车站信号控制系统部分1(共计881)

车站信号自动控制系统基础第一章车站信号控制系统的概述第二章电磁继电器原理第三章继电器电路基本原理第四章铁路信号安全技术第一章车站信号控制系统的概述第一节引言第二节车站信号系统概述第三节轨道电路的应用第四节动力转辙机第五节色灯信号机第六节联锁系统概述第一节引言

自有铁路以来，人们就约定以物体的外表特征，如形状、颜色、位置、灯光以及状态的显示数目等作为向乘务人员和行车有关的人员传达运行条件和命令的信号。从铁路发展初期，信号的显示意义就与安全联系在一起。只有当安全条件确实满足，或者说危机行车安全的因素不存在的条件下，才给予允许信号；反之给出停车信号。安全的条件开始是靠运营管理措施来保证的。

随着铁路运输业的发展和科学技术的进步，保证行车安全的措施逐步从管理措施向技术措施过渡，以致发展成为今天的自动控制系统。由于保证行车安全的技术大部分是和信号相联系，所以把用技术手段保证行车安全的系统一般称为铁路信号系统，或者称为铁路信号。

铁路信号的主要功能是保证行车安全。随铁路信号技术的发展和应用，铁路信号已成为提高运输效率，实现运输管理自动化和列车运行自动控制以及改善铁道员工的劳动条件的重要技术手段，从这个意义上，称铁路运输自动化与控制更妥帖。

铁路信号系统按其应用场所可以分为：车站信号控制系统、编组站调车控制系统、区间间隔信号控制系统、铁路行车指挥控制系统TMS以及列车运行自动控制系统等。教材以车站信号控制系统为内容，着重讨论了车站信号自动控制系统的具体功能、构成原理以及实现方法。第二节车站信号系统概述

在车站范围内，有许多用道岔联结着的轨道或者线路，这在行业上称为线路。列车或者调车车列在站内运行所经过的径路，称为进路。列车或车列是依据防护进路的信号机的开放通过进路的，即进路必须由相应的信号机来防护，否则可能造成冲突等行车事故。为了保证行车安全，在道岔、进路和信号机三者之间必须建立互相制约的关系。例如：进路上的道岔转到规定的位置上，进路空闲，敌对进路没有建立，信号机才开放，否则信号机不能开放。信号机开放后，进路不能再变动，道岔也不能再转换。进路、道岔和信号之间的这种相互制约的关系，称为联锁关系，简称联锁。

联锁的基本内容是：防止建立两条会导致机车车辆相撞的进路—敌对进路；必须使列车或调车车列经过的所有道岔均处于与进路开通方向相符的位置；必须使信号机的显示与所建立的进路相符合。

控制车站范围内的道岔、进路和信号机，并实现它们之间的联锁的设备，称为车站联锁设备。联锁设备可采用机械的、机电的和电气的方法来实现，可以为分散控制或者集中控制。

实际上，当2条具有共用路段的进路又都经由某一道岔，但对该道岔的位置要求不一样时(例如一条要求道岔在定位，另一条要求在反位)，其中一条进路建立后，另一条由于道岔位置不符要求是不能建立的，因此勿需采取技术措施以防这类进路同时建立。

由于这类进路不可能同时建立，也就避免了侧面撞车的可能。如果2条进路既有共用的路段又对共用道岔的位置要求相同，在这种情况下，不可能借助道岔位置防止它们同时建立，而必须采取另外的技术方法加以防止，我们称这类进路中一条是另一条的敌对进路。防止建立敌对进路的措施是保证不发生正面和尾部撞车事故的基本措施。因此，对于任何一条进路，必须确切判明它有哪些敌对进路．以便采取相应措施，这是至关重要的。以上简要地说明了在信号、道岔和进路之间必须建立一定的制约关系或条件才能保证行车安全。实际上，从排列进路到列车或车列通过了该进路是一个过程，我们称该过程为进路控制过程。进路控制过程可分为2个大的阶段。第一阶段是建立进路的过程，这又可分为3个子过程：1．进路选择。根据车站值班人员的操作，从许多进路中选取一条要办理的进路。在选择过程中主要是将道岔转换到与进路相符合的位置，但在转换之前必须检查道岔区段是否有车，道岔是否在锁闭状态等。2．进路锁闭。当进路选取后，在确证进路空闲状态，道岔位置正确以及敌对进路没有建立的条件下，把与近路有关的道岔和敌对进路进行锁闭，使它们不能板动和建立，称这种锁闭为进路锁闭。3．开放信号。在实现进路锁闭后，使防护进路的信号机开放，允许列车或车列驶入进路。进路控制过程的第二阶段是进路解锁过程。进路解锁与进路锁闭相对应，当列车或车列确实越过了道岔区段后，应使该区段内的道岔以及相关的敌对进路解除锁闭。进路解锁又分成自动解锁和非自动解锁等。根据不同情况，还可进一步细分。从以上讨论中可以看出：信号、道岔和进路之间必须有一定的制约关系(或条件)，而且必须按照一定的程序才能动作和建立，只有遵循这种关系和程序才能保证行车安全。我们把信号、道岔和进路必须按照一定程序并满足一定条件才能动作和建立的这种约束称做联锁。车站信号系统就是实现联锁的系统，所以也称做车站联锁系统。在车站联锁系统中主要包括下列技术及相应器材：1．进路空闲的检测技术。检查进路空闲是保证行车安全的重要条件之一，目前主要是利用轨道电路实现这一任务的。关于轨道电路的工作原理及各种制式，将在其它课程中讲授，在本课中将着重阐明轨道电路在车站的使用问题。2．道岔控制技术。道岔是进路上的可动部分，如果对它控制不当，有可能造成列车或车列脱轨，或者造成列车或车列驶入停有车辆的线路而发生撞车事故。因此，如何控制道岔是非常重要的。在现代化的联锁系统中，对于道岔的控制主要是由动力转辙机及其控制电路实现的。关于动力转辙机和其控制电路将在以后的不同章节中介绍。3．信号控制技术。在车站上设置的信号机有列车信号机和调车信号机两类，它们是分别用以防护列车进路和调车进路的。信号机是联锁系统中极其重要的基础设备之一。前面已经指出，只有在安全条件确已满足时才允许信号机开放，否则信号机必须在关闭状态。显然，控制信号机的开放与关闭．直接关系到行车的安全。关于信号机及其控制电路将分别在不同的章节中介绍。4．联锁技术。为了保证行车安全，信号、道岔和进路的动作和建立必须遵循一定的条件和程序。我们称这些条件和程序为联锁，那么实现联锁的技术称做联锁技术。应当明确，根据安全要求制订周密而详细的安全规程和措施，由行车有关人员严格执行以保证行车安全是必要的，然而人们难免有操作和判断失误的时候，因此仅靠行车有关人员的遵章守纪以保证行车安全是不可靠的。从这个意义上讲，联锁技术是防止失误，且在失误的情况下仍能保证行车安全的技术。联锁技术是车站信号自动控制系统的主要内容。5．故障—安全技术。任何技术设备不管它如何可靠，总有发生故障的可能，铁路信号系统也不例外。对铁路信号系统来说，必须考虑在发生故障后，其后果不应危及行车安全。例如信号机及其控制系统发生故障时，应自动地给出限速或停车的显示；道岔的控制系统发生故障时，道岔不应错误地转换而必须机械地锁在原来的位置等。总的来说，故障的后果必须导致行车安全，在铁路信号领域里称这一原则为故障-安全原则。实现这一原则的技术称做故障-安全技术。凡是涉及行车安全的器械、部件和系统都必须有故障-安全的性能。顺便指出，在技术迅速发展的今天，有些新技术不能尽快地应用到铁路信号领域里，其重要原因之—就是受到了故障-安全原则的限制。以上轭要地叙述车站信号控制系统的基本技术内容，这些技术的有机组合就构成了系统的整体，系统的框图如图1—2—2所示。图中没有反映出故障-安全技术，因为它隐含在各个环节中。构成车站信号系统的具体器械的集合称做车站信号设备，也称做车站联锁设备。在我国铁路上使用着多种联锁设备。这些设备之间在器械结构、操纵方式、动力来源以及联锁的完善程度等方面存在着很大差别，本教材主要阐明联锁功能比较完善和自动化程度较高的联锁系统的构成和工作原理，并对目前广为应用的6502型电气集中联锁系统作较详细的剖析，以便使读者能掌握典型设备的原理。在此基础上，本教材还将对今后发展的计算机联锁系统作些必要的介绍。第三节轨道电路的应用轨道电路的原型于1872年发明于美国，目前已发展成多种制式。轨道电路是检查铁路线路上有无车辆存在的主要手段，也是铁路信号现代化的基础设备之一。在车站信号自动控制系统中，凡是由信号机防护的进路以及进路的接近区段均需装设轨道电路。关于轨道电路的具体配置方法在《铁路信号运营基础》教材中有所介绍，这里仅将一些配置依据罗列于下：1．进路始端和终端的两侧应届于不同的轨道电路，以便判断列车或车列是否进入和出清进路。2．可同时建立的平行进路不应共用同一条轨道电路。否则一条进路有车占用时，另一条也相当于被占用了。3．在咽喉区，当2个相邻警冲标之间的无岔线路长度等于或超过50M时，可考虑设置一个无岔区段轨道电路作为机车或车辆的暂时停留线使用。4．一个道岔区段轨道电路中包括的道岔不应超过3组．以利轨道电路的调整，且一旦发生故障时影响作业范围较少。5．在有平面溜放调车作业的区域，原则上一个轨道电路仅包括—组道岔，以便道岔能及时解锁，提高溜放作业效率。从运用的角度阐明—些重要概念，为以后分析和设计联锁电路打下基础。现在以办理接车为例说明轨道电路的应用。在图1—3—1中给出了下行向股道ⅢG接车的列车进路。进路中包括了两段道岔区段轨道电路1DG和5-9DG和一段股道轨道电路ⅢG。当向ⅢG办理接车进路时，在技术上必须检查这3段轨道电路均在调整状态，或者说这3个区段均在空闲状态，以作为进站信号机开放的必要条件。当开放信号的其它条件，例如道岔位置正确，已实现丁进路锁闭等条件满足后，信号机x才能开放。当列车完全驶过1DG后，则可解除该段的进路锁闭，具体说就是该段内的道岔l#可以扳动，也可以利用该段建立另一条进路了。同理，当列车完全驶过5-9DG后，则该段的进路锁闭也就解除了。这种每驶过一段道岔区段使之相应解锁的方式称做分段(或逐段)解锁。分段解锁方式有利于提高铁路线路的利用效率，在我国多采用这种方式。为了节省投资，在小的车站上也可采用所谓进路一次解锁方式，即当列车驶过了进路中所有道岔区段之后，再解除进路锁闭。无论是分段解锁还是一次解锁，都是在列车的作用下通过轨道电路的动作自动实现的，所以属于自动解锁的种类之一，习惯上称做正常解锁。

以上说明了轨道电路与进路锁闭与解锁的关系。在以上论述中指出，只要确证列车或车列通过了某一道岔区段则该区段就可解除进路锁闭。那么该区段的轨道电路从空闲状态变为分路状态，再从分路状态恢复到空闲状态是否就能证明车辆确已通过了该区段呢?实践证明，这是不可靠的。因为一段轨道电路的动作不一定是由于车辆的作用造成的，而可能是由于某种原因而使轨道电路短时分路造成的，也可能是在车辆占用期间由于轨面的锈污而导致瞬间失去分路造成的，还可能是瞬间停电造成的。总之，一段轨道电路的动作并不能确切反映车辆已通过了该区段，如果仅借一段轨道电路的动作作为该区段解锁的充要条件，将产生严重地危及行车安全的后果。仍以图1—3—1为例，当列车正在1DG区段运行时，若轨道电路1DG瞬时失去分路，就象列车已驶过1DG一样，如果在这种情况下允许1#道岔解锁(这意味着1#道岔有可能转换)，将危及行车安全。又如列车在1DG期间，轨道电路5-9DG由于某种原因误动了一次，这类似于车辆通过了5-9DG，若在这种假象下允许5#和9#道岔解锁，显然也将危及行车安全。仅仅用一段轨道电路的动作是不能确证车辆通过了该区段，所以不允许仅用一段轨道电路的动作作为进路解锁的充要条件，而至少要用两段轨道电路的顺序动作来反映车辆通过了某一道岔区段。在采用分段解锁的方式时，应尽可能采用三段轨道电路的顺序动作作为一段道岔区段解锁的条件。例如在图1-3-1中5-9DG解锁条件是：1DG轨道电路继电器落下过又吸起了，5-9DG轨道电路继电器落下又吸起了，ⅢG轨道电路继电器落下了。这3段轨道电路的顺序动作能够反映是车列运动造成的，而由于轨道电路误动而出现这种动作过程的可能性极少。当进路在解锁状态而道岔区段上有车时，该区段内的道岔也是不允许操纵的。这就是说，当道岔区段轨道电路在分路状态时则应将该区段的道岔锁在原来的位置。这种仅由轨道电路控制道岔的关系称做道岔的区段锁闭。当道岔区段空闲时，区段锁闭也就解锁了。区段锁闭和进路锁闭是两个不同的概念，不应混淆。第四节动力转辙机动力转辙机是道岔控制系统中的执行机构，它的基本任务是转换道岔、锁闭道岔和反映道岔的位置和状态。转辙机是直接关系到行车安全的设备，对其性能和质量必须给以极大重视。但由于转辙机的结构比较复杂，在有限篇幅内不易叙述清楚，需要通过实验和现场实习等实践活动来学习它。另外还有专门的书籍介绍它的工作原理和构成，这里仅结合运营要求作些必要的介绍，并作为观察和学习转辙机原理的参考。一、转辙机应能灵活地转换道岔转辙机应具有足够大的牵引力以带动道岔的尖轨作往复运动，并能保持尖轨与基本轨密贴时有足够的密贴力。牵引力和密贴力的大小与尖轨的重量、弹性、滑床板的平滑程度、尖轨根部与基本轨的连结方式(硬连结或松连结)以及气候条件(风沙、冰雪等)有关。随着铁路运输向重载高速的发展，道岔逐步向重型大号撤叉发展，牵引力和密贴力也随之增加。我国目前正制订几种标准级别并研制相应的转辙机以适应发展的需要。转辙机还必须能在转换尖轨的过程中因受阻(如有矿石落到尖轨与基本轨之间)而不能继续转换时，通过操纵或延迟一定时间使尖轨返回原来的位置。为了实现尖轨的移动，转辙机应包括动力和传动两大部分。在转撤机的发展过程中，曾考虑到工业电源并不十分可靠，在停电期间需用备用的蓄电他供电，所以转辙机广泛采用直流串激可逆电动机作为动力。另外，这种电动机具有起动转矩大，在一定负荷范围内其转速和转矩能随着负荷的变化而自行调节的特性，这符合转换尖轨的要求。但直流电机需用整流子对电枢电流换向，而整流子的碳刷容易磨损，需要经常维护，这是直流电机的缺点。转辙机的传动机构是将电动机的高速旋转变换成动作杆的低速直线运动，再由动作杆带动尖轨转换。传动机构的另一作用是驱动尖轨的锁闭机构。转辙机的传动机构有齿轮传动和液压传动两类。齿外传动可以用来传递空间任意两轴间的运动，而且传动准确可靠，效率也高，是现代机器中应用最广的一种传动机构。齿轮传动的类型很多，其中有一种内啮合齿轮结构，具有结构紧凑密封性好的特点，在我国的转辙机中得到广泛采用。但其动作过程不易观察，现以图1—4—1的示意图为例说明它的传动原理。图中有两个齿轮，其中大的那个具有内齿称做内齿齿轮，相对于另一齿轮来说它装在外侧，为了方便又称它为外轮，外轮固定不转。另一个齿轮具有外齿，称做外齿齿轮，但为了简便又称它为内轮，内轮是可转的。电动机的输出轴经过一级普通的减速齿轮驱动一个偏心轴(即该轴不在内轮的中心O’上)转动，该偏心轴拨动内轮转动。由于内轮和外轮是内啮合传动，若内轮围绕着中心O点按顺时针转动，则内轮本身就以O’为中心按逆时针方向旋转。总地来说，内轮在围绕外轮中心转动(称做公转)的同时，又围绕着自己的中心旋转(称做自转)。内轮就象一颗行星一样，既有公转又有自转，且两种转向相反，所以又称这种齿轮传动为行星齿轮传动。当内轮与外轮的齿数愈接近，则公转与自转的转速就相差愈大。为了获得最大的减速比，两齿轮仅有一齿之差，实际的减速比为41：1，即公转41周自转才1周。在实际结构中，利用内轮带动输出轴再经由齿轮和齿条的啮合传动驱动动作杆而使尖轨移位。整个行星齿轮传动系统较为复杂，通过观察实物易于了解，这里就不再细述了。行星齿轮传动的优点是占用空间小，缺点是转动中有无功消耗，效率较低。采用齿轮传动机构时必须采用摩擦联结器，其原因有二；一是当尖轨已转换完毕时而电机不能立即停转，利用摩擦联结器克服电机的转动冲击。二是当尖轨在转换过程中受阻而不能继续动作时．摩擦联结器进入摩擦状态，使电机仍能继续转动而不致烧毁。联接联结器的摩擦力必须能根据道岔的实际情况进行调整，以便在通常情况下使电机能可靠地驱动尖轨转换，在非正常倩况下能保护电机不致烧毁。另一类传动机构是液压传动机构。其原理是由电动机驱动一个油压泵，将加压的液体注入储能油罐中使罐内空气压缩以储存一定能量。在转换道岔时，除了使电动机工作和同时将控制油路的阀门打开，使受压油液注入油缸中，借助活塞与油缸的相对运动推动油缸移动，再由油缸带动动作杆使尖轨转换。液压传动机构的结构比较简单，可动的机械零件很少。由于液压系统本身具有缓冲作用且超压时可以自动打开超压阀降低压力，所以不需复杂的摩擦联结器。这就大大减少了现场的维护工作。但是液压传动机构要求油质清洁，油箱和油路密封良好，不能有渗漏现象，这对于生产工艺提出了严格要求。在我国，采用齿轮传动的转辙机称做电动转辙机，采用液压传动的转辙机称做电液转辙机。目前广为使用的是电动转辙机，电液转辙机正处于试用阶段、以后将会得到推广使用。二、转辙机应能可靠地将尖轨锁在密贴状态

当道岔的尖轨转到规定的位置且与基本轨保持一定的密贴力时，转辙机应能把尖轨机械地锁在密贴状态，以保证在列车或车列通过道岔时，尖轨不致因受震动而离开基本轨。锁闭尖轨的机械结构技其装设的位置分为内锁闭和外锁闭两类。内锁闭是在转辙机机箱内部用机械的方法将带动尖轨的功作杆卡住，使它不会因尖轨受外力震动而产生位移。实际上，锁闭尖轨只是防止尖轨因震动而变位，至于尖软是否已达到密贴标准(在维护过程中需要检测，称做4mm检查)还需检查，因此在转辙机中装有密贴检查杆。该检查杆与尖轨的尖端部位连接，当尖轨密贴良好时，检查杆的动程才能正确，利用检查杆的精确动程驱动下面将提到的道岔位置表示接点以反映道岔的状态。在已投入使用的大多数转辙机中，是采用内锁闭方式，其缺点是万一动作杆断裂就失去了对尖轨的机械锁闭，这是不符合故障－安全原则的。改进的转辙机是将密贴检查杆加强，使它也具有锁闭功能，实现了对尖轨的双重锁闭，提高了可靠和安全性。内锁闭方式是通过动作杆件间接地锁闭尖轨的，总是潜在着万一杆件发生故障而导致尖轨失去锁闭的危险。在高速铁路上，为了确保行车安全，多采用外锁闭方式。所谓外锁闭，就是将锁闭机构直接地装在尖轨上，当尖轨密贴于基本轨后，锁闭机构将尖轨和基本轨牢靠地锁在一起。在这种情况下，即使动作杆件发生故障，尖轨也不会解锁。在我国，转辙机是内锁闭方式的，而把外锁闭机构作为一种附属机构使用。只有在高速铁路线区段，在使用内锁转辙机的基础上再加上外销机构以提高安全性。实现对尖轨的锁闭，转辙机的全动程必须分成3个阶段：一是尖轨解锁过程，即在转换道岔时首先解除对尖轨的机械锁闭．在解锁过程尖轨是不动的：二是转换过程，即将尖轨由一个位量转换到另一位置；三是尖轨锁闭过程、即在尖轨动作完毕后将它锁在密贴的位置。三、转辙机应具有反映道岔状态的接点系统道岔有4种状态，这就是道岔在定位且尖轨处于密贴锁闭状态，简称做定位状态；道岔在反位且尖轨处于密贴锁闭状态，简称做反位状态；道岔的尖轨不密贴于基本轨的状态；以及道岔被车轮挤动的不正常状态，称做挤岔状态。为了反映这些状态，在转辙机内设合接点系统，称做自动开闭器。接点的开闭由密贴检变杆及相关的机械机构来控制。各组接点的开闭过程说明如下；1．定位表示接点(DD)：只有当道岔确在定位状态时才闭合。道岔一旦开始解锁，该接点应立即断开以反映道岔已解锁并准备转换。2．反位表示接点(FB)：只有当道岔确在反应状态时才闭合。道岔一旦开始解锁，该接点应立即断开以反映道岔已解锁并准备转换。3．定位动作接点(DD)：该接点是接通道岔定位动作电路的接点。当道岔在反位状态以及由反位向定位转换的过程中，该接点均在闭合状态，当道岔转换到定位状态后，该接点断开。4．反位动作接点(FD)：该接点是接通道岔反位动作电路的接点。当道岔在定位状态以及向反位转换的过程中，该接点处于闭合状态，当道岔转到反位状态后，该接点断开。5．当尖轨个密贴或被挤时，接点DB和FB都应自动断开，以便反映道岔处于非常状态。四、转辙机应具有挤岔(保护)装置在装有动力转辙机的道岔区段，虽然均设有轨道电路相信号机进行防护，然而由于司机的判断疏忽．道岔仍有被挤的现象，特别是在调车作业频繁的区域尤为如此。若不采取持殊措施，—旦发生挤岔事故，尖轨或转辙机将遭到破坏，不易很快修复从而对运输有较大影响。因此．转辙机应具有挤岔装置，当发生挤岔时，通过挤断或挤脱的机械结构，使转辙机和尖轨不致遇到个可修复性的破坏，以便尽快修复。挤岔装置既要在通常情况下有足够的强度以保证道岔的正常动作和锁闭，又要在挤岔情况下能够被挤断或挤脱。适应这两种情况有一定矛盾，因此它是转辙机的一个薄弱环节．处理不当将影响转辙机的可靠件。第五节色灯信号机

信号机是向行车有关人员特别是向司机提供视觉信号的器械。车站联锁设备的安全功能最终体现在信号机的正确显示以及司机对于信号的准确辨认广。因此，信号机是铁路信号系统中最重要的组成部分之一。铁路运营对于信号机的基本要求是：能给出多种显示意义(显示数目)；每种显示意义清晰易辨，一旦映入眼帘几乎勿需费时判断；显示距离应与列车制动距离相适应，显示距离太近．司机不易按信号显示控制列车速度，显示距离太远，以致同—线路上的同一方向的几个信号显示可能同时被司机看到而造成谈判，产生不良后果。信号机有臂板信号机和色灯信号机两大类。臂板信号机受到机械结构的限制，机械可动部件较多，不利于实现故障－安全原则且不易实现自动控制，因此只在运输不甚繁忙且无可靠电源的车站上使用。在有可靠电源的车站上多采用色灯信号机。对于色灯信号机，人们从视觉反映、各种光的大气透过率、外界光源的干扰以及节省电能等方面对其色光的选择、色光的组合与显示意义的对应关系、透镜的结构以及集光的方式等作了理论实验研究，形成了透镜式色灯信号机和探照式色灯信号机两个系列。透镜式色灯信号机的集光器如图所示。它由两块凸透镜和一个电灯座组成。内凸透镜是带色玻璃，称做滤光器，外凸透镜是无色玻璃的，电光源是专制的钨丝灯泡、其持点是发光钨丝紧密集中而形成一个光点。实际上，光源设在机构的暗室里，而且暗室内涂成黑色。以防在灭灯的情况下由于太阳光或机车头灯光射入暗室被反射回来出现错误的显示，这就体现了故障－安全原则。由于这个缘故，暗室内不能用安装反射镜的办法提高光源的利用率．而只能在有限的空间内用增大透镜受光角度和减少光束散射的措施发挥光源的效率。具体措施是将电灯泡靠近透镜且使用两块曲率半径较小的透镜。为了克服球面象差造成的散光，色透镜是非球面的。为了提高透镜的透过率并克服在生产透镜时因厚薄悬殊会在脱离模具冷却时发生变形和碎裂现象，则将透镜的结构在保持曲面不变的条件下改成厚度上趋向均匀的带棱的透镜。内透镜的棱与外透镜的棱相对着安装并密封，以保持镜面清洁。一个透镜集光器只能给出一种色光，多显示的信号机需要多个透镜集光器来组成，例如进站色灯信号机需要5个集光器。从控制角度来看，这需要较多的电缆芯线，从维护角度来看也增加了更换灯泡和调整焦距的工作量，另外，透镜式集光器不能充份利用电光源，这些都是透镜式集光器的不足之处。然而透镜式集光器结构简单，没有可动的机械部件，便于生产．比较安全可靠．因此在我国广为采用。探照式色灯信号机的集光器如图1－5－2所示。它由凸透镜、有色玻璃、电光源、反射镜以及能带动色玻璃动作的电磁机构所组成。它的特点之一是将光源设在椭圆反射镜的一个焦点处，光源的散光投向反射镜再反射回来并集中通过到另一焦点而射向透镜[参看图(a)]成为有效光束。显然，这比透镜式集光器的光源利用率要高得多。在保持同样的显示距离情况下，透镜式集光器需用25W的电光源，而探照式的仅用15W就可以了。探照式集光器的另一特点是用电磁机构控制一块装有黄、红和绿3种颜色的圆形玻璃的轻质铅板[参看图(6)]，当电磁机构无电时，红色玻璃恰好处于透镜的聚光焦点处，从而显示红色灯光。当电磁机构通以正极性电流时，衔铁便使铝板向有侧偏移，使绿色玻璃处于焦点上，信号机发出绿色显示；当通以负极性电流时，铝板向左侧偏移，使黄色玻璃处于焦点上，给出黄色显示。这样一来，一个集光器在一定条件控制下能产生3种显示。为了实现故障－安全原则，在灯泡断丝的情况下、必须断开电磁机构的电路，使红色玻璃借助重力作用停于焦点上，此时如果有外界光源射向集光器．反射的光线也只能是红色的，相当于给出停车信号。探照式色灯信号机构具有节省电能和节省集光器的优点，但它的电磁机构具有可动的机械部件，在制造工艺上必须确保在室外的环境下不致发生机械卡位的现象，也就是说，在断电的情况下红色玻璃必须能自动地回到焦点处，否则将给出错误的显示。由于对制造工艺的这种要求十分严格，所以在我国探照式色灯信号机没有得到推广使用。无论联锁如何完善，最终表现为信号显示，并由行车有关人员特别是司机去识别，去执行，从这个角度来讲，以视觉信号指示列车运行，最终是依赖于行车人员严格遵照信号指示才能保证行车安全。我国目前广泛使用的机车信号和自动停车装置，就是特地面的信号机显示，在机车上复示出来便于司机识别，并当列车接近显示红灯的地面信号机，如果司机不采取制动措施，则自动停车装置强制列车自动制动。第六节联锁系统概述

在我国铁路上应用着多种车站联锁系统，根据控制道岔和信号机以及实现联锁的集中化程度，基本上分为非集中联锁系统和集中联锁系统两类。在非集中联锁系统中，对于道岔的操纵是由扳道员在道岔近旁以体力操纵道岔转换设备而实现的。扳道员必须在道岔区附近的扳道房值班。对于信号机的控制，若采用臂板信号机则将操纵信号机的握柄设在扳道房或车站值班员室附近由扳道员或车站值班人员操纵；若采用色灯信号机则由值班人员在值班室内用控制台上的按钮进行控制。关于信号、道岔和进路之间的联锁则用机械锁，电锁器以及继电器等器材分散地装在道岔操纵握柄、信号操纵握柄以及值班室控制台和继电器室内来完成。在这些联锁器材中，装在握柄上的电锁器占有主要成分，所以又称非集中联锁为电锁器联锁。在非集中联锁系统中，长期以来出于经济和能源的限制，不装设轨道电路，而是由扳道员和车站值班员观察线路上有无车辆的。近年来，为了提高安全程度，正逐步在到发线上增设省电的轨道电路。总的来说，非集中联锁系统在识别、消除和减弱危及行车安全的技术措施不够完善，因此，只能用在运输不甚繁忙而且电源不十分可靠的车站上。集中联锁系统是指集中地在信号楼对信号机和道岔进行控制、且联锁机构也集中于信号楼的联锁系统。在我国．目前广为采用的集中联锁系统是由继电器实现联锁的，所以称做电气集中联锁系统或继电集中联锁系统，典型的系统是6502电气集中联锁系统。今后的发展方向是用微型计算机作为系统的联锁机构，故称这类联锁系统为微机联锁系统。现代化的集中联锁系统是由室外的信号机、动力转撤机、轨道电路以及室内的联锁机构、控制台和电源所组成。对于联锁机构来说，其它组成部分是它的外部设备。按信息处理观点，所谓联锁就是联锁机构接收来自控制台的操作信息、来自信号机控制环节的信号状态信息，来自动力转撤机的道岔状态信息以及轨道电路的状态信息，对这些信息进行加工处理，形成道岔控制信息，信号控制信息以及表示信息，用道岔控制信息便道岔转换，用信号控制信息使信号机改变显示，用表示信息向行车人员及信号设备维护人员反映车站行车作业状况及信号设备的状况。联锁机构的输入和输出信息具有，一是开关性，二是安全性。外部设备向联锁机构提供的输入信息具有开关性，例如关于信号机的状态有开放和关闭，亮灯和灭灯等；关于道岔的状态信息有在定位和不在定位，在反位和不在反位，在锁闭状态和解锁状态等；关于轨道电路的状态信息有空闲状态和占用状态等，关于操作的信息有按钮按下和复原等。既然输入信息具有开关性．就可用具有两个状态的器件(也称做二值器件)，如继电器来反映它。在处理时，可把输入信息抽象为二值逻辑量来运算。同样，联锁机构的输出信息也具有开关性，同样可用继电器来反映，用二值逻辑量来表示。输入输出信息的安全性是根据信息与行车安全的关系来界定的。一类是与安全无关的信息，称做非安全信息，另一类是与安全有关的信息，称做安全信息。联锁机构与控制台之间交换的操作信息和表示信息属于非安全信息，因为这类信息即便有误也不会危及行车安全。实际上、操作失误是难免的，联锁的重要作用之一就是在操作失误的情况下不会产生错误的危及行车安全的控制信息。至于向控制台输出的各种表示信息，如果发生错误也只能使操作和维护人员感到疑惑，影响正常操作和作业效率，但不致危及行车安全。联锁机构与监控对象之间交换的信息属于安全信息。因为状态信息若不正确，将破坏联锁的正确性，而控制信息有误时将导致信号机或道岔错误动作，这些都会危及行车的安全。必须强调指出，任何安全信息的两个状态(或开关量的两个值)对于行车的作用是炯然不同的。其中一个状态是允许车辆运行的，另一个状态是禁止车辆运行的。例如控制信号机的信息，一个是关闭信号的信息、禁止车辆运行，另一个是开放信号的信息，允许车辆运行；再如轨道电路的状态信息，轨道电路占用状态是禁止车辆运行(驶入)的，轨道电路空闲状态是允许车辆运行(驶入)的。我们强调把安全信息的两个状态分成禁止运行状态和允许运行状态其重要意义在于；凡是参与产生、传送和处理安全信息的器件、部件或系统等硬件必然有两个状态，分配其中一个状态与禁止运行状态相对应，另一状态与允许运行状态相对应，我们要求这类硬件当发生故障时，处于禁止运行状态的可能性远远大于处于允许运行状态的可能性。显然，处于禁止远行状态的故障有利于行车安全，所以称这种故障为安全侧故障，而处于允许运行状态的故障则可能危及行车安全，则称这种故障为危险侧故障。所谓故障—安全，就是发生安全侧故障的可能性远远大于发生危险侧故障的可能性。实际上，有两类具有两个状态的硬件，一类是在发牛故障后出现任一状态的慨率相等或接近，我们称这类硬件为对称性硬件，例如普通的电子开关电路就属予对称性硬件。另一类硬件是在发生故障后出现某一状态的概率远大于出现另—状态的概率，我们称这类硬件为非对称性硬件，例如以后将要介绍的安全型继电器就属于非对称性硬件。只有非对称件硬件才可作为故障—安全硬件使用。在联锁机构中，处理安全信息的部分必须具有故障—安全性能。从信息处理角度来看，由于信息具有开关件，可用二值逻辑量来表述，因此，所谓联锁就是联锁机构的输入量和输出量之间为了满足行车安全要求必须实现的逻辑关系．而联锁机构本身则是实现这一关系的处理机。实际上，联锁还具有时序性质，例如在形成信号机的开放信息之前必须检查进路在锁闭状态，而进路锁闭状并不是联锁机的输入量，而是联锁机在处理信息过程中形成的一个中间量，包就是联锁机的内部状念(内部逻辑量)，因此联锁机的输出量足输入量和中间量的函数。从这个意义上讲，联锁机是一个时序逻辑机。关于联锁机构的输入量、输出量相中间量的开关性、安全性以及硬件的不对称性的概念是十分重要的，在掌握这些概念的基础上，进一步掌握输入量与输出量相中间量的逻辑关系就容易掌握联锁机构的构成和工作原理了。第三章

继电器电路基本原理第一节串并联电路

第二节延时电路

第三节自闭电路

第四节继电电路的简化第五节站场形网络

在铁路信号系统中，利用继电器的历史也十分悠久，自1929年发明继电集中联锁以来已经60余年了。但随着电子技术特别是计算机技术的迅速发展，原来由电磁继电器构成的控制系统正逐渐被数字集成电路和计算机所取代，在铁路信号领域里也有同样的趋势。鉴于上述技术发展背景，在教材中不准备就继电器电路的原理作深入地介绍，而仅对铁路信号控制系统中常遇到的一些基本继电器电路知识作些说明，作为分析和设计继电电路的基础第一节

串并联电路

根据继电器接点在电路中的连接方式，继电器电路可以为串联、并联和串并联(混联)3种基本形式。一、串联电路串联电路是指继电器接点串联连接的电路，它的功能是实现逻辑“与”的运算，图3-1-1是串联电路的一个例了，3个接点必须同时闭合才能使MJ吸起。从逻辑功能的角度来看，接点在电路中的串接顺序是任意的，而且中接点端子(例如11，21等)是接向电源一侧还是继电器线圈一侧也是任意的，但从工程角度来看．应考虑接点的有效利用。例如在图3-1-1中，接点AJ的后接点可用在别的电路中。二、并联电路由几个继电器接点并联连接的电路称做并联电路，它的逻辑功能是实现逻辑“或”。图3-1-2(a)是3个接点并联连接的例子，其中任何一个接点闭合都会使继电器AJ吸起。从逻辑功电度来看，只要接点是并联连接就可以了，但从工程角度来看也要考虑接点组的有效利用问题。三、串并联电路根据逻辑功能的要求．在电路中有些接点是串联连接，有些是并联连接，我们称这类电路为串并联电路，图3—1—2(b)是串并联电路的—个例子。第二节延时电路

在由继电器构成的控制系统中，各个继电器必须按照一定的先后动作顺序工作才能达到顶期的控制目的。我们称这类继电电路为时序电路。在时序电路中，为了保证继电器可靠的工作，对于其中某些继电器的时间特性有所要求，一般是要求某些继电器具有一定的缓放时间。至于哪些继电器应具有缓放性能，可通过实验和时间分析法来确定，不过在多数情况下可根据下述情况来判断。假设继电器A和B具有如下时序关系：A↑→B↑→A↓则继电器A必须采用缓放型的才能保证B的可等吸起。这是因为B的励磁电路是经由A的前接点闭合的，而A的励磁电路是经内B的后接点闭合的。当B的励磁电路刚刚接通而开始动作时，B的后接点立即断开，若A不是缓放型的则它因励磁电路被切断而立即释放，结果使继电器B不能可靠地吸起。A的缓放时间只要略大于B的衔铁运动时间就可以了。缓放型继电器的固有缓放时间是能满足这一要求的。在某些特殊情况下若要求继电器的缓放时间大于缓放型继电器的固有缓放时间，则需采取延时电路，例如采用在继电器线圈上并联—个RC电路，如图3—2—1所示、可以达到延时目的。其原理是在继电器CJ的励磁电路被切断时，RC电路和继电器的线圈构成了一个闭合回路，此回路既是电容C的放电回路又是线圈感应电流的通路，由于这两种电流方向一致且使继电器处于励磁状态，所以延长了继电器保持吸起的时间。这个缓放时间可以通过电路分析计算求得。在工程中—般是通过实验，改变电阻和电容的数值而得到预期的缓放时间的。在要求延时较长且较准确的场合下，应采用专门的时间继电器。在电气集中联锁系统中采用的时间继电器是由电子电路与电磁继电器相结合而构成的，其型号为JsBx—850，缓吸时间分为180、30、13和3s，误差为±15％。第三节自闭电路在继电器构成的控制系统中，常常遇到需将某一动作记录下来为以后的过程作准备。例如图3-3-1(a)是—个按钮继电器的原理电路，当按下自复式按钮A后，继电器AJ吸起。4J一旦吸起后就经由自已的前接点构成另一支路——自闭电路而保持吸起。此时按钮接点断开也不致使AJ落下，这就把按钮的动作记录下来。因此我们说继电器AJ具有记忆功能。对于具有自闭电路的继电器来说，不管它的电路如何复杂，总是可从各个接点在电路中发生作用的时间而将电路划分成3部分，如图3—3—l(b)的虚框所示，这3部分分别称做启动电路，自闭电路和共用电路。凡是继电器在吸起时必须检查而在吸起后不能再检的条件(接点)只能包括在启动电路中；凡是在继电器吸起后才需检查的条件只能包括在自闭电路中；凡是在继电器整个励磁过程中一直必须检查的条件则应包括在共用电路中。例如对于控制进站信号的信号继电器YJ来说，在它吸起时必须检查进站信号机的红灯在点灯状态(暂不讨论为什么必须检查)，但信号一已开放后红灯就熄灭了，因此只能将检查红灯的条件列入启动电路中；当信号继电器吸起后须检查绿灯在点亮状态，显然，检查绿灯的条件只能列入自闭电路中。在信号继电器灯吸起的全过程中必须检查进路在空闲状态，因此应将进路中所有轨道继电器的前接点串接在共用电路中。表2—3—1列出了—些在铁路信号系统中常用的继电器以供参考。表个的型号栏内字母的意义如下：“J”为继电器，“W”为无极，。“X”为小型．“C”为插入式，“Z”为整流型，“Y”为有极，“P”为偏极，字头后的“J”为加强接点，数字为线圈的电阻值，在阻值前冠以“H”者为缓放型继电器。在接点栏中，“Q”代表前接点，“H”代表后接点，“D”代表极性定位接点，“F”代表极性反位接点，“J”代表加强接点，数字代表接点组数。例如4QH代表该继电器有4组前后接点组。第四节继电电路的简化为了满足逻辑功能的需要，同一个继电器的几个接点总是要接在不同的电路中。然而一个继电器的接点数量是有限的，如果不注意节省接点的用量，可能因接点数量不足而增加复示继电器，这是不经济的。因此，在设计继电器电路时重要任务之一是在保证逻辑功能不变的前提下尽可能节约继电器接点的用量，也就是说．使一个接点为多条电路共用。这种使接点复用的工作称做电路简化或电路合并。继电电路既然可以用逻辑代数来表述，那么也可运用逻辑代数的基本定律和运算法则先将电路的逻辑表达式简化，而后再根据简化后的逻辑表达式画成继电电路，这是一种有效的简化方法。但在某些情况下运用实践经验所取得的技巧更为有效，因此，在实际简化过程中，总是采取理论与经验相结合的方法进行的。必须强调指出，简化后的电路必须保持逻辑功能的正确性、而不应出现错误的逻辑电路，或者说不应出现错误的迂回电路。例如在图3—4—1中，若将图(a)的电路简化成图(b)，表面看来节省了—个接点D，但产生了一条虚线所示的错误的逻辑电路，这是不允许的。若在错误的逻辑电路的适当部位串接一个阻止该电路导通的二极管如图(c)所示，则该电路的逻辑功能正确了。继电器有两个状态——释放状态(落下状态)和吸起状态，在电路图中只能表达这两种状态之一。因此应有一定规则以确定电路图中应表现哪一状态。电路中继电器呈现的状态称做通常状态，简称做常态。在不同的系统中，确定常态的规则是不一致的，在铁路信号系统中必须遵循以下规则。1．继电器的常态应与设备的常态一致。信号布置图中所反映的设备状态约定为设备的常态。例如信号机以关闭状态为常态，道岔以定位为常态，轨道电路以空闲为常态等。一、二极管阻断法在图3-4-1中巳用过二极管阻断法。它的特点是利用二极管单向导电特性使迂回电路不致导通。在使用这种方法时，必须慎重选择二极管在电路中的位置，以便既能保证正确电路的导通又能阻断迂回电路。应强调指出，当二极管发生击穿故障时就失去了阻断的作用。若迂回电路的出现会影响行车安全。则不应采用二圾管阻断法。另外，二极管在电路中会产生压降，有可能引起继电器工作不稳定，因此应少用这种方法。二、线圈隔离法

以图3-4-2为例，若为了节省接点G和H而将图(a)中的继电器A和B的电路合并成图(b)的形式，则产生了一条虚线所示的错误电路。如果将A的两个线圈分开使用，那A和B的电路可合并成图(c)的形式，图(c)中就不存在错误的迂回电路了。将继电器的两个线圈独立地使用，固然有消除迂回电路的优点，但其电能消耗也增加了。假设每个线圈的电阻值都是R，串联使用时的电流为I，则继电器的能耗功率为三、接点组隔离法第五节站场形网络在继电集中联锁系统中，有些继电器电路中所检查的条件是关于进路中的监控对象的状态的。例如在信号继电器的电路中要检查所防护进路中道岔位置正确和进路空闲。如果下行进以信号机所防护的列车进路如图3-5-1(a)所示。那么控制该信号机的信号继电器XJ的电路中检查道岔状态和近路空闲的部分如图3-5-1(b)所示。在这里，特意地将电路图形画成站场形状，以便将检查的条件参照信号布置图接入电路的对应位置处。例如无论建立哪条进路都要检查无岔区段AG和道岔区段1-3DG空闲，所以将轨道继电器AGJ和1-3DGJ的前接点按地理位置接入电路的共同部分，而将检查股道空闲的条件分别接入各自的电路中。同理，将各道岔表示继电器的接点接在相应的位置处。站场形网络本质上是继电器电路化简后的特例，例如就上述的XJ电路而论，若对应3条进路分别画出相应地3条电路．则在这3条电路中应分别接入AGJ的接点，有了站场网络的概念后则仅在电路的共用部分接入一个AGJ的接点就可以了，所谓共同部分就意味着合并。有了站场形网络的概念后，对于分析和设计电路就方便多了。在继电集中联锁系统中，许多继电器电路具有站场形网络形式，而且将许多网络画在同一纸面上，表面上看去十分复杂，这对于初学者来说，往往造成不如从何入于分析的局面。实际上，各个网络之间一般只有时序逻辑的联系(即继电器接点的相互控制)，而没有电路的连接，如果有些连接也只是简化电路的结果。因此，在分析电路时应将各个网络区别开来一一研究。就一个具体网络来说，尽管在网络上连接着多个继电器，但它毕竟是由这些继电器的各自网络合并而成的，在分析时应找出合并的技巧所在，将网络再分解成各个继电器的网络，就容易分析电路的逻辑功能和电路结构.第三章铁道信号安全技术第一节安全技术概述第二节安全性与可靠性第三节信号安全技术分类第四节常用继电器安全电路第五节安全性理论发展简介第一节安全技术概述自从产业革命以来，各种能源与动力机械相继出现。推动人类社会由农业社会进入工业社会．昔日的手工业生产方式让位给工业化的大生产。在生产过程中，人身伤亡和设备事故也伴随而来，安全生产愈来愈成为社会普遍关注的问题。保证安全生产总是从两个方面采取措施，一是制订并严格执行安全操作规程：二是采取安全技术措施。随着生产和科技的发展．用安全技术手段保证生产的安全愈来愈占有重要地依。

安全技术是在汲取血的教训的基础上发展进步的。火车的颠覆，飞机的失事，核反应堆的漏泄以及其它领域的事故无不引起人们对安全的极大关注，迫使入们尽可能采取技术措施及时地识别、消除或减轻系统中的危险因素。实践证明，应用安全技术的费用只占整个系统开发费用的1％～2％，在对安全要求特别严格的系统里(包括铁路系统)也只占3－5％。安全技术首先是从铁路信号开始的，而已是以铁道历史和当时的科学技术水平为背景不断发展和进步的。早在1825年世界上出现了第一条铁路——英国的斯托克顿一达林顿(stockon—Darlington)铁路，当时在夜间是用车站窗口的蜡烛烛光指挥行车的，约定以烛光点亮作为停车信号、以烛光熄灭作为允许运行信号。由于烛光常被风吹灭而发生多次冒进停车地点的行车事故，从那时起人们就开始研究安全对策了。

1841年倍雷戈里发明了易于被司机辨认的臂板信号机，它模仿人们举起手臂发出信号的动作，并约定以举起臂板作为停车信号。但是由于牵引臂板动作的导线常发生折断故障，在应发出停车信号时而不能发出停车信号，从而使列车冒进信号而造成伤亡事故，于是人们开始意识到应使设备在发生故障的情况下，造成的后果应导向安全方面，也称做安全侧。在这种认识的指导下，改进后的臂板信号机能够在操纵系统发生故障时借助重力自动地恢复到发出停车信号的位置。从此，故障导向安全成为铁路信号领域必须贯彻的原则，铁路信号安全技术便以故障—安全为核心逐步发展起来。在这一章里将着重介绍现有铁路信号系统中，特别是继电集中联锁系统中的安全技术，顺便介绍为实现联锁电子化而进行的安全技术的研究情况。至于近年来随着计算机联锁系统的发展而研究出来的一些新的安全技术，将在计算机联锁系统中介绍。第二节安全性与可靠性

在讨论安全技术之前，有必要就安全性和可靠性的概念作些解释，以便在讨论安全技术时不致使两者混淆。

安全性和可靠性是有区别的。其区别首先在于目的性或者功能性的不同，安全性是以防止人身伤亡和财产损失为目的的。例如在铁路信号领域中的各种联锁设备，它们本身就是用技术手段保证行车安全的设备，因此称做安全设备：而调度集中设备的功能在于使列车调度人员借助技术手段及时地了解调度区段内列车的运行情况并指挥列车运行，所以它是以提高运输能力为目的的设备，不能称为安全性设备而是非安全性设备。

安全设备的安全性高低取决于采用安全技术的完备程度。例如，未配备轨道电路的电锁器联锁设备。因为不能检查进路上是否有车，所以总是存在着发生列车冲撞的危险因素。近年来，由于经济节电的轨道电路的诞生，装有电锁器联锁的车站上，增设到发线轨道电路，提高了电锁器联锁设备的安全程度。继电集中联锁设备远比电锁器联锁设备更具有安全性，就是因为前者采用了更完备的安全技术。评价铁路信号设备的安全性，不仅要考察它的功能、安全技术的完备程度，还要考察发生故障时造成的后果是否危及行车安全，具有故障—安全性能。在铁路信号领域里，不具有故降—安全性能的设备不能称做安全设备。可靠性是指设备或系统在规定的条件下，在规定的时间内完成规定功能的能力。可靠性是以维护系统的功能正常执行为目的的。安全性和可靠性在概念上是不一样的。然而有一种观点认为提高系统的可靠性就是提高了系统的安全性，甚而认为可用提高系统的可靠件来取代系统的安全性。对于这种观点需作些分析。就某一具体安全设备来说，如果它的可靠性很低而经常发生故障，那么它就失去了保障行车安全的功能。但由于设备具有故障—安全性能，所以设备故障本身不会造成行车的危险。然而在设备故障期间行车的安全得不到技术保障也是危险的，从这个意义上讲，提高设备的可靠性是提高了行车的安全性而不是提高了技术设备的安全性。再如，电锁器联锁设备的安全功能是不及继电集中联锁设备的，但在某些情况下，电锁器联锁设备的可靠可能高于继电集中联锁设备，从这个对比中也能看出可靠性和安全性是不同的两个概念。对于安全功能完善的设备来说，能否认为采用高可靠技术就不考虑设备的故障后果呢?或者说用高可靠技术代替故障—安全技术呢?对于铁路的安全设备而论，这是不可取的，这是因为采用过高的可靠性技术在经济上是不合理的，而且再好的可靠性技术也不能保证不发生故障。因此仍应采用故障—安全技术，不致因故障而危及行车安全，而且这是能够做到的。以上强调了安全性和可靠性的区别，但这并不是说采用某种技术只能提高系统的可靠性而不能提高安全性，或者只能提高安全性而不能提高可靠性。例如在电动转辙机中采用双重内锁闭技术，它既提高了锁闭的可靠性，又不致在发生一处断杆的故障时产生尖轨解锁的危险，从而实现了故蹿—安全的要求。最后应当指出，以上是结合铁路信号设备讨论的。在其他领域里，可靠性和安全性的概念和界限可能并非如此明显，以飞机来说，它的可靠性和安全性就不能按上述的概念来理解。第三节信号安全技术分类在不同的领域里、安全性已受到普遍重视，但由于各个领域里所确定的安全状态不同，所以来用的安全技术也是不同的。又由于许多安全技术是通过实践和经验积累而发展起来的，因此，安全技术并不是从发展的开始就有清晰的分类。将各种安全技术归纳整理使之体系化是从70年代开姑的、日本学者奥村几正根据安全对策所能达到的目标，将各种安全技术作了分类。在这个分类中包括了故障检测技术和冗余技术，实际上它们也是可靠性技术的主要内容。下面根据奥村的分类法结合我国铁路信号的安全技术作些说明。一、防误办技术在有人介入的系统里，减少和防止操作失误或者在错误操作下仍使系统处于安全状态的技术称做防误办技术。(一)防止误操作在车站信号控制系统中，当用体力操纵道岔转辙设备和信号机时，防止错误操作的方法是在操作握柄上加上锁闭设备。最初是在道岔握柄与信号握柄之间用机械方法实现联锁。当道岔位置(与道岔握柄的位置相对应)不在规定的位置时，利用机械锁簧将信号握柄锁在定位，使其不能扳动，也就不能开放信号。当道岔扳到规定的位置，再扳动信号握柄使信号开放后，则信号握柄又将道岔握柄锁在规定的位置使其不能扳动。这种在握柄上用机械方法实现联锁的方法称做握柄锁。实践证明，在扳动握柄时可能因用力过大而破坏了握柄锁而造成联锁失效。为了克服这一缺点，对握柄结构进行了改造，在扳动握柄之前必须先用腕力握紧“闭止把”才能扳动握柄，于是将握柄之间的联锁转移到“闭止把”之间的联锁。由于腕力总是比臂力小得多，不致因腕力过大而造成联锁的失效，这在防误操作的技术上前进了一大步。目前我国在非集中联锁系统中采用的道岔握柄和信号握柄仍沿用闭止把联锁，实现锁闭的器械是电锁器。(二)误办无危险在采用动力转辙机和色灯信号机的情况下．道岔和信号机之间的联锁可用联锁电路来实现。在这种情况下，操作人员可用小型的按钮控制动力转辙机和信号机。但是对按钮的操作仅仅反映了操作意图，并不是道岔和信号机必然随着动作，因为联锁电路保证了在错误的操作时也不致造成联锁失效，即操作失误也不致造成危及行车安全的后果。这就是误办不生效的意义。从安全技木来看，这是向前发展的重大—步。这里必须强调指出，所谓误办无危险仅仅是保证误办时不会产生危及行车安全的后果，但并不是说误办后不产生任何不利的后果。例如，本来计划办理向1股道的接车进路而错误地办理了向2股道的接车进路，如果联锁条件满足，向2股接车也是安全的，但毕竞违背了原来的计划。会造成运输效益上的损失。因此，尽管误办无危险也应防止误操作。但采取的措施是有区别的．目前采取的措施主要是：第一，使按钮外形及其在控制台上的布置力求醒目易辨，减少错误操作的可能；第二，采取双按钮制，即任何操作意图原则上用按压两个按钮来体现，这样可以防止因误动了一按钮而产生有效的操作信息，第三，随着技术的进步，提高建立进路自动化的程度，即减少操作人员的介入。这样既减少了误操作的机会，又提高操作效率。在控制系统中，通过技术手段减少人的介入是提高系统的安全性和可靠性的重要途径。二、故障――安全技术在以前各章中已提出并用到了故障—安全的概念。那么故障—安全技术就是当器件、部件和系统发生故障不致产生危险侧输出的技术。在铁路信号系统中常用的故障—安全技术有以下几种：(一)重力法物体被外力拾高而获得位能，当外力消失时物体因自身重力而落下，失去了位能。将失能状态与安全侧相对应就是以重力法实现故障—安全的技术。利用此法的代表性器械有安全型继电器、电锁器、臂板信号机以及道口栏木等.(二)闭合电路法以电路断开对应安全侧，以电路闭合对应危险侧是最基本的安全技术。继电电路发生电路断开的故障远多于发生电路闭合的故障，而且闭合电路法的安全对应原则是与安全型继电器的安全对应原则一致的。只有采用闭路法和安全型继电器相配合才能达到故障—安全的目的。(三)锁闭法锁闭法也就是实现联锁的方法。例如用联锁方法可以使误操作不致产生危险后果：在开放信号时须检各种联锁条件，任何一个条件因故障而不能满足则不能开放信号等，都包含了故障—安全的意思。三、危险侧故障率最小化技术在有些情况下采取的安全措施不具有故障－安全的含义，但可使发生危险侧的故障概率减少，这种技术称做危险侧故障率最小化技术。这种技术在电路混线防护中常常用到，具体用法将在安全电路中介绍。四、故障软化技术(一)灯光显示转移当绿灯或黄灯因电路故障而灭灯时自动点亮红灯给出停车信号，使信号机仍具有防护进路的功能。当然，上述技术也可归纳在故障—安全一类中。若能使信号灯光在故障时按显示级别顺序降级使用，更显出故障软化的性质。(二)引导信号在进站信号机因故障而不能给出进行信号时，准许用引导信号引导列车降速驶入车站。(三)故障解锁因轨道电路故障或停电而使进路不能正常解锁时，允许在值班人员确认安全的情况下人工解锁。(四)变通进路的使用在基本进路因故障而不能使用时，可使用变通进路完成作业。五、故障检测与诊断技术故障检测与诊断技术是能尽快地发现故障，以便及时修复或投入备份，使系统恢复功能或者给出安全侧输出的技术。故障检测是指仅能发现故障而不确定故障所在部位的技术，故障诊断技术是指不仅能发现故障而且能指明故障所在部位的技术。在继电集中联锁系统中，利用声响和表示灯反映电路故障的措施是比较完善的，但若对于电路不熟悉的入员，借助表示灯也不易判断出故障的部位，近年来出现了用微型计算机对继电联锁设备进行检测和诊断的装置。六、冗余技术利用额外的备份以提高系统的可靠性和安全性的技术称做冗余技术。双灯丝灯泡和电源双重化(两路电源)等都是冗余技术的例子。在微机联锁系统中采用冗余技术是提高系统的可靠性和安全性的重要措施。七、减载使用将实际使用值降到额定值以下的一种措施称做减载使用。例如将信号灯泡的端电压降到额定电压的85％的以延长灯泡的寿命，减少了灭灯事故。八、应急顶替应急顶替是冗余技术的一种特例。它是用功能较低的备份在主设备发生故障时临时代替主设备的技术。例如在历史上曾为进站信号机单独设置一组备用的直流电源，当主电源停电时，用备用电源为红灯供电以保证进站信号机不灭灯。后来由于采用了双重化电源，以致极少使用备用的直流电源。另外直流备用电源给维护工作带来许多不便，所以目前多已陶汰厂。目前尽管采用了双重电源，但仍有短时停电的现象发生。在停电期间关于道岔的位置也无法通过表示灯来确认了。但在停电期间，仍要由人力就地板动道岔而排列进路的，由于失去了道岔表示，不得不对道岔的实际位置在现场逐个地检查，这就增加了工作难度，延长了排列进路的时间。因此，在经济条件允许的情况下，为道岔表示电路提供不停电电源还是有益的。第四节常用继电器安全电路在继电器电路中的故障有；熔断器烧毁、断线、脱焊、拧接螺丝松脱、线圈烧坏、接点接触不良、器件失效、插接件接触不良、线间绝缘不良而短路，线路混入电源等。故障种类虽然很多，但就其对电路的影响来说为两大类：一类是使电路开路的故障，一类是使电路短路故障。习惯上称开路故障为断线故障。称短路故障为混线故障。断线故障会导致处于吸起的继电器错误地落下或使应当励磁吸起的继电器不能吸起；混线故障可能使不应吸起的继电器错误的吸起或者使已吸起的继电器不能及时正确地落下。研究继电器电路的安全性主要是解决断线防护和混线防护问题。

一、断线(开路)防护电路统计表明，电路的断线故障远远超过混线故障，根据这一特点，必须按闭合电路法设计继电器电路，在发生断线故障时使继电器落下以达到故障—安全的目的。下面考察图4-4-1所示的两个简单电路。它们的逻辑功能是等效的，即FJ是J的复示继电器，但两者的结构是不一样的，图(a)符合闭合电路原理，无论电路的何处发生断线故障都导致FJ在落下状态，所以具有故障—安全性能。图(b)是利用接点J构成FJ的线圈的旁路而使FJ落下的，称做旁路控制电路，当旁路电路发生断线故障时反而FJ错误吸起而导向危险侧。这就是安全电路不能采用旁路控制电路的道理按闭合电路原理设计的电路是断线保护的基本方法，由于它能对任何断线故障均有反映，所以认为这种电路对于断线故障具有自检能力。二、混线防护电路既然继电器电路是按闭合电路原理设计的，那么在混线的故障情况下就有可能使继电器吸起而导向危险侧。因此，尽管混线故障远少于断线故障．但也必须慎重地采取防护措施。实际上，由于电路结构的复杂性，若对电路的各点都进行混线分析并采取相应的防护对策，那是困难的，也是行不通的。长期实践表明，室内和继电器箱内的环境较好，在这些场所只要采取严格的施工工艺，电路是极少发生混线故障的，因此一般不采取混线防护措施。而对于室外的电路部分来说，无论是用电缆还是其它电线作为连接线时，发生混线故障的可能性较大，因此必须采取混线保护电路。(一)故障—安全混线防护法1．位置法(也称做远端供电法)，是针对继电器电路的2条室外电线之间的混线而采取的措施。例如，在图4-4-2中的两个电路在逻辑功能上是等效的，但在结构上则不相同．其中图(a)的继电器和电源均在室外可能发生混线故障的地点(如虚线处)的一侧，当发生混线故障时，继电器将无条件地吸起，这是十分危险的。在固(b)中，继电器和电源设在可能混线点的两侧，当发生混线故障时，一方面使继电器线圈短路，另一方面在接点DB闭合的情况下也使电源处的熔断器烧毁，从面使继电器落下，导向安全侧。总之，位置法的关键在于继电器和电源必须分设在可能混线位置的两侧。2．极性法。此法是针对室外电路混入电源线而采取的措施。图4-4-3是采用极性法的电路举例。该电路是反映列车接近车站状态的。电路中用了两个偏极继电器。每个继电器的两个线圈并联后再极性相反地串联在电路中，这样在电源电压(24v)不变的情况下仍能可靠动作。当列车未驶入第一接近区段1JG时。接近轨道继电器1JGJ和2JGJ均在吸起状态，此时根据电路中的电流极性使第一接近表示继电器1JBJ吸起．2JBJ落下。当列车驶入1JG后，1JGJ落下并以其接点改变了电路中的电流方向，于是1JBJ落下，2JBJ吸起。当列车驶入2JG时，2JGJ落下。切断了电路电源使1JBJ和2JBJ都落下。因此，1JBJ和2JBJ的动作能够反映列车接近车站的情况。该电路中的2条线路分别称做去线(Q)和回线(H)。在列车末驶入1JG时，若在Q线上混入电源正极(KZ)，则因该混入的电源极性与原来Q线上的极性一致，则1JBJ和2JBJ仍保持原来的状态。当列车驶入1JG时，混入的KZ与电源KF之间形成短状态，使熔断器烧毁，接近表示继电器均落下而导向安全侧。若在列车末驶入1JG之前而在Q线上混入电源负极(KF)，则电源立即短路。若列车驶入1JG之后才在Q线上混入KF，则接近表示继电器能保持正确的动作。同样可以分析，当H线上混入电源KZ时电路也是安全的。

(二)减少危险侧故障率的混线防护法1．双断法。它是两个继电器电路之间混线的防护措施。例如在图4-4-4(a)中，苦继电器1DBJ和3DBJ的Q线之间发生混线故障，则3DBJ将错误地吸起。若在电路的Q线和H线上都接入同样的控制接点．如图(b)所示，则Q线之间发生混线故障时3DBJ也不致错误吸起。这种在去线和回线上接入同样控制条件的方法也就是控制电源的两极的方法，习惯上称做双断法或双极控制法。双断法只能是将单一的混线故障掩蔽起来，使它不致造成危险后果，但是不能及时发现该混线故障。若在Q线发生故障期间又发生了H线之间的混线故障，即发生了故障累积的情况，那么双断法也不能保证继电器不致错误吸起。因此，双断法只是一种减少危险侧故障率的方法。独立电源法。独立电源法也称做电源隔离法。从双断法的分析中可以看出，在混线故障情况下导致继电器错误吸起的原因在于多个继电器共用一个电源造成的，如果每个继电器有各自的电源且没有公共回线，那么任何两条线路混线都不会构成错误的闭合电路而使继电器吸起。但是为每个继电器设置独立的直流电源是不经济的，因此在直流电源中采用独立电源法没有得到推广。然而在交流电源中利用变压器实现电源隔离比较经济，例如轨道电路和信号机灯泡电路都采用了独立的变压器。当然，采用独立交压器也便于电压的调整。分路法当继电器处于落下状态时,设法接通继电器线圈的分路线，防因混入电源而错误吸起来。下面是分路法的一个例子，继电器KJF是接点KJ的复示继电器，当KJ落下时利用其后接点接通一条相当了KJF线圈分路线的电路。这条分路不影响电路正常工作，但当Q线混入电源正极时，电源因分路线的存在而短路，以致熔断器烧毁而使继电器不能错误吸起。分路法纳缺点在于分路线是否断线或阻值增大得不到检查，所以不属于故阵—安全电路。第五节安全性理论发展简介1.故障—安全理论的发展从计算机时代开始，便开始了对电子系统的可靠性和安全性的研究。20世纪50年代，香农、汉明、莫耳和冯诺曼等人为编码理论与冗余技术的研究为可靠性理论的发展打下了基础。自60年代后期，一些日本学者为了实现联锁系统的电子化曾研究了故障—安全系统的一般逻辑理论，先进行了二值故障—安全逻辑理论的研究。假设存在着只有故障—安全的“与”、“或”和“非”电子器件．统称做非对称器件，研究的目的是用这类器件构成故障。安全系统的必要条件和组合方法。理论证明，在一定条件下用非对称器件可以构成故障—安全系统的。

用二值非对称器件构成逻辑系统既复杂又不易设计，所以曾提出过三值逻辑理论。在二值逻辑理沦巾有一种6型理论，它规定3个逻辑值{1、φ、0}分别与正电平、零电平和负电平相对应，并当器件发生故障时其输出必为φ。φ型理论的“与”、“或”和“非”的定义如下：任何一个三值逻辑器件发生故障时其输出为φ，而以φ作为“与”门的输入时其输出只能是φ或0；以φ作为“或”和“非”门的输入时将不影响其不确的输出。因此，若将1对危险侧，器件发生故障时将不会造成危险侧的输出。严格的理论分析证明了这一结论的正确件。然而三值逻辑器件不仅亦具有三个状态，而且必须在故障时导向零电平，这在制作上遇到了困难，因此，三值逻辑理论没有得到实际应用。在用对称电子元件构成安全电路的研究也取得了进展。但这类电路的设计是以代码输入和代码输出为前提的。例如有一种称做故障—保险电路，它的定义是：一个电路是故障—保险的，如果对于预定的故障集合中任一故障，电路的任何代码输入不会产生不正确的代码输出。这就意味着，一个安全侧代码输入不会因故障而产生危险侧的代码输出。在微机技术发展迅速的今天，试图用具有故障—安全性能的硬器件设计联锁系统在经济上仍看不出有什么优越性。2.安全性的定量评价对于保证行车安全的铁路信号系统来说，采用了非常完备的安全技术仍然会发生危险的事故，尽管是极少的。因此，人们总希望能找到对安全性进行定量评价的方法．这对于设计、选型、鉴定、验收和维修都是有指导意义的。特别是在铁路信号系统中越来越多的使用服从偶发性失效规律的电子器件代替服从寿命失效规律的机械和电气器件的情况下，定虽评估安全性更有迫切件。尽管如此，然而对于评估方法的研究进展十分缓慢，其原因在于：1．重大危险事故的发生次数极少，因此用常规的统计方法处理这类数据时，置信度不高．而且对得到的定量结论也难以验证。2．安全性不仅与系统本身有关．而且涉及到人的操作和维护因素，如何将这类因素纳人评估方法中也是很难的。3．即使忽略了人的因素而单纯地评估系统的安全性时，如何把构成系统的器件故障率综合成系统的故障率在计算上也是困难的。4．即使以概率形式给出定量指标，但对社会造成的影响，究竟多大的人员伤亡率和财产损失率能被社会所接受也是很难测度的。由此可见，安全性的定量评估是一件十分复杂的工作。虽然如此，但这项研究工作早已开始，而且有了一定进展。下面对几种评估指标作些概念性介绍。1、危险比2、平均危险故障间隔时间3、系统的综合风险指标第四章电气集中联锁概述第一节电气集中联锁设备概述第二节6502电气集中电路概述第一节6502