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摘要：应用PLC（可编程序控制器）技术，通过设计机务段道岔信号系统控制电路和程序，实现各道岔之间和信号机之间的逻辑联锁，达到监控机务段道岔信号机的目的。
关键词 ： 可编程序控制器； 机务段；道岔信号机；逻辑联锁
1 . 引言
随着铁路快速发展，机车运行量的增加，增添了机车调度工作的难度。机务段股道连接复杂，国内的信号系统一般采用6502电气集中控制，控制电路采用大量的继电器形成各道岔信号机的逻辑联锁关系，这需要配备若干个继电器控制台对各道岔信号机分段控制，形成一个庞大的信号控制系统。为此， 设计一套安全可靠、操作方便、结构紧凑的信号机控制系统， 确保运输生产安全意义重大。以PLC 控制器组成的机务段内信号机控制系统能自动检测道岔准确位置，既提高设备运行的安全性和可靠性，又利于调度员快速掌控股道连接情况。
可编程序控制器（ PLC） 采用计算机控制技术， 将继电器触点软件化，构成逻辑关系十分复杂的控制系统， 硬件体积小，硬件采用模块化设计， 便于维修，软件编程十分方便，PLC 的安全可靠性远高于继电器， 因此， 它很适合于铁路道岔信号机控制系统的应用。
2. 系统的组成和工作原理
2.1. 系统的组成
PLC控制器组成的控制台、站块道岔位置实时采集控制电路、实时道岔表示电路、道岔模拟显示装置、室外信号机输出控制电路、室外各主线、分线电缆盒。
2.2. 系统工作原理
由于站场内股道连接十分复杂、调车作业频繁，为确保道岔控制逻辑准确无误，必需依据各个站场的行车组织实地进行调研，以编制控制逻辑图，依据控制逻辑图再编制系统的控制程序。道岔是股道连接的关键部分。为了确保安全， 系统采用在道岔上加装
两个行程开关，用以采集道岔定位和反位及用于判断道岔两边扳动是否到位。所有股道的连通情况均通过行程开关的状态反映出来， 并输入到中央控制台，PLC通过其内部所编制的程序来控制段内信号机的开放。在股道的出口处根据需要设置了信号机， 通过开通不同颜色的信号灯显示股道连通情况， 信号灯由中央控制台输出信号进行控制。各行程开关和信号机均应采用独立的电缆连通， 避免相互干扰， 便于维修。
中央控制台包括PLC、中间继电器输入、输出部分， 以及显示面板和操作台部分。面板上用LED 光条显示器构成了股道的光带显示， 并在相应光带股道的出口处设置了与室外信号机工作同步的信号机指示灯。在操作台上还设置了信号机状态指示灯和信号机手动控制开关， 以及故障声光报警等其他功能开关。系统工作时， PLC 从输入点读入道岔行程开关状态。经过程序分析处理后， PLC 一方面输出信号点亮有关的LED 光条， 显示股道实时连通情况； 为方便操作人员确认现场道岔连通情况，在显示面板上只显示一条正确的进路，只有在显示一条完整的股道进路后，该股道信号机才具备开放条件，另一方面， 根据股道连通情况， 输出信号点亮操作台上相关的信号机状态指示灯， 显示出哪些信号灯可以被手动控制开关点亮。机调人员可以随时拨通控制开关， 于是输出信号经中间继电器点亮相应的信号灯和面板上相应信号机指示灯。
3. 硬件电路设计
3.1. 外部信号控制电路
考虑到室外控制距离长和室外高压电网的影响，故没有采用道岔定、反位信号直接进入PLC输入I/O接口，而是通过道岔的定、反位行程开关来控制继电器线圈，其继电器触点动作开闭信号作为道岔定、反位的表示信号，送入PLC输入I/O接口，达到室内线路和室外线路两次隔离的目的，确保了控制系统在运行中不受外部电场的干扰。
3.2 信号机输出电路
根据信号机的输出电路原理， 一个输出点控制一台信号机。输出点是否闭合取决于道岔连通情况。（继电器的常闭触点控制蓝灯，即禁止信号；继电器的常开触点控制白灯，即通行信号）当道岔连通股道后，在满足现场控制逻辑的情况下，相应股道出口处的信号可以被开放， 于是对应该信号机的输出点闭合。扳道人员根据进路需要，搬到道岔位置，室内设置了与信号机同步动作的模拟控制板，方便作业人员确认现场机车进路情况，只有在机车进路准确无误时，信号灯才会开通。在信号开通后，其相应的进路上道岔位置如果发生变化，信号灯将会自动关闭。
3.3 股道光带显示面板
面板上由LED 光条组成了机务段内全部股道的连接示意图。所有股道以道岔为分断点形成过渡股道段和停车股道段。采用PLC 输出信号分段点亮各股道段的方式进行控制。控制程序根据道岔连通情况进行判断， 输出信号并显示被连通的股道段，以示意股道连通情况， 并作为信号机输出信号的判断依据。
4. 控制程序设计
信号机的PLC 控制系统工作程序流程图。程序设计分为2部分， 即由道岔行程开关决定连通股道显示， 以及连通股道决定信号机输出状态。信号机输出信号采用互锁逻辑控制。程序首先读入道岔行程开关的状态， 并对各道岔进行逻辑互异关系的检查。若因搬动道岔或行程开关故障而出现同一道岔且2 个行程开关状态相同时， 控制程序会自动锁闭，使无信号输出，使相关股道信号灯无法开通。 于是可即时看到非正常工作的道岔。若超过一定时间仍不能恢复正常， 则发出声光报警， 提示必须进行处理， 而其他部分仍能正常工作。
股道光带显示有两种方式可供选择使用。一般情况下在选排进路正确以后，相应的光带才能发光，其它光带则无反应。当需要察看各个道岔的实际位置时， 可选择道岔状态显示方式。这时各段光带点亮的条件是两边道岔均接通该股道段。由于每一道岔只有两路分支， 因此， 可通过各段股道光带的亮和灭，判断出所有道岔接通的实际位置。
信号机输出信号的互锁是一个必须考虑的安全性问题。虽然信号机开放通行信号是由人拨动開关来控制的， 但必须防止人的误动作。当两条停车股道被接通后， 两个方向都有可能行车， 这时PLC 输出信号使两边的信号机状态指示灯都亮。机调人员在拨动其中一个信号机的控制开关时， 点亮该信号机的通行灯， 同时其开关状态也进入PLC。程序根据该开关状态在互锁逻辑的控制下， 断开另一边信号机的输出信号， 使其信号机状态指示灯暗。即使拨动另一个信号机的控制开关， 也不可能点亮另一个方向的信号通行灯。只有在先前的信号机手动开关复位时， 另一方向上的信号机通行灯才有可能被点亮， 从而保证了任意时刻只能有一个方向的信号可以被开放。
5. 结束语
随着铁路生产力布局的调整及朝发夕至、夕发朝至列车的增加，机车集中到达站场的情况日益突出，这些都对整备场的整备能力提出了更高的要求。本系统以PLC 为控制器， 以道岔行程开关为检测元件组成的计算机实时监控系统。系统的集成度、可靠性、逻辑运算能力和其他辅助功能均优于普通的继电器，这不仅提高了整备场作业的安全性，而且提高了整备场的整备能力。因此，系统具有良好的应用前景。该系统在广州铁路集团长沙机务段已使用1 年多， 运行一切正常。采用PLC技术控制信号系统是安全性最高，成本最低的方法。
参考文献：
[1] 顾战松， 陈铁年. 可编程控制器原理与应用[M] . 北京： 国防工业出版社， 1996.
[2] 廖常初.PLC编程及应用.北京：机械工业山版社，2002
[3] 刘乐善. 微型计算机接口技术原理及应用[M] . 武汉： 华中理工大学出版社， 1996.
[4] 梅登华.铁路信号的检测与控制系统.西南交通大学学报，1996.
[5] 肖峻.机务段内信号机PLC控制系统.武汉汽车工业大学报，2000.
关键词 ： 可编程序控制器； 机务段；道岔信号机；逻辑联锁
1 . 引言
随着铁路快速发展，机车运行量的增加，增添了机车调度工作的难度。机务段股道连接复杂，国内的信号系统一般采用6502电气集中控制，控制电路采用大量的继电器形成各道岔信号机的逻辑联锁关系，这需要配备若干个继电器控制台对各道岔信号机分段控制，形成一个庞大的信号控制系统。为此， 设计一套安全可靠、操作方便、结构紧凑的信号机控制系统， 确保运输生产安全意义重大。以PLC 控制器组成的机务段内信号机控制系统能自动检测道岔准确位置，既提高设备运行的安全性和可靠性，又利于调度员快速掌控股道连接情况。
可编程序控制器（ PLC） 采用计算机控制技术， 将继电器触点软件化，构成逻辑关系十分复杂的控制系统， 硬件体积小，硬件采用模块化设计， 便于维修，软件编程十分方便，PLC 的安全可靠性远高于继电器， 因此， 它很适合于铁路道岔信号机控制系统的应用。
2. 系统的组成和工作原理
2.1. 系统的组成
PLC控制器组成的控制台、站块道岔位置实时采集控制电路、实时道岔表示电路、道岔模拟显示装置、室外信号机输出控制电路、室外各主线、分线电缆盒。
2.2. 系统工作原理
由于站场内股道连接十分复杂、调车作业频繁，为确保道岔控制逻辑准确无误，必需依据各个站场的行车组织实地进行调研，以编制控制逻辑图，依据控制逻辑图再编制系统的控制程序。道岔是股道连接的关键部分。为了确保安全， 系统采用在道岔上加装
两个行程开关，用以采集道岔定位和反位及用于判断道岔两边扳动是否到位。所有股道的连通情况均通过行程开关的状态反映出来， 并输入到中央控制台，PLC通过其内部所编制的程序来控制段内信号机的开放。在股道的出口处根据需要设置了信号机， 通过开通不同颜色的信号灯显示股道连通情况， 信号灯由中央控制台输出信号进行控制。各行程开关和信号机均应采用独立的电缆连通， 避免相互干扰， 便于维修。
中央控制台包括PLC、中间继电器输入、输出部分， 以及显示面板和操作台部分。面板上用LED 光条显示器构成了股道的光带显示， 并在相应光带股道的出口处设置了与室外信号机工作同步的信号机指示灯。在操作台上还设置了信号机状态指示灯和信号机手动控制开关， 以及故障声光报警等其他功能开关。系统工作时， PLC 从输入点读入道岔行程开关状态。经过程序分析处理后， PLC 一方面输出信号点亮有关的LED 光条， 显示股道实时连通情况； 为方便操作人员确认现场道岔连通情况，在显示面板上只显示一条正确的进路，只有在显示一条完整的股道进路后，该股道信号机才具备开放条件，另一方面， 根据股道连通情况， 输出信号点亮操作台上相关的信号机状态指示灯， 显示出哪些信号灯可以被手动控制开关点亮。机调人员可以随时拨通控制开关， 于是输出信号经中间继电器点亮相应的信号灯和面板上相应信号机指示灯。
3. 硬件电路设计
3.1. 外部信号控制电路
考虑到室外控制距离长和室外高压电网的影响，故没有采用道岔定、反位信号直接进入PLC输入I/O接口，而是通过道岔的定、反位行程开关来控制继电器线圈，其继电器触点动作开闭信号作为道岔定、反位的表示信号，送入PLC输入I/O接口，达到室内线路和室外线路两次隔离的目的，确保了控制系统在运行中不受外部电场的干扰。
3.2 信号机输出电路
根据信号机的输出电路原理， 一个输出点控制一台信号机。输出点是否闭合取决于道岔连通情况。（继电器的常闭触点控制蓝灯，即禁止信号；继电器的常开触点控制白灯，即通行信号）当道岔连通股道后，在满足现场控制逻辑的情况下，相应股道出口处的信号可以被开放， 于是对应该信号机的输出点闭合。扳道人员根据进路需要，搬到道岔位置，室内设置了与信号机同步动作的模拟控制板，方便作业人员确认现场机车进路情况，只有在机车进路准确无误时，信号灯才会开通。在信号开通后，其相应的进路上道岔位置如果发生变化，信号灯将会自动关闭。
3.3 股道光带显示面板
面板上由LED 光条组成了机务段内全部股道的连接示意图。所有股道以道岔为分断点形成过渡股道段和停车股道段。采用PLC 输出信号分段点亮各股道段的方式进行控制。控制程序根据道岔连通情况进行判断， 输出信号并显示被连通的股道段，以示意股道连通情况， 并作为信号机输出信号的判断依据。
4. 控制程序设计
信号机的PLC 控制系统工作程序流程图。程序设计分为2部分， 即由道岔行程开关决定连通股道显示， 以及连通股道决定信号机输出状态。信号机输出信号采用互锁逻辑控制。程序首先读入道岔行程开关的状态， 并对各道岔进行逻辑互异关系的检查。若因搬动道岔或行程开关故障而出现同一道岔且2 个行程开关状态相同时， 控制程序会自动锁闭，使无信号输出，使相关股道信号灯无法开通。 于是可即时看到非正常工作的道岔。若超过一定时间仍不能恢复正常， 则发出声光报警， 提示必须进行处理， 而其他部分仍能正常工作。
股道光带显示有两种方式可供选择使用。一般情况下在选排进路正确以后，相应的光带才能发光，其它光带则无反应。当需要察看各个道岔的实际位置时， 可选择道岔状态显示方式。这时各段光带点亮的条件是两边道岔均接通该股道段。由于每一道岔只有两路分支， 因此， 可通过各段股道光带的亮和灭，判断出所有道岔接通的实际位置。
信号机输出信号的互锁是一个必须考虑的安全性问题。虽然信号机开放通行信号是由人拨动開关来控制的， 但必须防止人的误动作。当两条停车股道被接通后， 两个方向都有可能行车， 这时PLC 输出信号使两边的信号机状态指示灯都亮。机调人员在拨动其中一个信号机的控制开关时， 点亮该信号机的通行灯， 同时其开关状态也进入PLC。程序根据该开关状态在互锁逻辑的控制下， 断开另一边信号机的输出信号， 使其信号机状态指示灯暗。即使拨动另一个信号机的控制开关， 也不可能点亮另一个方向的信号通行灯。只有在先前的信号机手动开关复位时， 另一方向上的信号机通行灯才有可能被点亮， 从而保证了任意时刻只能有一个方向的信号可以被开放。
5. 结束语
随着铁路生产力布局的调整及朝发夕至、夕发朝至列车的增加，机车集中到达站场的情况日益突出，这些都对整备场的整备能力提出了更高的要求。本系统以PLC 为控制器， 以道岔行程开关为检测元件组成的计算机实时监控系统。系统的集成度、可靠性、逻辑运算能力和其他辅助功能均优于普通的继电器，这不仅提高了整备场作业的安全性，而且提高了整备场的整备能力。因此，系统具有良好的应用前景。该系统在广州铁路集团长沙机务段已使用1 年多， 运行一切正常。采用PLC技术控制信号系统是安全性最高，成本最低的方法。
参考文献：
[1] 顾战松， 陈铁年. 可编程控制器原理与应用[M] . 北京： 国防工业出版社， 1996.
[2] 廖常初.PLC编程及应用.北京：机械工业山版社，2002
[3] 刘乐善. 微型计算机接口技术原理及应用[M] . 武汉： 华中理工大学出版社， 1996.
[4] 梅登华.铁路信号的检测与控制系统.西南交通大学学报，1996.
[5] 肖峻.机务段内信号机PLC控制系统.武汉汽车工业大学报，2000.