第一节 车站信号控制系统
铁路运输系统中，安全是永恒的主题。在铁路发展初期，为了确保行车安全，人们就约定以物体的形状、位置、颜色及数目等外部特征作为信号，向行车人员传达列车的运行条件和命令，这样，信号的显示意义就与行车安全联系在一起。当不存在危及行车安全的因素时，就可以给出允许行车的信号，反之则给出禁止行车的信号。
由于保证行车安全的主体是信号，所以把保证行车安全的系统一般称为铁路信号系统，简称铁路信号。
铁路信号分为车站信号和区间信号。车站信号保证列车在车站内的行车安全，区间信号保证列车在车站间的运行安全。
一、车站信号控制系统简介
车站信号控制系统应用于铁路车站，用以实现站内行车指挥，保证站内列车或调车车列运行时不发生追尾、迎面相撞、侧面冲突等事故。
通常，把列车和调车车列由站内某一指定地点运行至站内另一指定地点所经过的径路称作进路。为了保证行车安全，在列车或车列驶入进路之前，应保证进路空闲、与进路相关的道岔位置正确并锁闭、其他列车或车列不会闯入该进路。只有上述三个条件同时满足时，才允许开放该进路的防护信号机。
把信号机、道岔、轨道区段及进路之间相互制约的关系称为联锁。因此，车站信号控制系统也称为车站联锁控制系统，其组成框图如图1-1所示。车站信号控制系统的设备由室内设备和室外设备组成。室内设备主要包括控制台和联锁机构，其中控制台是人—机交互的接口，车站值班员可以通过控制台办理进路，了解现场设备的状态；联锁机构是车站信号控制系统的核心，完成联锁逻辑运算。室外设备包括信号机、道岔转辙机、轨道电路等，是联锁系统的控制对象。
车站值班员根据行车计划，通过控制台输入控制指令，为列车或车列分配进路；联锁机构根据控制指令，进行联锁运算，完成进路的排列。
在车站信号控制系统中主要包括进路空闲的检测技术、道岔控制技术、联锁技术和“故障—安全”技术，其中联锁技术和“故障—安全”技术是车站信号控制技术的核心内容。
1.联锁技术
为了保证站内行车安全，信号机、道岔、轨道区段及进路之间必须遵循一定的制约关系，我们称这种制约关系为联锁关系，实现联锁关系的技术为联锁技术。
图1-1 车站信号控制系统组成框图
2.“故障—安全”技术
“故障—安全”是指系统中任何部分发生故障及系统处于任何可能的外界环境中时，系统的输出均处于安全状态。“故障—安全”技术就是当器件、部件和系统发生故障时不致产生危险侧输出的技术。为了保障行车安全，“故障—安全”技术在车站信号控制系统中得到广泛应用。电气集中联锁系统中，通过采用安全型继电器、继电器安全电路等技术来提高系统的可靠性和安全性。计算机联锁系统中，采用多机硬件冗余的“故障—安全”计算机平台，通过不对称编码、关键数据异地多份存储等数据安全保障技术，以及模块化、结构冗余的软件设计方法来提高系统的可靠性和安全性。
二、车站信号控制系统发展历史
1825年第一条铁路在英国诞生，1856年第一套简单的机械式车站联锁控制设备诞生。在机械联锁中，信号机与道岔的控制杆相互锁闭，联锁关系遵循因果关联或相关进路原则。
1927年基于布线逻辑的继电联锁控制系统问世。与机械联锁不同的是，继电联锁的联锁逻辑由继电电路实现，道岔和信号机不再由控制杆控制。操作员按压进路的始端和终端按钮发出选路命令后，继电联锁控制系统将自动完成对道岔和信号机的安全控制。
继电联锁控制系统由不对称的重力式安全型继电器构成，该系统很好地实现了安全联锁功能，并且在故障状态下能够保证控制系统的安全性，同时提高了作业效率。经过不断完善，20世纪60年代人们开始尝试采用电子器件取代继电器来构成铁路信号电子联锁控制系统。1978年，由瑞典研制的世界上第一套计算机联锁控制系统在瑞典哥德堡站的成功应用，掀开了车站联锁控制系统研究与应用的新篇章。随后，各国竞相开发研究计算机联锁控制系统，到了20世纪90年代不少国家已开始大面积推广计算机联锁控制系统。
进入21世纪后，我国的计算机联锁发展非常迅速，现已超过3000个站场采用计算机联锁，许多区段已发展了成段计算机联锁。
三、现状及前景
计算机联锁系统功能正日趋完善，其功能便于扩展，信息量丰富，可与运输调度指挥、列车控制等子系统联网，有利于实现远程诊断和信号维修管理，已成为铁路车站信号联锁设备的首选，也为开发应用联锁、闭塞、列车运行控制综合控制技术奠定了基础。
铁路车站信号控制系统将向低成本、高效率、高安全、高可靠及信息化、智能化、网络化、室外设备驱动接口全电子化和综合自动化的方向发展。
四、计算机联锁技术的发展
1.冗余技术的发展
最早出现的计算机联锁曾采用单机机构，其可靠性和安全性远远不能满足车站联锁的严格要求。于是，改为双机热备结构，并由一个CPU执行两套功能相同而编码各异及诊断程序，来提高计算机联锁的可靠性和安全性。目前，我国大部分计算机联锁是双机热备系统。但是，双机热备系统存在着双机切换的问题，切换失败将产生危险后果。
与此同时，开发了采用屏蔽冗余技术三取二系统，三个CPU运算结果两两进行比较，产生危险输出的可能性极小。但是，存在着不能停机检修的问题。
二乘二取二系统由两个CPU构成一个子系统执行联锁任务（主机），另两个CPU处于热备状态（备机），这就大大提高计算机联锁的可靠性和安全性，而且方便维修。当前，主要干线的技术改造都优先考虑采用二乘二取二系统。
2.动态输出技术的发展
目前广泛使用的计算机联锁系统，其信号机和道岔的控制器件仍然由继电器来完成。为了提高计算机联锁输出的可靠性和安全性，双机热备结构的计算机联锁多采用动态继电器，后来又采用动态驱动单元或动态驱动柜，将驱动电路与继电器分离开来，使继电器带动更多组接点。
有些双机热备结构的计算机联锁，以及三取二和二乘二取二的计算机联锁则在系统内部完成了动态输出，不再采用动态继电器，也不需要动态驱动单元或动态驱动柜，直接驱动偏极继电器，甚至无极继电器。
也有提出用电子单元代替继电器，构成全电子计算机联锁系统。因为，电子单元具有体积小、功能强大等特点，便于组网、远程管理和远程诊断。在国外，只有少数车站采用。国产车站全电子计算机联锁系统研制始于1996年，1999年纳入原铁道部《铁路科技发展计划项目》，“计算机联锁智能型全电子信号道岔控制一体化的研究”于2000年1月通过原铁道部技术审查。该系统从2001年开始，先后在信阳电厂、襄樊北机务段整备场及少量干线铁路车站投入使用。