一、傳統(tǒng)鐵路信號故障—安全技術(shù)的產(chǎn)生

在設(shè)備發(fā)生故障時，使其倒向安全側(cè)的故障—安全概念早已萌發(fā)。早在1825年，世界上出現(xiàn)了第一條鐵路——英國的斯托克頓—達(dá)林頓（Stockton-Darlington）鐵路，當(dāng)時在夜間是用車站窗口的蠟燭燭光指揮行車的。約定以燭光亮作為停車信號，以燭光滅作為允許信號，這樣常因大風(fēng)吹滅表示“停止”的蠟燭而發(fā)生多次冒進(jìn)的行車事故。于是將其含義反過來，把蠟燭亮定義為“進(jìn)行”，蠟燭滅定義為“停止”。這就是在初期階段萌發(fā)的故障—安全的原始概念。

此后，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，鐵路信號率先開始使用故障—安全設(shè)備，其中產(chǎn)生過重大影響的有以下幾種設(shè)備：

（一）臂板信號機(jī)

1841年格列高里（C.H.Gregory）發(fā)明了易于被司機(jī)辨認(rèn)的臂板信號機(jī)，它模仿人們舉起手臂發(fā)出信號的動作，約定以舉起臂板作為停車信號，但由于牽引臂板動作的導(dǎo)線出現(xiàn)折斷事故而不能發(fā)出停車信號，從而使傷亡事故仍難避免。以此為契機(jī)，研制出利用重力顯示停車信號的臂板信號機(jī)，其結(jié)構(gòu)如圖1-1所示，它根據(jù)臂板的角度表示信號狀態(tài)，水平時定為安全側(cè)的停止信號，其具體的故障—安全措施是：臂板是木質(zhì)的，夜間顯示用的鏡框是鐵質(zhì)的，其重量超過臂板，以回轉(zhuǎn)軸為中心產(chǎn)生反向力矩保持臂板的水平位置。牽縱拐肘的重錘以其自身重量保持下錘狀態(tài)，此時通過拉桿對顯示鏡框產(chǎn)生下拉的力，維持臂板的水平位置。這樣一來，一旦拉桿折斷或?qū)Ь€折斷，依靠鏡框和重錘的重力，使臂板成為水平，導(dǎo)向安全側(cè)。這種重力法原理后來成為故障—安全技術(shù)的重要方法之一。

（二）機(jī)械聯(lián)鎖設(shè)備

1856年John saxby提出并在英國Bricklayer Arms聯(lián)絡(luò)站上裝設(shè)了機(jī)械聯(lián)鎖設(shè)備，隨后由Farmer對此加以改進(jìn)，所以稱為Saxby-Farmer式聯(lián)鎖裝置。聯(lián)鎖關(guān)系往往是雙方相互制約的先后順序關(guān)系，例如當(dāng)?shù)啦砦恢貌粚Γ剐盘枡C(jī)顯示允許信號；道岔鎖閉后，不準(zhǔn)許它再變位，信號機(jī)顯示允許信號。機(jī)械聯(lián)鎖用機(jī)械的方法實(shí)現(xiàn)了信號機(jī)和道岔之間的這種聯(lián)鎖，防止操作人員的錯誤辦理。

（三）信號繼電器

1870年左右，具有非對稱錯誤特性的信號繼電器就開始使用了。這種繼電器是把無電閉合的接點(diǎn)組規(guī)定為安全側(cè)，有電閉合的接點(diǎn)組規(guī)定為危險側(cè)。當(dāng)發(fā)生斷電、斷線故障時必須使反映側(cè)危險狀態(tài)的前接點(diǎn)組自動斷開，反映側(cè)安全側(cè)狀態(tài)的后接點(diǎn)組自動閉合。這種繼電器的結(jié)構(gòu)如圖1-2所示，其實(shí)現(xiàn)故障—安全的技術(shù)措施是：

（1）有電閉合的接點(diǎn)組采用銀和炭的接點(diǎn)，銀和炭成為一個不可熔性的組合，使其不能因電弧、火花或大電流造成熔接而保待吸起位置。

（2）銜鐵的設(shè)計是依靠它的重力而不用彈力，在失去電能的時候，使有電閉合的接點(diǎn)斷開。

（3）動接點(diǎn)組與銜鐵間采用硬性連接，以保證銜鐵和接點(diǎn)動作的一致。

（4）磁路空氣隙是經(jīng)過仔細(xì)調(diào)整選定的，并由非磁性的安全止釘保持這一空氣隙。

（5）繼電器端子柱之間的空隙，其漏電和耐壓的大小一定要足以使得雷擊和其他高壓脈沖不會損壞面板和將其絕緣電阻減至不安全的程度。

這樣的結(jié)構(gòu)確保：當(dāng)電路、線圈發(fā)生故障時，后接點(diǎn)組閉合的概率大大超過前接點(diǎn)組閉合的概率，使其具有非對稱錯誤特性；定義前接點(diǎn)反映危險狀態(tài)，后接點(diǎn)反映安全側(cè)狀態(tài)，例如用后接點(diǎn)組構(gòu)成紅燈顯示，前接點(diǎn)組構(gòu)成綠燈顯示，當(dāng)發(fā)生故障時，以較高的概率變成紅燈顯示，從而實(shí)現(xiàn)故障—安全原則。

（四）軌道電路

1872年美國的維·魯濱遜（V.Robinson）發(fā)明了軌道電路，最初是開路式軌道電路。列車進(jìn)入軌道電路區(qū)段，由于鋼軌斷裂、連接線斷線，繼電器不能勵磁吸起，發(fā)生了不能顯示停止信號的事故，因而，三年后改進(jìn)為直流閉路式軌道電路，如圖1-3所示。在沒有列車或車輛時，鋼軌上流通電流，使軌道繼電器勵磁吸起閉合前接點(diǎn)組，當(dāng)列車或車輛占用軌道電路、連接線斷線、鋼軌裂縫時，軌道繼電器會失電落下閉合后接點(diǎn)組，表示區(qū)段占用，顯示停止信號，實(shí)現(xiàn)故障—安全。這里的安全側(cè)與軌道電路的開路或短路狀態(tài)相對應(yīng)。

（五）繼電聯(lián)鎖設(shè)備

1929年Chicago Rockisland和Pacific鐵路公司在美國Illinois州的Blue Island設(shè)置第1個繼電聯(lián)鎖裝置。它是用信號繼電器，根據(jù)閉路原理和安全對應(yīng)法則組成實(shí)現(xiàn)信號機(jī)、道岔、軌道電路電氣聯(lián)鎖的繼電器電路。

在這個階段，鐵路信號仍停留在狹義的故障—安全概念上。故障—安全技術(shù)主要以實(shí)際經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，吸收各個時代的先進(jìn)技術(shù)而發(fā)展起來。