摘 要：文章首先对目前信号控制系统的现状和存在的问题分析，设计了基于通信控制的信号机点灯系统的設计，采用双网、双电源对LED信号灯进行通信网络控制，接收计算机联锁系统的控制命令实现点灯，系统结构简单，易维护，并且能够监测故障实现故障定位，该设计方案提高了系统的安全性、可靠性和可维护性，为全电子计算机联锁的设计提供一定的参考价值。
关键词：2乘2取2;冗余;计算机联锁;信号机点灯
中图分类号：U284.1 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）09-0052-02
Abstract： In this paper， the present situation and existing problems of the signal control system are analyzed， and the design of the signal lighting system based on communication control is designed. The communication network control of LED signal lamp is carried out using double network and double power supply. Receiving the control command of the computer interlocking system to realize the lighting， the system structure is simple， easy to maintain， and can monitor the fault to achieve fault location. The design scheme improves the security， reliability and maintainability of the system. It provides a certain reference value for the design of all-computer interlocking.
Keywords： Double 2-vote-2; redundancy; computer interlocking; signal light
随着高速铁路和客运专线的建设，车站信号控制系统已是不可或缺的信号系统之一，目前主要采用计算机联锁控制系统，计算机联锁系统核心运算部分都由计算机来进行实现，但执行电路仍采用原来6502电气集中联锁的继电控制电路。但现实是继电电路没有冗余设计，故障处理难度大，故障恢复不及时直接影响整个系统的可靠性;继电电路施工周期长、电缆接口多、投入大、改造施工和施工调整不方便等缺点已成为发展计算机联锁系统的一个瓶颈，与此同时随着全电子计算机联锁系统的发展，传统信号电灯电路也不能很好地配合全电子计算机联锁系统。因此，迫切研制新型的基于通信控制的信号点灯系统成为必然趋势。本文以此为背景，提出基于通信网络控制的信号点灯方案，采用模块化和冗余设计，增加设计的灵活性和可靠性，同时也减少了维修人员工作强度和工作量。
1 系统设计思想
计算机联锁系统的联锁机主要是采集现场信号设备的状态信息，进行联锁逻辑运算在显示设备上进行显示，同时接受控制台的控制信息输出驱动命令经过接口架、组合柜、分线盘到室外控制信号设备的。基于通信网络控制的信号点灯系统，就是取消原来的继电器，经联锁机输出驱动命令直接控制室外信号设备。电路模块的设计包括信号采集电路、通信网络的设计、发光盘的设计等。
信号点灯电路是信号系统的重要组成部分之一，设计首先要满足故障-安全原则，考虑到极端情况则要做以下设计：如果通信网络被严重干扰或断网的情况下，信号机应灭灯;如果控制设备故障或倒机单元断电时，信号机应点禁止灯光;如果控制设备断电，信号机应灭灯;如果接收到非正常命令，信号机应点禁止灯光。
在考虑系统安全性的同时，也要有高的可靠性，设计采用冗余结构，主要部件采用双套。控制系统采用2乘2取2。为便于系统维护，增加系统监测电路并采用模块化设计，大大提高系统的可维护性。
2 系统结构
计算机联锁系统室内设备已经是比较成熟的设备了，该系统主要进行通信网络的设计、信号采集电路的设计、信号点灯电路和发光盘的设计等。
2.1 通信网络的设计
计算机联锁系统的核心设备联锁机与信号机之间的通信网络采用CAN总线，结构如图1所示。
联锁机与信号机之间的网络连接采用总线型，CAN总线采用的不是主备形式，是双网并用的方式，联锁机和信号机分别与CAN A和CAN B总线连接。发送信息期间，发送端同时向CAN A和CAN B发送数据，接收端先行接收到其中一个网络的数据，则该数据就作为有效数据参与联锁机的逻辑运算，接收到另外一个网络发送来的数据只做校验使用而不作为有效数据使用，校验结果作为网络状态检测使用。如果CAN A和CAN B中有其中一个网络出现故障，则系统会自动隔离，不会影响另外一个网络的正常使用，因此保证了系统数据传输的实时性和有效性，从而提高了整个系统的可靠性。
2.2 信号机点灯电路设计
考虑到安全性和可靠性，信号机点灯电路的设计采用2乘2取2冗余结构，系统核心部分是二取二安全性CPU板，CPU板是由两个不同CPU组成的。CPU-A和CPU-B完全一样。每个系有自己的独立逻辑处理单元，两系中任意一个出现故障，整个系统仍然能正常工作，这样设计大大提高了整个系统的可靠性和安全性。电源系统采用双套冗余设计，避免了电源故障出现系统停机的情况，如图2所示。
为了便于维护人员进行维修，增加了自诊断功能，对信号机的健康状况进行监测，该模塊能自动检测出发光盘故障并实现故障定位，把检测出的状态信息反馈到主机，由主机进行逻辑处理判断。
2.3 信号采集电路设计
采集电路实时采集每个灯位的电流，并与CPU输出的控制命令状态进行对比，如果CPU没有输出点灯命令，而电流达到亮灯时的值，则要立即断开电源;如果CPU输出点灯命令，而没有采集到电流信息则要立即报警，并将故障状态返回到主机系统，即联锁主机。如图3所示，利用传感电阻检测电流，改变测流电阻值就可以对不同负载电流的范围进行检测。
2.4 发光盘的设计
LED铁路信号具有机构轻便、组合灵活、显示距离元、节能环保、无冲击电流、寿命长、机构耐腐蚀等优点，取代传统信号机已成趋势。本文基于LED进行发光盘电路的设计。
发光盘的设计包括外观设计和硬件部分设计，为了满足发光强度要求，还要考虑发光盘的聚光系统设计。外观和硬件电路的设计采用计算机辅助设计工具完成，然后由具体的专业制造厂家完成。聚光系统采用由多个单管构成的阵列和聚光透镜，要使阵列中的发光管和聚光阵列中的透镜对应并且光轴要重合，使得发光源位居聚光透镜的焦点附近，这样会让光能量汇聚在光轴方向，增强信号灯的发光强度，达到光强度的技术要求。
发光盘采用双路电源，该电源采用高可靠的开关电源，考虑到现场的环境影响，电源可能出现波动的情况，采用宽幅工作的电源，输入唯一时，均能保证可靠工作。信号灯采用冗余交互式布置，如果一路电源出现故障时，保证信号机能正常点灯，原理图如图4所示。这种设计方式可增加信号机的可靠性。如果A路电源故障，则B路电源正常工作，当监测模块监测到一路电源断电后，可以采用增加电流占空比的方式提高剩余发光源的光强度，能使得信号机的显示不影响司机的观察。这种设计方式在一定程度上可以降低维护人员的工作强度。但如果发光二极管损坏达到30%以上时，要进行报警通知维护人员进行维修。
3 系统特点
系统采用通信网络控制方式设计信号机点灯电流，系统特点主要体现在以下几个方面：（1）核心控制部分采用2乘2取2的冗余方式，提高了可靠性和安全性。（2）采用LED点灯单元，具有光源稳定，节能、维修量少等特点。（3）系统采用双网通信的方式，保证通信可靠安全。（4）系统采用双路电源供电方式，保证系统的可靠性和稳定性。（5）系统大大减少了电缆的使用量，降低了维修量，便于实现系统的冗余设置。（6）系统抗干扰能力强，电磁兼容性好，系统的稳定性好。
4 结束语
计算机联锁全电子化是车站信号控制系统的发展趋势，结合新技术的发展，综合运用通信技术、网络技术和控制技术设计的信号机点灯系统符合故障-安全原则，系统结构简单，通过网络传输信号机的控制信息，通信网络采用双套冗余的配置，信号机采用LED发光盘，并采用双路交互式LED阵列，提高光强度，与此同时还具有故障诊断的辅助功能，实现系统故障定位和监控，降低维修人员的工作量，提高维修人员的工作效率，希望这一设计对全电子计算机联锁的设计和模拟具有一定的参考价值。
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