铁路信号基础知识讲座
铁路是由一个个的车站和连接它们的线路组成的。车站与车站之间的线路叫“区间”。车站分客站、货站和编组站。如北京有北京站、西站、北站、南站等大型客站，有广安门、大红门、百子湾等大型的货站，有丰台西站这样大型的编组站。象丰台火车站就是客、货、编组都有的站，只是规模都比较小。铁路上大部分的车站都是兼做客货业务的小站，只有在大城市和两条及以上线路交汇的地方才会有较大的车站。编组站一般在两条干线铁路的交汇处才有，大的干线交汇处设有大型的编组站。前几年说全路有44个路网性编组站。最大的编组站是郑州北站，是京广铁路和陇海铁路的交汇处。铁路由车站和区间构成的“路”，再就是在这些路上跑的车，车分为机车和车辆，机车就是俗称的“火车头”，车辆就是车厢；现在的动车是机车和车辆的合二为一，并且每节车都具有动力。铁路除了车站、区间、机车和车辆这些基本的构成要素外，为了组织协调很多的列车在线路的开行，需要有一个指挥机构，叫调度所或调度中心，过去在分局、铁路局和铁道部都设有调度机构。现在分局撤销了，只在铁路局和铁道部设有调度机构。
铁路运输企业是一个联动机，通过各个专业的协调运行，来保证列车安全正点的开行和完成客
货运输的任务。在铁路上经常能听到所谓“车、机、工、电”，这是构成铁路运输企业的最基本的四个专业部门（大致介绍一下）。信号属于“电”的一部分，“电”还有一部分是通信，也就是电话（现在除了电话，另一块很重要的业务是数据通信）。前些年把通信这一块业务分离出去，成立了铁通公司，现在与铁路运输有关的业务又划回来了，单独成立了通信段。在铁路上管“电”的部门叫电务段，过去电务段管通信和信号，现在电务段只管信号。我们公司开展业务时，主要就是和电务段打交道。现在铁路包括的专业就更多了，象电力部门，叫水电段；电力机车的供电部门（接触网和牵引变电所），叫供电段；负责客货运输信息处理的部门叫信息中心等。最初的铁路是没有这些专业部门的，过去无电地区的铁路，信号白天是用臂板信号机（这种设备在八十年代的干线上还能见到，现在恐怕在支线都见不到了），夜间用煤油灯来指挥列车开行
1.铁路信号是干什么的？
信号属于铁路运输专用的自动控制。
铁路只要有线路和机车车辆就可以跑车了，但要安全的跑就离不了信号。所谓安全就是既不能翻车掉道，也不能撞车。要让列车走能走的路，并且将车速控制在允许的范围内，还必须
把多趟列车分置于安全的空间里，才能保证行车安全。
信号的作用就在于保证行车安全，提高行车效率。
信号的最基本的，也是最根本的任务就两个（也就是干两件事）。一是控制列车进路；二是控制列车速度。
控制列车进路就是准备好列车要走的路（什么叫准备好？一是道岔位置正确，二是将要走的路上没有车。），然后用信号（列车信号红、绿、黄等，调车信号蓝、白灯）通知司机。
控制列车速度就是要让列车始终以允许的速度运行。既不能超出线路允许的速度掉道翻车，也不能撞到前面的车。在我国，大约三十年前，信号控制列车速度只是间接的，车上是没有信号设备的，只是在地面设信号机，通过不同颜的信号给出一个允许速度的粗略的指示，真正的速度控制是由司机来完成的。后来有了装在车上的信号，叫机车信号，但它也不能控制列车的速度，只是方便司机观看。大家不禁要问：那司机不按信号行车怎么办？在那时候是没有办法的，那时候因司机睡着了，闯红灯的情况时有发生，铁路上的专业术语叫“冒进信号”，这是非常危险的。为了防止这种情况，就有了自动停车装置，当机车上安装了这种设备
后，一旦前方是红灯，设备就会发出报警信息，司机必须按下一个“警惕手柄”，并采取制动，如果司机不采取相应的措施，设备就会“放风”，对列车实施制动。在八十年代为了提高列车运行的安全，重点解决冒进信号的危险情况，曾将装备所谓的机车“三大件”（机车信号、自动停车装置和无线列调）作为主要的技术措施加以大力推广。从那时起车上才有了信号设备，但尽管如此还没能真正实现对列车速度的直接地控制。随着列车速度的不断提高和密度不断增大，也随着信号控制技术的不断发展，在装备了CTCS列控系统（在后面会较详细地介绍）后才真正实现了对列车速度的直接的、自动的控制。现在装备有最先进控制系统的铁路，司机已成摆设，列车已完全由设备来驾驶。不过，这类系统在国铁还没有得到应用，只在地铁中已大量的应用。国铁现在装备了CTCS2及以上等级的列控系统的线路，如京津高速铁路信号系统在列车驾驶室的操纵台上装有一个双针速度表，双针中的一针给出列车当下允许的最高速度，一针反映列车当下的实际速度。司机控制列车的实际速度不断地逼近这个允许速度，但不能超过，一旦超过，控制设备就会自动予以限制。
38号车评中心2.信号主要包括哪些控制系统？
信号控制系统按照铁路的构成情况可分为五大类。
1车站联锁系统——6502电气集中，计算机联锁_用于车站
2区间闭塞系统——64D、移频、ZPW2000A_用于区间
3编组站或驼峰控制系统_用于编组站
4遥控系统——TDCS,CTC_用于调度机构与各站间
5列控系统——CTCS2,CTCS3(简称C2、C3)_用于控制列车，同时由列车运行自动地发出指令来控制有关的设备。
直接涉及行车安全的信号控制系统必须符合故障倒向安
全的原则.简单的说就是：该点绿灯的时候，因为设备故障可以点红灯；但该点红灯的，绝不能因为设备故障（任何一个器件的损坏）变为点绿灯。因为红灯将会使列车停下来，是安全的状态，而该停没停就有可能发生危险。信号控制系统大部分就是一种“与”、“或”、“非”的逻辑判断，涉及数值运算的很少，这对于现在的电子电路和计算机来说是非常简单的，但因为要做到在任何故障的情况下必须倒向安全的输出，使得系统的设计变得非常复杂。因为电子
元器件损坏时，有可能烧断（开路），也可能烧穿（短路），输出状态是不确定的，也就说输出有可能是高电平，也可能输出低电平。假如输出高电平时点绿灯，低电平时点红灯；因为故障时输出是不确定，最后系统输出的结果就不知道是什么了。这里我只是大概的讲一下，但我们一定要意识到，只要是涉及到安全的信号控制系统，必须遵循故障—安全的原则。尤其是涉及到人身安全的，更要加倍的关注。以上说到的系统中联锁、闭塞、列控都是直接涉及行车安全的。驼峰控制系统也有安全性要求，但等级相对较低，因为它只涉及到货车，翻车掉道撞车都只是财产损失，不会有人员丧亡。调度集中和调度监督不是安全系统，它们是通过前面所说的系统与行车联系的。
欧洲标准（欧洲电工委员会EN）将具有安全性要求的控制系统分为四个等级。分别按照可容忍的发生危险概率来确定。最高等级的四级规定10-9≤THR＜10-8（小于一亿分之一，按一年八千多小时，一万多年才允许发生一次）。象联锁、闭塞、列控这些系统将属于这个等级。在欧洲这些信号控制系统要上道使用，须经过官方认可的第三方的认证，对安全性进行评估，颁发认证证书。这种评估是从系统研发的立项开始，一直到系统的使用维护，从产品的设计、制造、服务等各个方面来评估。我们公司的一些单位正在做这方面的工作。我们国家现在还没有将安全认证纳入强制性认证范围，还是采用技术审查和成果鉴定的行政许可的
方式，但估计在不远的将来也会采取这种方式。
车站联锁系统是用于车站指挥列车进站、出站和停靠的控制系统。车站的中部有多条线路，大的车站会有几十条线路，最小的车站也有两条线路，这些线路叫股道，按一定规则编为1股道、2股道、┅┅。车站设多条股道是为了办理列车停靠（上下旅客或装卸货物），会让（单线铁路两个方向行驶的列车在车站避让）和待避（单线或复线铁路同方向行驶的两列车，前面的慢车让后面的快车先过去，再开行）等作业。这些股道通过两侧咽喉区的道岔连接成最后的两条线路（复线铁路）或一条线路（单线铁路），然后延伸到相邻的车站。车站两侧的咽喉区分别称为上行咽喉和下行咽喉。下行列车首先通过的为下行咽喉，反之为上行咽喉。 当一列车从相邻车站开来时，车站联锁系统按照车站值班员的操作，将列车将要通过的进路上的道岔扳倒相应的位置并锁闭，检查列车将要走行的线路上没有其它的车辆，然后开放进站信号，允许列车进站。如果进站后直接开出车站，那么在出站信号开放的情况下，进站信号点绿灯；如果列车进站后在正线停车，进站信号点一个黄灯；如果列车进站后在侧线停车，进站信号点两个黄灯。当然还有一些其它的灯光显示，它们在《铁路技术规程》中都有相应的规定。刚才说到出站信号，它的开放除了道岔在相应位置，线路上无车，还有就是办理了闭塞。办理了闭塞是指允许列车驶出车站在两站之间的线路上走行。有关闭塞将在
下一部分“区间闭塞系统”中详细叙述。车站中主要的信号设备有三类：信号机、道岔转换设备和轨道电路。信号机就是咱们平时看到的红绿灯，是信号系统最终的输出，它们作为行车的凭证，提供给司机。信号机有高柱和矮型的，又分为列车信号和调车信号两类，顾名思义列车信号是指挥列车开行的，调车信号用于指挥调车作业（列车和车列的概念。什么是调车作业，干什么？）。道岔是将一条线路与两条或多条线路连接起来的设备（这个定义恐怕不准确），道岔本身属工务设备，转换并锁闭道岔（转换到位后必须锁闭，也就是动不了了。否则列车通过时道岔一开口，车就走到两条道去了，就要翻车了）和检查道岔位置的设备属信号设备。道岔按尖轨长度不同有9号、12号、18号、38号等类型，按连接线路的钢轨类型不同分43公斤、50公斤、60公斤和75公斤等（每米钢轨的重量）。车速越快，载重量越大，采用的道岔号码越大，钢轨的横断面面积越大。过去使用的道岔，也就是号码小的仅尖轨部分能够进行转换，现在用于160公里/小时以上提速和高速线路的道岔尖轨和心轨都能够转换。道岔转换指在两个位置间转换，即定位和反位。定位位置开通的是直股，反位开通的是弯股（专业术语叫侧向）。直股允许列车以较高速度通过，弯股就低一些。在高速铁路上使用大号码道岔，使得弯股的曲线半径大了，允许的车速得以提高。轨道电路就是用钢轨构成的电路，用于检查线路上有没有车。根据需要用绝缘节将线路和道岔划分成许多的轨道电
路区段，从区段的一端给两根钢轨上送上电源，在另一端通过变压器（在轨旁）接一个继电器（机械室内），无车时继电器吸起，给出区段空闲状态；当车驶入时，短路了电源，继电器就会落下，反映这一区段有车，处于占用状态。检查区段空闲和占用还可以用计轴设备（在德国使用的比较多），但我国基本上全是采用轨道电路，因为相比造价非常低（几百与几万的差价）。以上介绍了车站主要的三类信号设备，这三类信号设备中，信号机有红、黄、绿等状态；道岔有定位和反位状态；轨道电路有空闲和占用状态，车站联锁就是要将设备的这些状态建立起一定的相互制约关系。所谓联锁，就是使得所有的状态处于规定的相互制约关系。比如说，道岔位置不对，不能开放信号；而一旦开放了信号，道岔就不能再转换；在进路上的各个轨道电路区段都处于空闲状态时，才能开放信号；一旦开放信号，就禁止从其它任意与之连接的线路进入等等。车站联锁系统过去采用继电联锁（当然以前还有机械联锁，那都是比较古老的东西），也就是通过继电器接点组成电路构成联锁。我国最主要的制式是6502电气集中，现在仍有大量的使用。近十年来计算机联锁逐步成为主流，铁路进行技术改造和大修不再采用6502，而采用计算机联锁。过些年后电气集中联锁可能会彻底被淘汰。
区间闭塞系统是控制列车能否进入区间和控制进入区间的多趟列车间保持一个安全距离开行
的设备。区间闭塞以前完全是靠人和非常简易的手段来实现的，那样的方式一旦值班员疏忽，就有可能造成恶性事故；再是那种方式效率也很低。过去的闭塞方式有：电话闭塞、路签闭塞等。电话闭塞法现还作为备用手段，在设备出现故障或施工时用于临时组织列车运行。后来逐步有了半自动闭塞和自动闭塞，现在最先进的是移动闭塞。移动闭塞其实也是自动闭塞，只是更高等级的自动闭塞，它们的区别在后面会详细介绍。半自动闭塞和大区间自动闭塞在两站间只能开行一列车。半自动闭塞的申请和解除都需要两站值班员配合着人工来办理。发车站的值班员按下控制台上的请求闭塞按钮，设备将这一信息传到邻站，邻站值班员同意的话，按下同意接车按钮，发车站收到这一信息，闭塞办理成功，开放出站信号，列车出发，设备会通知邻站，在列车完整到达邻站后，邻站值班员按下复原按钮，解除闭塞。64D单线半自动闭塞设备是我国采用的主要设备型号，现在仍在大量地使用。大区间自动闭塞不需要值班员特意办理闭塞，发车站的值班员在办理发车进路时，设备会自动办理闭塞，如果邻站允许，则闭塞就办理成功了，邻站允许也是自动的，依据的是它本身没有办理向同一个区间发车的作业。但这种设备使用的很少，因为它必须具备区间有车/没车自动检查的条件，这个条件的满足代价比较大。半自动闭塞（闭塞的申请和解除都需要两站值班员配合着人工来办理）和大区间自动闭塞由于一个区间只能跑一列车，因此效率较低，现只在支线上
使用。为了提高运输效率，就要加大列车的密度，缩小列车间隔，一般两个车站间的距离在10公里， 列车的长度不到1公里，完全可以让多趟列车在一个区间里各自保持一定距离来开行。自动闭塞（闭塞的申请和解除都是由列车的开行作为触发条件，系统自动来完成的）将区间划分成若干个闭塞分区，每个闭塞分区长度在2公里左右，这样一个区间就可以开行多趟列车，大大提高了线路的通过能力。在每个闭塞分区的分界处设有信号机，每一架信号机根据自身防护的闭塞分区是否有车和列车运行前方的信号显示来显示，如果自身防护的闭塞分区中有车，则显示红灯；如果没有车，而前方信号显示为红灯时，则显示黄灯；如果前方信号显示为黄灯或绿灯，则显示绿灯。在装备了自动闭塞设备的复线铁路上，列车可以一列跟着一列的跑，信号控制的触发完全由列车自动生成，而不需要人工来办理，运输效率得到了很大的提高。我国现在干线铁路基本都已装备了自动闭塞设备。在十几年前使用的自动闭塞系统曾有4信息和8信息移频、极频、交流计数等多种制式，后基本统一到8信息移频自动闭塞制式。在九六年开始推出18信息移频，后几大干线都装备了此种设备。用18信息移频构成的四显示自动闭塞，将最小列车间隔从8分钟缩短为6分钟。但这种移频设备存在将信息传递到机车上的可靠性差的缺陷，无法在此基础上进一步发展列控系统。在04年左右我公司推出了ZPW2000A，铁道部将其作为之后设备更新的唯一制式。近些年来，高速铁路、客运专
线和主要干线的技术改造都采用ZPW2000A构成自动闭塞，在此基础上发展了列控系统。以上提到的几种自动闭塞系统原理都是一样的，构成自动闭塞的基础是轨道电路设备，但这种与车站的轨道电路是不同的，车站轨道电路刚才已介绍过，它送到钢轨上的只是一个50Hz或25Hz交流电，而区间闭塞用的轨道电路发送的是一个频率高得多的调制信号。它们迎着列车开行的方向向钢轨上发送一个电信号，比如移频，用11Hz、15Hz、20Hz、26Hz等低频信号调制550Hz、650Hz、750Hz、850Hz这些载频后发送到钢轨上。这个电信号在线路上无车时，可以被接收端接收，经解调得到代表某一控制信息的低频信号，比如11Hz代表前方信号机点绿灯，那么本架信号机也可以点绿灯；当列车驶入闭塞分区，从前方发送的信号被车轮短路，处于后面的接收端接收不到信号，则转为点红灯，它本身点红灯了，它就向下一个点发送26Hz的信号，下一点收到后就点黄灯，依次推下去，直到车站。下面再介绍一下移动闭塞，要提高铁路的运能，无非靠几种手段，一是提速；二是重载（也就是常说的，多拉快跑）；再就是增加行车密度，缩小列车间隔。前面说的自动闭塞已大大提高了行车密度，但那种自动闭塞的闭塞分区是固定的，不管列车的长短，也不管列车的速度，它只能反映出列车在这个闭塞分区，至于是在刚进入闭塞分区，还是已快驶出闭塞分区是无法知道的。后续列车追踪的不是前行列车的尾部，而是闭塞分区的入口。为了进一步提高列车的行车速度和
密度，近十几年基于通信技术的发展出现了移动闭塞，它没有固定的闭塞分区，后车始终将前车的尾部作为追踪点，保持当下速度的制动距离再加一定安全系数的距离。这样就可以使得列车速度和密度进一步得到提高。移动闭塞在国铁还没有应用，仅在地铁中有。现在装备了移动闭塞系统的线路最小列车间隔可以达到90秒（当然那只是在地铁中，列车编组短，车速低的情况下）。移动闭塞系统的关键技术是保持不间断的地—车通信，以确保不间断的列车定位和控制指令的传送（当列车速度达到每小时360公里时，每秒就能跑出100米，如果能够确保控制中心与各趟 列车每秒钟交换一次数据，控制精度也要打上100米的折扣）。移动闭塞系统现在国内还没有厂商能够提供，地铁中使用的系统全部是引进国外的。

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