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PILZ鐵路平交道口的安全控制

發(fā)表時間：2018-12-25　次數(shù)：836　作者：自動化網(wǎng)

在當(dāng)今的歐洲，道口障礙物檢測是需要進(jìn)行完整認(rèn)證后才可投入使用的。在這篇文章中我們將討論如何從過去的繼電器為基礎(chǔ)的安全聯(lián)鎖系統(tǒng)進(jìn)步到使用電子技術(shù)為基礎(chǔ)的安全聯(lián)鎖系統(tǒng)。

使用雷達(dá)來進(jìn)行道口障礙物檢測，只有在路口沒有任何車輛和行人的情況下才會允許保護(hù)信號燈熄滅并允許機車通過。在整個信號應(yīng)用中，對安全運營最關(guān)鍵的則是信號的安全互鎖。以可編程邏輯控制器（PLC）為基礎(chǔ)的控制系統(tǒng)已經(jīng)在眾多行業(yè)使用多年，其中比較典型的例子就是Pilz公司的PSS 4000系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于機械安全、流程安全、礦產(chǎn)、橋梁、水處理系統(tǒng)以及歐鐵中。

1個平交道口通常由道路信號燈以及鐵路兩側(cè)的可提升道桿進(jìn)行防護(hù)，有時也會有行人聲音提醒裝置。道桿一般是處于被抬升的位置，當(dāng)放下時將延展并橫跨每個進(jìn)出通道方向的寬度。平交道口通常是自動運行的并且閉合過程是由機車靠近檢測回路來觸發(fā)的。一旦雷達(dá)確認(rèn)路口沒有滯留的車輛和行人則會發(fā)送鐵路信號給機車司機，在此我們需要一互鎖系統(tǒng)來正確地并安全地控制鐵路信號燈、道路交通信號燈以及道桿。

最早的鐵路互鎖系統(tǒng)是機械式的。鎖床和鋼條構(gòu)成了操作桿網(wǎng)格并且由操作桿來提供輸入信號。為道岔切換點、信號燈和道桿提供輸出信號。如果在執(zhí)行功能的過程中存在操作桿沖突問題則會有相應(yīng)的防干涉機械措施。

后來出現(xiàn)了繼電器互鎖系統(tǒng)單純地由電氣回路來運行，然后出現(xiàn)了上一代系統(tǒng)中大量機械操作桿被面板按鈕或者開關(guān)或者視頻接口替換的情況。復(fù)雜的電氣回路由一系列繼電器和觸點組合構(gòu)建而成，且能確保每個信號輸出的狀態(tài)和位置。當(dāng)設(shè)備運行時，他們位置的變化會導(dǎo)致電路打開并鎖定會與該位置相沖突的其他設(shè)備。同樣地，當(dāng)它們控制的設(shè)備安全運行時，其他回路才會閉合。直到今天該類技術(shù)還在繼續(xù)使用中，如果在一個平交道口互鎖系統(tǒng)中某個繼電器線圈發(fā)生失效了，則信號燈會變成紅色且道桿會被放下，我們稱作該類失效情況為失效安全。

現(xiàn)代電子互鎖技術(shù)的發(fā)明距今已有30余年。其使用固態(tài)電子技術(shù)無任何運動部件，原先網(wǎng)絡(luò)化的繼電器則被運行在特殊目的微處理器控制硬件中的軟件邏輯所取代。邏輯功能由軟件來實現(xiàn)而非硬線電路并且提供了修改的可能性，僅需重新編程而非重新接線。重要的邏輯存儲在固件中或者只讀存儲器中，使得邏輯不易被非安全修改并保證安全測試要求。

在很多行業(yè)，軟件為基礎(chǔ)的電子控制系統(tǒng)已廣泛用于典型工業(yè)機電工藝處理的自動化控制，例如工廠裝配線設(shè)備的控制、游樂場設(shè)備以及電梯等。它們擁有通用的名稱叫可編程邏輯控制器(PLC)并且相同的PLC結(jié)合配套的軟件編程可用于許多不同的應(yīng)用場合來進(jìn)行控制。

當(dāng)今PLC也開始進(jìn)入鐵路信號控制領(lǐng)域，包括平交道口、車載應(yīng)用等等。但不是所有PLC都是故障安全型，對于互鎖PLC最重要的要求是擁有較高的安全完整性水平(SIL)。簡單而言就是軟件中的控制指令被至少2個相異的內(nèi)部中央處理器（CPU）同時執(zhí)行并且它們互相之間有交叉校驗特性。

硬線繼電器邏輯通過不同編程語言被轉(zhuǎn)換成PLC代碼并沒有想象中那么簡單，在編程之前必須使用一系列正式的方法（符合EN 50128標(biāo)準(zhǔn)）來創(chuàng)建系統(tǒng)要求規(guī)范并且要驗證其符合鐵路信號和通訊系統(tǒng)的安全標(biāo)準(zhǔn)。如果做到了則會帶來如下益處：

PLC硬件是完全經(jīng)過測試和考驗的

安全PLC的固件/軟件符合IEC 61508-3（電氣/電子/可編程電子安全相關(guān)系統(tǒng)的功能安全）

通過重復(fù)使用已驗證的功能塊使為批量化系統(tǒng)編程變得簡單和靈活

PLC的安裝節(jié)省空間

某些供應(yīng)商的PLC，例如Pilz公司的PSS 4000系統(tǒng)，能夠滿足鐵路行業(yè)溫度、電磁兼容性等環(huán)境的應(yīng)用要求，符合EN 50121標(biāo)準(zhǔn)。

無需特殊的空調(diào)系統(tǒng)/加熱器/過濾系統(tǒng)

控制系統(tǒng)構(gòu)架能夠最高符合SIL 4的要求。

PLC的可擴展性并且可運行于開放式以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中

測試時間和服務(wù)時間都要大大小于繼電器應(yīng)用

英國東薩塞克斯沿海信號升級項目覆蓋了南部的Eastbourne至西部的Lewes站以及東部的Bexhill站，該項目使用了Pilz公司的PSS 4000系統(tǒng)替換了26英里長且已到生命終期的機械式信號系統(tǒng)。采用了新信號系統(tǒng)之后沿線速度提升至90英里/小時，10個平交道口進(jìn)行升級改造并且6個信號站將被廢棄。

采用了全新的互鎖系統(tǒng)—PSS 4000用于平交道口來替換傳統(tǒng)繼電器為基礎(chǔ)的互鎖系統(tǒng)之后空間更省了，無需較多設(shè)備房空間來承載成百上千個繼電器，因此照明和散熱的成本也減少了，電纜需求量也減少，可靠性更高，平交道口的升級和維護(hù)成本也大大降低。整個系統(tǒng)包含底板、電源、邏輯處理器、輔助通訊處理器以及一些現(xiàn)場特殊模塊，整個電柜大小為高330.2 mm，寬483.0 mm，深355.6 mm，重量為15.0 KG。

自動化系統(tǒng)PSS 4000-R是專門為鐵路應(yīng)用要求而設(shè)計的，其根據(jù)CENELEC標(biāo)準(zhǔn)要求可達(dá)到最高SIL 4控制系統(tǒng)要求，符合EN 50121, EN 50126, EN 50128, EN 50129及EN 50155。模塊化、可擴展的、分散式I/O的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)在項目應(yīng)用時具有非常高的靈活性。基于實時以太網(wǎng)協(xié)議SafetyNET p的網(wǎng)絡(luò)連接能夠幫助自動化系統(tǒng)PSS 4000-R實現(xiàn)遠(yuǎn)距離的安全網(wǎng)絡(luò)連接。專門設(shè)計的60V電壓接口模塊能否兼容鐵路行業(yè)特殊應(yīng)用需求。已應(yīng)用于鐵路行業(yè)的多個領(lǐng)域，例如通訊系統(tǒng)、道岔控制、平交道口保護(hù)、站臺屏蔽門系統(tǒng)、車載應(yīng)用等等。PSS 4000-R模塊的產(chǎn)品特性是特別堅固設(shè)計、符合鐵路領(lǐng)域日益提高的要求。應(yīng)用周圍環(huán)境溫度為-40℃…+70℃，機械負(fù)載系基于鐵道車輛上的震動或者沖擊（Category 1、Class A與B，依據(jù)EN 61373），以及信號與通訊設(shè)備（追蹤區(qū)域1-3m，依據(jù)EN 50125-3）。電磁兼容性（EMC），系針對鐵道車輛（EN 50121-3），以及針對信號與通訊設(shè)備（EN 50121-4）。

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