祁 颖，谢千野，王一力，于 萌，侯筱岩

（1．北京市地铁运营有限公司通信信号分公司，北京 100082；2．卡斯柯信号有限公司，北京 100070;3.北京市地铁运营有限公司地铁运营技术研发中心,北京 102208）

1 应用现状

当前地铁信号系统中的联锁系统以计算机联锁加继电器执行系统为主，联锁计算机实现联锁逻辑运算，继电器实现计算机联锁与室外信号设备的接口以及对室外信号设备的控制输出和状态采集。

在日常使用中，继电器执行系统不时会出现接点松动、虚焊、断线、继电器插不紧等情况，影响行车。继电电路十分复杂，修改成冗余方式几乎是不可能的，并且日常维修维护对维保人员的专业水平有较高要求。

2 电子执行单元原理

电子执行单元直接与轨旁信号设备进行接口，实现对轨旁信号设备的控制和状态监测。

电子执行单元采用计算机技术、网络技术、无触点开关控制技术，实现了从联锁运算到执行控制和状态监测的全电子一体化设计，具备在线、快速、完备的自检测和自诊断功能，杜绝了继电器执行控制所固有的安全隐患和缺陷，提高了铁路信号系统的技术装备水平。

电子执行单元按照闭环反馈、实时监测、双断安全控制、冗余同步校核设计，研究系列基础信号设备全电子化控制装置。综合利用现代电子信息、电力电子开关、嵌入式计算机、自动控制、冗余、容错等多项技术，实现系统的全电子化、模块化、智能化、数字化和网络化，升级和换代传统的轨道交通信号联锁控制设备，提供安全、先进、可靠的成套技术与系列装备，满足铁路高速、重载、安全、高效的运输生产需要。

每一个电子执行单元均采用2套独立的运算单元及其控制电路实现安全控制，采用通过安全认证的安全平台，综合应用 “组合故障安全”以及“固有故障安全”的安全技术，只有2套运算单元“二取二”运算结果一致时，才进行控制输出。充分利用安全通信协议、信息的安全和保密技术，实现电子执行单元与联锁运算单元之间安全可靠的数据传输，保障系统的安全和可靠。为杜绝重大事故安全隐患，从根本上解决人为封连继电器接点导致联锁关系失效的重大安全问题，实现系统监督功能，按照“控制、监督、监测一体化”思想设计，实现联锁系统的无触点全电子控制。

3 电子执行单元（ECID）系统结构

ECID子系统是计算机联锁系统中联锁处理子系统（IPS）与现场信号机、道岔、轨道电路等信号设备连接的通道，实现控制现场信号机、道岔等信号设备的功能，同时完成对灯丝状态、道岔表示状态、轨道电路工作状态、道岔动作电流等信号设备状态的采集功能。

ECID子系统是基于微处理器、满足“故障-安全”的计算机联锁子系统。ECID子系统能完成信号设备控制功能、通信管理功能和辅助功能（即诊断和监测功能），符合SIL4级安全等级，与其他SIL4的子系统（如IPS）或非SIL4的子系统（如SDM）通信不会降低其SIL4的安全等级。

ECID子系统机笼包含输入输出通信模块及信号机模块、四六线制道岔模块、25 Hz轨道电路模块、电码化模块、五线制道岔模块、零散采集模块6种类型模块，实现对道岔、信号机、电码化设备、零散模块的驱动以及对道岔表示、道岔启动电流、信号机灯丝状态、灯丝电流、零散模块和轨道信号的采集。

ECID子系统通过高速网络实现与IPS子系统的双网冗余连接完成信息交换，主要从IPS子系统接收联锁控制命令,如道岔转换控制命令、信号机点灯控制命令等，向IPS子系统发送现场信号设备状态信息，如道岔表示状态、信号机灯丝状态、轨道电路占用状态等。ECID子系统与IPS子系统间进行周期性数据传输的发送方式，接收方按FSFB/2安全通信协议要求对接收的数据内容进行严格检查。

ECID子系统通过高速网络实现与系统维护台的双网冗余连接，使用UDP协议通信，向系统维护台发送报警和监测信息。

ECID子系统结构如图1所示。

4 房山线改造

目前，房山阎村车辆段采用继电器和现场设备接口，主要有道岔启动电路、信号机点灯电路、场联电路、轨道电路采集电路、零散接口电路等。在这些电路中使用最频繁、比较容易出现故障的是信号机点灯电路、道岔启动电路和轨道电路这3个部分，因此本项目针对这3个部分进行电子执行单元及相关接口设备的实验更换。

改造前联锁系统由以下部分组成，如图2所示。

联锁处理子系统：设置1套二乘二取二联锁系统，负责完成管辖区域内的所有联锁功能及与邻站CBI之间的接口和数据传输。该设备布置在设备集中站的信号机房内。

诊断维护子系统SDM：设置1个系统维护台（SDM），负责完成本设备集中站所辖车站的联锁诊断和故障记录等，并把相应的信息内容通过网络送至维修中心。该设备布置在信号机房内的维护操作台面上。

图1 ECID子系统结构框图Fig.1 Structural block diagram of ECID subsystem

冗余网络子系统RNET：配置3层通信传输结构，第一层为CBI系统与ATS子系统、系统维护台及现地控制工作站之间的信息交换提供网络传输通道；第二层为CBI和邻站CBI之间的信息交换提供网络传输通道；第三层为车辆段与试车线通信通道。联锁A/B机、现地控制工作站和系统维护台各提供2个网络接口，接入冗余的基于TCP/IP协议的ATS子网，实现相互之间信息交换。同时，通过SDH节点接入ATC骨干网，实现和中心ATS之间的信息交换。联锁A/B机通过另外独立的2个网口接入冗余的基于FSFB2协议的ATP/ATO子网，通过SDH节点接入ATC骨干网，实现和邻站联锁通信。这三层通信传输通道，均采用冗余的方式，因此一旦冗余网络中的一条网络发生故障时，各子系统仍可以通过另一条网络进行通信。

人机界面子系统ATS：设置1套热备冗余的现地控制工作站（HMI），它是CBI的控制显示单元，控制本联锁区域的范围。它主要负责把车站值班员的操作命令（例如：进路办理、单操道岔、开放引导信号等所有的联锁操作）经一定的预检查后传递给CBI，并接收车站ATS分机发送的中心操作命令。同时车站现地控制工作站显示CBI发送的显示信息（主要包括道岔、信号机、进路、故障报警）等状态，并把相应的显示信息通过车站ATS分机发送给中心。该设备布置在车控室的综合控制台上。设备集中站的联锁设备操纵工作站与ATS监控工作站合用，称为现地控制工作站。

子系统改造内容，改造后结构如图3所示。

联锁处理子系统：增加ECID通信接口，接收ECID对轨旁设备的采集信息，控制ECID驱动轨旁设备。

图2 改造前联锁系统结构图Fig.2 Structural diagram of the interlocking system before reconstruction

诊断维护子系统SDM：增加SDM网口接入原DVCOM子网交换机，用于获取ECID子系统的维护信息。

冗余网络子系统RNET：利用原DVCOM子网作为ECID与联锁机运算单元的通信通道。

人机界面子系统ATS：不需改造。

电子执行单元子系统ECID如图4所示：新增1套二乘二取二的ECID子系统，负责接收联锁机运算单元的控制命令，根据命令动作信号设备；采集信号设备的状态，并将状态信息发送给联锁机运算单元；采集信号设备的维护信息，并发送到诊断维护子系统。通过原DVCOM子网实现与联锁机运算单元交互采集驱动信息。

ECID实现以下功能：

a. 实现与计算单元的通信接口功能，接收来自计算单元的信号设备驱动控制命令，并将信号设备的采集信息发送给计算单元；

b. 实现信号机点灯驱动控制和灯丝状态的采集功能,同时采集信号机灯丝电流；

c. 实现道岔转辙机驱动控制和道岔位置状态采集功能，同时采集道岔动作电流；

d. 实现轨道电路状态采集及监测功能。

设备倒切柜：增加设备倒切柜连接分线盘，用于全电子接口和继电组合接口快速切换，保证ECID在双系同时故障的情况下，也可以人工切换至既有的继电器电路，对室外设备进行驱动和采集，确保运营快速恢复。

5 设备倒切

为实现继电组合和电子执行单元对室外设备的控制与状态回采的倒接，在分线盘处设置设备倒切柜，倒切原理如图5所示。

1) 新增配线从ECID单元引入设备倒切柜“新”端口；

2) 新增配线将既有设备继电接口从组合架引入设备倒切柜“旧”端口；

3) 将设备倒切柜“输出”端口引出至分线盘，替代原有继电组合柜至分线盘的接口。

图4 ECID机柜照片Fig.4 ECID cabinet

图5 倒切原理Fig.5 Switching principle

通过采用中国标准安全型继电器的前接点接通电子执行单元（“新”侧），后接点接通既有继电组合（“旧”侧）的方式来完成新旧设备的倒接。通过控制继电器的吸起和落下来实现倒接，倒接时的设备转换工作量较小，为设备调试节省了时间。

考虑到道岔控制电路中控制线上电流较大，道岔拟采用中国标准加强接点型JWJXC-480继电器作为倒接设备，其余设备拟采用中国标准JWXC-1700型继电器作为倒接设备。JWJXC-480安全型继电器有两组加强型接点和两组非加强型接点，道岔控制线均通过两组加强型接点倒接，对于道岔的表示回线可采用非加强型接点，所需继电器的具体数量如表1所示。

表1 继电器数量Tab.1 Number of relays

6 应用意义

目前的联锁系统中存在接口继电器体积大、数量多、配线复杂、焊接节点多、继电器日常检修维护复杂等不足，还存在人为封连接点、线路混线等安全隐患，对设备安装、现场维护检修造成很多困扰，而接口电子化的产生在这些方面具有绝对的优势。用电子执行单元替代既有组合继电器结合的设备直接和轨旁信号设备连接，尤其是可以根据需要与联锁计算单元分散放置，可以缓解地铁紧张的设备用房，为将来的改造项目留下充足的空间，在城市轨道交通上的应用研究有十分重要的意义。