铁道信号专业英语翻译

1、铁路连锁系统信号控制模式的通用设计方法摘要：现今基于继电器的铁路连锁系统正在转变为可编程的软件连锁系统。就 硬件方面而言，安全认证组件可以达到铁路连锁系统的安全要求。但为了满足软 件要求，连锁系统的设计和编程必须使用规定的方法。这样一來，为每一种区间 设备配置的功能块都可以是实现铁路连锁系统的一种方法。本文旨在利用标准方 法为信号功能块设计一个可编程逻辑控制器(plc)程序，同时对二者做一比较。 关键词：铁路连锁系统自动化plc petri网 自动机绪论：当今世界，铁路客货运输在发达国家十分重要。土耳其作为一个发展中国家, 铁路使用率在2025年预计会从当前的3%增长到20%。现代的铁路信号和

2、多线铁 路让铁路运输的快速安全发展成为口j能。土耳其现在运营的铁路85%都是单线， 而且仅仅24%的线路是有现代化的铁路信号的。这种现状给土耳其铁路的安全性 能带来质疑。2004年至2008年间共发生了 1443起事故，包括撞车、越轨等，重新 引起了人们对安全问题的质疑。鉴于这些数据和信息，土耳其计划提升铁路质量, 必须增加信号现代化线路比例，同吋要对系统升级。在铁路信号系统中，起决定作用的是连锁系统。连锁系统的作用是对來自列 控中心的进路请求进行判断和开放。在这个判断过程中，连锁系统会综合考虑当 前的进路请求和英他区段的设备状态。最终通过将区间设备调整至准确状态，进 路请求被允许同时不会造成

3、撞车等事故。如果出现任何非安全因素，进路请求都 不会被允许。很明显，在信号系统中主要部分连锁系统对避免碰撞事故起决定性作用.正因 如此，由cenelec机构制定的安全标准，例如en50126,阐明了铁路连锁系统 安全的一般性要求。连锁系统必须同时满足软件和硕件的标准。就硕件方而而言, 儿个主要的公司己经完成了硕件设施的鉴定，从而使连锁软件可以实现。由于软 件的要求，开发连锁运算的算法就i分重要。标准的算法必须用于满足连锁系统 的软件要求。木文旨在使用标准方法为信号锁闭功能开发出一种软件算法，并对z进行比 较。为了达到目的，构成整个铁路信号系统的各模块的一般信息将会在第二部分 给出。在第三章，将

4、以标准方法设计信号闭塞功能，而在第四部分，我们将集中 讨论使用标准方法的利与弊。二铁路信号系统一般来说，铁路信号系统由列控中心(tcc),连锁系统和轨旁设备组成。a：列控中心(tcc)列控中心是执行和监督列车运营情况的地方。tcc和连锁模块通过双工通道 通信。由tcc产生的进路请求送至连锁系统，同时由连锁模块收集到的轨道信息 送至tcc。轨道信息则在列控中心的图形界而上显示岀来。b：轨道设备轨道设备是铁路上的基础设备，由连锁系统控制和监督。轨道设备可以分为三部 分，即转辙机、轨道电路和信号机。1）转辙机：在铁路中，列车通过转辙机转换行车方向。转辙机是由电动机 控制的机械装置。多数转辙机有定向和

5、反向两种选项。转辙机状态的数据通过传 感器存放在连锁系统中。在十耳其铁路中有三种主要类型的转辙机，分别是基本 型、联合型以及英式转辙机。2）轨道电路：轨道电路是一种电了设备，主要是用于向连锁系统传递特定 线路屮的列车占用信息。轨道电路可以细分为ac和dc两种子电路。当区域内没 有列车占用时，轨道电路向连锁系统发送逻辑“1”信号。而当有车占用时则发 送逻辑“0”。这种设计可以对断线起到很好的预防作用。3）信号机：一般來说，信号机是通过连锁系统來通知列车司机的灯光显示 器。耍做到安全运输，司机必须读懂信号机灯光颜色组合的含义，并且严格 遵循信号的指示。在土耳其铁路中，信号机被安置在线路方向的右侧，

6、显示 一下一个活多个信息：接近轨道是闭塞述是出清状态列车司机是否冇前进的许可接近轨道有岔还是无岔列车速度限制到下一个车站的距离下一个信号机的可能状态最早的铁路信号机是用电动机或液压传动机控制的机械信号机。机械信号机 的使用在逐渐减少，现在大多已被色灯信号机取代。信号机可以分为四种，即四 显示高柱、三显示高柱、三显示矮柱和二显示矮柱。和转辙机相似，信号机由连锁系统控制同时也向系统传送状态信息。对于一 个标准转辙机，有两种控制方式和两种指示信号。另一方面，三显示高柱信号机 有六种控制方式和七种指示信号。考虑到这种情况，我们立马就意识到在连锁系 统中，控制信号显示的部分要远比控制转辙机的部分复杂。此

7、外，信号机也在司 机和连锁系统z间形成了接口。因此，就安全层而讲，信号机是铁路信号系统屮 最重要的部分。c.连锁系统连锁系统是铁路信号系统的决策机构。如今在土耳其，基于继电器的连锁系 统已经在使用中。在一些地方，仅仅构建在故障安全型继电器上的逻辑电路起着 判定决策的功能。然而，除了继电器外，在一些地方，特殊的电子电路也在使用 中。此外，现在这一类软件也可以用plc实现。不管是由继电器还是软件控制， 连锁系统都是由连锁表来评估。连锁表决定允许特定进路请求的条件。连锁系统 的主要任务就是评估來自tcc的进路请求，并找出一个合适的进路方案，而且不 会引发冲撞事故。在判定过程中，连锁系统会综合考虑线路

8、请求和轨道设备的所 处状态。正如【4】中所指明的，为特定的列车建立进路，进路以及相关进路的轨道 电路状态必须明确。相关的转辙机必须正确的动作以及锁定。敌对信号和冲突信 号必须封锁。除此之外，进路上的冇关信号机必须设置在正确的显示状态。连锁 表止确表示了开放进路所要求的轨道设备所处状态。图1和表1,分别是站场和与 1bt-2st进路相关的连锁表的实例。实现基于plc软件连锁系统的一种方法就是为所有轨道设备生成连锁功能 块。这种智能连锁系统通过相关设备的连锁功能块可以接受和开放进路请求。根据土耳其tcdd的技术规范，红灯表示卜一区段占用，黄灯表示下一区段 出清但下下区段占用，绿灯则表示下两个区段都

9、空闲。冇时候列车必须谨慎行驶, 随时准备停车（例如在没有信号的区段等）在这些情况下必须显示红黄灯信号。这一部分将考虑三显示矮柱信号机。通常有三种常规方式（异步时序电路法、 基于自动机的设计法和基于petri网的设计法）用于生成负责控制信号机的功能模 块。a：异步时序电路法异步时序电路法用于数字电路的设计。利用这种方式设计算法要经过两个步 骤。第一步是设计转换图和转换表，这也是设计流程屮最重要的部分。在设计状 态流图的时候，首先要注意减少等价状态，可能的竞争危害也必须设法消除。然 后，为了获取从状态流图获得输入输出功能，利用卡诺图或奎因麦克拉斯基法 进行状态缩减可以减少相同的状态。5转换表屮与三

10、显示矮柱信号机相关的状态见表2。在这个表屮，“a”表示开 始状态，“b”表示转换状态，“cj “d”、“e”分别表示黄、绿、红黄信号显示。 在这种设计里，任何命令未能成功输出都会导致信号机显示红灯。在表2里x,v,y 和z分别表示开始、无信号显示轨道、下一轨道区段电路状态和下下区段轨道电 路状态。通过对转换表中所有ql,q2,q3值的换算，可得到输入输出功能：q、=% 弘.q. jc.v.y.z +g禺 .x.v.y.z = e空色xy+鬲xe j壬03 =鬲刁2鬲k +鬲话偽xez + e至.qrx.y+ q冷3.x.v.y.'z + $ 万2 xv.y.q?.x.v.y.z+ q.

11、爲.q、jc.v.y.zb、基于自动机的设计法口动机是一个图形模型，用于设计和分析离散事件系统。为了应用口动机模 型，首先耍定义事件的屈性，同时生成状态转换图。对于我们耍处理的三显示矮 柱信号机，事件和状态转换图分别对应在图2和表3中。在【6】屮，转换函数的一般表达式可由下式给出：qi =j兀,i +g几 i 工 j* k（2）j=ji=i进而可得图2中转换函数的表达式:q =丞©3可4耳q2 =q、© +% 爲爲耳耳 =q2.e2+q3.e5(3)0 =(j2.e3+q4£6q05 =时4“5爲9 = 01，彳2 = 02,，么=。5利用这些函数，就可以方便地写

12、出信号功能模块的plc程序。8c、基丁-petri网的设计法另一种用于离散事件系统的设计与分析的模型是pee网。基于这种模型的方 法，利用已经生成的状态图，可以对系统的逻辑功能进行创建和编程。使用petri 网的设计方式很多【9】，本文里将使用【10】中推荐的方法。为了编写程序，我 们要用到触发器的表达式以及状态。触发器的表达式如卜：t、=口弓,t2 =p2.e29 t3 =p2£3, t4 =p2.e4,t5 = p3q5, 6 = p4%、 p5©、人=p2%、(4)t®= p3 角?|0 = p4 弓0状态搜索功能的一般表达式，由下式给出：”m 刃伙+ 1)

13、=工/(£伙)+忙伙)口0(£伙)(5)1式中，i (pi (k)是加入兀的转换集，o (pi (k)是去除兀的转换集。通过一般表达式，可以给出图3中petri网的状态功能表示:= prt +ts +t6 +t7 +tsp2 =p2t2t3t4+tp = p3t5t9 + 爲+aop4 = p4 6*10 + 妇 + ap5 =pst7+t4iv.各种方法的比较设计阶段和最终成果的评佔可以采用多种标准，从而可以对各种既有方法进 行比较。当我们评估一个铁路连锁系统时，程序的内存占用，循环时间，可观测 性，设计精简性以及适用性是最重要的指标。plc的工作内存占用十分重要，主 耍

14、冇两个原因。首先，如果工作占用内存高的话，就必须使用内存更大的硬件组 合，因而成本更高。第二，工作占用内存与cpu的循环时间直接相关。工作内存 占用的升高会导致cpu的循环吋间也相应增加，从而使设备性能降低。在表iv 屮给岀了通用方法的工作内存占用状况。从表4中可以看出，利用基于口动机的方法设计出的程序其工作内存占用最 低。各种方法之间的差异并不大，但考虑到一个屮等规模的车站通常有2025个 信号机以及其他轨道设备，因而这些差异也显得比较重要。考虑到每种常用方法的设计时期，我们建立了一种通用的状态转换图。但为 编写plc代码而建立的逻辑功能模块会有一些不同。基于自动机和基于pee网两 种方法步

15、骤相似。另一方面，异步时序电路设计方法很难实现。使用这种方法，输入量和状态量的增加使得在无主要竞争情况下建立状态转 换表更加困难。这种数量的增加，同样也使得用卡诺图或者奎恩麦克拉斯基法 则对逻辑功能进行化简变得十分困难，甚至是不可能。尽管用异步时序电路设计 法也可能设计出简单的模型，但在具冇信号机反馈信号的复杂模型屮，这种方法 是不可能实现的。在调试阶段预备程序的可追踪性至关重要。自动机模型和petri网比界步时序 屯路近似法在口j追踪性上更高端，这是因为所冇的状态都可以单独追踪。在特人 特复杂型的情况厂口动机模型和petri网模型的可追踪性都会卜降。这种情况卜, 通过获取状态转换矩阵可以使p

16、etri网模型得到更好的可追踪性。v.结论总得来说，由于在设计和应用阶段的一系列问题，异步时序电路法在铁路信 号系统屮是不适应的。而基于自动机和基于petri网的设计方法，两者在简化设计 和提高适用性方面比较相似，可以根据设计者的熟悉程度和经验，作为铁道信号 系统的合适的设计方法。由于工作内存占用率不到20%,因而基于门动机的方法 相比较其他通用方法而言，是最适合铁路信号系统的。routesignal xumtkrsigna) stitcsnitch locksignal lockroute locks.l.preconditionibt-2st2dyti) 、l(n).3(n)2ba.2bb.4b.s4bi00ibt-it.2sts52daksk表一连锁表举例qgg(scarf- track % ithout sinali/ation-track circuit 1-i'rack circuit 2)0000 0001.010101001100110111111110101010)110011000000(a)abbbbbbbb001 (b)aebbbcdbboil (c)aaaaacaaa