车站信号自动控制系统 车站信号自动控制系统基础 电气集中联锁系统

车站信号自动控制系统基础 第一章 车站信号控制系统的概述 第二章 电磁继电器原理 第三章 继电器电路基本原理 第四章 铁路信号安全技术

第一章 车站信号控制系统的概述 第一节 引言 第二节 车站信号系统概述 第三节 轨道电路的应用 第四节 动力转辙机 第五节 色灯信号机 第一节 引言 第二节 车站信号系统概述 第三节 轨道电路的应用 第四节 动力转辙机 第五节 色灯信号机 第六节 联锁系统概述

第一节 引 言 自有铁路以来，人们就约定以物体的外表特征，如形状、颜色、位置、灯光以及状态的显示数目等作为向乘务人员和行车有关的人员传达运行条件和命令的信号。从铁路发展初期，信号的显示意义就与安全联系在一起。只有当安全条件确实满足，或者说危机行车安全的因素不存在的条件下，才给予允许信号；反之给出停车信号。安全的条件开始是靠运营管理措施来保证的。

随着铁路运输业的发展和科学技术的进步，保证行车安全的措施逐步从管理措施向技术措施过渡，以致发展成为今天的自动控制系统。由于保证行车安全的技术大部分是和信号相联系，所以把用技术手段保证行车安全的系统一般称为铁路信号系统，或者称为铁路信号。 铁路信号的主要功能是保证行车安全。随铁路信号技术的发展和应用，铁路信号已成为提高运输效率，实现运输管理自动化和列车运行自动控制以及改善铁道员工的劳动条件的重要技术手段，从这个意义上，称铁路运输自动化与控制更妥帖。

铁路信号系统按其应用场所可以分为：车站信号控制系统、编组站调车控制系统、区间间隔信号控制系统、铁路行车指挥控制系统TMS以及列车运行自动控制系统等。 教材以车站信号控制系统为内容，着重讨论了车站信号自动控制系统的具体功能、构成原理以及实现方法。

第二节 车站信号系统概述 在车站范围内，有许多用道岔联结着的轨道或者线路，这在行业上称为线路。列车或者调车车列在站内运行所经过的径路，称为进路。列车或车列是依据防护进路的信号机的开放通过进路的，即进路必须由相应的信号机来防护，否则可能造成冲突等行车事故。为了保证行车安全，在道岔、进路和信号机三者之间必须建立互相制约的关系。

例如：进路上的道岔转到规定的位置上，进路空闲，敌对进路没有建立，信号机才开放，否则信号机不能开放。信号机开放后，进路不能再变动，道岔也不能再转换。进路、道岔和信号之间的这种相互制约的关系，称为联锁关系，简称联锁。

联锁的基本内容是：防止建立两条会导致机车车辆相撞的进路—敌对进路；必须使列车或调车车列经过的所有道岔均处于与进路开通方向相符的位置；必须使信号机的显示与所建立的进路相符合。 控制车站范围内的道岔、进路和信号机，并实现它们之间的联锁的设备，称为车站联锁设备。联锁设备可采用机械的、机电的和电气的方法来实现，可以为分散控制或者集中控制。

实际上，当2条具有共用路段的进路又都经由某一道岔，但对该道岔的位置要求不一样时(例如一条要求道岔在定位，另一条要求在反位)，其中一条进路建立后，另一条由于道岔位置不符要求是不能建立的，因此勿需采取技术措施以防这类进路同时建立。 由于这类进路不可能同时建立，也就避免了侧面撞车的可能。如果2条进路既有共用的路段又对共用道岔的位置要求相同，在这种情况下，不可能借助道岔位置防止它们同时建立，而必须采取另外的技术方法加以防止，

我们称这类进路中一条是另一条的敌对进路。防止建立敌对进路的措施是保证不发生正面和尾部撞车事故的基本措施。因此，对于任何一条进路，必须确切判明它有哪些敌对进路．以便采取相应措施，这是至关重要的。 以上简要地说明了在信号、道岔和进路之间必须建立一定的制约关系或条件才能保证行车安全。实际上，从排列进路到列车或车列通过了该进路是一个过程，我们称该过程为进路控制过程。

进路控制过程可分为2个大的阶段。第一阶段是建立进路的过程，这又可分为3个子过程： 1．进路选择。根据车站值班人员的操作，从许多进路中选取一条要办理的进路。在选择过程中主要是将道岔转换到与进路相符合的位置，但在转换之前必须检查道岔区段是否有车，道岔是否在锁闭状态等。 2．进路锁闭。当进路选取后，在确证进路空闲状态，道岔位置正确以及敌对进路没有建立的条件下，把与近路有关的道岔和敌对进路进行锁闭，使它们不能板动和建立，称这种锁闭为进路锁闭。

3．开放信号。在实现进路锁闭后，使防护进路的信号机开放，允许列车或车列驶入进路。 进路控制过程的第二阶段是进路解锁过程。进路解锁与进路锁闭相对应，当列车或车列确实越过了道岔区段后，应使该区段内的道岔以及相关的敌对进路解除锁闭。进路解锁又分成自动解锁和非自动解锁等。根据不同情况，还可进一步细分。

从以上讨论中可以看出：信号、道岔和进路之间必须有一定的制约关系(或条件)，而且必须按照一定的程序才能动作和建立，只有遵循这种关系和程序才能保证行车安全。我们把信号、道岔和进路必须按照一定程序并满足一定条件才能动作和建立的这种约束称做联锁。车站信号系统就是实现联锁的系统，所以也称做车站联锁系统 。

在车站联锁系统中主要包括下列技术及相应器材： 1．进路空闲的检测技术。检查进路空闲是保证行车安全的重要条件之一，目前主要是利用轨道电路实现这一任务的。关于轨道电路的工作原理及各种制式，将在其它课程中讲授，在本课中将着重阐明轨道电路在车站的使用问题。

2．道岔控制技术。道岔是进路上的可动部分，如果对它控制不当，有可能造成列车或车列脱轨，或者造成列车或车列驶入停有车辆的线路而发生撞车事故。因此，如何控制道岔是非常重要的。在现代化的联锁系统中，对于道岔的控制主要是由动力转辙机及其控制电路实现的。关于动力转辙机和其控制电路将在以后的不同章节中介绍。

3．信号控制技术。在车站上设置的信号机有列车信号机和调车信号机两类，它们是分别用以防护列车进路和调车进路的。信号机是联锁系统中极其重要的基础设备之一。前面已经指出，只有在安全条件确已满足时才允许信号机开放，否则信号机必须在关闭状态。显然，控制信号机的开放与关闭．直接关系到行车的安全。关于信号机及其控制电路将分别在不同的章节中介绍。

4． 联锁技术。为了保证行车安全，信号、道岔和进路的动作和建立必须遵循一定的条件和程序。我们称这些条件和程序为联锁，那么实现联锁的技术称做联锁技术。应当明确，根据安全要求制订周密而详细的安全规程和措施，由行车有关人员严格执行以保证行车安全是必要的，然而人们难免有操作和判断失误的时候，因此仅靠行车有关人员的遵章守纪以保证行车安全是不可靠的。

从这个意义上讲，联锁技术是防止失误，且在失误的情况下仍能保证行车安全的技术。联锁技术是车站信号自动控制系统的主要内容。 5．故障—安全技术。任何技术设备不管它如何可靠，总有发生故障的可能，铁路信号系统也不例外。对铁路信号系统来说，必须考虑在发生故障后，其后果不应危及行车安全。例如信号机及其控制系统发生故障时，应自动地给出限速或停车的显示；道岔的控制系统发生故障

时，道岔不应错误地转换而必须机械地锁在原来的位置等。总的来说，故障的后果必须导致行车安全，在铁路信号领域里称这一原则为故障-安全原则。实现这一原则的技术称做故障-安全技术。凡是涉及行车安全的器械、部件和系统都必须有故障-安全的性能。

顺便指出，在技术迅速发展的今天，有些新技术不能尽快地应用到铁路信号领域里，其重要原因之—就是受到了故障-安全原则的限制。 以上轭要地叙述车站信号控制系统的基本技术内容，这些技术的有机组合就构成了系统的整体，系统的框图如图1—2—2所示。图中没有反映出故障-安全技术，因为它隐含在各个环节中。

构成车站信号系统的具体器械的集合称做车站信号设备，也称做车站联锁设备。在我国铁路上使用着多种联锁设备。这些设备之间在器械结构、操纵方式、动力来源以及联锁的完善程度等方面存在着很大差别，本教材主要阐明联锁功能比较完善和自动化程度较高的联锁系统的构成和工作原理，并对目前广为应用的6502型电气集中联锁系统作较详细的剖析，以便使读者能掌握典型设备的原理。在此基础上，本教材还将对今后发展的计算机联锁系统作些必要的介绍 。

第三节 轨道电路的应用 轨道电路的原型于1872年发明于美国，目前已发展成多种制式。轨道电路是检查铁路线路上有无车辆存在的主要手段，也是铁路信号现代化的基础设备之一。在车站信号自动控制系统中，凡是由信号机防护的进路以及进路的接近区段均需装设轨道电路。关于轨道电路的具体配置方法在《铁路信号运营基础》教材中有所介绍，这里仅将一些配置依据罗列于下：

1．进路始端和终端的两侧应届于不同的轨道电路，以便判断列车或车列是否进入和出清进路。 2．可同时建立的平行进路不应共用同一条轨道电路。否则一条进路有车占用时，另一条也相当于被占用了。 3．在咽喉区，当2个相邻警冲标之间的无岔线路长度等于或超过50M时，可考虑设置一个无岔区段轨道电路作为机车或车辆的暂时停留线使用。

4． 一个道岔区段轨道电路中包括的道岔不应超过3组．以利轨道电路的调整，且一旦发生故障时影响作业范围较少。 5． 在有平面溜放调车作业的区域，原则上一个轨道电路仅包括—组道岔，以便道岔能及时解锁，提高溜放作业效率 。 从运用的角度阐明—些重要概念，为以后分析和设计联锁电路打下基础。

现在以办理接车为例说明轨道电路的应用。在图1—3—1中给出了下行向股道ⅢG接车的列车进路。进路中包括了两段道岔区段轨道电路1DG和5-9DG和一段股道轨道电路ⅢG。当向ⅢG办理接车进路时，在技术上必须检查这3段轨道电路均在调整状态，或者说这3个区段均在空闲状态，以作为进站信号机开放的必要条件。当开放信号的其它条件，例如道岔位置正确，已实现丁进路锁闭等条件满足后，信号机x才能开放。

当列车完全驶过1DG后，则可解除该段的进路锁闭，具体说就是该段内的道岔l#可以扳动，也可以利用该段建立另一条进路了。同理，当列车完全驶过5-9DG后，则该段的进路锁闭也就解除了。这种每驶过一段道岔区段使之相应解锁的方式称做分段(或逐段)解锁。分段解锁方式有利于提高铁路线路的利用效率，在我国多采用这种方式。为了节省投资，在小的车站上也可采用所谓进路一次解锁方式，即当列车驶过了进路中所有道岔区段之后，再解除进路锁闭。

无论是分段解锁还是一次解锁，都是在列车的作用下通过轨道电路的动作自动实现的，所以属于自动解锁的种类之一，习惯上称做正常解锁。 以上说明了轨道电路与进路锁闭与解锁的关系。在以上论述中指出，只要确证列车或车列通过了某一道岔区段则该区段就可解除进路锁闭。那么该区段的轨道电路从空闲状态变为分路状态，再从分路状态恢复到空闲状态是否就能证明车辆确已通过了该区段呢?实践证明，这是不可靠的。

因为一段轨道电路的动作不一定是由于车辆的作用造成的，而可能是由于某种原因而使轨道电路短时分路造成的，也可能是在车辆占用期间由于轨面的锈污而导致瞬间失去分路造成的，还可能是瞬间停电造成的。 总之，一段轨道电路的动作并不能确切反映车辆已通过了该区段，如果仅借一段轨道电路的动作作为该区段解锁的充要条件，将产生严重地危及行车安全的后果。

仍以图1—3—1为例，当列车正在1DG区段运行时，若轨道电路1DG瞬时失去分路，就象列车已驶过1DG一样，如果在这种情况下允许1#道岔解锁(这意味着1#道岔有可能转换)，将危及行车安全。又如列车在1DG期间，轨道电路5-9DG由于某种原因误动了一次，这类似于车辆通过了5-9DG，若在这种假象下允许5#和9#道岔解锁，显然也将危及行车安全。

仅仅用一段轨道电路的动作是不能确证车辆通过了该区段，所以不允许仅用一段轨道电路的动作作为进路解锁的充要条件，而至少要用两段轨道电路的顺序动作来反映车辆通过了某一道岔区段。在采用分段解锁的方式时，应尽可能采用三段轨道电路的顺序动作作为一段道岔区段解锁的条件。例如在图1-3-1中5-9DG解锁条件是：1DG轨道电路继电器落下过又吸起了，5-9DG轨道电路继电器落下又吸起了，ⅢG轨道电路继电器落下了。

这3段轨道电路的顺序动作能够反映是车列运动造成的，而由于轨道电路误动而出现这种动作过程的可能性极少。 当进路在解锁状态而道岔区段上有车时，该区段内的道岔也是不允许操纵的。这就是说，当道岔区段轨道电路在分路状态时则应将该区段的道岔锁在原来的位置。这种仅由轨道电路控制道岔的关系称做道岔的区段锁闭。当道岔区段空闲时，区段锁闭也就解锁了。区段锁闭和进路锁闭是两个不同的概念，不应混淆。

第四节 动力转辙机 动力转辙机是道岔控制系统中的执行机构，它的基本任务是转换道岔、锁闭道岔和反映道岔的位置和状态。转辙机是直接关系到行车安全的设备，对其性能和质量必须给以极大重视。但由于转辙机的结构比较复杂，在有限篇幅内不易叙述清楚，需要通过实验和现场实习等实践活动来学习它。另外还有专门的书籍介绍它的工作原理和构成，这里仅结合运营要求作些必要的介绍，并作为观察和学习转辙机原理的参考。

一、转辙机应能灵活地转换道岔 转辙机应具有足够大的牵引力以带动道岔的尖轨作往复运动，并能保持尖轨与基本轨密贴时有足够的密贴力。牵引力和密贴力的大小与尖轨的重量、弹性、滑床板的平滑程度、尖轨根部与基本轨的连结方式(硬连结或松连结)以及气候条件(风沙、冰雪等)有关。随着铁路运输向重载高速的发展，道岔逐步向重型大号撤叉发展，牵引力和密贴力也随之增加。

我国目前正制订几种标准级别并研制相应的转辙机以适应发展的需要。转辙机还必须能在转换尖轨的过程中因受阻(如有矿石落到尖轨与基本轨之间)而不能继续转换时，通过操纵或延迟一定时间使尖轨返回原来的位置。 为了实现尖轨的移动，转辙机应包括动力和传动两大部分。在转撤机的发展过程中，曾考虑到工业电源并不十分可靠，在停电期间需用备用的蓄电他供电，所以转辙机广泛采用直流串激可逆电动机作为动力。

另外，这种电动机具有起动转矩大，在一定负荷范围内其转速和转矩能随着负荷的变化而自行调节的特性，这符合转换尖轨的要求。但直流电机需用整流子对电枢电流换向，而整流子的碳刷容易磨损，需要经常维护，这是直流电机的缺点。 转辙机的传动机构是将电动机的高速旋转变换成动作杆的低速直线运动，再由动作杆带动尖轨转换。传动机构的另一作用是驱动尖轨的锁闭机构。转辙机的传动机构有齿轮传动和液压传动两类。

齿外传动可以用来传递空间任意两轴间的运动，而且传动准确可靠，效率也高，是现代机器中应用最广的一种传动机构。 齿轮传动的类型很多，其中有一种内啮合齿轮结构，具有结构紧凑密封性好的特点，在我国的转辙机中得到广泛采用。但其动作过程不易观察，现以图1—4—1的示意图为例说明它的传动原理。图中有两个齿轮，其中大的那个具有内齿称做内齿齿轮，相对于另一齿轮来说它装在外侧，为了方便又称它为外轮，外轮固定不转。

另一个齿轮具有外齿，称做外齿齿轮，但为了简便又称它为内轮，内轮是可转的。电动机的输出轴经过一级普通的减速齿轮驱动一个偏心轴(即该轴不在内轮的中心O’上)转动，该偏心轴拨动内轮转动。由于内轮和外轮是内啮合传动，若内轮围绕着中心O点按顺时针转动，则内轮本身就以O’为中心按逆时针方向旋转。 总地来说，内轮在围绕外轮中心转动(称做公转)的同时，又围绕着自己的中心旋转(称做自转)。内轮就象一颗行星一样，既有公转又有自转，且两种转向相反，所以又称这种齿轮传动为行星齿轮传动。

当内轮与外轮的齿数愈接近，则公转与自转的转速就相差愈大。为了获得最大的减速比，两齿轮仅有一齿之差，实际的减速比为41：1，即公转41周自转才1周。 在实际结构中，利用内轮带动输出轴再经由齿轮和齿条的啮合传动驱动动作杆而使尖轨移位。整个行星齿轮传动系统较为复杂，通过观察实物易于了解，这里就不再细述了。行星齿轮传动的优点是占用空间小，缺点是转动中有无功消耗，效率较低。

采用齿轮传动机构时必须采用摩擦联结器，其原因有二；一是当尖轨已转换完毕时而电机不能立即停转，利用摩擦联结器克服电机的转动冲击。二是当尖轨在转换过程中受阻而不能继续动作时．摩擦联结器进入摩擦状态，使电机仍能继续转动而不致烧毁。联接联结器的摩擦力必须能根据道岔的实际情况进行调整，以便在通常情况下使电机能可靠地驱动尖轨转换，在非正常倩况下能保护电机不致烧毁。

另一类传动机构是液压传动机构。其原理是由电动机驱动一个油压泵，将加压的液体注入储能油罐中使罐内空气压缩以储存一定能量。在转换道岔时，除了使电动机工作和同时将控制油路的阀门打开，使受压油液注入油缸中，借助活塞与油缸的相对运动推动油缸移动，再由油缸带动动作杆使尖轨转换。 液压传动机构的结构比较简单，可动的机械零件很少。由于液压系统本身具有缓冲作用且超压时可以自动打开超压阀降低压力，所以不需复杂的摩擦联结器。

这就大大减少了现场的维护工作。但是液压传动机构要求油质清洁，油箱和油路密封良好，不能有渗漏现象，这对于生产工艺提出了严格要求。 在我国，采用齿轮传动的转辙机称做电动转辙机，采用液压传动的转辙机称做电液转辙机。目前广为使用的是电动转辙机，电液转辙机正处于试用阶段、以后将会得到推广使用。 二、转辙机应能可靠地将尖轨锁在密贴状态

当道岔的尖轨转到规定的位置且与基本轨保持一定的密贴力时，转辙机应能把尖轨机械地锁在密贴状态，以保证在列车或车列通过道岔时，尖轨不致因受震动而离开基本轨。锁闭尖轨的机械结构技其装设的位置分为内锁闭和外锁闭两类。 内锁闭是在转辙机机箱内部用机械的方法将带动尖轨的功作杆卡住，使它不会因尖轨受外力震动而产生位移。

实际上，锁闭尖轨只是防止尖轨因震动而变位，至于尖软是否已达到密贴标准(在维护过程中需要检测，称做4mm检查)还需检查，因此在转辙机中装有密贴检查杆。该检查杆与尖轨的尖端部位连接，当尖轨密贴良好时，检查杆的动程才能正确，利用检查杆的精确动程驱动下面将提到的道岔位置表示接点以反映道岔的状态。 在已投入使用的大多数转辙机中，是采用内锁闭方式，其缺点是万一动作杆断裂就失去了对尖轨的机械锁闭，这是不符合故障－安全原则的。

改进的转辙机是将密贴检查杆加强，使它也具有锁闭功能，实现了对尖轨的双重锁闭，提高了可靠和安全性。 内锁闭方式是通过动作杆件间接地锁闭尖轨的，总是潜在着万一杆件发生故障而导致尖轨失去锁闭的危险。在高速铁路上，为了确保行车安全，多采用外锁闭方式。所谓外锁闭，就是将锁闭机构直接地装在尖轨上，当尖轨密贴于基本轨后，锁闭机构将尖轨和基本轨牢靠地锁在一起。在这种情况下，即使动作杆件发生故障，尖轨也不会解锁。

在我国，转辙机是内锁闭方式的，而把外锁闭机构作为一种附属机构使用。只有在高速铁路线区段，在使用内锁转辙机的基础上再加上外销机构以提高安全性。 实现对尖轨的锁闭，转辙机的全动程必须分成3个阶段：一是尖轨解锁过程，即在转换道岔时首先解除对尖轨的机械锁闭．在解锁过程尖轨是不动的：二是转换过程，即将尖轨由一个位量转换到另一位置；三是尖轨锁闭过程、即在尖轨动作完毕后将它锁在密贴的位置。

三、转辙机应具有反映道岔状态的接点系统 道岔有4种状态，这就是道岔在定位且尖轨处于密贴锁闭状态，简称做定位状态；道岔在反位且尖轨处于密贴锁闭状态，简称做反位状态；道岔的尖轨不密贴于基本轨的状态；以及道岔被车轮挤动的不正常状态，称做挤岔状态。为了反映这些状态，在转辙机内设合接点系统，称做自动开闭器。接点的开闭由密贴检变杆及相关的机械机构来控制。各组接点的开闭过程说明如下；

1．定位表示接点(DD)：只有当道岔确在定位状态时才闭合。道岔一旦开始解锁，该接点应立即断开以反映道岔已解锁并准备转换。 2． 反位表示接点(FB)：只有当道岔确在反应状态时才闭合。道岔一旦开始解锁，该接点应立即断开以反映道岔已解锁并准备转换。 3．定位动作接点(DD)：该接点是接通道岔定位动作电路的接点。当道岔在反位状态以及由反位向定位转换的过程中，该接点均在闭合状态，当道岔转换到定位状态后，该接点断开。

4．反位动作接点(FD)：该接点是接通道岔反位动作电路的接点。当道岔在定位状态以及向反位转换的过程中，该接点处于闭合状态，当道岔转到反位状态后，该接点断开。 5．当尖轨个密贴或被挤时，接点DB和FB都应自动断开，以便反映道岔处于非常状态。

四、转辙机应具有挤岔(保护)装置 在装有动力转辙机的道岔区段，虽然均设有轨道电路相信号机进行防护，然而由于司机的判断疏忽．道岔仍有被挤的现象，特别是在调车作业频繁的区域尤为如此。若不采取持殊措施，—旦发生挤岔事故，尖轨或转辙机将遭到破坏，不易很快修复从而对运输有较大影响。因此．转辙机应具有挤岔装置，当发生挤岔时，通过挤断或挤脱的机械结构，使转辙机和尖轨不致遇到个可修复性的破坏，以便尽快修复。

挤岔装置既要在通常情况下有足够的强度以保证道岔的正常动作和锁闭，又要在挤岔情况下能够被挤断或挤脱。适应这两种情况有一定矛盾，因此它是转辙机的一个薄弱环节．处理不当将影响转辙机的可靠件。

第五节 色灯信号机 信号机是向行车有关人员特别是向司机提供视觉信号的器械。车站联锁设备的安全功能最终体现在信号机的正确显示以及司机对于信号的准确辨认广。因此，信号机是铁路信号系统中最重要的组成部分之一。

铁路运营对于信号机的基本要求是：能给出多种显示意义(显示数目)；每种显示意义清晰易辨，一旦映入眼帘几乎勿需费时判断；显示距离应与列车制动距离相适应，显示距离太近．司机不易按信号显示控制列车速度，显示距离太远，以致同—线路上的同一方向的几个信号显示可能同时被司机看到而造成谈判，产生不良后果。

信号机有臂板信号机和色灯信号机两大类。臂板信号机受到机械结构的限制，机械可动部件较多，不利于实现故障－安全原则且不易实现自动控制，因此只在运输不甚繁忙且无可靠电源的车站上使用。在有可靠电源的车站上多采用色灯信号机。 对于色灯信号机，人们从视觉反映、各种光的大气透过率、外界光源的干扰以及节省电能等方面对其色光的选择、色光的组合与显示意义的对应关系、透镜的结构以及集光的方式等作了理论实验研究，形成了透镜式色灯信号机和探照式色灯信号机两个系列。

透镜式色灯信号机的集光器如图所示。它由两块凸透镜和一个电灯座组成。内凸透镜是带色玻璃，称做滤光器，外凸透镜是无色玻璃的，电光源是专制的钨丝灯泡、其持点是发光钨丝紧密集中而形成一个光点。 实际上，光源设在机构的暗室里，而且暗室内涂成黑色。以防在灭灯的情况下由于太阳光或机车头灯光射入暗室被反射回来出现错误的显示，这就体现了故障－安全原则。

由于这个缘故，暗室内不能用安装反射镜的办法提高光源的利用率．而只能在有限的空间内用增大透镜受光角度和减少光束散射的措施发挥光源的效率。具体措施是将电灯泡靠近透镜且使用两块曲率半径较小的透镜。为了克服球面象差造成的散光，色透镜是非球面的。为了提高透镜的透过率并克服在生产透镜时因厚薄悬殊会在脱离模具冷却时发生变形和碎裂现象，则将透镜的结构在保持曲面不变的条件下改成厚度上趋向均匀的带棱的透镜。内透镜的棱与外透镜的棱相对着安装并密封，以保持镜面清洁。

一个透镜集光器只能给出一种色光，多显示的信号机需要多个透镜集光器来组成，例如进站色灯信号机需要5个集光器。从控制角度来看，这需要较多的电缆芯线，从维护角度来看也增加了更换灯泡和调整焦距的工作量，另外，透镜式集光器不能充份利用电光源，这些都是透镜式集光器的不足之处。然而透镜式集光器结构简单，没有可动的机械部件，便于生产．比较安全可靠．因此在我国广为采用。

探照式色灯信号机的集光器如图1－5－2所示。它由凸透镜、有色玻璃、电光源、反射镜以及能带动色玻璃动作的电磁机构所组成。它的特点之一是将光源设在椭圆反射镜的一个焦点处，光源的散光投向反射镜再反射回来并集中通过到另一焦点而射向透镜[参看图(a)]成为有效光束。显然，这比透镜式集光器的光源利用率要高得多。在保持同样的显示距离情况下，透镜式集光器需用25W的电光源，而探照式的仅用15W就可以了。

探照式集光器的另一特点是用电磁机构控制一块装有黄、红和绿3种颜色的圆形玻璃的轻质铅板[参看图(6)]，当电磁机构无电时，红色玻璃恰好处于透镜的聚光焦点处，从而显示红色灯光。当电磁机构通以正极性电流时，衔铁便使铝板向有侧偏移，使绿色玻璃处于焦点上，信号机发出绿色显示；当通以负极性电流时，铝板向左侧偏移，使黄色玻璃处于焦点上，给出黄色显示。这样一来，一个集光器在一定条件控制下能产生3种显示。

为了实现故障－安全原则，在灯泡断丝的情况下、必须断开电磁机构的电路，使红色玻璃借助重力作用停于焦点上，此时如果有外界光源射向集光器．反射的光线也只能是红色的，相当于给出停车信号。探照式色灯信号机构具有节省电能和节省集光器的优点，但它的电磁机构具有可动的机械部件，在制造工艺上必须确保在室外的环境下不致发生机械卡位的现象，也就是说，在断电的情况下红色玻璃必须能自动地回到焦点处，否则将给出错误的显示。由于对制造工艺的这种要求十分严格，所以在我国探照式色灯信号机没有得到推广使用。

无论联锁如何完善，最终表现为信号显示，并由行车有关人员特别是司机去识别，去执行，从这个角度来讲，以视觉信号指示列车运行，最终是依赖于行车人员严格遵照信号指示才能保证行车安全。我国目前广泛使用的机车信号和自动停车装置，就是特地面的信号机显示，在机车上复示出来便于司机识别，并当列车接近显示红灯的地面信号机，如果司机不采取制动措施，则自动停车装置强制列车自动制动。

第六节 联锁系统概述 在我国铁路上应用着多种车站联锁系统，根据控制道岔和信号机以及实现联锁的集中化程度，基本上分为非集中联锁系统和集中联锁系统两类。在非集中联锁系统中，对于道岔的操纵是由扳道员在道岔近旁以体力操纵道岔转换设备而实现的。扳道员必须在道岔区附近的扳道房值班。

对于信号机的控制，若采用臂板信号机则将操纵信号机的握柄设在扳道房或车站值班员室附近由扳道员或车站值班人员操纵；若采用色灯信号机则由值班人员在值班室内用控制台上的按钮进行控制。 关于信号、道岔和进路之间的联锁则用机械锁，电锁器以及继电器等器材分散地装在道岔操纵握柄、信号操纵握柄以及值班室控制台和继电器室内来完成。在这些联锁器材中，装在握柄上的电锁器占有主要成分，所以又称非集中联锁为电锁器联锁。

在非集中联锁系统中，长期以来出于经济和能源的限制，不装设轨道电路，而是由扳道员和车站值班员观察线路上有无车辆的。近年来，为了提高安全程度，正逐步在到发线上增设省电的轨道电路。总的来说，非集中联锁系统在识别、消除和减弱危及行车安全的技术措施不够完善，因此，只能用在运输不甚繁忙而且电源不十分可靠的车站上。

集中联锁系统是指集中地在信号楼对信号机和道岔进行控制、且联锁机构也集中于信号楼的联锁系统。在我国．目前广为采用的集中联锁系统是由继电器实现联锁的，所以称做电气集中联锁系统或继电集中联锁系统，典型的系统是6502电气集中联锁系统。今后的发展方向是用微型计算机作为系统的联锁机构，故称这类联锁系统为微机联锁系统。现代化的集中联锁系统是由室外的信号机、动力转撤机、轨道电路以及室内的联锁机构、控制台和电源所组成。对于联锁机构来说，其它组成部分是它的外部设备。

按信息处理观点，所谓联锁就是联锁机构接收来自控制台的操作信息、来自信号机控制环节的信号状态信息，来自动力转撤机的道岔状态信息以及轨道电路的状态信息，对这些信息进行加工处理，形成道岔控制信息，信号控制信息以及表示信息，用道岔控制信息便道岔转换，用信号控制信息使信号机改变显示，用表示信息向行车人员及信号设备维护人员反映车站行车作业状况及信号设备的状况。

联锁机构的输入和输出信息具有，一是开关性，二是安全性。外部设备向联锁机构提供的输入信息具有开关性，例如关于信号机的状态有开放和关闭，亮灯和灭灯等；关于道岔的状态信息有在定位和不在定位，在反位和不在反位，在锁闭状态和解锁状态等；关于轨道电路的状态信息有空闲状态和占用状态等，关于操作的信息有按钮按下和复原等。既然输入信息具有开关性．就可用具有两个状态的器件(也称做二值器件)，如继电器来反映它。在处理时，可把输入信息抽象为二值逻辑量来运算。

同样，联锁机构的输出信息也具有开关性，同样可用继电器来反映，用二值逻辑量来表示。 输入输出信息的安全性是根据信息与行车安全的关系来界定的。一类是与安全无关的信息，称做非安全信息，另一类是与安全有关的信息，称做安全信息。联锁机构与控制台之间交换的操作信息和表示信息属于非安全信息，因为这类信息即便有误也不会危及行车安全。

实际上、操作失误是难免的，联锁的重要作用之一就是在操作失误的情况下不会产生错误的危及行车安全的控制信息。至于向控制台输出的各种表示信息，如果发生错误也只能使操作和维护人员感到疑惑，影响正常操作和作业效率，但不致危及行车安全。 联锁机构与监控对象之间交换的信息属于安全信息。因为状态信息若不正确，将破坏联锁的正确性，而控制信息有误时将导致信号机或道岔错误动作，这些都会危及行车的安全 。

必须强调指出，任何安全信息的两个状态(或开关量的两个值)对于行车的作用是炯然不同的。其中一个状态是允许车辆运行的，另一个状态是禁止车辆运行的。例如控制信号机的信息，一个是关闭信号的信息、禁止车辆运行，另一个是开放信号的信息，允许车辆运行；再如轨道电路的状态信息，轨道电路占用状态是禁止车辆运行(驶入)的，轨道电路空闲状态是允许车辆运行(驶入)的。我们强调把安全信息的两个状态分成禁止运行状态和允许运行状态其重要意义在于；

凡是参与产生、传送和处理安全信息的器件、部件或系统等硬件必然有两个状态，分配其中一个状态与禁止运行状态相对应，另一状态与允许运行状态相对应，我们要求这类硬件当发生故障时，处于禁止运行状态的可能性远远大于处于允许运行状态的可能性。显然，处于禁止远行状态的故障有利于行车安全，所以称这种故障为安全侧故障，而处于允许运行状态的故障则可能危及行车安全，则称这种故障为危险侧故障。所谓故障—安全，就是发生安全侧故障的可能性远远大于发生危险侧故障的可能性。

实际上，有两类具有两个状态的硬件，一类是在发牛故障后出现任一状态的慨率相等或接近，我们称这类硬件为对称性硬件，例如普通的电子开关电路就属予对称性硬件。另一类硬件是在发生故障后出现某一状态的概率远大于出现另—状态的概率，我们称这类硬件为非对称性硬件，例如以后将要介绍的安全型继电器就属于非对称性硬件。只有非对称件硬件才可作为故障—安全硬件使用。在联锁机构中，处理安全信息的部分必须具有故障—安全性能。

从信息处理角度来看，由于信息具有开关件，可用二值逻辑量来表述，因此，所谓联锁就是联锁机构的输入量和输出量之间为了满足行车安全要求必须实现的逻辑关系．而联锁机构本身则是实现这一关系的处理机。实际上，联锁还具有时序性质，例如在形成信号机的开放信息之前必须检查进路在锁闭状态，而进路锁闭状并不是联锁机的输入量，而是联锁机在处理信息过程中形成的一个中间量，包就是联锁机的内部状念(内部逻辑量)，因此联锁机的输出量足输入量和中间量的函数。从这个意义上讲，联锁机是一个时序逻辑机。

关于联锁机构的输入量、输出量相中间量的开关性、安全性以及硬件的不对称性的概念是十分重要的，在掌握这些概念的基础上，进一步掌握输入量与输出量相中间量的逻辑关系就容易掌握联锁机构的构成和工作原理了。