故障安全PLC确保铁路，驳船交通

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吊桥上的铁轨是一个关键的控制点:货运列车可能需要超过一英里才能停下来，驳船倾向于有足够的桥梁间隙通过，工程师喜欢在火车通过之前确保所有桥梁的联锁都到位。

帕迪尤卡和路易斯维尔铁路(P&L)最近的安全措施涉及审计和改进其信号系统之一的技术。就像典型的道路一样，火车的运行由绿色、黄色和红色信号控制，通过一系列集成的信号块。每个街区都有10英里以上的轨道，列车工作人员会时不时地观察位于入口和街区内的信号系统，以了解前方的情况。提前预警有助于铁路安全;满载的汽车每辆重达100多吨，因此风险很大，尽管P&L迄今为止还没有出现任何信号系统问题。

P&L信号和结构总监爱德华兹(Dwayne Edwards)说，信号系统中使用的一些控制技术已经有60年的历史了。总有一个时候，你需要更换这项技术，即使它运行正常。

在寻找替换这些旧系统的同时，P&L特别感兴趣的是采用经过认证的故障安全技术，并符合国际电工委员会(IEC) 61508电气、电子、可编程电子安全系统的功能安全标准。爱德华兹解释说:“安全指南和产品测试程序比过去先进得多，由此产生的质量保证在我们这样的行业中是无价的。”据我们计算，通过更换一些继电器和其他机械部件，我们可以将信号系统的维护费用减少50%。当P&L公司在1931年建造的洛克波特吊桥上更新信号系统时，这个计算被证明是正确的。这座吊桥横跨肯塔基州的格林河(Green River)，长520英尺。P&L列车调度员位于120英里外的肯塔基州帕迪尤卡，每天远程控制桥梁的位置，并监控8-10列火车和船只的状态。

旧的系统包括48个继电器;常规直流轨道电路;架空缆索:从线杆沿桥延伸的架空缆索;110v直流电源开关机;以及由钢棒、接头、板和棒材组成的连杆系统。

P&L与位于佛罗里达州Jacksonville的系统集成商Interrail Signal Inc.密切合作。新系统包括:罗克韦尔自动化(Allen-Bradley GuardPLC1200)控制器;16继电器;4个有色金属(NF)接近传感器;还有编码的电子轨道电路。GuardPLC1200是一款经过认证的故障安全可编程控制器，旨在监控吊桥序列和所有联锁、跨距锁和升降导轨，以确保吊桥准确运行。在桥的信号系统上，GuardPLC监控以下14个继电器联锁和4个接近传感器。通过将开关机、连接系统和30个继电器替换为基于plc的系统，P&L每月减少了4天的维护时间。

GuardPLC采用冗余cpu在单个PLC控制器体中。控制器内的每个逻辑电路和许多更换成本很高的机械元件。

“我们的新硬件成本是更换交换机、连接系统和桥上以前使用的其他设备的10%。但节省硬件成本并不是我们的主要目标之一。最重要的是，我们现在的运营更可靠、更精简。

在线额外

SIL要求，P&L铁路PLC编程

铁路公司忽略了流行的格言“如果它没坏，就不要修理它”，他们正在寻求用更可靠、更智能的技术来取代老化的控制系统。为什么?“因为与传统的制造工艺不同，铁路事故造成的不仅仅是停机时间和产品损失，”帕迪尤卡和路易斯维尔铁路(P&L)信号和结构总主管Dwayne Edwards解释道。“脱轨，加上危险的内容和货运车厢的绝对重量，很快就会导致人员伤亡，人员疏散，公众也会变得非常无情。”

在铁路上工作
铁路公司采取主动控制技术的方法，实际上是一只眼睛盯着轨道，一只眼睛盯着运输市场。美国40%以上的货物是通过铁路运输的，目前铁路行业的市场份额超过了所有其他单一运输方式。铁路在卡车、飞机和驳船方面的领先地位归功于以尽可能低的价格为客户提供高质量的服务。但是，当超过550家美国货运铁路公司主要依靠体力来维持这一地位时，P&L铁路公司是用新技术努力工作的公司之一。

P&L铁路干线全长281英里，每年运输超过1500万吨煤炭、化学品和物资，被公认为美国首屈一指的区域铁路。其在肯塔基州西部的轨道位于战略位置，为客户提供内河航道系统和8条国家或“一级”铁路中的5条。P&L还为其出色的安全记录感到自豪，曾因其安全表现而获得E.H.哈里曼纪念研究所和其他行业组织的赞誉。考虑到铁路行业普遍缺乏持续改善的资金，这一点可能更为重要。在盈利能力方面，据说铁路行业的平均净投资回报率为7%。

“我们的方法基于这样一个事实，即为了有一个安全的操作，我们需要使用他们的头脑的安全导向的员工....”爱德华兹说。“我们授权员工始终采取安全的行动，寻找并建议方法来确保自己、同事的人身安全以及操作安全。”动量不给错误留时间;一列满载货物的火车以每小时35英里的速度行驶，需要停一英里多。大多数火车的时速都超过35英里。即使是一次短路，也可能导致驳船与半架空的吊桥相撞，或者在所有吊桥联锁到位之前，火车向前行驶。这种噩梦般的场景促使P&L对其系统进行了更新。

安全信号
法律规定，铁路的十字路口和其他交通繁忙的路段必须有信号系统。P&L公司罗克波特吊桥上的绿色、黄色和红色信号可以提醒列车其他列车或船只的存在、损坏的铁轨和功能不正常的开关。下面是一个应用示例。一艘驳船沿着绿河行驶，通过无线电联系火车调度员，请求允许通过。如果该街区(比弗水坝，肯塔基州，中央城市，肯塔基州)内没有列车，列车调度员会触发一个提高请求，信号系统会识别该请求，列车控制信号会显示一个红色的“停止”信号。在预设的时间后，桥将开始提升，当完全提升时，绿色的“继续”信号将显示在河道交通中。驳船继续沿河而下，通过桥后用无线电给调度员发了一条消息。然后列车调度员会要求大桥放下，河上的交通信号将显示红色的“停止”信号。当桥架处于下降位置时，一系列系统检查开始。如果所有检查都已完成，且顺序正确，列车控制信号将显示绿色“继续”信号。 Any interruption or out-of-order event results in an immediate red “stop” signal for all incoming traffic and a “trouble call” to a maintenance engineer.

在这些现场考察期间，大部分时间都用于进行联邦铁路管理局规定的测试，进行损益表特有的额外安全检查，并润滑桥梁上60多个机械枢轴点。当P&L仔细研究吊桥解决方案时，公司有许多问题需要解决。首先，继电器是机械装置，需要大量的注意，而且由于有活动部件，很容易磨损。用于传输信号控制电流的电线杆可以追溯到电报时代，这表明电线杆的结构完整性是有问题的。此外，传统的直流轨道电路提供的信号携带性能不佳，容易导致短路。此外，所使用的硬件没有安全等级文件，可能会使损益表在发生事故时变得脆弱。

PLC和相关设备被安置在一个8 × 10英尺的混凝土外壳中，用于监控罗克波特大桥的联锁、跨锁和轨道升降机。联锁，例如那些监控跨锁或升降轨表面位置的联锁，对于确保零故障至关重要。例如，升降导轨的表面位置确保导轨的运行面在3/8英寸的范围内，这表明桥架在降低后处于准确的位置。在桥的信号系统上，一个艾伦-布拉德利GuardPLC(来自罗克韦尔自动化公司)监控以下联锁和接近传感器:

1. 东跨锁(接近传感器);

2. 西跨锁(接近传感器);

3. 东电梯轨道(接近传感器);

4. 西电梯轨(接近传感器);

5. 跨锁中继继电器;

6. 升降轨中继继电器;

7. 桥降止回继电器;

8. 下桥继电器;

9. 升降桥继电器;

10. 架桥中继继电器;

11. 桥式升降要求继电器;

12. 桥上继电器;

13. 桥降继电器;

14. 1块指示中继继电器;

15. 十六段指示中继继电器;

16. 北桥轨道接力;

17. 南桥轨道接力;而且

18. 系统关闭继电器。

编程序列
除了保持持续的安全运行状态外，GuardPLC1200还提供了一个可扩展的安全控制系统，可以使用RSLogix Guard编程和组态软件轻松编程。格伦·泰森是艾伦-布拉德利公司的经销商，为恩格尔伍德电气供应公司工作，他帮助创建了损益表的控制序列。作为一名PLC专家，他能够利用RSLogix Guard软件包中的内置和用户定义的功能块快速创建程序。

PLC编程顺序为升降桥

1. 输入8和12低;输出1和2高

2. 输入7和10低;输出1和2高

3. 输入1、2、5和9低;输出1低和2高

4. 输入3,4和6低;输出1和2低

泰森还设计了一个输入模拟器，在安装GuardPLC序列之前测试其准确性。Interrail Signal总裁Jim Kelley表示:“这是至关重要的，因为GuardPLC上线后的任何停机时间都会导致火车和船只的大范围延误。”“模拟给了我们所需要的保证，控制器将按预期运行。”

安全车尾:除了安全PLC，铁路用编码电子轨道电路取代了传统的直流轨道电路和架空电缆，这些电路沿轨道发送不同码率的脉冲。每个码率表示接收单元的唯一信号“颜色”或消息。编码电子轨道提供了最先进的信号功能，降低了继电器短路的风险。有色金属接近传感器能够区分钢制轨道和不锈钢目标，用于指示桥梁的跨度锁和电梯轨道的位置。这可以确保锁和轨道处于正确的位置。

安全完整性等级(SIL)
PLC最重要的特点是它的故障安全组件。由于整个信令系统的最高安全完整性级别(SIL)受到其子系统的容错能力的限制，因此每个组件的认证都至关重要。IEC 61508提供了四个安全完整性等级。最高级(SIL 4)适用于传统上用于飞机和核电站的设备。

GuardPLC1200通过了SIL 3认证，这是铁路行业的安全顶点。IEC 61508规定SILs由两种运行模式决定:设备按需失效其指定功能的平均概率(“低需求…”表)，以及在高需求或连续运行模式下每小时运行的危险故障概率(“高需求”表)。

安全完整性等级(SIL)	低需求运行模式(按需执行设计功能失败的平均概率)
4	≥10-5to &10-4
3.	≥10-4to三分
2	≥10-3to 10 - 2
1	≥10-2to 10 - 1

安全完整性等级(SIL)	高要求或连续运行模式(每小时危险故障的概率)
4	≥10-9to换
3.	≥10-8to &10-7
2	≥10-7to 10 - 6
1	≥10-6to纯

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帕迪尤卡和路易斯维尔(P&L)铁路(包括铁路风扇区附图)
罗克韦尔自动化公司的Allen-Bradley GuardPLC系统

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