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1、铁路信号系统的安全性研究摘 要铁路信号系统是列车能够安全运行的重要基础设备，其安全性直接关系到整个铁路系统的运输效率及客户的生命、财产安全。近年来，随着高速铁路的不断发展，铁路的安全性越来越受到关注，对铁路信号系统安全需求的研究势在必行。 铁路信号系统是保证行车安全、提高运输效率、改善劳动条件、提高服务质量、实现集中统一指挥。所承担责任重大必须要用很强的安全性可靠性。要提高铁路信号系统的安全性就要提高各铁路信号设备：行车调度指挥系统、闭塞系统、车站联锁系统等各大系统的整体性能，这样才能使信号系统有更高更远的发展。随着现代科学技术的发展和铁路信号设备的更新换代。我国的铁路信号系统也采取了较为科学
2、、可靠、技术成熟并且快速发展的相关措施。其中的故障导向安全技术，信息安全传输技术，还有计算机联锁中的容错、避错技术、双机热备、冗余技术等正在大量的应用于铁路信号系统。 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会为实现提速、高速和重载运输、高密度运输，会积极引进采用更多新技术。其中以计算机技术（Computer）、通信技术（Communication）和控制技术（Control）为基础。以高水平的实时操作系统为控制平台，还有数字信号处理新技术，计算机网络技术，通信技术与控制技术相结合。信号系统的发展会更加规范化和标准化随着全球经济一体化。来更好地为国家的经济建设发展服务。 关
3、键词：信号系统 ；安全性；故障安全；冗余目 录摘 要I目 录II引 言- 1 -第一章 铁路信号系统- 2 -1.1铁路信号系统的简介- 2 -1.2铁路信号系统构成- 2 -1.2.1 行车调度指挥系统- 2 -1.2.2 闭塞系统- 2 -1.2.3 车站联锁系统- 2 -1.3铁路信号系统的作用- 3 -第二章 铁路信号系统的安全性措施及技术要求- 5 -2.1铁路信号设备的安全设计- 5 -2.1.1动态安全型继电器的安全设计- 5 -2.1.2计算机联锁的安全设计- 6 -2.2铁路信号系统的设计原则和技术。- 10 -2.2.1故障导向安全- 10 -2.2.2避错技术- 10 -
4、2.3铁路信号信息安全传输- 11 -2.3.1信号信息传输的故障安全分析- 12 -2.3.2 铁路信号信息传输故障容错系统的建立- 12 -2.4新型铁路通信系统的安全设计研究- 12 -2.4.1传输方式的选择- 12 -2.4.2 开放系统通信的威胁与安全性设计原则- 13 -第三章 铁路信号系统新技术的发展趋势- 14 -3.1故障-安全技术的发展- 14 -3.2高水平的实时操作系统- 14 -3.3数字信号处理新技术的应用- 15 -3.4计算机网络技术的发展- 15 -3.5通信技术与控制技术相结合- 16 -3.6通信信号一体化随着当代铁路的发展- 16 -3.7安全性与可靠
5、性分析- 17 -3.8信号系统的规范化和标准化- 18 -结 论- 18 -致 谢- 19 -参考文献- 20 -铁路信号系统的安全性研究引 言随着铁路运输朝着高密、重载及高速的方向发展，计算机技术的不断发展和人类科技水平的不断提高。人们对铁路信号系统的安全性提出了越来越高的要求。在铁路交通中，铁路信号系统是列车的中枢。它起着保证列车安全运行和提高列车运行效率的作用。如何实现铁路信号系统的安全可靠成了人们研究的课题。本文首先介绍了铁路信号系统的构成，各信号系统的基本功能和作用作了总结。由此来说明信号系统安全的重要性。又介绍了动态安全型继电器的安全设计，和计算机联锁中的安全设计。接着又介绍了铁
6、路信号系统上的设计原则，要遵循故障导向安全的原则。然后有介绍了铁路信号系统的信息传输安全和新型铁路通信系统的安全设计研究。最后介绍了我国铁路信号系统的发展趋势。铁路信号系统是列车运行的保护神，只有它可靠安全的工作。才能更好的解决我国铁路运输量大，密集的交通现状。相信今后的铁路信号系统会更高级，更安全，更智能。第一章 铁路信号系统1.1铁路信号系统的简介 铁路信号系统是以标志物、灯具、仪表和音响等向铁路行车人员传送机车车辆运行条件、行车设备状态和行车有关指示的技术与设备。铁路信号设备是保证列车行车安全的重要基础设备，其可靠性的高低直接关系到行车安全和运输效率。随着我国铁路建设的高速发展，信号系统
7、的技术和设备研究显得日益重要。铁路信号系统不仅要满足线路本身的设计标准要求，同时要满足区域间的接入条件，在其设置上不仅要要考虑近期运行条件，同时要为远期规划等技术更新预留空间。1.2铁路信号系统构成1.2.1 行车调度指挥系统随着信息系统、特别是电子技术的发展，现代行车调度系统通过计算机技术、通信、控制、信息及决策技术，实现了列车远程实时监视、追踪、控制和管理等的自动化处理。近年来，随着TDCS（列车调度指挥系统）的改进和新一代分散自律调度集中系统研发成功，行车调度指挥自动化系统技术获得了长足发展，取得了巨大的进步。列车运行计划编制和调整及列车运行监视和管理是TDCS的主要内容，而列车运行控制
8、则是调度集中的核心，因此行车调度指挥系统主要由TDCS和调度集中系统构成的。TDCS由不同站段的分机和站段或路局总机衔接起来，形成路网调度的主要组成部分。1.2.2 闭塞系统闭塞就是保证区间或闭塞分区在同一时间内只能运行一个列车，与此有关的设备和技术形铁路信号闭塞系统。我国铁路现行的基本闭塞设备分为自动闭塞、自动站间闭塞、半自动闭塞。自动闭塞是同列车自动完成闭塞作用的一种闭塞，半自动闭塞是通过装在两个相邻车站的闭塞机、出站信号机及专用轨道电路所构成的一种闭塞。车站除了正线以外，还配有到发线、牵出线等其他线路，因此把各种车站称之为有配线的分界点，而无配线的分界点，为非自动闭塞区段在两个车站间设置
9、的线路所，以及自动闭塞区段为在两车站间划分成若干个闭塞分区而设置的色灯信号机。这里的线路所和色灯信号机就是无配线分界点，自动闭塞区段上通过色灯信号机之间的段落叫做闭塞分区。1.2.3 车站联锁系统（1）信号机：信号机是铁路视觉信号的重要组成部分，用以指导铁路行车，与线路的闭塞系统密切相关。信号机的选择上一般各站的进站、预告、正线出站等列车信号机，以及专用线、机走线、牵出线等处进入联锁区的防护调车信号机原则上采用高柱信号机，其余信号（含桥上及隧道内预告信号机）采用矮型。（2）站内联锁：车站联锁是利用机械、电气自动控制和远程控制的技术和设备，使车站范围内的信号机、进路和进路上的道岔形成相互具有制约
10、关系。接轨站及新建各站易采用硬件冗余结构的计算机联锁设备，显控多采用鼠标彩显方式。（3）轨道电路及站内电码化：新建各站越来越多地利用97型25HZ相敏轨道电路。站内正线电码化采用叠加预发码方式，到发线采用叠加发码方式，发码设备采用ZPW 2000系列移频电码化设备。部分接轨站结合原发码方式进行改造。（4）转辙及电源设备：转辙设备一般根据站场设计的道岔类型进行配套，采用智能综合信号电源屏。（5）信号集中监测系统：随着微机的推广和普及，新建各站配备信号微机监测系统，并联网至相关电务集中监测系统，当接轨站既有微机监测设备不满足要求时，要对其升级改造。（6）信号设备综合防雷系统：按铁道部有关标准和规范
11、要求，在各站信号设备房屋处需新设信号设备综合防雷系统。 1.3铁路信号系统的作用1.保证行车安全铁路信号系统是为了保证运输安全而诞生和发展的。系统的第一使命是保证行车安全，没有铁路信号，也就没有铁路运输的安全。(1) 避免两列或多列列车同时占用一个空间造成的冲突。(2) 避免由于道岔位置不正确而导致列车驶入错误线而造成冲撞。(3) 避免列车速度超过了线路限制速度引起颠覆事故。总之，提高运输效率。2. 提高运输效率铁道信号系统对提高列车密度和运输能力具有重要作用。(1) 自动闭塞技术，使得组织追踪运行成为可能，增加了列车密度。双线自动闭塞，按8min、7min、6min间隔计算，每昼夜平行运行能
12、力，可由半自动闭塞的70对分别提高到180对、205对、240对,采用CTCS2级列控系统，追踪间隔缩短至3min。(2) 车站电气集中，电气集中与非集中联锁比较，咽喉通过能力可提高50%-80%，到发线通过能力可提高15%-20%。(3) 驼峰自动化编组场，可提高编解能力15%左右，使点线能力得到协调。3. 改善劳动条件、提高服务质量(1) 为行车部门提高了劳动生产率，节省了大量行车人员。 (2) 减轻劳动强度与风险、减少人员伤亡。(3) 促进了旅客服务系统、货运查询系统等技术进步，可以向旅客提供有关到、发信息服务，为货主及时掌握货物达到时间提供极大方便。4. 铁路实现集中统一指挥的重要手段
13、(CTC、TDCS改变了调度员依靠一台电话、一张图、一支笔的传统手工方式组织行车的方式。) (1) 编制行车计划。(2) 临时运行图，调整运营计划。(3) 监视沿线列车运行状况。(4) 对各车站进路实行集中控制。第二章 铁路信号系统的安全性措施及技术要求 2.1铁路信号设备的安全设计 我们在各信号基础设备上采取了一定的安全性措施，来保证系统的安全。下面就来介绍几个。2.1.1动态安全型继电器的安全设计动态安全型继电器的结构和工作原理动态安全型继电器由直流电磁系统、接点系统和动态电路3部分组成。电磁系统由两个线径均为0.14 mm、匝数均为10000 匝、直流电阻均为8508的线圈以及线圈铁芯、
14、轭铁、衔铁等组成。接点组均为普通接点, 即由4片前接点、4片后接点、4片中接点以及接点拉杆、接点架、固定螺栓等组成4组前后(4QH) 接点的接点系统。动态电路元件焊接在一块不大的电路板上, 称为动态电路板, 它安装在4组接点上方与接点系统成为一体。动态安全型继电器的工作原理图如图1。图1 动态安全型继电器电路图电路在正常工作情况下,当计算机没有控制信号输出时,即没有脉冲信号输入到动态安全型继电器的控制端,光电耦合G1呈关闭状态,电源KZ给电容C1充电,其充电回路为: KZ -R1-D1-C1-D2 - KF,由于此时R2、C2中没有电流流过,因此电容C2得不到充电, 其两端没有电压,光电耦合G
15、2呈关闭状态,使继电器线圈无电流通过,继电器中接点与后接点闭合,即继电器处在释放状态。当计算机有高电平控制信号输出送到动态安全型继电器的控制端时,光电耦合G1导通,电容C1经过G1二次侧放电,放电回路见图2。图2 电容C1经G1 二次侧放电回路C1的一条放电电流使光耦可控硅G2导通,同时C1放电的另一回路给电容C2充电。在输入脉冲信号的低电平到来时,光电耦合G1关闭。在计算机输出脉冲信号的控制下,光电耦合G1呈脉动的通、断状态。在G1关闭的半个周期内,C1的放电回路被关断,C1又开始充电,此时,光电耦合G2靠C2放电继续维持导通。其C2的放电回路为:C2 -G2 -R3 - R2 -C2 。G2的导通构成了继电器的励磁电路,其线圈励磁电流流通路径见图3.图3 励磁电流流通路径图励磁的条件是交流电电流经过G2可控硅半波整流后通过线圈1-4使继电器励磁吸起,同时给CJ电容充电。在交
