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，以便为关注这一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[1]。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[2]。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[3]。
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[4]。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[5]。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。
[参考文献]
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[3]陈光武，范多旺，魏宗寿，等.基于二乘二取二的全电子计算机联锁系统[J].中国铁道科学，2010（4）:138-144.
[4]李义鹏.计算机联锁系统在北京城铁中的应用[J].铁道建筑技术，2010（7）:86-91.
[5]许丽，苏思琦，旷文珍.全电子计算机联锁系统的通信协议设计及安全性分析[J].中国铁道科学，2012（6）:83-87.
作者：孙鑫 单位：苏州市轨道交通集团有限公司运营分公司