联锁

<image>

在铁路号志系统中，联锁（Interlocking）是一套通过技术手段将讯号机、道岔及列车进路三者相互制约、联动的机制，旨在防止因操作顺序错误而建立相互冲突的列车进路。联锁系统的设计思想在于“故障导向安全”，系统主要负责管理列车通过复杂轨道配置（如道岔区）时的进路安全，确保道岔位置与讯号显示之间具备严格的逻辑控制。当列车通过道岔区域时，系统必须强制执行预定的操作时序，即先完成道岔转向并锁定于正确位置，相应的讯号机方能转换为开放状态。若道岔未锁定或轨道被占用，讯号机将保持险阻显示。这种机制在铁路枢纽、横渡线或车站站场等轨道配置复杂的地方尤为关键，能有效防范列车冲突或误入危险区间的事故。在铁路系统中，联锁装置与相关轨道设备及控制技术的集合体常被称为“车站联锁”，在北美则常被称为“联锁区”（interlocking plant）。

联锁技术的诞生可追溯至19世纪中叶的英国。最早期的联锁系统为机械联锁，利用纯机械结构来限制讯号机控制杠杆的移动顺序。到了20世纪中期，随着电气技术的成熟，继电联锁（亦常称电气集中联锁）成为全球铁路的主流，利用由大量继电器组成的逻辑电路取代了笨重的机械结构。至20世纪末，铁路讯号系统进入电脑联锁时代，将以往复杂的继电器逻辑转化为电脑软件代码运算，不仅大幅提升了安全水平，亦得以透过将高度自动化的进路排定功能与调度集中系统（CTC）或列车自动保护系统（ATP）整合，有效提升了铁路网的整体运输效率。

## 运作方式

### 基本原理

<image>

联锁系统由多种讯号设备与轨旁设备共同构成，其控制范围通常涵盖讯号机以及道岔、平面交叉以及活动开合桥等可移动的铁路设施。在系统的底层设计上，联锁系统需严格遵循三大安全原则。首先，系统禁止任何可能导致列车进路发生相互冲突或交汇移动的讯号机同时开放。这意味着一旦某条进路获准开通，所有与其轨道空间重叠、交错或对向的敌对进路讯号机，都会在逻辑上被强制锁闭在险阻（红灯）状态，以防止发生列车冲突事故。

其次，在联锁系统允许讯号机显示开放讯号（如绿灯或黄灯）以引导列车驶入特定进路之前，该进路范围内的所有道岔及其他可移动设备，必须全部精确移动至预定位置并且锁定。这项原则确保了列车在通过道岔时，轨道几何状态保持绝对稳定，不会因道岔虚接、拨接未到位或中途变位而引发列车脱轨事故。联锁系统透过实时收集现场设备的位置回馈讯号，只有当所有安全条件皆达成后，才会发出解除讯号锁闭的指令。

最后，当一条进路完成排定且讯号机已开放允许列车前行后，该进路内的所有道岔及移动设备将立即进入锁闭状态，不允许任何人工或系统的随意更改。这项锁闭状态将一直维持，直至满足两个安全条件之一方可解除。第一种情况是列车已安全驶离受该进路影响的轨道范围，由轨道电路或计轴器证实该区域已无列车占用；第二种情况则是当列车调度员主动取消开放讯号，将其恢复为险阻状态时，系统会启动“接近锁闭”机制（Approach Locking）。此时，联锁系统会自动执行一段预设的延时，以确保在讯号突然转为红灯的情况下，正在接近该讯号机的列车有足够的时间与距离实施制动；或者在列车已越过讯号机时，给予其足够时间安全通过该区域，防止因道岔贸然切换方向而造成列车出轨。

在铁路讯号系统当中，闭塞与联锁系统同被视为保障行车安全的基础技术，两者在防护功能上各有不同且相辅相成。闭塞系统的功能在于维持前后列车之间的空间纵向间距，防止追撞；联锁系统则专职负责车站、分岔及平交道等区域的进路安全。在许多早期或技术尚未完全升级的铁路上，往往会出现“已实行闭塞、但联锁设备未臻完善”的现象。这种技术断层意味着，虽然闭塞系统能够确认某一区间内并无其他列车占用，但由于沿途的道岔未能与讯号机建立逻辑互锁，此时虽然讯号机所显示的允许通行讯号，实际上并无法保证前方道岔已处于正确位置。同样地，如果铁路平面交叉或活动桥未能纳入联锁与闭塞系统的统一控制，它们就会成为闭塞区间中的断裂点。

### 联锁进路

在铁路联锁系统中，受联锁保护的行车路径被统称为“联锁进路”（Locked route）。为了满足不同的营运需求，进路通常明确划分为正线进路（Main routes）与调车进路（Shunting routes）两大类。正线进路专为正常营运的列车运行而设，其开通与否严格受制于主体讯号（Main signal）或车载讯号（Cab signal）的显示命令。调车进路则专用于车站内的调车作业所经过的路径，并由专门的调车讯号机（Shunt signal）或口头指令来授权。基于调车作业普遍具备低速行驶以及高度依赖司机目视瞭望的运作特质，调车进路的技术防护规范与正线进路有所区隔。例如，调车进路容许引导车辆驶入已被其他车辆占用的轨道区段，且其防止邻近列车侵入的侧面防护在设计上亦会予以简化，甚或不作强制要求。不过，这种划分并非全球通用，在北美以及荷兰等部分地区的铁路系统中，正线运行与调车作业的界线较为模糊，同一条进路往往会同时兼容这两种不同性质的列车移动。

为确保行车安全，每条正线进路的入口处必定设有一个受联锁系统控制的防护讯号机，即该进路的入口讯号机（Entrance signal），而其终点（出口）的设定则视乎线路配置，主要分为“下一个联锁讯号机”或“联锁区边界”两种形式。当进路的终点为同方向的下一个联锁讯号机时，该进路即属于同一联锁区内连续讯号机之间的区段。在实行安全冗余机制的铁路系统中，入口讯号机的开放不仅取决于两个讯号机之间的轨道是否空闲，还会将出口讯号机后方一段特定长度（一般为50米至200米）的安全防护区段（Overlap）内的道岔纳入联锁锁闭。由于联锁系统会严格检查入口与出口讯号机之间轨道的空闲状态，此类进路能够在技术上直接确保列车之间具备适当的安全间距。

相反，当进路的终点设于联锁区的边界时，该进路的功能主要是引导列车驶离联锁控制范围，因此其本身无法独立保证后续的列车安全间距，列车在驶离后必须直接过渡至区间闭塞系统的防护范围。对于此类边界进路的终点界定，不同地区的铁路技术体系存在一定的习惯性差异。在北美铁路系统中，进路必然终止于一个位于联锁区边界、面向相反方向的出口讯号机（Exit signal）。相比之下，欧洲大陆、俄罗斯、中国、日本等铁路系统则将边界进路终点定义为通过最后一组道岔后的特定轨道区段，并将同方向下一个讯号机称为出口讯号机，进路终点未必等同反方向的联锁讯号机。至于英国铁路系统，进路的终点在任何情况下都必然是一个讯号机，因此当列车驶离联锁区并进入自动闭塞区间时，该进路将会一直延伸并终止于区间内的第一个自动闭塞讯号机。各地对于联锁进路的不同定义和导向，也影响了现代ATP系统（例如ETCS和主动列车控制系统）的设计思路。

### 联锁逻辑

在铁路联锁系统的工程设计与实施中，必须将车站或枢纽的轨道配置与安全制约关系转化为内部控制模型。依据逻辑建构原则的不同，现代铁路联锁系统主要分为“表格联锁”（Tabular Interlocking）与“区域联锁”（Geographical Interlocking）两大技术流派。

表格联锁（又称进路表联锁）是将整个车站所有可能的行车进路及其对应的制约条件（如道岔定位、轨道空闲检测、敌对进路锁闭及讯号显示时序），悉数列入一张无所不包的进路控制表（Route Control Table）或联锁表（Locking Sheet）内。在传统继电联锁（电气集中联锁）时代，这种逻辑被称为“自由布线逻辑”（Free-wired logic），因为工程师必须根据进路表，为每一个车站设计并手动连接专属的继电器电路。在现代的电脑联锁（CBI）中，进路表的内容则会被转译为控制软件的数据库。当表格联锁用于配线较复杂的铁路系统时，会导致进路表与电路设计变得异常庞大而繁琐，但对于中等规模或结构相对固定的铁路布局，它至今仍是十分实用且广泛应用的主流设计方案。

区域联锁（又称分布组合联锁）的诞生，最初是为了解决表格联锁在大型枢纽中设计与布线过于复杂的弊端。其核心思想是将轨道系统中的基本元件（如道岔、讯号机、轨道区段）抽象化为标准的逻辑模组。在继电联锁时代，这些模组是预先制造并配好内部电路的继电器组合（Relay groups），工程师只需按照实际轨道几何拓扑结构，用讯号电缆将这些继电器组合接驳到继电器组合架上，正确的联锁电路便会自动形成；而在电脑联锁中，则演变为电脑软件中的逻辑运算检查。

当区域联锁系统执行进路排定时，系统会从设定的入口向出口发出搜索进路的请求（在继电系统中为实体电流，在电脑系统中则为拓扑结构的搜寻算法）。该搜索讯号在道岔分岔处会呈树状分支扩散，一旦其中一条分支成功寻获出口，便会向入口回传确认讯号以锁定行车路径，同时清除其余无效分支，并借由重叠的搜寻路径自动排斥敌对进路。此外，区域联锁具备自动触发侧面防护（Flank protection）的功能，寻路讯号会自动向分岔轨道外推，要求防护道岔自动转至规定位置并锁闭。若防护道岔未转至规定位置，防护讯号机将无法开放，以防止列车侧面冲突。当面对两个进路同时争夺同一组道岔进行侧面防护的请求时，系统会依据预设的优先级规则处理，将次要进路的防护需求向更远端的讯号设备（如调车讯号机）传递。

### 完全和不完全联锁

在北美铁路讯号体系中，联锁区（Interlocking plant）是指透过道岔、讯号机及轨道电路等设备的动态锁闭，引导列车在多条轨道之间进行进路切换与通过的安全防护区域。铁路系统通常会根据联锁区内的行车灵活性，将联锁区分为“完全联锁”（Complete Interlocking）与“非完全联锁”（Incomplete Interlocking）两类。虽然这两项概念普遍未被正式写入各铁路公司的行车规章中，行车时刻表亦鲜少直接标注，但它们是北美铁路车务调度约定俗成的行业术语。

完全联锁是指该联锁区的道岔布局（包括各种渡线与道岔）具备完全的连通性。列车自联锁区一端的任何一条轨道驶入，皆能在无须于联锁区域内办理任何折返或倒车操作的前提下，直接运行至另一端的任何一条轨道。不论联锁区两端的轨道数量是否对等，或是该区域属于连接多个方向的三叉或多叉枢纽，只要其线路布局能实现所有入口与出口轨道之间的直通运行，即符合完全联锁的定义。

非完全联锁则是指未具备上述完全连通性线路布局的联锁区。在这类联锁区内，受限于道岔配置或轨道配置结构，列车从某一特定轨道驶入后，无法直接通往另一端的所有轨道。调度人员若要将列车引导至某些未有直接道岔连接的目标轨道，往往需要在联锁区内办理折返进路，方能完成进路切换。

## 历史

### 早期机械联锁的诞生

铁路联锁系统发源于英国。机械联锁系统的雏形最早可追溯至1843年于英国布里克雷耶阿姆斯站（Bricklayers Arms Junction）启用的控制装置。当时，讯号员在讯号楼内利用双手操作控制道岔的杠杆，同时用双脚踩踏控制讯号机的脚踏板，并透过管线或钢丝与室外设备连接。然而，当时的装置内部并未具备任何机械互锁逻辑，极易因人为疏忽而引致重大行车事故。1847年，英国铁路讯号工程师先驱约翰·史蒂芬斯（John Stevens）尝试引进一组将杠杆与脚踏板相连的改良版本，以减少错误操作，但系统仍缺乏强制的机械障碍来限制错误的操作时序。

在联锁技术普及前，由于道岔和讯号机缺乏实体锁闭机制，经常发生道岔未完全定位便开放讯号，甚至列车正在通过时道岔被讯号员擅自扳动的意外，铁路业为此研发出转辙锁闭器（Facing Point lock）和辙查杆（Lock rod）。这是一种紧贴于钢轨内侧的长条形装置，每次转辙器切换时，辙查杆都必须先向上升起再落下。当有列车驶近或经过道岔时，压住钢轨内侧的车轮使辙查杆无法升起，从而锁闭转辙器。随后在实践中又发现，若将辙查杆与转辙器杠杆连在同一组连杆上，在辙查杆触碰车轮前，道岔尖轨往往已经出现了可能产生危险的位移。为了修正此缺陷，技术人员将导向辙查杆分拆出来，连接至一组完全独立的控制杠杆，并将该杠杆同时用于驱动一组实体钢销，在道岔定位后直接插入并锁紧尖轨，这项技术被称为“转辙锁闭器”（Facing Point lock），在当时被视为仅对向行车（即列车迎着尖轨方向行驶）时方为必需。

随着行车速度与密度提升，英国政府开始介入铁路技术规范的监管。1858年，英国贸易局向铁路公司倡议，首次提出新建铁路的讯号安全基础要求，强调讯号机必须与对向道岔转辙器联锁，以实时指示道岔的开闭状态；翌年，贸易局亦要求在肯蒂什镇枢纽（Kentish Town Junction）装设基础联锁装置。在技术与政策的双重推动下，约翰·萨克斯比（John Saxby）于1856年获得了历史上首项机械联锁专利，但早期的设计仍不够完善。

萨克斯比于1860年与奥斯汀·钱伯斯（Austin Chambers）共同对联锁装置进行改良（英国专利号2920），这项发明透过机械锁床控制道岔与讯号机之间的逻辑时序。1860年代后期，萨克斯比与法默公司（Saxby & Farmer）开发并推广了多项先进的机械联锁技术，其中最重要的是“预先锁闭”（Preliminary latch locking）技术。该技术容许讯号员在扳动控制杆之前，让联锁系统能更安全地预先锁定所有冲突进路。这项发明获得巨大成功，并成为现代联锁原理的重要基础之一。截至1873年，单是伦敦及西北铁路（LNWR）便已设置了多达13,000根此类机械联锁杠杆。

### 机械联锁在美国的发展

在美国铁路史上，联合新泽西运河与铁路公司总裁兼总工程师的阿什贝尔·威尔士（Ashbel Welch），是将机械联锁技术引入美国的第一人。1869年威尔士赴英考察，深入研究了当地的讯号联锁技术。返美后，他于同年12月向董事会提交报告，指出英国将转辙器与讯号机集中于讯号楼内由单人操控的架构，不仅能避免讯号员受恶劣天气干扰，更能从根本上防止多名扳道员沟通失误引致的行车进路冲突，兼具极高的安全与经济效益。董事会随即批准在新泽西州的特伦顿站作为技术试点。

威尔士于1870年初委托英籍工程师向伦敦萨克斯比与法默公司（Saxby & Farmer）订购联锁机。该批设备于同年10月运抵美国，并于1870年12月7日正式完工投入营运。这套进口萨式机械联锁机采用了1867年的专利设计，属于早期的弹簧锁闭型设计（Spring catch type）。在联锁技术演进上，该机处于传统控制杆锁闭与完全预先锁闭之间的过渡阶段，讯号员提起控制杆上的手把时，系统并非锁闭冲突锁簧杆，而是直接锁定冲突杠杆本身。这套系统成功向美国铁路业证明了机械联锁的实用价值，但后来因宾夕法尼亚铁路租赁该铁路而于不久后拆除。

随着特伦顿试点的成功，宾夕法尼亚铁路于1875年2月11日在新泽西州的东纽瓦克枢纽（East Newark Junction）启用了美国第二套进口机械联锁机。该机同样由萨克斯比与法默公司制造，并升级采用了更先进的翻板式锁闭机制（Flop type）。与此同时，美国本土的讯号设备制造商也开始尝试自主研发。1874年，由纽约中央和哈德逊河铁路公司（NYC&HRR）的约翰·M·图西（J. M. Toucey）与威廉·布坎南 (工程师)（William Buchanan）设计的国产联锁机分别在纽约斯派滕戴维尔及哈德逊河铁路第52街平交道投入试验，宾夕法尼亚铁路亦于1876年引进了数套美制机型。然而，这批早期的美国国产联锁机在设计上仍不具备预先锁闭功能，安全性远逊于英国的萨式联锁机。因此，这批美制过渡期产品在短期内便被全面淘汰，悉数被更换为具备预先锁闭技术的萨式联锁机。

1878年，约翰·M·图西与威廉·布坎南在宾夕法尼亚州哈里斯堡共同创立了图西和布坎南联锁道岔和信号公司（Toucey and Buchanan Interlocking Switch and Signal Company）。该公司开发的机械联锁系统，首次在1877至1878年间安装于曼哈顿高架铁路公司及纽约高架铁路的道岔与讯号设备上。与同期英国萨克斯比公司的设计相比，图西和布坎南的联锁机制结构较为笨重，且技术成熟度不足，因此未能获得广泛采用。1882年，联合道岔与讯号公司（Union Switch & Signal Company，US&S）收购了图西和布坎南的公司，其技术与人才后来成为US&S早期发展的重要基础。

当时主流的萨式联锁机多采用水平或倾斜式锁床，占用大量空间且日常保养程序极为繁琐。1888年，亨利·约翰逊（Henry Johnson）与曾任职于英国萨克斯比与法默公司以及美国联合道岔与讯号公司的侄子查理斯·罗伯特·约翰逊（Charles Robert Johnson），在新泽西州拉威创办了约翰逊铁路讯号公司（Johnson Railroad Signal Company），并吸取了英美两家之长推出了自家品牌的机械联锁机。约翰逊式机械联锁机采用垂直锁床与预先锁闭设计，将机械锁床垂直安装在操作杠杆下方，使讯号楼无需为了容纳庞大的水平式锁床而进行扩建，而且维修人员只需打开讯号楼下层的盖板，便可对锁床进行检查，免去了传统机型需要拆卸上方控制组件的麻烦。

在19世纪末美国铁路网络迅速扩张的时期，约翰逊式机械联锁机曾被美国多家大型铁路公司广泛采用，包括纽约中央铁路、宾夕法尼亚铁路及伊利铁路等，安装在各大枢纽的繁忙车站，其中最著名的例子包括1894年安装于纽约大中央车站的108根杠杆大型联锁机。到了1890年代末，随着约翰逊铁路讯号公司的企业重组和并购，基于约翰逊设计的垂直锁床机械联锁机演变为通用铁路讯号公司（GRS）和美国联合道岔与讯号公司（US&S）旗下的产品。20世纪初，通用铁路讯号公司将以垂直锁床为主要特征的机械联锁机命名为“A型联锁机”（GRS Style A），因结构可靠、操作成熟，在20世纪上半叶成为北美铁路最广泛采用的机械联锁设备之一。

### 动力联锁之技术演进

随着铁路枢纽规模扩大，铁路开始尝试引入更先进的讯号系统，并寻求以电能、气压或液压等外部动力，取代人力驱动讯号设备的方法，以提升进路排定速度、增加单一讯号楼控制的设备数量并延长控制距离。

美国最早的动力联锁试验于1876年在宾夕法尼亚铁路位于费城的动物园枢纽（Mantua Wye）完成，采用普拉尔与伯尔公司（Prall & Burr）专利的纯气动联锁系统，但发明人随后放弃了后续开发。1881年，乔治·威斯汀豪斯成立联合道岔与讯号公司（US&S），并于1882年在俄亥俄州威灵顿等地进行水压联锁系统试验。1884年，首套水压气动联锁系统在宾夕法尼亚和雷丁铁路（Philadelphia and Reading Railroad）与利哈伊谷铁路（Lehigh Valley Railroad）位于新泽西州邦德布鲁克站的交汇处启用。尽管至1891年全美已有六家铁路公司部署了18套此类联锁设备，但该设计存在严重的液压与气压系统缺陷，且未能有效节省人手。

1891年，美国联合道岔与讯号公司（US&S）研制出直接由电磁阀控制的气动转辙机，电气气动联锁系统最早成功应用于巴尔的摩与俄亥俄芝加哥终端铁路跨越芝加哥河的开启桥，以及新泽西中央铁路的新泽西中央铁路总站。电气气动联锁凭稳定可靠的表现迅速取代各种水压联锁系统，截至1900年，北美已有13家铁路公司采用了54套电气气动联锁。为解决高压气管漏气与凝结水积聚问题，气动讯号公司（Pneumatic Signal Co.）于1900年在纽约大中央车站引进了低压气动联锁系统。虽然气动系统反应迅速，但其缺点在于必须沿线铺设专用的气压管路与储气装置，且气阀与压缩机的日常维修成本极高。

与此同时，使用电力的联锁系统也加入到讯号设备市场的竞争。机电联锁技术起源于英国讯号工程师威廉·罗伯特·赛克斯（William Robert Sykes）的创新。1883年，赛克斯在伦敦维多利亚站安装了多达50组由电力驱动的讯号机。当时的最大难题，在于如何在不增加联锁机实体控制杆数目的前提下，处理繁忙的列车进路排定作业。赛克斯透过在联锁机上加装触点开关来控制电动讯号机，并将其与传统机械控制杆实施联锁，成功解决了讯号楼空间与控制杆数量的限制。1906年3月4日，美国首套机电联锁试验装置在宾夕法尼亚铁路系统旗下、位于特拉华州威尔明顿的布兰迪万开启桥（Brandywine Draw）投入使用。这套过渡期设备本质上仍为传统机械联锁机，其大型机械控制杆负责操作道岔，并于机械控制杆旁增设小型电气控制杆，以电力控制讯号机，两者之间则以机械锁闭互锁。

随着对直接电气控制与高可靠性电路开关的需求增加，机电联锁机逐步演进为成熟的“双层控制杆”结构：上层为一排类似动力联锁机的微型控制杆，下层则为传统的机械控制杆。其中，下层的机械转辙杆上方直接对应上层的电气控制杆，而用于操作讯号机的小型控制杆则穿插配置于转辙控制杆之间，机械转辙杆与电气讯号杆之间建立起严密的机械锁闭。1909年12月30日，由通用铁路讯号公司（GRS）制造的首套标准型机电联锁机在宾夕法尼亚州盖普 (宾夕法尼亚州)启用，该机配备24个小型电气控制杆（3个备用）与8个机械控制杆（1个备用），并搭配2A型低电压电动臂板讯号机（GRS Model 2A）使用。随后，GRS与US&S先后在宾夕法尼亚州埃尔温 (宾夕法尼亚州)、新泽西州法明代尔及惠廷等枢纽部署了同类机型，使机电联锁技术迅速普及至北美铁路网。

### 进入全电气联锁时代

19世纪末，欧美开始尝试利用电力驱动道岔，但各控制装置之间的联锁关系仍由机械锁闭机构加以确保。1894年，西门子与哈尔斯克公司（Siemens & Halske）在奥匈帝国境内的摩拉维亚普热罗夫（现属捷克）安装了世界首套以电动转辙机和电力讯号机为核心并投入实际营运的电气联锁系统。1896年，柏林附近的韦斯特恩德（Westend）亦引进了同类设备。1912年，西门子与哈尔斯克公司推出的1912型联锁系统（Stellwerk S&H 1912）成为中欧地区电气联锁发展的重要里程碑，其设计后来成为德国、奥地利及瑞士等地绝大多数电气联锁的标准型式。

而早在1888年的北美，来自俄亥俄州派克顿的发明家约翰·泰勒（John D. Taylor）向巴尔的摩与俄亥俄西南铁路公司（B&OSW）推销电气讯号设备时承诺为其研发全电气联锁系统，并于1889年在巴尔的摩与俄亥俄西南铁路和辛辛那提北方铁路交会处的俄亥俄州东诺伍德枢纽建成首套泰勒电气联锁系统。该系统首次采用依靠电动机惯性旋转所产生的反电动势进行位置校验的“动态表示”（Dynamic indication）安全机制，大幅提升了道岔表示的可靠性。

随着技术日趋成熟，泰勒道岔与讯号公司（Taylor Switch & Signal Company）于1901年在威斯康星州欧克雷尔建成其首套成熟的商用全电气联锁系统。随后，泰勒公司于1904年与气动信号公司（Pneumatic Signal Co.）等企业合并组建通用铁路信号公司（GRS），总部设于纽约州罗彻斯特。由于全电气联锁仅需敷设电缆，无需维护复杂的机械传动装置或压缩空气管路，因此在北美铁路上的采用率迅速提高。截至1913年，该系统已应用于美国及加拿大35个州、省的83家铁路公司，共建成440座全电气联锁设备，控制杆总数达21,370根。

### 进路操纵式联锁之发展

传统联锁高度依赖控制杆之间的实体机械锁床来强制执行操作时序，并在控制杆上加装电磁锁以确保安全操作。20世纪初期，业界开始尝试打破这种受机械制约的传统模式，寻求更高效率的控制方式。1920年代，美国的大北方铁路 (美国)在威斯康星州的两项试点工程，成为进路操纵概念的最早尝试。1921年，在设有套轨的威斯康星州8号桥区间安装了早期的进路控制联锁设备，讯号员仅需操作一个二位式控制杆，便能同步完成区间的电动脱轨器的状态设定，并与讯号系统建立相应的联锁控制。1922年，在威斯康星州与明尼苏达州的州界附近的区段，进一步引入了三位式控制杆来控制两组交叉渡线，使用左右操作杆分别控制双向进路，最终仅用四个三位式控制杆便可控制八条不同进路，大幅简化了操作程序。

1920年代，调度集中系统（CTC）的成功应用与营运经验，为进路操纵式联锁提供了关键的理论与实践支持。调度集中系统证明了透过轨道电路和继电器逻辑电路，便能够直接实现接近锁闭（Approach locking）、进路锁闭（Route locking）及轨道电路锁闭（Detector locking），无需再为控制杆安装电磁锁。其次，透过继电器逻辑电路配合三位式控制杆的运用，即使控制面板上的控制杆不设机械锁床与电磁锁，系统依然能透过逻辑电路确保转辙器位置正确、进路讯号安全开放，并杜绝冲突进路。这一突破促成了“全继电联锁”（All-Relay Interlocking）的诞生。

全继电联锁技术于1920年代末开始投入商业运用。1929年，世界首套全继电联锁系统在芝加哥、岩岛和太平洋铁路位于伊利诺伊州布卢艾兰的讯号楼启用。其后，内布拉斯加州林肯及纽约州伊格尔布里奇先后建成采用单线远程控制及编码远程控制的全继电联锁系统，进一步扩展了集中联锁的操作范围。1930年，全继电联锁开始应用于大型铁路枢纽，例如俄亥俄州的塔城中心建成配备576根自由控制杆的大型全继电联锁设备，利用极性交流转辙重复继电器完成道岔位置表示与进路选择，并免除了传统转辙机机械锁闭装置的需要，大幅提高了联锁系统的控制容量、可靠性及维护效率。

全继电控制逻辑的成熟，催生了操作更为便利的“进路操纵式联锁”（Route Control Interlocking）。讯号员无需再为单一进路逐一切换各个道岔与讯号机控制杆，只需在站场布局图上的进路起点与终点各按一下按钮，系统电路便会自动按正确时序切换进路上的所有道岔并开放相应讯号机。1936年，通用铁路讯号公司（欧洲地区由都城-维克斯公司代理）推出的第一代自动化进路操纵系统——入口—出口式联锁（Entrance-Exit Interlocking，简称NX），并于1937年在英国柴郡铁路的布伦瑞克站投入营运；同年，美国首套系统亦于在纽约中央铁路位于俄亥俄州的吉拉德枢纽（Girard Junction）首次投入使用。1938年，联合道岔与讯号公司（US&S）亦推出了名为“联合进路”（Union Route，简称UR）的同类型系统，并先后于巴尔的摩与俄亥俄芝加哥终端铁路与新泽西中央铁路伊丽莎白港车站投入营运。1948年，纽约地铁亦在IND福尔顿街线引进了三套NX系统。

欧洲早期所采用的进路操纵式联锁控制，则与美国模式有所不同。法国早期的进路控制系统传统上采用“一条进路，一根控制杆”的设计，每根进路控制杆透过控制不同的继电器组合，自动设置相关道岔和讯号的状态，因而无需传统的机械联锁机构。1933年，凡尔赛尚捷站启用改良型进路控制设备，每根控制杆可对应多条互相冲突的进路，并透过多个操作位置进行选择，大幅减少控制杆数目；各控制杆之间则重新采用机械联锁，其锁闭机构内的滑杆同时驱动电路接点，以确保控制逻辑的安全性。同年，英国伦敦及东北铁路亦建成另一种进路控制设备，其控制机设计与后来的全继电联锁及调度集中系统（CTC）的控制台较为相近，采用小型非联锁控制杆，但每条进路仍由一根控制杆负责操作。

然而，北美铁路普遍需要在双线或多线铁路上容许列车双方向运行，加上大型枢纽的轨道配置较为复杂，若沿用“一条进路，一根控制杆”的方式，控制杆数目将随可用进路大幅增加，现实操作上并不实用。为解决此问题，美国发展出双按钮进路控制方式，在控制面板上分别于列车进入联锁区的入口讯号机及离开联锁区的位置各设置一个按钮，操作员只需依次按下起点及终点按钮，系统便可自动选择符合条件的进路。此设计使控制按钮的数量仅与联锁区的出入口数目相关，而不受可用进路总数影响，大幅简化大型车站的联锁控制设备，并成为后来全继电联锁及进路控制系统的重要基础。

### 电脑联锁的开发与应用

1970年代，随着电子技术蓬勃发展，集成电路形式的固态电路、微处理器及可编程逻辑控制器（PLC）陆续面世，将软件与微电子技术引进铁路联锁领域成为趋势，开启了铁路讯号电脑化的新时代。电脑联锁（Computer-based interlocking，CBI）的引入，彻底解决了传统继电联锁技术在应对日益复杂的联锁条件时，难以弹性修改与扩充的瓶颈。相较于继电器系统，可储存程控不仅简化了联锁机与其余讯号设备的对接，更显著降低了硬件采购、工程设计与现场安装的整体成本。在现场架构方面，轨道电路、转辙机与讯号机等沿线设备采取分组连接至集线器，再透过传输链路与联锁电脑进行双向序列通讯；所有传输讯息均附加冗余数据验证以确保安全。

全球首套电脑联锁系统是爱立信75型联锁系统（Ericsson Model 75）。1974年，瑞典国家铁路（SJ）与爱立信（LM Ericsson）签署了开发该系统的协议。这项技术突破源于两家机构的共同构想，并由瑞典国铁技术专家本特·斯泰纳（Bengt Sterner）与达格·诺登福斯（Dag Nordenfors）主导开发了名为“STERNOL”的专用逻辑编程语言。为满足铁路极高标准的安全要求，研发团队引入了美国太空总署（NASA）的安全验证技术，确保微处理器能够安全可靠地应用于铁路讯号领域。斯泰纳亦因这项开创性贡献于2009年获颁欧洲铁路奖。该系统于1978年5月率先在哥德堡中央车站开始测试，经完善后于1979年11月将测试扩大至枢纽核心区域。随后于1981年2月，该技术进一步应用于马尔默中央车站。此后，在这套系统的基础上经过不断演进，爱立信先后推出了85型和95型等改良版本，并获全球多国铁路广泛采用，该系列产品后被纳入庞巴迪并由阿尔斯通继承，目前最新版本为EBI Lock 950 R4。

## 联锁类型

联锁装置可分为机械式联锁装置、电气联锁装置（机电联锁装置或继电器联锁装置）或电子联锁装置/电脑联锁装置。

### 机械联锁

<image>

<image>

<image>

联锁系统依据其驱动与传导媒介的不同，主要划分为机械联锁（Mechanical Interlocking）与动力联锁（Power Interlocking）两大发展时期。在铁路讯号技术发展早期阶段的纯机械联锁系统中，所有操作完全依赖讯号员的人力。讯号楼内安装有联锁机（英国称为Lever frame，北美称为Interlocking Machine），铁路讯号员在讯号楼内拉动控制杠杆，透过延伸至铁路沿线的导管装置、铁丝导线及滑轮等机械传动装置，将施加的力传递至远端的道岔与臂板讯号机。为了改善讯号员的操作动线并减少体力消耗，控制杠杆通常依照线路配置的现场位置，由左至右呈一字排开，通常以四杠或八杠为一基本单元进行扩展。在排列惯例上，控制车站两端进路边界的讯号杠杆一般分布在两侧，而控制道岔的杠杆则集中在中央。

联锁机的核心装置是机械锁床（Locking bed）。锁床由一组精密的钢制滑条与锁键构成一个二维矩阵。当讯号员操作控制道岔或讯号机的杠杆时，杠杆会同步带动一根纵向延伸的滑阀（Tappet／Plunger）。在这些滑阀的边缘切有特定形状的凹槽；与滑阀垂直交错的，则是横向排布的锁簧杆（Locking bars），其上装有微型的三角形或块状竖锁簧（Locking dogs）。当某一杠杆被驱动时，其滑阀的位移会将竖锁簧推入相邻冲突杠杆的滑阀凹槽中，从而将敌对杠杆牢牢卡死，杜绝了同时排定冲突进路的可能性。

为了防止讯号员在进路未具备条件时，用蛮力强行扳动大杠杆导致内部的锁闭结构被扭曲或破坏，机械联锁机普遍设有的预先锁闭机制（Preliminary latch lock）。在这种设计下，每根大杠杆上都附设有一个供手握的闭止把柄（Latch handle）。讯号员在试图扳动大杠杆前，必须先用力握下闭止把，以使锁块脱离弧形限位齿板（Quadrant），透过连杆或曲柄提前驱动锁床内的滑阀，在大杠杆尚未发生位移之前，就先将所有敌对进路的杠杆锁死。如果前方线路条件不允许，锁床内的竖锁簧便会卡住滑阀，使讯号员连闭止把都无法握动。

依据锁床的安装位置与驱动方式，机械联锁机主要分为两大派系：一种是以英国及英联邦地区广泛采用的萨克斯比与法默型联锁机（Saxby and Farmer）为代表的水平联锁机，其锁床呈水平状态架设在操作杠杆的后方，便于日常检修。在操作时，讯号员握下锁柄会引发滑阀的第一阶段位移，完成预先锁闭；随后拉动大杠杆时，滑阀会反向或继续位移；当大杠杆抵达定位、讯号员放开锁柄时，锁柄弹簧复位会对滑阀施加最后一段位移，将相关道岔或讯号稳固锁定在反位。

另一种则是将锁床垂直安装在操作杠杆下面的垂直联锁机，其中以在北美铁路最为普及“A型联锁机”（Style A）为代表。该型联锁机依赖一套摇臂与连杆机构，当讯号员握下锁柄时，摇臂会被带动旋转并传导二分之一的行程给滑阀以执行预先锁闭；大杠杆搬动到位后，放开锁柄的复位动作则会完成剩余的二分之一行程。杠杆在未经操作时处于“定位”（Normal），当讯号员将其拉动至相反位置时则称为“反位”（Reversed），只有现场道岔完全锁闭在反位后，相应的讯号杠杆才有可能被解锁并拉动。

机械联锁的原型最早可追溯至1843年装设于英国伦敦布里克雷耶阿姆斯站（Bricklayers Arms Junction）的讯号装置，旨在防止同时出现相互冲突的讯号。直至19世纪末，随着约翰·萨克斯比（John Saxby）等工程师的改良，具备严密逻辑制约的机械联锁才逐渐成熟。由于当时缺乏电子感应设备来即时监测轨道的状态，为了防止列车在驶过道岔时因震动导致尖轨松脱，机械联锁系统通常会另设独立的转辙锁闭器（Facing Point lock）和辙查杆（Lock rod），并由一根专属的导管杠杆控制。只有当道岔转换到位、锁闭器和辙查杆插入锁紧后，讯号杠杆才能被扳动。

然而，机械联锁系统受限于连杆与导线在长距离传导中所产生的摩擦力、金属材料随环境温差产生的热胀冷缩变形，以及人力操作的力量极限，机械联锁对道岔的有效控制距离一般不超过400米，臂板讯号机的控制距离亦难以超过1200米。这个特性导致大型车站或复杂的铁路枢纽无法仅靠一座讯号楼实施全盘控制，而必须将整个站场划分为数个相互独立、各自派驻讯号员值班的局部讯号楼，这在很大程度上限制了铁路调度效率与营运自动化。如今，机械联锁在已发展地区的铁路干线上已经被淘汰，但在许多地方的支线铁路或小型车站，仍在使用这种最传统的联锁系统。位于英国史乐郡梳士贝利站附近的塞文桥枢纽讯号楼，拥有目前世界上规模最大并仍在使用的机械联锁机，仍保留着自1903年使用至今的180个原装杠杆。

### 机电联锁

<image>

<image>

20世纪初期诞生的机电联锁（Electro-mechanical Interlocking），是铁路讯号技术由纯机械向全电气化演进的过渡技术。这项技术的出现，源于当时的铁路讯号电气化改造，铁路公司希望在保留部分机械操作道岔的同时，引入电力驱动的讯号机、转辙机和道岔表示器，并以基于轨道电路的电气锁闭（Electric detector locking）取代传统、沉重的机械式辙查杆。

水平锁闭式机电联锁机在构造上使用双层互锁架构，典型代表是联合道岔与讯号公司（US&S）在1920年代推出的P-5型机电联锁机。装设在讯号楼内的联锁机底座，沿用了标准萨式机械联锁机的结构，通常按5吋间距排列著传统的机械杠杆，用于手动操作距离较近的道岔；然而，萨式机械联锁机原本配备的传统机械锁床与支架结构被取消，并在机械杠杆正上方腾空的空间，加装了以更紧密的两吋半间距排列的一组控制电力讯号机或远距离道岔的小型电气杠杆。这套系统的安全防护由双重机制共同建构，一方面，上层的小型电气杠杆之间设有微型锁床（Miniature locking bed），负责电气讯号进路之间的互锁；另一方面，每根电气杠杆都与其下方的机械杠杆透过垂直锁杆和带槽滑块相连。当讯号员扳动机械杠杆时，必须先操作其对应的电气杠杆，两者之间存在绝对的制约关系，确保机械与电气动作时序正确。这套电气控制在设计原理与内部组件上，完全复制了当时最先进的动力联锁机——联合道岔与讯号公司14型电空联锁机（US&S Model 14）。

垂直锁闭式则是机电联锁机另一种典型型态。典型代表是通用铁路讯号公司（GRS）的2B型及2C型机电联锁机（GRS Model 2B/2C）。该系统同样在传统机械联锁机的基础上，加装由微型电气杠杆、锁闭电磁铁、指示灯及旋转式电路控制器组成的电气控制柜，并将其垂直布置于机械杠杆后面。它虽然使用电气控制电路来驱动讯号与道岔，但核心的进路联锁逻辑依然依靠传统机械锁床。为了在有限的讯号楼空间内获得最大的控制功能，其空间布局采用了错位设计，下层的机械杠杆按五吋间距排列，而上层的微型电气杠杆则按两吋半间距紧密排列，使电气杠杆的总空间容量正好是机械杠杆的两倍。这种结构容许每隔一根电气杠杆，便能与下方的一根机械杠杆处于同一个垂直平面内，两者既可透过齿轮连动共同驱动同一组电路触点，亦可完全独立运作，分别控制上层与下层的电路。

机电联锁最大的技术突破，在于成功将轨道电路融入了传统的锁床逻辑。上层的电气杠杆普遍装设了电磁锁，当轨道电路侦测到目标区间有列车占用时，电磁锁会强制锁闭，讯号员便无法解锁或排定相关进路。此外，当讯号员操作电气杠杆至中间位置、解锁并完成下方机械道岔的转换后，电气杠杆的整段行程并不能立即完成；系统必须接收到来自转辙机触点的道岔表示讯号，确定道岔尖轨已完全转换并锁紧，电气杠杆方可成功扳到底，并将机械杠杆锁死进而开放讯号。

后来，机电联锁还引入了单元式电气杠杆（Unit electric lever）的概念。在此之前，讯号系统升级往往需要更换整座联锁机；而单元式电气杠杆的诞生，容许工程师直接将电气杠杆加装并整合至既有的旧式机械联锁机之中，并共用原有的标准机械锁床。这项改良令铁路公司在无需扩建讯号楼的前提下，能将车站的联锁讯号与道岔数量提升一倍以上，提高了讯号系统电气化改造的经济效益与灵活性。

### 电气气动联锁

<image>

电气气动联锁（Electro-pneumatic Interlocking）属于早期动力联锁的代表，其核心特征在于将电气逻辑控制与气压动力驱动进行整合。该系统利用低压直流电（通常为10至16伏特蓄电池供电，少数采用110伏特交流电整流）来传输控制讯号与实施电气锁闭；而道岔转辙器的转换则完全交由压缩空气（气压维持在每平方吋55至85磅，平均约75磅）驱动的气缸来执行。当讯号员操作联锁机时，讯号电压会调节气缸上的电磁阀，进而控制压缩空气的进气与排气，以推动转辙器的切换。早期的电气气动联锁会同时驱动气动式臂板讯号机，而后期系统则改由电力直接驱动色灯讯号机，气压系统则仍然负责转辙器的切换。

与纯机械或纯电气联锁相比，电气气动联锁最大的技术优势在于其动作反应速度极快。由于压缩空气释放的能量巨大且传导迅速，转辙器能在极短时间内转换到位并完成进路锁闭，因此该系统最适合部署于繁忙的大型铁路枢纽和地铁系统等场合。为了维持系统的稳定供气，系统通常会配备由电动机或内燃机驱动的空气压缩机组。气流在通过压缩机后，会经由水冷或风冷式的后冷却器（Aftercooler）降至常温，随后排入特制的低位储气罐。这种低位架设的压力容器能有效收集压缩空气在冷却过程中因冷凝而产生的水分，以消除冬季严寒时水分在气阀或气缸内结冰而导致联锁系统瘫痪的风险。

电气气动联锁的典型例子之一，是由联合道岔与讯号公司研发的14型电空联锁机（US&S Model 14）。该机型的控制杆以两吋半的紧密间距排列以节省讯号楼空间，并透过水平转轴直接连动内部的机械闭床、垂直电路滚轮触点（用于进路选择）以及由锁闭电磁铁驱动的锁紧齿条段。控制柜前端则配备实时状态指示灯，为讯号员提供直观的进路与锁闭资讯。14型联锁机在操作界面上采用了独特的错位交替控制逻辑。主机架上的控制杆分为向上和向下延伸两类，通常以单双号区分。单号控制杆采用两位式控制，其初始“定位”（Normal）通常偏左，扳动至偏右位置则为“反位”（Reverse），用以切换道岔。双号控制杆采用三位式（L-N-R）控制，其初始“定位”处于垂直的中立位置（N），当控制杆向左（L）或向右（R）扳动时，会分别开放对应行车方向的讯号机。这种设计容许利用单一控制杆同时管理一组相互冲突的对向讯号机，而无需为每台讯号机设置独立的控制杆，在保持相同控制容量条件下使联锁机的操作面板面积缩减了一半。

### 低压气动联锁

低压气动联锁（Low Pressure Pneumatic Interlocking）是铁路讯号史上的一项过渡性技术，发源于美国，并于20世纪初由英国气动铁路讯号公司（British Pneumatic Railway Signal Company）引入英国。该系统与当时主流的电气气动联锁的区别在于，它在运作中完全不依赖电能，且其驱动转辙器与讯号机所需的压缩空气工作压力（约每平方吋7磅），远低于电气气动联锁系统。由于管路气压很低，如果直接把控制讯号气流送到几百米外的道岔，气压会严重衰减且反应极慢。因此，系统必须在轨道旁设置中继阀，用联锁机传来的微弱气流讯号去触发中继阀，再由中继阀释放储气罐的气流来推动转辙器或讯号机。

在硬件构造上，低压气动联锁机的操作控制杆与锁闭床设计，与通用铁路讯号公司（GRS）研发的泰勒式（Taylor）全电气联锁机高度相似。两者均采用空间利用率较高的垂直锁床（Vertical locking）架构。两者的核心机械差异仅在于内部连动机制，泰勒式全电气联锁机在控制杆拉出（扳动至反位）时，内部的滑阀会向上升起；而低压气动联锁机在操作控制杆时，内部的滑阀则会向下沉降。联锁机透过控制杆的位移直接调配气阀回路，经一连串中继阀和气缸来控制气动转辙器和气动式臂板讯号机。

在技术发展初期，“无电气化”曾是该系统的一大竞争优势。当时铁路业界缺乏熟练掌握电气技术的讯号维修人员，纯气动讯号能有效降低对专业电气人才的依赖。然而，随着全电气联锁技术迅速普及，铁路讯号系统全面迈向电气化，维修人才短缺的问题得以解决，使得低压气动系统在维护成本上不再具有优势。此外，虽然低压气动设计能降低空气压缩机的功耗并减轻管路密封压力，但其代价是气缸体积必须大幅增加，才能产生足够的推力来切换转辙器。这些因素导致低压气动联锁在与电气气动联锁及全电气联锁的竞争中逐渐淡出市场。

### 全电气联锁

随着色灯讯号机与电动转辙机的引入，全电气联锁（All Electrical Interlocking）技术逐步取代了传统的机械联锁。全电气联锁的逻辑控制、讯号传输与外部设备（如转辙器与讯号机）均依赖电力运作，该类系统在1888年于美国首次投入使用。相比传统纯机械联锁，电气联锁大幅缩减了讯号楼所需的空间并减轻了人员操作负担。

在继电集中联锁成为主流之前，早期的全电气联锁主要分为两类架构。第一类是电气动态表示系统（Electric Dynamic Indication System），以通用铁路讯号公司的2型电气联锁机系统（GRS Model 2）为代表。该系统依赖长距离的110伏特电源直接从讯号楼驱动现场设备，控制杆触点需要直接承载的较大电流。该系统设有机械与电气的“双重锁闭”（Dual locking）防护机制，当讯号员水平扳动的控制杆时，控制杆会首先驱动前方的垂直滑阀锁床（Tappet locking bed），使滑阀升至一半行程，将所有冲突进路的控制杆锁定，随后开通转辙机驱动电路。然而，控制杆此时会被暂时卡在“反向表示位置”（Reverse indication position）。当转辙机完成转换动作后，系统会利用电动机停转前的惯性余速发电，将产生的反电动势沿原控制导线传回讯号楼，用以表示转辙机完成转换，这时控制杆方可推到底并完成进路锁闭。

另一类系统采用控制电路与驱动电路分离的架构，典型例子是联合道岔与讯号公司的F型电气联锁系统（US&S Type F）。沿线设备的操作电源直接由高电压、大电流的电力总线供应；讯号楼内的控制杆仅需承受低电压、小电流的控制电流，透过两条独立的控制线来操纵现场设备内置的继电器，进而用弱电控制强电的方式控制讯号机或转辙机，状态表示讯号则经由另外两根完全独立的导线传回讯号楼。当控制杆复归原位时，控制电路断电并释放现场继电器，讯号机便会在总线电源中断后自动回复至险阻状态。该系统透过这种多线制与继电器隔离设计，大幅降低了长距离导线的电压降与外部电磁干扰，提升了大型铁路枢纽的系统容量与运作可靠性。

### 继电器联锁

<image>

<image>

早期的电气联锁仍然依赖控制杆之间的实体机械锁床来强制执行操作时序，并在控制杆上加装电磁锁以确保安全。20世纪初期，铁路业界开始尝试打破这种逐杆操作与受机械制约的传统模式，继电联锁系统（Relay Interlocking）应运而生，继电联锁的特征在于其控制逻辑完全由继电器触点组成的逻辑电路实现，彻底抛弃了传统的实体机械锁闭元件。

在电路设计层面，继电联锁系统主要分流为两大技术架构。在技术发展初期，所有系统皆采用基于联锁表的“自由布线逻辑”（Free-wired logic）方式，即工程师依据标准电路范本，为站场内的每组控制电路进行独立订制的电路接线。随后，为了提升工程效率，讯号设备制造商研发出的模组化的“区域联锁”（Geographical interlocking）系统。继电器组合由工厂预先组装并完成测试，将特定讯号机、转辙器及列车侦测区间所需的标准联锁功能封装成独立模组。讯号工程人员只需按照实际线路与讯号布局，将相应组合在继电器架上进行连接，便能快速构建出完整的联锁逻辑功能。在现代铁路的继电联锁系统，所有继电器、底座及逻辑布线全部安装在继电器架上，并集中配置于讯号楼内的继电器室。

在继电联锁面世初期，讯号楼最初是采用桌面式的小型控制杆，以现代化技术模拟传统的机械控制杆布局，控制杆虽由讯号员手动操作，但其本质仅为电气开关，用以依据正确安全时序导通或断开现场设备的供电。随后，操纵界面演进为整合了轨道图的控制面板，讯号员只需透过面板上的开关与按钮，便能排定从一个讯号机至下一个讯号机的整条进路，无需再单独操作进路上的个别道岔转辙器。这种“进路操纵”（Route setting）的控制模式，使联锁系统不再只是被动判断单一设备操作是否安全（如机械锁闭的逻辑），而是转化为主动响应并执行控制面板指令的自动化系统，因此这类系统又被称为自动联锁（Automactic interlockings）。当讯号员在控制面板上发出进路请求后，联锁系统会自动评估安全条件，切换相关转辙器至正确位置，确认轨道空闲且无冲突进路后，方可开放该进路的入口讯号机。

在继电器元件的选型与安全考量上，不同系统亦展现出不同的设计逻辑。部分系统（例如采用非安全型继电器）为了防止触点因故障或熔焊（触点因电弧或电流过大而粘连）而引致错误释放，必须在电路中加入繁琐的动态检查电路，根据列车通过时的状态变化进行即时序列验证。若使用具有重力式衔铁与不熔焊碳银触点设计的安全型继电器（在UIC 736标准规程中，这类继电器统称为N型继电器），即当线圈断电时其前接点（动合接点）必然断开，绝无可能出现前接点与后接点（动断接点）同时处于“闭合”状态的故障，因其设计符合故障导向安全的原则，而无需增设上述复杂的防护电路，大幅简化了系统架构。

中国大陆广泛使用6502电气集中联锁系统。

### 电子联锁

<image>

现代联锁装置（自 1980 年代末安装的联锁装置）一般都是固态的，其中继电器的有线网络被在专用控制硬件上运行的软件逻辑所取代。事实上，逻辑是由软件而不是硬接线电路实现的，这极大地方便了在需要时透过重新编程而不是重新接线进行修改。在许多实作中，这种重要逻辑储存为固件或ROM，这些固件或 ROM 不易被更改，以抵抗不安全的修改并满足监管安全测试要求。随着显示技术的改进，硬接线实体电路设备可以透过可视显示单元（电脑显示器）进行更新，这使得现场设备的变化可以在不进行任何硬件修改的情况下显示给信号员。

“固态联锁”（SSI）是第一代基于微处理器的联锁系统的行业品牌，该系统由英国铁路公司、英国通用电气公司 - 通用信号和西屋信号有限公司于1980年代开发。第二代基于处理器的联锁系统被称为“基于电脑的联锁”（CBI），例如VPI（通用铁路信号公司，现为阿尔斯通公司的商标）、 MicroLok （联合转辙器与信号公司，现为日立轨道STS公司的商标）、Westlock和Westrace（Invensys铁路公司，现为西门子的商标）、Smartlock （阿尔斯通的商标）以及 EBI Lock（庞巴迪运输公司的商标）。

## 锁定形式的定义

根据美国铁路协会，锁定形式的定义如下：

电动锁 : “一个或多个电锁或控制电路的组合，透过该组合，联锁机中的杠杆、转辙器或其他与讯号和联锁相关操作的装置，可防止其在特定条件下被操作。”

部分锁定 : “当列车位于某条线路的某一特定区段时，电动锁定装置有效，并适用于防止列车在该区段内被人为操纵，以免危及列车安全。”

路线锁定 : “当列车通过信号机时，电动锁定装置生效，用于防止在列车进入进路范围内时，操纵杆造成危险。”

分段路线锁定 : “进路锁定的布置方式是，列车在通过进路的每个区段时，都会解除影响该区段的锁定。”

进场锁定 : “当列车接近为其设定的通行讯号时，电动锁定装置生效，并适用于防止操纵杆或装置危及列车安全。”

斗杆锁定 : “电动锁定装置在列车通行讯号设定后生效，由经过的列车释放，用于防止操纵杆造成对接近列车的危险。”

指示锁定 : “电动锁用于防止任何可能导致不安全状况的操纵杆操作，以防信号灯、转辙器或其他操作装置未能做出与操作杆动作相对应的动作；或用于直接防止一个装置在先操作的另一个装置未能做出所需的动作时被操作。”

检查锁定 / 交通锁定 : “电动锁闭装置可强制两个相邻联锁站的操作员之间进行协作，以防止控制同一轨道的相反讯号同时运作。此外，在信号清除并被列车接受后，检查锁闭装置可防止相邻联锁站的相反信号在列车通过该联锁站之前被清除。”