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在當(dāng)今的歐洲，道口障礙物檢測(cè)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(cè)，只有在路口沒有任何車輛和行人的情況下才會(huì)允許保護(hù)信號(hào)燈熄滅并允許機(jī)車通過。在整個(gè)信號(hào)應(yīng)用中，對(duì)安全運(yùn)營最關(guān)鍵的則是信號(hào)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(jī)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(gè)平交道口通常由道路信號(hào)燈以及鐵路兩側(cè)的可提升道桿進(jìn)行防護(hù)，有時(shí)也會(huì)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(shí)將延展并橫跨每個(gè)進(jìn)出通道方向的寬度。    平交道口通常是自動(dòng)運(yùn)行的并且閉合過程是由機(jī)車靠近檢測(cè)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(huì)發(fā)送鐵路信號(hào)給機(jī)車司機(jī)，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(hào)燈、道路交通信號(hào)燈以及道桿。

最早的鐵路互鎖系統(tǒng)是機(jī)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(hào)。為道岔切換點(diǎn)、信號(hào)燈和道桿提供輸出信號(hào)。如果在執(zhí)行功能的過程中存在操作桿沖突問題則會(huì)有相應(yīng)的防干涉機(jī)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(yùn)行，然后出現(xiàn)了上一代系統(tǒng)中大量機(jī)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(diǎn)組合構(gòu)建而成，且能確保每個(gè)信號(hào)輸出的狀態(tài)和位置。當(dāng)設(shè)備運(yùn)行時(shí)，他們位置的變化會(huì)導(dǎo)致電路打開并鎖定會(huì)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(yùn)行時(shí)，其他回路才會(huì)閉合。直到今天該類技術(shù)還在繼續(xù)使用中，如果在一個(gè)平交道口互鎖系統(tǒng)中某個(gè)繼電器線圈發(fā)生失效了，則信號(hào)燈會(huì)變成紅色且道桿會(huì)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(yùn)動(dòng)部件，原先網(wǎng)絡(luò)化的繼電器則被運(yùn)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(shí)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(chǔ)在固件中或者只讀存儲(chǔ)器中，使得邏輯不易被非安全修改并保證安全測(cè)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(jī)電工藝處理的自動(dòng)化控制，例如工廠裝配線設(shè)備的控制、游樂場(chǎng)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(chǎng)合來進(jìn)行控制。

當(dāng)今PLC也開始進(jìn)入鐵路信號(hào)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(duì)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(jiǎn)單而言就是軟件中的控制指令被至少2個(gè)相異的內(nèi)部中央處理器（CPU）同時(shí)執(zhí)行并且它們互相之間有交叉校驗(yàn)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(jiǎn)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(yàn)證其符合鐵路信號(hào)和通訊系統(tǒng)的安全標(biāo)準(zhǔn)。如果做到了則會(huì)帶來如下益處：

PLC硬件是完全經(jīng)過測(cè)試和考驗(yàn)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(yàn)證的功能塊使為批量化系統(tǒng)編程變得簡(jiǎn)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(kuò)展性并且可運(yùn)行于開放式以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中

測(cè)試時(shí)間和服務(wù)時(shí)間都要大大小于繼電器應(yīng)用

英國東薩塞克斯沿海信號(hào)升級(jí)項(xiàng)目覆蓋了南部的Eastbourne至西部的Lewes站以及東部的Bexhill站，該項(xiàng)目使用了Pilz公司的PSS 4000系統(tǒng)替換了26英里長(zhǎng)且已到生命終期的機(jī)械式信號(hào)系統(tǒng)。采用了新信號(hào)系統(tǒng)之后沿線速度提升至90英里/小時(shí)，10個(gè)平交道口進(jìn)行升級(jí)改造并且6個(gè)信號(hào)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(gè)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(jí)和維護(hù)成本也大大降低。整個(gè)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(chǎng)特殊模塊，整個(gè)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(dòng)化系統(tǒng)PSS 4000-R是專門為鐵路應(yīng)用要求而設(shè)計(jì)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(kuò)展的、分散式I/O的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)在項(xiàng)目應(yīng)用時(shí)具有非常高的靈活性。基于實(shí)時(shí)以太網(wǎng)協(xié)議SafetyNET p的網(wǎng)絡(luò)連接能夠幫助自動(dòng)化系統(tǒng)PSS 4000-R實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的安全網(wǎng)絡(luò)連接。專門設(shè)計(jì)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(gè)領(lǐng)域，例如通訊系統(tǒng)、道岔控制、平交道口保護(hù)、站臺(tái)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(jiān)固設(shè)計(jì)、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(jī)械負(fù)載系基于鐵道車輛上的震動(dòng)或者沖擊（Category 1、Class A與B，依據(jù)EN 61373），以及信號(hào)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(duì)鐵道車輛（EN 50121-3），以及針對(duì)信號(hào)與通訊設(shè)備（EN 50121-4）。

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