计算机联锁工程设计毕业设计.docx
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计算机联锁工程设计毕业设计
摘要
计算机联锁系统是保证行车安全的信号基础设备，必须保证工作可靠，并符合“故障—安全”原则。
实现联锁的基本功能，完成列车进路建立、锁闭、解锁、道岔控制、信号机控制，完成轨道电路和信号设备状态的监督，实现铁路系统特殊的联锁功能，确保列车进路正确和列车运行的安全。
本工程设计所选站场为一个虚拟车站—酒泉站的上行咽喉，设计内容包括：
信号平面布置图，该图能正确反映计算机联锁系统室外主要设备的布置情况，主要完成道岔、警冲标、信号机坐标的计算并确定其位置；双线轨道电路图，站内采用25Hz轨道电路，完成轨道电路的极性配置、扼流变压器的设置以及送受电端的布置；联锁表，包括基本进路的选择、敌对信号的确定、轨道区段侵限检查等；电缆径路和电缆网络图，根据公式计算电缆长度，选择电缆径路以及计算所需芯线数；系统结构图，可以了解所采用的的系统硬件构成以及其工作原理；接口柜排列表，可以反映出各个设备所属的组合以及驱动电路和采集电路所需的继电器类型；室内布置图，即室内各种设备的布置情况。
关键词：
计算机联锁；极性交叉；联锁表
Abstract
Computerinterlockingsystemensurethesafetyoftrafficoperationsignalinfrastructuresoitmustensureworkingreliablyandaccordingtothe“fail-safe”principle.Thebasicfunctionoftheinterlockingistocreate,lock,release,switchcontrol,signalcontrolthecompletionofthetrainroute,tocompletethesupervisionofthestateoftrackcircuitsandsignalingequipment,andusespecialinterlockingrailsystemtoensurethecorrectofthetrainrouteandthesafetyofthetrainoperation.
Thedesignselectedforavirtualtrainstation—Jiuquanstationupdirectionthroat,thedesignelementsincludes.Thesignallayoutmap,whichaccuratelyreflectthesettingcircsofthemainoutdoorfacilities,themaintasktocompletearetheswitch,policemarkedredandthecalculationofthecoordinatesofthesignalanddeterminationoftheirlocations.Doublerailtrackcircuitmap,thestationuses25Hztrackcircuit,tocompletearethetrackcircuitpolarityconfigurationsettings,impedancetransformerandthearrangementoftheendofsendingorreceivingpowerconsole.Diskmap,includingthecelltypesofselectionandthearrangementofthevariousbuttons.Cablepathwaysandcablenetwork,accordingtoformulatocalculatethelengthofcables,selectcablepathwaysandcalculatetherequirednumberofcoredwire.Wecanunderstandthesystemhardwareaswellasitsworkingprinciplebyusingsystemstructurepicture.Theinterfacecabinetrowofthelistcanreflecteachdevicebelongstotheportfolioandthedrivecircuitortherelaytypewhichacquisitioncircuitsrequiredfor.Thelayoutvarietyofindoorequipmentconstitutetheindoorlayoutmap.
KeyWords:
Computerinterlocking,Polartransposition,Interlockingtable
1绪论
设计的主要设计技术标准
（1）本设计为兰新线双线改造兰州至嘉峪关段酒泉站上行咽喉计算机联锁工程设计。
酒泉站为双线双向五股道车站，I、II、3、6股道为客货兼容线，其中，I、II股道有超限货物列车通过，其它各股道均为货物列车走行线。
酒泉站上行方面与接触网工区和民航专用线有接轨，并设有两条牵出线。
酒泉站共有道岔13组，其中单动道岔6组，双动道岔7组。
（2）兰嘉段为电气化牵引区段，该站按照电气化区段要求设计，车站轨道电路采用25Hz相敏轨道电路，站内轨道电路电码化；站内高柱、矮型信号机均采用透镜式色灯信号机；根据既有线改造设计时速80km/h～120km/h的要求，站内可办理通过进路的正线上所有道岔采用S700K型转辙机，其它采用ZD6-E/J型或ZD6-D型转辙机；区间闭塞采用ZPW-2000A制式，区间通过信号机为三灯四显；车站联锁为计算机联锁制式。
1.2设计的研究现状
目前国内还没有自主知识产权的二乘二取二冗余的计算机联锁系统。
鉴于这种现状，在努力利用自身力量的同时，应积极引进国外先进技术。
基于这种理念，2000年，铁道部通信信号总公司研究设计院与京三公司合作，采用K5B故障—安全型硬件，结合本院自行开发的计算机联锁软件，成功研制开发出了适合我国铁路运输的DS6-K5B型计算机联锁系统。
2001年，北京交大微联科技、北京铁路局与日信公司进行了合作，他们利用日信公司的故障—安全二取二CPU单板（EI-32单元）的先进技术，结合在中国国内已成功应用的JD-1A型计算机联锁软件，成功开发了EI32-JD型计算机联锁系统。
1.3设计的主要研究内容
（1）设计车站信号平面布置图；
（2）设计双线轨道电路图；
（3）编制联锁表；
（4）设计电缆径路图；
（5）设计电缆网络图；
（6）设计系统结构图；
（7）设计接口柜排列表；
（8）设计室内设备布置图；
（9）编制主要工程数量、材料设备数量表。
2车站信号平面布置图
本设计所选站场为酒泉站上行咽喉，该站是提速区段的一个中间站，根据提速区段的要求，正线上的转辙设备均采用S700K型三相交流转辙机；牵引方式为电气化牵引，区间通过信号机为三灯四显，采用ZPW-2000A制式。
针对站内的计算机联锁区进行初步设计，包括信号机布置、轨道区段划分、转辙机的设置等。
本设计酒泉站为双线五股道车站，上行咽喉共设置信号机20架，其中，进站信号机2架，出站信号机5架，其余为调车信号机。
根据道岔类型，站内转辙机分别选用ZD6-D型、ZD6-E/J型直流电动转辙机及S700K型交流电动转辙机。
2.1设计部分
2.1.1信号机的设置
（1）本设计的车站站内选用透镜式色灯信号机，区间为三灯四显自动闭塞。
（2）进站信号机
根据地面固定信号设置原则，本次设计设置进站信号机距最外方顺向道岔的距离为200m，以便在利用进站口进行调车作业时调车车列不越出进站信号机占用区间。
（3）出站信号机
本咽喉有两个发车口，因此在出站信号机上装设进路表示器，对于高柱出站信号机，装设两个表示器，向主要发车口发车时左侧表示器灯亮，向次要发车口发车时右侧表示器灯亮；而对于矮型出站信号机只需装设一个表示器，平时不亮灯，只有当向次要发车口发车时，才由室内控制将表示器点亮。
（4）调车信号机
调车信号机布置的原则是最大限度地满足调车作业的的需要，提高作业效率，尽量缩短机车机车车辆的走行距离以及最大限度的满足调车作业的要求。
调车起始信号机，这一类信号机一般设于一个完整的调车作业起点，如本设计中X3D信号机。
调车折返信号机，这类信号机是指挥调车车辆折返用，如本设计中D2、D6、D12信号机。
调车阻拦信号机，这类信号机是为了增加平行作业，以提高车站通过能力，如本次设计中的D4、D14信号机。
除牵出线和专用线上的调车信号机采用高柱外，其余调车信号机均采用矮型信号机。
在作业繁忙的调车场，因受地形、地物的影响，调车机车司机看不清调车人员手信号时，还应设调车表示器。
调车信号机一般设置在道岔前，不设置在道岔后。
2.1.2转辙机的设置
本站处于提速区段，正线上的所有道岔均为60kg，12号道岔，其尖轨加长且可弯，固定辙叉。
因此，正线上的所有道岔尖轨均采用两台S700K转辙机牵引，对于一端在正线，一端在侧线上的双动道岔，正线、侧线采用两台S700K转辙机双机牵引。
另外，22、24号道岔均采用一台ZD6-D型直流转辙机牵引。
2.1.3轨道电路区段的设置
在设有电气集中的车站上，凡由信号机防护的进路，以及信号机的接近区段内均应装设轨道电路，用以反映进路和接近区段是否空闲。
划分轨道电路的原则是：
应能保证轨道电路的可靠工作，并满足平行进路的需要。
（1）钢轨绝缘节位置
①信号机处的绝缘节，原则上应当和信号机并列在同一个坐标上。
②道岔处的绝缘节，在岔尖一段的应安装在基本轨接缝处，在岔后的原则上安装在警冲标内方不少于，不大于4m。
③为了满足平行作业的需要，两组背向道岔之间即使距离很近，也必须用绝缘节隔开。
④安全线，避难线上的绝缘节应设在尽头处，以利于监督该线路的情况。
⑤两根钢轨的绝缘节尽量设在同一坐标处，当不能设在同一坐标时，其错开距离最大不能超过。
（2）轨道电路区段的划分
①凡是有信号机的地方，都要用钢轨绝缘将其内外方划分成不同的轨道电路区段。
②牵出线、机待线、尽头线、专用线等处的调车信号机外方应设一段不少于25m长度的股道电路，作为接近区段。
③在双线区段，若在出站口最外方对向道岔处设调车信号机时，在信号机与站界间应设一段轨道电路，其长度不小于50m，以便利用该调车信号进行折返作业时不占用区间线路。
④凡是能构成平行进路的地点，都应设置钢轨绝缘把它们隔开。
⑤为了保证轨道电路的可靠工作，每个道岔区段一般不应超过三组单开道岔或者两组交分道岔。
2.2坐标计算
信号平面图中要计算出道岔、信号机、警冲标这些设备距信号楼中心的距离，这些坐标是设计后续图纸的依据，需要按照规定要求计算[1]。
3双线轨道电路图
双线轨道电路图的内容包括轨道电路极性的配置和送受电端的布置。
本设计的站场属于电气化区段，站内轨道电路一方面要流通轨道电路电流，还要沟通牵引电流，为防止牵引电流对轨道电路的干扰，站内采用25Hz相敏轨道电路，并在绝缘节处设置扼流变压器。
站内轨道电路叠加电码化。
3.1轨道电路极性交叉
检查站内轨道电路是否能实现极性交叉，采用封闭回路法。
在回路中绝缘节数目为偶数，就能实现极性交叉，奇数则不能。
一般情况下通过移设道岔区的钢轨绝缘节便能做到站内轨道电路绝缘节两侧的极性交叉。
但在某些特殊的情况下，当移设道岔区的钢轨绝缘还不能做到极性交叉时，可以在线路上加设一对绝缘节，采用人工交叉法做到极性交叉[2]。
3.2轨道电路送受电端的布置
轨道送、受电端的布置主要考虑以下几点
（1）节约电缆，相邻两轨道电路的送电或受电尽量在一个箱内，这样引入箱内的电缆根数可以相对减少。
（2）便于施工和维修。
（3）在站内采用正线电码化轨道电路时，为节省电缆，采用受电端发码。
（4）咽喉区道岔区段轨道电路送电端，一般设置在岔前部位。
3.3扼流变压器的设置
（1）渡线绝缘处不设置扼流变压器。
图3.1尽头处扼流变压器的布置
（2）尽头处扼流变压器。
图3.2双线区段两正线间牵引电流通路
（3）相关处连接中心点使站回流沟通，如图3.2所示。
4联锁表的编制
表达整个车站内的道岔、进路和信号机之间全部联锁关系的表格，称为联锁表。
联锁表是设计电路的依据，也是编写联锁软件的依据。
在编制联锁表时，应以进路为主体，从下行咽喉到上行咽喉，从列车进路到调车进路逐条依次顺序编号。
由于本课题设计的站场规模较大，所以联锁表按上行咽喉编制。
4.1方向栏
填写进路性质（包括通过、接车、发车、转场、调车和延续进路）及运行方向。
4.2进路号码栏
按全站列车进路和调车进路顺序编号。
4.3进路栏
逐条列出联锁范围内的全部列车和调车的基本进路当列车进路的同一个始端和同一个终端间存在两条或两条以上进路方式时，除列出基本进路外，还应列出一条主要变通进路作为第二种进路方式。
一般把对平行作业影响小、走行距离比较短、经过道岔比较少的进路定为基本进路。
列车进路
列车接至3股道时，写作“至3股道”；列车由3股道发车时，写作“由3股道”。
调车进路
由D2信号机调车时，写作“由D2”。
调车至一顺向调车信号机时，写作“至D8”。
调车至3股道时，写作“至3股道”。
向尽头线、专用线、机务段、双线出口等处调车时，写作“向D6”。
4.4排列进路按下的按钮栏
顺序填写排列进路时应按下的按钮名称及排列变通进路应按下的变通按钮或是起变通按钮作用的调车按钮名称。
对基本进路应按顺序写出始端按钮和终端按钮。
对变更进路需写出始端按钮、变更按钮和终端按钮。
并置、差置、单置均可作列车变更按钮使用。
4.5确定运行方向道岔栏
如有两种以上运行方式时，应填写区别开通进路中起关键作用的对向道岔位置。
4.6道岔栏
顺序填写所安排进路中的全部道岔以及有关防护和带动道岔的编号和位置。
用道岔的号码外加小括号“（）”表示进路要求该道岔处于反位位置，不加括号则表示要求道岔处于定位位置。
为了满足平行作业的需要，排列进路时还应该把不包括在路中的道岔带动到规定位置，称之为带动道岔。
4.7敌对信号栏
用道岔位置不能间接控制且不能同时排列的的两条进路叫做敌对进路。
站内联锁设备中，敌对进路必须互相照查，不得同时开通。
填写时应注意条件敌对和无条件敌对，所谓无条件敌对是指具有相同区段的进路之间的敌对关系。
所谓条件敌对是指当有关道岔处于某一位置才构成的敌对关系[3]。
4.8轨道区段栏
填写排列进路时应检查的轨道区段名称。
4.9其他联锁栏
所谓“其他联锁”是指所排进路与局部控制道岔、非进路调车、机务段同意、延续进路等之间的联锁关系，把这些联锁关系填入其他联锁栏内。
出站信号机的开放要检查离去区段的条件，在发车进路的“其他联锁”栏内要填写“BS”字样。
反向发车时，在“其他联锁”栏内要填写“允许改方”。
5电缆径路图和电缆网络图
电缆径路图是室外设备安装的重要施工图纸，它以车站信号平面布置图为依据，布置转辙机和轨道送、受电端的安装位置。
将电缆径路图中的电缆和电缆网络连接设备取出，单独按束绘制成的树状分支图就是电缆网络图。
5.1电缆径路图的设计
5.1.1电缆网络的构成
从信号楼引出的干线电缆分为信号电缆、道岔电缆、轨道电路送电电缆和受电电缆，其中电码化区段的轨道电路均单独送电，非电码化区段的轨道送电跟信号合用一根干线电缆。
5.1.2电缆类型选择
信号电缆从芯线结构上分为普通型缆和综合扭绞型电缆有塑料护套、综合护套及铝护套三种，其中又有带铠装和不带铠装的，每种护套电缆各有八种型号。
此外，还有室内用柔软电缆。
普通电缆成缆时，用成缆机顺着一个方向扭绞而成。
综合扭绞是指芯线的结构为星绞、对绞及层绞的综合体。
对绞和星绞都不同程度的减少了芯线间电磁场的干扰，使电缆的电气参数优化。
普通型电缆使于非音频制设备。
5.1.3电缆的芯数规定
铁路信号设备电缆网络采用芯数直径为1mm的铜芯线。
目前使用的铁路电缆类型时普通型和综合扭绞型。
本次设计所采用的是普通型。
普通型信号电缆的芯数规格如表5.1所示。
普通型信号电缆芯数表
芯径（mm）
芯数规格
3、4、5、7、9、12、14、16、
19、21、24、27、30、33、37、
42、44、48、52、56、61
5.1.4电缆网络连接设备
电缆网络连接设备，它包括各种电缆终端盒、分向电缆盒、杆上电缆盒及变压器箱等。
这些箱盒用于电缆的连接、分向或者电缆与设备的连接。
（1）终端电缆盒
终端电缆盒用于轨道电路、转辙机、及矮柱信号机等设备处，它分为HZ-0、HZ-6、HZ-12和HZ-24四种。
（2）分向电缆盒
分向电缆盒设于电缆分歧处，它分为HF-4型、HF-7型两种，其中4与7代表方向分歧数。
（3）杆上电缆盒
终端电缆盒用于轨道电路、转辙机、及矮柱信号机等设备处，它分为HZ-0、HZ-6、HZ-12和HZ-24四种。
杆上电缆盒用于架空线路与地下电缆接续处，它分为HG-6、HG-10、HZ-16型三种。
（4）变压器箱
变压器箱用于轨道电路的送受电端以及高柱色灯信号机等处，其类型非为XB1和XB2两种。
5.1.5电缆径路的选择
选择电缆径路是电缆网络设计的主要内容，它直接关系到电缆的建设费用。
选择的径路应符合以下要求：
（1）两设备间距离最短；
（2）通过股道及障碍物最少；
（3）施工及维修方便；
（4）不妨碍线路起其他建筑物的扩建；
（5）避免在道岔的岔尖、辙叉心和钢轨接头处穿越线路；
（6）避免通过酸、碱、盐性等有化学腐蚀物质的地带、土壤松软容易坍塌的地带；
（7）尽量减少平行沟的数量，尽可能是各种电缆合沟。
大站干线电缆进行沟槽防护，通过桥梁、隧道、穿越股道时用钢管防护。
5.1.6电缆长度的计算
电缆长度按下列公式计算：
L=（l+G+a）×1.02（5.1）
式5.1中，L表示电缆总长度，m；l表示电缆沟长度径路长度，m；G（mmm计算）；a表示附加长度，包括：
信号楼储备量为5m，信号楼高为10m，环状储备量2m，每端出入土及做头2m；1.02表示电缆的自然弯曲系数。
5.1.7各种电缆芯数的确定
（1）信号电缆芯数的确定
电缆芯线数一定时，电缆最大控制长度是一定的。
进站信号机为13芯，出站信号机为13芯，调车信号机为3芯。
（2）道岔电缆芯线数的确定
①ZD6-D型电动转辙机控制电路为四线制控制电路，所用电缆芯数为4芯。
②ZD6-E/J双机牵引时，两台转辙机各需2根动作线，公用2根表示线，因此引入中继电缆盒的总芯数为6芯，引入终端电缆盒的芯数为4芯。
③正线上采用双机牵引，每台S700K交流转辙机需要引5根芯线。
双机牵引的两台转辙机均由室内控制，当需要控制道岔转动时，由室内控制两台转辙机同时动。
（3）轨道电路送电电缆的确定
电码化范围内的送电端均单独引2芯电缆送电。
（4）轨道电路受电电缆的确定
电码化范围内的送受端均单独引2芯电缆送电。
（5）附加芯
①并芯线，查控制距离（信号机基本不会有）。
②线，道岔、进站信号机所需，2芯并联使用（不可叠加）。
③列车信号中灯丝报警所需2芯（不叠加）。
5.2电缆网络图的设计
电缆网络图是根据电缆径路图绘制的树状分支图，它清楚的显示每根分支电缆串接的信号设备种类、数量和顺序，以及使用的电缆网络连接设备的种类和型号。
在电缆网络图中，道岔电缆盒用矩形上加个圆圈的符号表示，在送受电端上标出所处的位置，信号变压器箱和轨道变压器箱均在网络图中有标注。
6系统结构图
现在国内广泛采用的计算机联锁系统有双机热备型、三取二型和2×2取2型三种，本次设计采用的是通号设计院和日本京三公司联合开发的2×2取2型系统，DS6-K5B计算机联锁系统[4]。
6.1硬件系统构成
DS6-K5B计算机联锁系统由控制台、电务维护台、联锁机、输入输出接口（在DS6-K5B系统中，输入输出电路称作“电子终端”，用字符“ET”表示）、微机检测和电源六个部分组成。
（1）系统的控制台的操作表示设备可以有多种选择方案。
操作设备可以选择按钮操纵盘、鼠标或数字化仪。
表示设备可选用图形显示器或单元式表示盘。
各种操作表示设备可以组合并存，一种作为主操作表示设备。
另一种作为备用设备。
采用单元式控制台时，控制电路可选日本京三公司的MMIF电路。
也可以选择国产电路。
当选择鼠标、数字化仪或图形显示器时，系统许配备控显双机和控显转换箱。
在每一台控显机内需安装两个具有光电变换接口的串行通信接口板INIO卡，通过光缆连接同联锁机的2重系通信。
控显双机互为备用。
通过控显机转换箱实现控显双机之间的转换。
（2）电务维护台设备包括：
监测机、键盘、显示器、打印机。
监测机内安装两个采用光缆连接串行通信接口板INIO卡，用于与联锁机2重系通信，从联锁双机取得联锁系统维护信息。
监测机通过串行通信接口从微机检测前置机取得模拟量检测信息。
电务维护人员可以通过键盘，显示器，打印机查询或打印输出各类监测信息。
（3）联锁机由2重系组成，以主从方式并行运行。
两系之间通过并行接口建立的高速通道交换信息，实现2重系的同步和切换。
联锁机每一系各用一对光缆经过光分路器与控显双机相连，使联锁的每一系都能够分别与两台控显机通信。
联锁机每一系用一对光缆分别与监测机的两个光通信接口相连，联锁机每一系的维护信息分别送到监测机。
联锁机每一系有5个连接电子终端的通信接口，称ET回线1～5。
每个通信接口可连接一个电子终端机架。
ET回线1和2可用于连接控制台MMIF电路。
（4）系统开关量输入输出接口采用京三公司生产的电子终端机电子终端电路具有2重系，2重系的输入电路从继电器的同一组接点取得输入信号，分别发给联锁2重系。
联锁2重系的输出分别送给电子终端的2重系。
电子终端2重系的输出并联连接负载。
（5）系统的电源由一套UPS和两路直流24V稳压电源组成。
两路直流24V电源中的一路（用符号L24表示），经联锁机和电子终端内部的DC-DC转换电路产生5V电压，供逻辑电路工作。
另一路直流24V（用符号L24表示），供电子终端的输出电路驱动继电器和输入电路采集表示信息。
6.2设备安装
DS6-K5B计算机联锁设备分别安装在：
联锁主机柜、电子终端柜、监控机柜、计算机电源柜上。
另设微机监测工作台一个。
柜高1800mm。
根据站场规模不同，系统中用的电子终端架的个数不等。
在联锁柜内可安装2个电子终端架。
电子终端柜内最多可安装3个电子终端架。
一个车站使用的电子终端架数超过5个时，需用2个电子终端柜。
系统采用MMIF控制台时，不设控显机、控显机转换箱和光分路器。
因此取消监控机柜。
监测机安装在微机检测终端台内。
7接口柜排列表
接口柜排列表表示了组合架在接口柜上的位置以及各种类型的组合所需的继电器的类型。
7.1信号柜
信号柜共有10层
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