障。