城轨交通道岔继电器控制组合N 1冗余系统的设计与应用.pdf
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1、 2023 年 11 月第 59 卷 第 11 期铁 道 通 信 信 号Railway Signalling&CommunicationNovember 2023Vol.59 No.11城轨交通道岔继电器控制组合N+1冗余系统的设计与应用梅满,田文礼,田堂俊摘 要:目前在已开通运营的城轨交通线路中,采用传统计算机联锁技术的信号系统仍占主流,由继电器电路构成的转辙机控制电路组合部件繁多、结构复杂、动作相对频繁,任何一处出现问题,都将发生道岔故障报警,不可避免地对地铁正常运营秩序造成影响。为此提出对缺乏冗余功能的道岔继电电路进行冗余设计:通过在车站额外配置一套备用道岔控制组合,实现与全站所有道岔控
2、制组合间切换;采用研发的道岔电气冗余操作系统,利用“软件驱动+硬件执行”的方式,为全站所有道岔电气部分提供N+1冷备冗余,通过远程操作对道岔电气故障部件进行整体隔离;同时,启用备用组合维持道岔的正常功能,提升道岔电气控制电路可用性。关键词:城轨交通;道岔;转辙机;可用性;电气控制;冗余;继电器中图分类号:U283.2 文献标识码:A Design and Application of N+1 Redundancy System for Turnout Relay Control Circuit Combination in Urban Rail TransitMEI Man,TIAN Wenl
3、i,TIAN TangjunAbstract:Signal systems using traditional computer interlocking technology still occupying the mainstream in the opened operation lines in urban rail transit.The switch machine control circuit composed of relay circuits has numerous components,complex structures,and relatively frequent
4、 actions.If any problem occurs,a turnout fault alarm will occur,inevitably affecting the normal operation order of the subway.For this reason,the redundancy design of relay circuit of turnout which lacks redundancy function is put forward.By configuring an additional set of backup switch machine con
5、trol combinations at each station,switching between all point controls combinations at DOI:10.13879/j.issn.1000-7458.2023-11.23138扫码浏览下载梅 满:杭州杭港地铁有限公司 工程师 311111 杭州田文礼:杭州杭港地铁有限公司 工程师 311111 杭州田堂俊:杭州杭港地铁有限公司 助理工程师 311111 杭州基金项目:杭州市交通运输学会2023年科研项目(Hzjt202306)收稿日期:2023-05-18引用格式:梅满,田文礼,田堂俊.城轨交通道岔继电器控制组
6、合N+1冗余系统的设计与应用J.铁道通信信号,2023,59(11):70-77.Citation:MEI Man,TIAN Wenli,TIAN Tangjun.Design and Application of N+1 Redundancy System for Turnout Relay Control Circuit Combination in Urban Rail TransitJ.Railway Signalling&Communication,2023,59(11):70-77.70Railway Signalling&Communication Vol.59 No.11 20
7、23the entire station is achieved.The developed turnout electrical redundancy operating system is adopted,and software driven and hardware executed methods are used.Providing N+1 cold standby redundancy for all electrical components of the turnout in the entire station which can quickly isolate the e
8、lectrical faulty components of the turnout through remote operation in the event of a point failure.At the same time,activate the backup combination to maintain the normal function of the turnout and improve the availability of the electrical control circuit of the turnout.Key words:Urban rail trans
9、it;Turnout;Switch machine;Availability;Electrical control;Redundancy;Relay对于早期开通的地铁线路,道岔转换设备较多采用以联锁驱动和采集继电器为执行机构的设计模式。由于继电器部件众多,任何一处发生故障都将影响设备的正常运行,导致故障处理非常困难。反观其他系统,为提高可用性,在设计方面都会考虑不同方式的冗余。为此,本文特别针对道岔控制继电电路设计了冗余方案,可在道岔故障发生时手动切换至备用道岔控制组合,实现故障部件整体隔离,维持道岔正常功能,直至运营结束后再开展修复处理1。1设计方案及原理冗余方案整体结构及原理见图1。在有岔
10、站信号设备室内组合柜中,额外配置1套与原道岔控制组合相同的备用道岔控制组合,并在每组原道岔控制组合与室外转辙机之间串入AX安全型继电器,通过切换控制装置,将DC 24 V电源引入切换继电器。切换控制装置通过串口协议与工控机进行通信,并利用切换继电器前后接点实现原道岔控制组合与备用道岔控制组合之间切换。1)切换控制装置中采用带有强制导向作用的欧姆龙 G2R-1 型继电器(简称“欧姆龙继电器”),每个欧姆龙继电器由单DC 24 V线圈和单10 A触点组成,用来控制1台切换继电器。因体积较小,可按道岔动作、控制、表示电路中切换点数的不同,自由拓展和灵活配置,并可将多个欧姆龙继电器集成为继电器模组,通
11、过RS-485串口通信协议接收来自工控机的驱动命令。2)备用道岔控制组合采用与原道岔控制组合完全相同的道岔定型组合。3)各种切换继电器均采用AX型无极加强信号插入式继电器(JWJXC-480),在线圈失磁或故障时,可依靠内部的配重块使继电器落下,符合“故障导向安全”原则。JWJXC-480型继电器共有4组接点,其中2组加强型接点用于切换转辙机动作电路内的大电流,另2组普通接点用于切换转辙机控制电路内小电流,且前接点连接备用道岔控制电路,后接点连接原道岔控制电路。当任意某组道岔发生故障时,先由人工操作系统控制终端远程发送切换命令,再由切换控制装置驱动切换继电器吸起,实现原道岔与备用道岔控制组合之
12、间切换,使备用道岔控制组合执行相应的道岔转换。下面以地铁最常用的三相交流五线制双机牵引道岔控制电路为例,主要考虑道岔转换过程中控制图1 冗余方案整体结构及原理71铁道通信信号 2023年第59卷第11期电路、动作电路、联锁表示采集电路的切换技术,实现冗余切换控制功能2-3。2切换电路设计为同时对控制电路、动作电路和联锁表示采集电路进行切换,设计了控制切换继电器 KZQHJ、动作切换继电器DZQHJ和表示切换继电器BSQHJ电路,并在备用道岔动作电路中,配置换相继电器HXJ、换相保证继电器 HXBZJ,以及表示电源接通继电器BSDYJ等,在切换控制装置中通过一定动作逻辑,实现电路间无扰、安全地相
13、互切换。2.1道岔控制电路切换设计道岔控制电路中的定操继电器DCJ、反操继电器FCJ和锁闭继电器SJ由计算机联锁系统输出命令进行控制,基于安全性要求,在设计切换时以“不改变道岔控制命令原始逻辑,仍使用原道岔控制组合中的 DCJ、FCJ 和 SJ 作为道岔控制命令”为原则,保证备用道岔控制组合同样可执行来自联锁系统的安全命令。道岔控制电路切换设计见图2,在每组道岔的DCJ、FCJ、SJ 前接点后部各串联 1 组 KZQHJ 接点,用于主备用道岔控制电路间切换。所有KZQHJ的前接点并联后,接通备用道岔控制电路。2.2道岔动作电路切换设计在主用转辙机动作电路的分线柜 X1X5中,各串联一个DZQH
14、J加强接点,用作主备用道岔动作电路间切换。以道岔第1牵引点动作电路为例,见图 3,DZQHJ中接点接信号设备室分线柜,后接点接主用道岔动作电路,前接点全部并联后,接通备用道岔动作电路。第2牵引点动作电路切换设计与之类似。文献 2 描述过相同的五线制动作电路切换设计,使用一套备用道岔控制组合作为全站所有道岔控制组合的冗余,但只介绍了道岔电气控制部分N+1的冗余结构。由于根据线路工况以及道岔侧向开通方向的不同,现场通常将转辙机分为“正图3 道岔动作电路切换设计图2 道岔控制电路切换设计72Railway Signalling&Communication Vol.59 No.11 2023装”和“反
15、装”2种,即正装转辙机在定位时,自动开闭器1/3排接点闭合,反装转辙机在定位时,则是自动开闭器2/4排接点闭合。因此2种安装方式的五线制动作电路是不同的4。通常在道岔动作电路图中只呈现转辙机定位1/3排接点闭合的图纸,而在图纸下方则会备注定位2/4排接点闭合的改线方式,即需完成以下内容:X2与X3交叉,X4与X5交叉(行业通用做法是在转辙机室外电缆盒软线侧完成交叉);现场二极管颠倒极性;DBQ的41、61端子互换,实现B/C相序颠倒,改变转辙机内的三相电相序。所以,若要将一套备用道岔控制组合用作全站所有道岔控制组合的N+1冗余,就要对任意一组道岔切换至备用道岔控制组合时,使备用道岔控制组合内的
16、电源相序与受控转辙机所需要的相序相同。见图4。在备用道岔动作电路中,断相保护器DBQ41与 第 1 启 动 复 示 继 电 器 1DQJF11 之 间,以 及DBQ61与1DQJF21之间串联相应数量的换相继电器 HXJ(只反装转辙机配置 HXJ,正装转辙机不用)。其中,在B相中串联的称为B_HXJ,C相中串联的称为C_HXJ。B_HXJ的前接点与C_HXJ的后接点连接,后接点与C_HXJ的前接点连接。按照上述设计,在备用道岔动作电路控制正装转辙机时(不需换相),B/C相电源通过HXJ后接点接通转辙机动作电路,电源端相序为 A-B-C;若备用道岔动作电路需要控制反装转辙机,则需三相电源B、C相
17、互换,从而实现动作电路电源端相序变为A-C-B。由于DBQ41和DBQ61带有380 V电压,带电转换相序时,高压会对接点产生灼伤,若B相和C相的HXJ动作同步性一旦产生轻微误差,就会造成短路。为此,需在备用道岔动作电路中的B、C相电源端设置换相保证继电器HXBZJ,通过HXBZJ的前接点断开,可使备用道岔动作电路长期处在无电状态。另外,在驱动HXBZJ时,应设置继电器线圈延时动作(延时2 000 ms驱动),使HXBZJ在切换命令下达过程中,滞后于其他功能属性的切换继电器,即可实现转辙机动作电路“先换相,再供电”,B、C 相在无电状态下换相,从而保证切换电路可靠5。2.3表示电源接通保护设计
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