第一章 铁路信号和联锁控制系统发展综述
一、铁路信号的发展过程
1、初始阶段
⑴站间区间电话闭塞、区间占用凭证--路票，只允许一列车运行。 ⑵列车凭行车人员手信号（白天旗子、夜晚信号灯）发车、进站。 ⑶人工扳道布置进路
⑷司机目视行车
特点：全部人力控制、车速很低、密度很小、区间通过能力、效率很低，无信号专业，无安全性可言。
2、起步阶段（半自动化）
⑴站间区间电话闭塞、区间占用凭证--路票，只允许一列车运行。 ⑵列车凭信号机的指示出发、进站。
⑶人工扳道布置进路
⑷司机目视行车
固定信号机出现只有指示无速度等级，如臂板信号机，区间闭塞采用如路签路牌、64D 半自动闭塞，车站采用集中式机械联锁（1856年英国）电锁器联锁等方式。特点：大部分人力控制、车速很低、密度很小、区间通过能力、效率很低，信号专业开始出现，无安全性可言。
3、稳定阶段（集中控制）
⑴站间区间划分闭塞分区，各设色灯信号及防护----自动闭塞，允许至少一列车运行占用站间区间。
区间通过信号机有三显示--四显示；闭塞方式：四、八、十八信息移频自动闭塞、交流计数自动闭塞等方式----UM71、ZPW-2000无绝缘轨道电路移频自动闭塞等方式。
⑵车站进路自动控制：有行车值班员在室内控制和监督。如1927年布线逻辑继电联锁、6502电气集中联锁、计算机联锁（1978年瑞典哥德堡站）。
⑶列车进站、发车凭信号机的显示。
⑷道岔集中控制，进路排列自动化。动力转辙机出现（直流电动（液）转辙机、交流电动（液）转辙机等）。
⑸司机目视行车—以地面信号机显示+机车信号+自动停车装置。
闭塞分区轨道电路（运行信息）、站内轨道电路、色灯信号机（带有行进指示和速度等级）、动力转辙机的出现使实现集中控制成为可能。列车运行速度、密度，区间通过能力都得到大幅度提高，实现了列车运行空间间隔追踪和安全运行。
4、发展阶段（列车运行自动控制）
⑴列车运行空间间隔（自动闭塞）---时间间隔（准移动自动闭塞--移动自动闭塞）青藏铁路GPRS 卫星定位、京沪高铁CTCS-3等
⑵车站进路-----调度集中—分散控制
⑶列车运行机车信号主体化----目标距离行车模式--自动驾驶高速运行。 ⑷列车运行统一调度指挥、全程监视，
以第六次提速为标志，应用现代先进技术、设备，我国铁路信号的发展得到了长足发展，制定并实施了具有自主知识产权的中国列车运行自动控制系统CTCS 。京津客专采用CTCS-3D 级、在建的京沪高铁采用CTCS-3级控制，最高运行速度达到380km/h。既有线增加CTCS-2级控制系统，最高运行速度达到250km/h。
二、铁路信号的功能：指挥列车运行，提高运输效率，保证行车安全，改善劳动条件。
1、基本功能：系统功能的完备性，系统必须实现车站联锁控制系统规定的全部功能
⑴指挥列车运行。利用地面信号机的各种显示，指示列车的运行情况和运行速度。利用轨道电路不但反映列车占用，而且进一步监视列车运行位置，并且传送运行信息，通过车载设备指示司机操纵列车运行。
⑵提高运输效率。区间闭塞设备的发展提高了区间通过能力，缩短了列车追踪间隔。车站联锁设备按行车意图控制转辙机的转换，信号机的开放，节省了大量人力资源，改善了劳动条件。轨道电路（特别是道岔区段）的划分，缩短了进路办理和解锁的时间，提高了车站的运输效率。
2、主要功能：保证行车安全。
⑴技术安全。区间通过信号机根据列车占用情况或进站信号机的显示自动改变显示，保证了列车的空间间隔，避免了列车冲突的发生。车站联锁设备使道岔、轨道电路、信号机之间通过技术措施保持一定的制约关系和操作顺序，
因此能够保证行车安全。
影响行车安全的因素很多，有系统外部的，有系统内部的有人为的（违章作业）。对于人为因素，可以通过贯彻安全管理措施（如电务作业纪律）保证。对于系统本身，采取发展安全技术措施，以技术手段尽可能的取代安全措施中人的参与，用信号向行车人员提供安全信息。如：
①信号显示应能反映所防护的线路区段是否空闲。
②信号显示应能反映所防护的线段内是否存在危及行车安全的因素。 ③信号显示应能指示安全运行速度。
⑵功能安全即系统的安全性功能。
①功能安全：系统在没有发生故障的情况下，是安全的。主要表现在系统内部运转正常、输出正确、信息采集正确，即联锁逻辑正确。
②故障安全：系统在发生故障的情况下，是安全的。即系统应不发生危险侧故障，主要表现在输出不能出现错误，联锁逻辑不能出现错误，使地面信号机显示禁止信号，符合故障导向安全原则。
③可靠性：系统在规定的时间内和规定的条件（环境）下完成规定功能的能力。对于铁路信号领域中的安全系统既要具有高安全功能和故障安全性能，又要具有很高的可靠性。
三、计算机联锁控制系统的特点
目前广泛使用的联锁控制系统是电气联锁控制系统，即继电联锁控制系统。继电联锁控制系统的性能稳定、抗干扰性强、可靠性高，但是存在着功能不够完善，难于增加或扩展其他功能，难于和现代化的信息处理系统相连接；功耗大，成本高，占地面积大等缺点。下面就结合继电联锁控制系统从性能、经济等方面对计算机联锁控制系统的特点进行描述。
1、优点
(1)性能方面
①与继电联锁控制系统相比，计算机联锁控制系统的设计、施工工作量大大减小，并且系统可以方便地增加新功能，使得系统功能进一步完善。
②计算机联锁控制系统提供现代化的声、像、图文显示，人机交互的功能更加完善，内容更丰富，信息量更大，工作效率更高。
③计算机联锁控制系统采取了必要的技术措施以后，系统的可靠性和安全
性将更高。
(2)经济方面
①随着电子与计算机技术的发展，计算机联锁的性能价格比更高，大站计算机联锁控制系统的价格低于继电联锁控制系统。
②采用分布式系统结构时，计算机联锁控制系统可以省去干线电缆，大幅度降低工程造价。
③体积小、占地面积小，且随车站规模增大，面积节省更为显著。 ④安装费、运营费及维修费大幅度减少。
(3)维护方面
①计算机联锁控制系统的维修工作量小，且具有自诊断、故障定位功能，降低了维护难度并可通过远距离联网，实现远程故障诊断。
②计算机联锁单位的继电部分结构简单，便于维护，而且继电器用量少，使得继电器检修工作量减少。
(4)其他方面
计算机联锁控制系统便于联网，为铁路信号系统向智能化和网络化方向发展创造了条件，通过与列车控制系统、运行图管理系统联网，可根据调度计划实现进路程序控制，通过与旅客向导服务系统、车次号跟踪系统联网，可构成全方位的计算机综合控制、管理系统，增强了运输调度指挥自动化、智能化水平。
①系统的可维护性，要求系统的结构简洁，工程化、模块化程度高，便于现场维护。
②系统的经济性，在相同性能指标的前提下，系统的制造和维护成本更低。 ③系统使用方便程度，在满足系统功能需求及安全的前提下，最大限度地方便使用者。
④系统技术的先进性，在提高安全可靠度的前提下，保持系统技术和理论的先进性。
⑤系统的可扩展，在站场改扩建时，具备系统扩展能力。
⑥系统的电磁兼容性，系统应同时具备抗电磁干扰和不干扰其他设备的电磁容性能。
⑦系统的生命周期，一方面，系统的功能定位及结构设计必须合理，且具备级能力，减少过度型号产品；另一方面，避免采用接近停产或淘汰的板卡以及
电子器件。
2、存在的不足
⑴计算机联锁控制系统应用大量的电子元件，需在抗电磁干扰及防止雷害等方面采取防护措施。
⑵计算机联锁控制系统中实现联锁逻辑的联锁计算机一旦出现硬件故障，其影响面会很大，甚至使系统不能工作。因此计算机联锁控制系统需要采取必要的措施来提高可靠性和可用性。
3、现状及前景
1984年通号总公司研究设计院研制的我国第一个车站计算机联锁控制系统在梅山铁矿地下运输线上正式开通；
1989年铁道科学研究院研制的计算机联锁控制系统在郑州北编组站开通使用，使计算机联锁控制系统首次用于国有铁路；
1994年铁道科学研究院、通号总公司研究设计院研制的计算机联锁控制系统首先装备于哈尔滨铁路局平房站和上海铁路局交通站，陆续在铁路干线上采用。
1998年铁道部对计算机联锁控制系统实行三证制：制造特许证、制式检验合格证、产品合格证。目前，计算机联锁控制系统已装备了近两千个车站。如铁道科学研究院通号所研制的TYJL-Ⅱ、TYJL-TR9型，通号总公司研制的DS6-11、DS6-K5B 型、北京交通大学研制的JD-IA 、EI32-JD 型、卡斯科公司的VPI 型等计算机联锁控制系统。
在铁路快速发展的目前阶段，应加快计算机联锁的发展：
①CTC 区段和列车速度超过160km/h的区段、客运专线、煤运专线、高速铁路均应采用计算机联锁；基建和大修工程应积极成段发展计算机联锁，以便有利于CTC 和TDCS 的发展；还应加快以联锁为核心的车站、区间、列车控制一体化的研发和应用。
②枢纽和有需求的区段应积极发展区域计算机联锁；
③继续完善计算机联锁的功能，研究和制定适应客运专线、高速铁路的联锁技术条件，开发相应的计算机联锁；
④全面提高计算机联锁的软件和硬件质量，完善自诊断和检测功能，实现高安全、高可靠、无维修的目标；
⑤要进一步完善出厂检测和现场测试手段，为规范管理创造有利条件。 由于采用了先进的计算机技术和通信技术，计算机联锁控制系统将成为综合行车指挥控制系统的基础设备和重要组成部分。系统通过各种制式的通信网络可实现多层次控制，使控制范围扩大，即可由一个枢纽站控制周边的若干站及区间的道岔控制点，既优化了控制，又减少了投资和运营成本。计算机联锁控制系统通过与运行图管理系统、旅客向导服务系统、车次号跟踪系统联网，可构成全方位的计算机综合控制、管理系统。另外，基于卫星的高精度定位及通信技术的应用，将给铁路信号系统产生深远的影响。
总之，铁路信号计算机联锁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、网络化和综合自动化的方向发展。
第一章 铁路信号和联锁控制系统发展综述
一、铁路信号的发展过程
1、初始阶段
⑴站间区间电话闭塞、区间占用凭证--路票，只允许一列车运行。 ⑵列车凭行车人员手信号（白天旗子、夜晚信号灯）发车、进站。 ⑶人工扳道布置进路
⑷司机目视行车
特点：全部人力控制、车速很低、密度很小、区间通过能力、效率很低，无信号专业，无安全性可言。
2、起步阶段（半自动化）
⑴站间区间电话闭塞、区间占用凭证--路票，只允许一列车运行。 ⑵列车凭信号机的指示出发、进站。
⑶人工扳道布置进路
⑷司机目视行车
固定信号机出现只有指示无速度等级，如臂板信号机，区间闭塞采用如路签路牌、64D 半自动闭塞，车站采用集中式机械联锁（1856年英国）电锁器联锁等方式。特点：大部分人力控制、车速很低、密度很小、区间通过能力、效率很低，信号专业开始出现，无安全性可言。
3、稳定阶段（集中控制）
⑴站间区间划分闭塞分区，各设色灯信号及防护----自动闭塞，允许至少一列车运行占用站间区间。
区间通过信号机有三显示--四显示；闭塞方式：四、八、十八信息移频自动闭塞、交流计数自动闭塞等方式----UM71、ZPW-2000无绝缘轨道电路移频自动闭塞等方式。
⑵车站进路自动控制：有行车值班员在室内控制和监督。如1927年布线逻辑继电联锁、6502电气集中联锁、计算机联锁（1978年瑞典哥德堡站）。
⑶列车进站、发车凭信号机的显示。
⑷道岔集中控制，进路排列自动化。动力转辙机出现（直流电动（液）转辙机、交流电动（液）转辙机等）。
⑸司机目视行车—以地面信号机显示+机车信号+自动停车装置。
闭塞分区轨道电路（运行信息）、站内轨道电路、色灯信号机（带有行进指示和速度等级）、动力转辙机的出现使实现集中控制成为可能。列车运行速度、密度，区间通过能力都得到大幅度提高，实现了列车运行空间间隔追踪和安全运行。
4、发展阶段（列车运行自动控制）
⑴列车运行空间间隔（自动闭塞）---时间间隔（准移动自动闭塞--移动自动闭塞）青藏铁路GPRS 卫星定位、京沪高铁CTCS-3等
⑵车站进路-----调度集中—分散控制
⑶列车运行机车信号主体化----目标距离行车模式--自动驾驶高速运行。 ⑷列车运行统一调度指挥、全程监视，
以第六次提速为标志，应用现代先进技术、设备，我国铁路信号的发展得到了长足发展，制定并实施了具有自主知识产权的中国列车运行自动控制系统CTCS 。京津客专采用CTCS-3D 级、在建的京沪高铁采用CTCS-3级控制，最高运行速度达到380km/h。既有线增加CTCS-2级控制系统，最高运行速度达到250km/h。
二、铁路信号的功能：指挥列车运行，提高运输效率，保证行车安全，改善劳动条件。
1、基本功能：系统功能的完备性，系统必须实现车站联锁控制系统规定的全部功能
⑴指挥列车运行。利用地面信号机的各种显示，指示列车的运行情况和运行速度。利用轨道电路不但反映列车占用，而且进一步监视列车运行位置，并且传送运行信息，通过车载设备指示司机操纵列车运行。
⑵提高运输效率。区间闭塞设备的发展提高了区间通过能力，缩短了列车追踪间隔。车站联锁设备按行车意图控制转辙机的转换，信号机的开放，节省了大量人力资源，改善了劳动条件。轨道电路（特别是道岔区段）的划分，缩短了进路办理和解锁的时间，提高了车站的运输效率。
2、主要功能：保证行车安全。
⑴技术安全。区间通过信号机根据列车占用情况或进站信号机的显示自动改变显示，保证了列车的空间间隔，避免了列车冲突的发生。车站联锁设备使道岔、轨道电路、信号机之间通过技术措施保持一定的制约关系和操作顺序，
因此能够保证行车安全。
影响行车安全的因素很多，有系统外部的，有系统内部的有人为的（违章作业）。对于人为因素，可以通过贯彻安全管理措施（如电务作业纪律）保证。对于系统本身，采取发展安全技术措施，以技术手段尽可能的取代安全措施中人的参与，用信号向行车人员提供安全信息。如：
①信号显示应能反映所防护的线路区段是否空闲。
②信号显示应能反映所防护的线段内是否存在危及行车安全的因素。 ③信号显示应能指示安全运行速度。
⑵功能安全即系统的安全性功能。
①功能安全：系统在没有发生故障的情况下，是安全的。主要表现在系统内部运转正常、输出正确、信息采集正确，即联锁逻辑正确。
②故障安全：系统在发生故障的情况下，是安全的。即系统应不发生危险侧故障，主要表现在输出不能出现错误，联锁逻辑不能出现错误，使地面信号机显示禁止信号，符合故障导向安全原则。
③可靠性：系统在规定的时间内和规定的条件（环境）下完成规定功能的能力。对于铁路信号领域中的安全系统既要具有高安全功能和故障安全性能，又要具有很高的可靠性。
三、计算机联锁控制系统的特点
目前广泛使用的联锁控制系统是电气联锁控制系统，即继电联锁控制系统。继电联锁控制系统的性能稳定、抗干扰性强、可靠性高，但是存在着功能不够完善，难于增加或扩展其他功能，难于和现代化的信息处理系统相连接；功耗大，成本高，占地面积大等缺点。下面就结合继电联锁控制系统从性能、经济等方面对计算机联锁控制系统的特点进行描述。
1、优点
(1)性能方面
①与继电联锁控制系统相比，计算机联锁控制系统的设计、施工工作量大大减小，并且系统可以方便地增加新功能，使得系统功能进一步完善。
②计算机联锁控制系统提供现代化的声、像、图文显示，人机交互的功能更加完善，内容更丰富，信息量更大，工作效率更高。
③计算机联锁控制系统采取了必要的技术措施以后，系统的可靠性和安全
性将更高。
(2)经济方面
①随着电子与计算机技术的发展，计算机联锁的性能价格比更高，大站计算机联锁控制系统的价格低于继电联锁控制系统。
②采用分布式系统结构时，计算机联锁控制系统可以省去干线电缆，大幅度降低工程造价。
③体积小、占地面积小，且随车站规模增大，面积节省更为显著。 ④安装费、运营费及维修费大幅度减少。
(3)维护方面
①计算机联锁控制系统的维修工作量小，且具有自诊断、故障定位功能，降低了维护难度并可通过远距离联网，实现远程故障诊断。
②计算机联锁单位的继电部分结构简单，便于维护，而且继电器用量少，使得继电器检修工作量减少。
(4)其他方面
计算机联锁控制系统便于联网，为铁路信号系统向智能化和网络化方向发展创造了条件，通过与列车控制系统、运行图管理系统联网，可根据调度计划实现进路程序控制，通过与旅客向导服务系统、车次号跟踪系统联网，可构成全方位的计算机综合控制、管理系统，增强了运输调度指挥自动化、智能化水平。
①系统的可维护性，要求系统的结构简洁，工程化、模块化程度高，便于现场维护。
②系统的经济性，在相同性能指标的前提下，系统的制造和维护成本更低。 ③系统使用方便程度，在满足系统功能需求及安全的前提下，最大限度地方便使用者。
④系统技术的先进性，在提高安全可靠度的前提下，保持系统技术和理论的先进性。
⑤系统的可扩展，在站场改扩建时，具备系统扩展能力。
⑥系统的电磁兼容性，系统应同时具备抗电磁干扰和不干扰其他设备的电磁容性能。
⑦系统的生命周期，一方面，系统的功能定位及结构设计必须合理，且具备级能力，减少过度型号产品；另一方面，避免采用接近停产或淘汰的板卡以及
电子器件。
2、存在的不足
⑴计算机联锁控制系统应用大量的电子元件，需在抗电磁干扰及防止雷害等方面采取防护措施。
⑵计算机联锁控制系统中实现联锁逻辑的联锁计算机一旦出现硬件故障，其影响面会很大，甚至使系统不能工作。因此计算机联锁控制系统需要采取必要的措施来提高可靠性和可用性。
3、现状及前景
1984年通号总公司研究设计院研制的我国第一个车站计算机联锁控制系统在梅山铁矿地下运输线上正式开通；
1989年铁道科学研究院研制的计算机联锁控制系统在郑州北编组站开通使用，使计算机联锁控制系统首次用于国有铁路；
1994年铁道科学研究院、通号总公司研究设计院研制的计算机联锁控制系统首先装备于哈尔滨铁路局平房站和上海铁路局交通站，陆续在铁路干线上采用。
1998年铁道部对计算机联锁控制系统实行三证制：制造特许证、制式检验合格证、产品合格证。目前，计算机联锁控制系统已装备了近两千个车站。如铁道科学研究院通号所研制的TYJL-Ⅱ、TYJL-TR9型，通号总公司研制的DS6-11、DS6-K5B 型、北京交通大学研制的JD-IA 、EI32-JD 型、卡斯科公司的VPI 型等计算机联锁控制系统。
在铁路快速发展的目前阶段，应加快计算机联锁的发展：
①CTC 区段和列车速度超过160km/h的区段、客运专线、煤运专线、高速铁路均应采用计算机联锁；基建和大修工程应积极成段发展计算机联锁，以便有利于CTC 和TDCS 的发展；还应加快以联锁为核心的车站、区间、列车控制一体化的研发和应用。
②枢纽和有需求的区段应积极发展区域计算机联锁；
③继续完善计算机联锁的功能，研究和制定适应客运专线、高速铁路的联锁技术条件，开发相应的计算机联锁；
④全面提高计算机联锁的软件和硬件质量，完善自诊断和检测功能，实现高安全、高可靠、无维修的目标；
⑤要进一步完善出厂检测和现场测试手段，为规范管理创造有利条件。 由于采用了先进的计算机技术和通信技术，计算机联锁控制系统将成为综合行车指挥控制系统的基础设备和重要组成部分。系统通过各种制式的通信网络可实现多层次控制，使控制范围扩大，即可由一个枢纽站控制周边的若干站及区间的道岔控制点，既优化了控制，又减少了投资和运营成本。计算机联锁控制系统通过与运行图管理系统、旅客向导服务系统、车次号跟踪系统联网，可构成全方位的计算机综合控制、管理系统。另外，基于卫星的高精度定位及通信技术的应用，将给铁路信号系统产生深远的影响。
总之，铁路信号计算机联锁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、网络化和综合自动化的方向发展。