聯鎖

在鐵路號誌系統中，聯鎖（Interlocking）是一套通過技術手段將訊號機、道岔及列車進路三者相互制約、聯動的機制，旨在防止因操作順序錯誤而建立相互衝突的列車進路。聯鎖系統的設計思想在於「故障導向安全」，系統主要負責管理列車通過複雜軌道配置（如道岔區）時的進路安全，確保道岔位置與訊號顯示之間具備嚴格的邏輯控制。當列車通過道岔區域時，系統必須強制執行預定的操作時序，即先完成道岔轉向並鎖定於正確位置，相應的訊號機方能轉換為開放狀態。若道岔未鎖定或軌道被佔用，訊號機將保持險阻顯示。這種機制在鐵路樞紐、橫渡線或車站站場等軌道配置複雜的地方尤為關鍵，能有效防範列車衝突或誤入危險區間的事故。在鐵路系統中，聯鎖裝置與相關軌道設備及控制技術的集合體常被稱為「車站聯鎖」，在北美則常被稱爲「聯鎖區」（interlocking plant）。

聯鎖技術的誕生可追溯至19世紀中葉的英國。最早期的聯鎖系統為機械聯鎖，利用純機械結構來限制訊號機控制槓桿的移動順序。到了20世紀中期，隨著電氣技術的成熟，繼電聯鎖（亦常稱電氣集中聯鎖）成為全球鐵路的主流，利用由大量繼電器組成的邏輯電路取代了笨重的機械結構。至20世紀末，鐵路訊號系統進入電腦聯鎖時代，將以往複雜的繼電器邏輯轉化為電腦軟體代碼運算，不僅大幅提升了安全水平，亦得以透過將高度自動化的進路排定功能與調度集中系統（CTC）或列車自動保護系統（ATP）整合，有效提升了鐵路網的整體運輸效率。

## 運作方式

### 基本原理

聯鎖系統由多種訊號設備與軌旁設備共同構成，其控制範圍通常涵蓋訊號機以及道岔、平面交叉以及活動開合橋等可移動的鐵路設施。在系統的底層設計上，聯鎖系統需嚴格遵循三大安全原則。首先，系統禁止任何可能導致列車進路發生相互衝突或交匯移動的訊號機同時開放。這意味著一旦某條進路獲准開通，所有與其軌道空間重疊、交錯或對向的敵對進路訊號機，都會在邏輯上被強制鎖閉在險阻（紅燈）狀態，以防止發生列車衝突事故。

其次，在聯鎖系統允許訊號機顯示開放訊號（如綠燈或黃燈）以引導列車駛入特定進路之前，該進路範圍內的所有道岔及其他可移動設備，必須全部精確移動至預定位置並且鎖定。這項原則確保了列車在通過道岔時，軌道幾何狀態保持絕對穩定，不會因道岔虛接、撥接未到位或中途變位而引發列車脫軌事故。聯鎖系統透過實時收集現場設備的位置回饋訊號，只有當所有安全條件皆達成後，才會發出解除訊號鎖閉的指令。

最後，當一條進路完成排定且訊號機已開放允許列車前行後，該進路內的所有道岔及移動設備將立即進入鎖閉狀態，不允許任何人工或系統的隨意更改。這項鎖閉狀態將一直維持，直至滿足兩個安全條件之一方可解除。第一種情況是列車已安全駛離受該進路影響的軌道範圍，由軌道電路或計軸器證實該區域已無列車佔用；第二種情況則是當列車調度員主動取消開放訊號，將其恢復為險阻狀態時，系統會啟動「接近鎖閉」機制（Approach Locking）。此時，聯鎖系統會自動執行一段預設的延時，以確保在訊號突然轉爲紅燈的情況下，正在接近該訊號機的列車有足夠的時間與距離實施制動；或者在列車已越過訊號機時，給予其足夠時間安全通過該區域，防止因道岔貿然切換方向而造成列車出軌。

在鐵路訊號系統當中，閉塞與聯鎖系統同被視為保障行車安全的基礎技術，兩者在防護功能上各有不同且相輔相成。閉塞系統的功能在於維持前後列車之間的空間縱向間距，防止追撞；聯鎖系統則專職負責車站、分岔及平交道等區域的進路安全。在許多早期或技術尚未完全升級的鐵路上，往往會出現「已實行閉塞、但聯鎖設備未臻完善」的現象。這種技術斷層意味著，雖然閉塞系統能夠確認某一區間內並無其他列車佔用，但由於沿途的道岔未能與訊號機建立邏輯互鎖，此時雖然訊號機所顯示的允許通行訊號，實際上並無法保證前方道岔已處於正確位置。同樣地，如果鐵路平面交叉或活動橋未能納入聯鎖與閉塞系統的統一控制，它們就會成為閉塞區間中的斷裂點。

### 聯鎖進路

在鐵路聯鎖系統中，受聯鎖保護的行車路徑被統稱為「聯鎖進路」（Locked route）。為了滿足不同的營運需求，進路通常明確劃分為正線進路（Main routes）與調車進路（Shunting routes）兩大類。正線進路專為正常營運的列車運行而設，其開通與否嚴格受制於主體訊號（Main signal）或車載訊號（Cab signal）的顯示命令。調車進路則專用於車站內的調車作業所經過的路徑，並由專門的調車訊號機（Shunt signal）或口頭指令來授權。基於調車作業普遍具備低速行駛以及高度依賴司機目視瞭望的運作特質，調車進路的技術防護規範與正線進路有所區隔。例如，調車進路容許引導車輛駛入已被其他車輛佔用的軌道區段，且其防止鄰近列車侵入的側面防護在設計上亦會予以簡化，甚或不作強制要求。不過，這種劃分並非全球通用，在北美以及荷蘭等部分地區的鐵路系統中，正線運行與調車作業的界線較為模糊，同一條進路往往會同時兼容這兩種不同性質的列車移動。

爲確保行車安全，每條正線進路的入口處必定設有一個受聯鎖系統控制的防護訊號機，即該進路的入口訊號機（Entrance signal），而其終點（出口）的設定則視乎線路配置，主要分為「下一個聯鎖訊號機」或「聯鎖區邊界」兩種形式。當進路的終點為同方向的下一個聯鎖訊號機時，該進路即屬於同一聯鎖區內連續訊號機之間的區段。在實行安全冗餘機制的鐵路系統中，入口訊號機的開放不僅取決於兩個訊號機之間的軌道是否空閒，還會將出口訊號機後方一段特定長度（一般爲50米至200米）的安全防護區段（Overlap）內的道岔納入聯鎖鎖閉。由於聯鎖系統會嚴格檢查入口與出口訊號機之間軌道的空閒狀態，此類進路能夠在技術上直接確保列車之間具備適當的安全間距。

相反，當進路的終點設於聯鎖區的邊界時，該進路的功能主要是引導列車駛離聯鎖控制範圍，因此其本身無法獨立保證後續的列車安全間距，列車在駛離後必須直接過渡至區間閉塞系統的防護範圍。對於此類邊界進路的終點界定，不同地區的鐵路技術體系存在一定的習慣性差異。在北美鐵路系統中，進路必然終止於一個位於聯鎖區邊界、面向相反方向的出口訊號機（Exit signal）。相比之下，歐洲大陸、俄羅斯、中國、日本等鐵路系統則將邊界進路終點定義為通過最後一組道岔後的特定軌道區段，並將同方向下一個訊號機稱為出口訊號機，進路終點未必等同反方向的聯鎖訊號機。至於英國鐵路系統，進路的終點在任何情況下都必然是一個訊號機，因此當列車駛離聯鎖區並進入自動閉塞區間時，該進路將會一直延伸並終止於區間內的第一個自動閉塞訊號機。各地對於聯鎖進路的不同定義和導向，也影響了現代ATP系統（例如ETCS和主動列車控制系統）的設計思路。

### 聯鎖邏輯

在鐵路聯鎖系統的工程設計與實施中，必須將車站或樞紐的軌道配置與安全制約關係轉化為內部控制模型。依據邏輯建構原則的不同，現代鐵路聯鎖系統主要分為「表格聯鎖」（Tabular Interlocking）與「區域聯鎖」（Geographical Interlocking）兩大技術流派。

表格聯鎖（又稱進路表聯鎖）是將整個車站所有可能的行車進路及其對應的制約條件（如道岔定位、軌道空閒檢測、敵對進路鎖閉及訊號顯示時序），悉數列入一張無所不包的進路控制表（Route Control Table）或聯鎖表（Locking Sheet）內。在傳統繼電聯鎖（電氣集中聯鎖）時代，這種邏輯被稱為「自由佈線邏輯」（Free-wired logic），因為工程師必須根據進路表，為每一個車站設計並手動連接專屬的繼電器電路。在現代的電腦聯鎖（CBI）中，進路表的內容則會被轉譯為控制軟體的資料庫。當表格聯鎖用於配綫較複雜的鐵路系統時，會導致進路表與電路設計變得異常龐大而繁瑣，但對於中等規模或結構相對固定的鐵路佈局，它至今仍是十分實用且廣泛應用的主流設計方案。

區域聯鎖（又稱分佈組合聯鎖）的誕生，最初是為了解決表格聯鎖在大型樞紐中設計與佈線過於複雜的弊端。其核心思想是將軌道系統中的基本元件（如道岔、訊號機、軌道區段）抽象化為標準的邏輯模組。在繼電聯鎖時代，這些模組是預先製造並配好內部電路的繼電器組合（Relay groups），工程師只需按照實際軌道幾何拓撲結構，用訊號電纜將這些繼電器組合接駁到繼電器組合架上，正確的聯鎖電路便會自動形成；而在電腦聯鎖中，則演變為電腦軟體中的邏輯運算檢查。

當區域聯鎖系統執行進路排定時，系統會從設定的入口向出口發出搜索進路的請求（在繼電系統中為實體電流，在電腦系統中則為拓撲結構的搜尋演演算法）。該搜索訊號在道岔分岔處會呈樹狀分支擴散，一旦其中一條分支成功尋獲出口，便會向入口回傳確認訊號以鎖定行車路徑，同時清除其餘無效分支，並藉由重疊的搜尋路徑自動排斥敵對進路。此外，區域聯鎖具備自動觸發側面防護（Flank protection）的功能，尋路訊號會自動向分岔軌道外推，要求防護道岔自動轉至規定位置並鎖閉。若防護道岔未轉至規定位置，防護訊號機將無法開放，以防止列車側面衝突。當面對兩個進路同時爭奪同一組道岔進行側面防護的請求時，系統會依據預設的優先級規則處理，將次要進路的防護需求向更遠端的訊號設備（如調車訊號機）傳遞。

### 完全和不完全聯鎖

在北美鐵路訊號體系中，聯鎖區（Interlocking plant）是指透過道岔、訊號機及軌道電路等設備的動態鎖閉，引導列車在多條軌道之間進行進路切換與通過的安全防護區域。鐵路系統通常會根據聯鎖區內的行車靈活性，將聯鎖區分為「完全聯鎖」（Complete Interlocking）與「非完全聯鎖」（Incomplete Interlocking）兩類。雖然這兩項概念普遍未被正式寫入各鐵路公司的行車規章中，行車時刻表亦鮮少直接標註，但它們是北美鐵路車務調度約定俗成的行業術語。

完全聯鎖是指該聯鎖區的道岔佈局（包括各種渡線與道岔）具備完全的連通性。列車自聯鎖區一端的任何一條軌道駛入，皆能在無須於聯鎖區域內辦理任何折返或倒車操作的前提下，直接運行至另一端的任何一條軌道。不論聯鎖區兩端的軌道數量是否對等，或是該區域屬於連接多個方向的三叉或多叉樞紐，只要其線路佈局能實現所有入口與出口軌道之間的直通運行，即符合完全聯鎖的定義。

非完全聯鎖則是指未具備上述完全連通性線路佈局的聯鎖區。在這類聯鎖區內，受限於道岔配置或軌道配置結構，列車從某一特定軌道駛入後，無法直接通往另一端的所有軌道。調度人員若要將列車引導至某些未有直接道岔連接的目標軌道，往往需要在聯鎖區內辦理折返進路，方能完成進路切換。

## 歷史

### 早期機械聯鎖的誕生

鐵路聯鎖系統發源於英國。機械聯鎖系統的雛形最早可追溯至1843年於英國布里克雷耶阿姆斯站（Bricklayers Arms Junction）啟用的控制裝置。當時，訊號員在訊號樓內利用雙手操作控制道岔的槓桿，同時用雙腳踩踏控制訊號機的腳踏板，並透過管線或鋼絲與室外設備連接。然而，當時的裝置內部並未具備任何機械互鎖邏輯，極易因人為疏忽而引致重大行車事故。1847年，英國鐵路訊號工程師先驅約翰·史蒂芬斯（John Stevens）嘗試引進一組將槓桿與腳踏板相連的改良版本，以減少錯誤操作，但系統仍缺乏強制的機械障礙來限制錯誤的操作時序。

在聯鎖技術普及前，由於道岔和訊號機缺乏實體鎖閉機制，經常發生道岔未完全定位便開放訊號，甚至列車正在通過時道岔被訊號員擅自扳動的意外，鐵路業爲此研發出轉轍鎖閉器（Facing Point lock）和轍查桿（Lock rod）。這是一種緊貼於鋼軌內側的長條形裝置，每次轉轍器切換時，轍查桿都必須先向上升起再落下。當有列車駛近或經過道岔時，壓住鋼軌內側的車輪使轍查桿無法升起，從而鎖閉轉轍器。隨後在實踐中又發現，若將轍查桿與轉轍器槓桿連在同一組連桿上，在轍查桿觸碰車輪前，道岔尖軌往往已經出現了可能產生危險的位移。為了修正此缺陷，技術人員將導向轍查桿分拆出來，連接至一組完全獨立的控制槓桿，並將該槓桿同時用於驅動一組實體鋼銷，在道岔定位後直接插入並鎖緊尖軌，這項技術被稱爲「轉轍鎖閉器」（Facing Point lock），在當時被視為僅對向行車（即列車迎著尖軌方向行駛）時方為必需。

隨著行車速度與密度提升，英國政府開始介入鐵路技術規範的監管。1858年，英國貿易局向鐵路公司倡議，首次提出新建鐵路的訊號安全基礎要求，強調訊號機必須與對向道岔轉轍器聯鎖，以實時指示道岔的開閉狀態；翌年，貿易局亦要求在肯蒂什鎮樞紐（Kentish Town Junction）裝設基礎聯鎖裝置。在技術與政策的雙重推動下，約翰·薩克斯比（John Saxby）於1856年獲得了歷史上首項機械聯鎖專利，但早期的設計仍不夠完善。

薩克斯比於1860年與奧斯汀·錢伯斯（Austin Chambers）共同對聯鎖裝置進行改良（英國專利號2920），這項發明透過機械鎖床控制道岔與訊號機之間的邏輯時序。1860年代後期，薩克斯比與法默公司（Saxby & Farmer）開發並推廣了多項先進的機械聯鎖技術，其中最重要的是「預先鎖閉」（Preliminary latch locking）技術。該技術容許訊號員在扳動控制桿之前，讓聯鎖系統能更安全地預先鎖定所有衝突進路。這項發明獲得巨大成功，並成爲現代聯鎖原理的重要基礎之一。截至1873年，單是倫敦及西北鐵路（LNWR）便已設置了多達13,000根此類機械聯鎖槓桿。

### 機械聯鎖在美國的發展

在美國鐵路史上，聯合新澤西運河與鐵路公司總裁兼總工程師的阿什貝爾·威爾士（Ashbel Welch），是將機械聯鎖技術引入美國的第一人。1869年威爾斯赴英考察，深入研究了當地的訊號聯鎖技術。返美後，他於同年12月向董事會提交報告，指出英國將轉轍器與訊號機集中於訊號樓內由單人操控的架構，不僅能避免訊號員受惡劣天氣干擾，更能從根本上防止多名扳道員溝通失誤引致的行車進路衝突，兼具極高的安全與經濟效益。董事會隨即批准在新澤西州的特倫頓站作爲技術試點。

威爾斯於1870年初委託英籍工程師向倫敦薩克斯比與法默公司（Saxby & Farmer）訂購聯鎖機。該批設備於同年10月運抵美國，並於1870年12月7日正式完工投入營運。這套進口薩式機械聯鎖機採用了1867年的專利設計，屬於早期的彈簧鎖閉型設計（Spring catch type）。在聯鎖技術演進上，該機處於傳統控制桿鎖閉與完全預先鎖閉之間的過渡階段，訊號員提起控制桿上的手把時，系統並非鎖閉衝突鎖簧桿，而是直接鎖定衝突槓桿本身。這套系統成功向美國鐵路業證明了機械聯鎖的實用價值，但後來因賓夕法尼亞鐵路租賃該鐵路而於不久後拆除。

隨著特倫頓試點的成功，賓夕法尼亞鐵路於1875年2月11日在新澤西州的東紐瓦克樞紐（East Newark Junction）啟用了美國第二套進口機械聯鎖機。該機同樣由薩克斯比與法默公司製造，並升級採用了更先進的翻板式鎖閉機制（Flop type）。與此同時，美國本土的訊號設備製造商也開始嘗試自主研發。1874年，由紐約中央和哈德遜河鐵路公司（NYC&HRR）的約翰·M·圖西（J. M. Toucey）與威廉·布坎南 (工程師)（William Buchanan）設計的國產聯鎖機分別在紐約斯派滕戴維爾及哈德遜河鐵路第52街平交道投入試驗，賓夕法尼亞鐵路亦於1876年引進了數套美製機型。然而，這批早期的美國國產聯鎖機在設計上仍不具備預先鎖閉功能，安全性遠遜於英國的薩式聯鎖機。因此，這批美製過渡期產品在短期內便被全面淘汰，悉數被更換為具備預先鎖閉技術的薩式聯鎖機。

1878年，約翰·M·圖西與威廉·布坎南在賓夕法尼亞州哈里斯堡共同創立了圖西和布坎南聯鎖道岔和信號公司（Toucey and Buchanan Interlocking Switch and Signal Company）。該公司開發的機械聯鎖系統，首次在1877至1878年間安裝於曼哈頓高架鐵路公司及紐約高架鐵路的道岔與訊號設備上。與同期英國薩克斯比公司的設計相比，圖西和布坎南的聯鎖機制結構較為笨重，且技術成熟度不足，因此未能獲得廣泛採用。1882年，聯合道岔與訊號公司（Union Switch & Signal Company，US&S）收購了圖西和布坎南的公司，其技術與人才後來成為US&S早期發展的重要基礎。

當時主流的薩式聯鎖機多採用水平或傾斜式鎖床，佔用大量空間且日常保養程序極為繁瑣。1888年，亨利·約翰遜（Henry Johnson）與曾任職於英國薩克斯比與法默公司以及美國聯合道岔與訊號公司的侄子查理斯·羅伯特·約翰遜（Charles Robert Johnson），在新澤西州拉威創辦了約翰遜鐵路訊號公司（Johnson Railroad Signal Company），並吸取了英美兩家之長推出了自家品牌的機械聯鎖機。約翰遜式機械聯鎖機採用垂直鎖床與預先鎖閉設計，將機械鎖床垂直安裝在操作槓桿下方，使訊號樓無需為了容納龐大的水平式鎖床而進行擴建，而且維修人員只需打開訊號樓下層的蓋板，便可對鎖床進行檢查，免去了傳統機型需要拆卸上方控制組件的麻煩。

在19世紀末美國鐵路網路迅速擴張的時期，約翰遜式機械聯鎖機曾被美國多家大型鐵路公司廣泛採用，包括紐約中央鐵路、賓夕法尼亞鐵路及伊利鐵路等，安裝在各大樞紐的繁忙車站，其中最著名的例子包括1894年安裝於紐約大中央車站的108根槓桿大型聯鎖機。到了1890年代末，隨著約翰遜鐵路訊號公司的企業重組和併購，基於約翰遜設計的垂直鎖床機械聯鎖機演變爲通用鐵路訊號公司（GRS）和美國聯合道岔與訊號公司（US&S）旗下的產品。20世紀初，通用鐵路訊號公司將以垂直鎖床為主要特徵的機械聯鎖機命名為「A型聯鎖機」（GRS Style A），因結構可靠、操作成熟，在20世紀上半葉成為北美鐵路最廣泛採用的機械聯鎖設備之一。

### 動力聯鎖之技術演進

隨著鐵路樞紐規模擴大，鐵路開始嘗試引入更先進的訊號系統，並尋求以電能、氣壓或液壓等外部動力，取代人力驅動訊號設備的方法，以提升進路排定速度、增加單一訊號樓控制的設備數量並延長控制距離。

美國最早的動力聯鎖試驗於1876年在賓夕法尼亞鐵路位於費城的動物園樞紐（Mantua Wye）完成，採用普拉爾與伯爾公司（Prall & Burr）專利的純氣動聯鎖系統，但發明人隨後放棄了後續開發。1881年，喬治·威斯汀豪斯成立聯合道岔與訊號公司（US&S），並於1882年在俄亥俄州威靈頓等地進行水壓聯鎖系統試驗。1884年，首套水壓氣動聯鎖系統在賓夕法尼亞和雷丁鐵路（Philadelphia and Reading Railroad）與利哈伊谷鐵路（Lehigh Valley Railroad）位於新澤西州邦德布魯克站的交匯處啟用。儘管至1891年全美已有六家鐵路公司部署了18套此類聯鎖設備，但該設計存在嚴重的液壓與氣壓系統缺陷，且未能有效節省人手。

1891年，美國聯合道岔與訊號公司（US&S）研製出直接由電磁閥控制的氣動轉轍機，電氣氣動聯鎖系統最早成功應用於巴爾的摩與俄亥俄芝加哥終端鐵路跨越芝加哥河的開啟橋，以及新澤西中央鐵路的新澤西中央鐵路總站。電氣氣動聯鎖憑穩定可靠的表現迅速取代各種水壓聯鎖系統，截至1900年，北美已有13家鐵路公司採用了54套電氣氣動聯鎖。為解決高壓氣管漏氣與凝結水積聚問題，氣動訊號公司（Pneumatic Signal Co.）於1900年在紐約大中央車站引進了低壓氣動聯鎖系統。雖然氣動系統反應迅速，但其缺點在於必須沿線鋪設專用的氣壓管路與儲氣裝置，且氣閥與壓縮機的日常維修成本極高。

與此同時，使用電力的聯鎖系統也加入到訊號設備市場的競爭。機電聯鎖技術起源於英國訊號工程師威廉·羅伯特·賽克斯（William Robert Sykes）的創新。1883年，賽克斯在倫敦維多利亞站安裝了多達50組由電力驅動的訊號機。當時的最大難題，在於如何在不增加聯鎖機實體控制桿數目的前提下，處理繁忙的列車進路排定作業。賽克斯透過在聯鎖機上加裝觸點開關來控制電動訊號機，並將其與傳統機械控制桿實施聯鎖，成功解決了訊號樓空間與控制桿數量的限制。1906年3月4日，美國首套機電聯鎖試驗裝置在賓夕法尼亞鐵路系統旗下、位於德拉瓦州威爾明頓的布蘭迪萬開啟橋（Brandywine Draw）投入使用。這套過渡期設備本質上仍為傳統機械聯鎖機，其大型機械控制桿負責操作道岔，並於機械控制桿旁增設小型電氣控制桿，以電力控制訊號機，兩者之間則以機械鎖閉互鎖。

隨著對直接電氣控制與高可靠性電路開關的需求增加，機電聯鎖機逐步演進為成熟的「雙層控制桿」結構：上層為一排類似動力聯鎖機的微型控制桿，下層則為傳統的機械控制桿。其中，下層的機械轉轍桿上方直接對應上層的電氣控制桿，而用於操作訊號機的小型控制桿則穿插配置於轉轍控制桿之間，機械轉轍桿與電氣訊號桿之間建立起嚴密的機械鎖閉。1909年12月30日，由通用鐵路訊號公司（GRS）製造的首套標準型機電聯鎖機在賓夕法尼亞州蓋普 (賓夕法尼亞州)啟用，該機配備24個小型電氣控制桿（3個備用）與8個機械控制桿（1個備用），並搭配2A型低電壓電動臂板訊號機（GRS Model 2A）使用。隨後，GRS與US&S先後在賓夕法尼亞州埃爾溫 (賓夕法尼亞州)、新澤西州法明代爾及惠廷等樞紐部署了同類機型，使機電聯鎖技術迅速普及至北美鐵路網。

### 進入全電氣聯鎖時代

19世紀末，歐美開始嘗試利用電力驅動道岔，但各控制裝置之間的聯鎖關係仍由機械鎖閉機構加以確保。1894年，西門子與哈爾斯克公司（Siemens & Halske）在奧匈帝國境內的摩拉維亞普熱羅夫（現屬捷克）安裝了世界首套以電動轉轍機和電力訊號機為核心並投入實際營運的電氣聯鎖系統。1896年，柏林附近的韋斯特恩德（Westend）亦引進了同類設備。1912年，西門子與哈爾斯克公司推出的1912型聯鎖系統（Stellwerk S&H 1912）成為中歐地區電氣聯鎖發展的重要里程碑，其設計後來成為德國、奧地利及瑞士等地絕大多數電氣聯鎖的標準型式。

而早在1888年的北美，來自俄亥俄州派克頓的發明家約翰·泰勒（John D. Taylor）向巴爾的摩與俄亥俄西南鐵路公司（B&OSW）推銷電氣訊號設備時承諾爲其研發全電氣聯鎖系統，並於1889年在巴爾的摩與俄亥俄西南鐵路和辛辛那提北方鐵路交會處的俄亥俄州東諾伍德樞紐建成首套泰勒電氣聯鎖系統。該系統首次採用依靠電動機慣性旋轉所產生的反電動勢進行位置校驗的「動態表示」（Dynamic indication）安全機制，大幅提升了道岔表示的可靠性。

隨著技術日趨成熟，泰勒道岔與訊號公司（Taylor Switch & Signal Company）於1901年在威斯康星州歐克雷爾建成其首套成熟的商用全電氣聯鎖系統。隨後，泰勒公司於1904年與氣動信號公司（Pneumatic Signal Co.）等企業合併組建通用鐵路信號公司（GRS），總部設於紐約州羅徹斯特。由於全電氣聯鎖僅需敷設電纜，無需維護複雜的機械傳動裝置或壓縮空氣管路，因此在北美鐵路上的採用率迅速提高。截至1913年，該系統已應用於美國及加拿大35個州、省的83家鐵路公司，共建成440座全電氣聯鎖設備，控制桿總數達21,370根。

### 進路操縱式聯鎖之發展

傳統聯鎖高度依賴控制桿之間的實體機械鎖床來強制執行操作時序，並在控制桿上加裝電磁鎖以確保安全操作。20世紀初期，業界開始嘗試打破這種受機械制約的傳統模式，尋求更高效率的控制方式。1920年代，美國的大北方鐵路 (美國)在威斯康星州的兩項試點工程，成為進路操縱概念的最早嘗試。1921年，在設有套軌的威斯康星州8號橋區間安裝了早期的進路控制聯鎖設備，訊號員僅需操作一個二位式控制桿，便能同步完成區間的電動脫軌器的狀態設定，並與訊號系統建立相應的聯鎖控制。1922年，在威斯康星州與明尼蘇達州的州界附近的區段，進一步引入了三位式控制桿來控制兩組交叉渡線，使用左右操作桿分別控制雙向進路，最終僅用四個三位式控制桿便可控制八條不同進路，大幅簡化了操作程序。

1920年代，調度集中系統（CTC）的成功應用與營運經驗，為進路操縱式聯鎖提供了關鍵的理論與實踐支持。調度集中系統證明了透過軌道電路和繼電器邏輯電路，便能夠直接實現接近鎖閉（Approach locking）、進路鎖閉（Route locking）及軌道電路鎖閉（Detector locking），無需再為控制桿安裝電磁鎖。其次，透過繼電器邏輯電路配合三位式控制桿的運用，即使控制面板上的控制桿不設機械鎖床與電磁鎖，系統依然能透過邏輯電路確保轉轍器位置正確、進路訊號安全開放，並杜絕衝突進路。這一突破促成了「全繼電聯鎖」（All-Relay Interlocking）的誕生。

全繼電聯鎖技術於1920年代末開始投入商業運用。1929年，世界首套全繼電聯鎖系統在芝加哥、岩島和太平洋鐵路位於伊利諾伊州布盧艾蘭的訊號樓啟用。其後，內布拉斯加州林肯及紐約州伊格爾布里奇先後建成採用單線遠程控制及編碼遠程控制的全繼電聯鎖系統，進一步擴展了集中聯鎖的操作範圍。1930年，全繼電聯鎖開始應用於大型鐵路樞紐，例如俄亥俄州的塔城中心建成配備576根自由控制桿的大型全繼電聯鎖設備，利用極性交流轉轍重複繼電器完成道岔位置表示與進路選擇，並免除了傳統轉轍機機械鎖閉裝置的需要，大幅提高了聯鎖系統的控制容量、可靠性及維護效率。

全繼電控制邏輯的成熟，催生了操作更為便利的「進路操縱式聯鎖」（Route Control Interlocking）。訊號員無需再為單一進路逐一切換各個道岔與訊號機控制桿，只需在站場佈局圖上的進路起點與終點各按一下按鈕，系統電路便會自動按正確時序切換進路上的所有道岔並開放相應訊號機。1936年，通用鐵路訊號公司（歐洲地區由都城-維克斯公司代理）推出的第一代自動化進路操縱系統——入口—出口式聯鎖（Entrance-Exit Interlocking，簡稱NX），並於1937年在英國柴郡鐵路的布倫瑞克站投入營運；同年，美國首套系統亦於在紐約中央鐵路位於俄亥俄州的吉拉德樞紐（Girard Junction）首次投入使用。1938年，聯合道岔與訊號公司（US&S）亦推出了名為「聯合進路」（Union Route，簡稱UR）的同類型系統，並先後於巴爾的摩與俄亥俄芝加哥終端鐵路與新澤西中央鐵路伊麗莎白港車站投入營運。1948年，紐約地鐵亦在IND福爾頓街線引進了三套NX系統。

歐洲早期所採用的進路操縱式聯鎖控制，則與美國模式有所不同。法國早期的進路控制系統傳統上採用「一條進路，一根控制桿」的設計，每根進路控制桿透過控制不同的繼電器組合，自動設置相關道岔和訊號的狀態，因而無需傳統的機械聯鎖機構。1933年，凡爾賽尚捷站啟用改良型進路控制設備，每根控制桿可對應多條互相衝突的進路，並透過多個操作位置進行選擇，大幅減少控制桿數目；各控制桿之間則重新採用機械聯鎖，其鎖閉機構內的滑桿同時驅動電路接點，以確保控制邏輯的安全性。同年，英國倫敦及東北鐵路亦建成另一種進路控制設備，其控制機設計與後來的全繼電聯鎖及調度集中系統（CTC）的控制台較為相近，採用小型非聯鎖控制桿，但每條進路仍由一根控制桿負責操作。

然而，北美鐵路普遍需要在雙線或多線鐵路上容許列車雙方向運行，加上大型樞紐的軌道配置較為複雜，若沿用「一條進路，一根控制桿」的方式，控制桿數目將隨可用進路大幅增加，現實操作上並不實用。為解決此問題，美國發展出雙按鈕進路控制方式，在控制面板上分別於列車進入聯鎖區的入口訊號機及離開聯鎖區的位置各設置一個按鈕，操作員只需依次按下起點及終點按鈕，系統便可自動選擇符合條件的進路。此設計使控制按鈕的數量僅與聯鎖區的出入口數目相關，而不受可用進路總數影響，大幅簡化大型車站的聯鎖控制設備，並成為後來全繼電聯鎖及進路控制系統的重要基礎。

### 電腦聯鎖的開發與應用

1970年代，隨著電子技術蓬勃發展，積體電路形式的固態電路、微處理器及可編程邏輯控制器（PLC）陸續面世，將軟體與微電子技術引進鐵路聯鎖領域成為趨勢，開啟了鐵路訊號電腦化的新時代。電腦聯鎖（Computer-based interlocking，CBI）的引入，徹底解決了傳統繼電聯鎖技術在應對日益複雜的聯鎖條件時，難以彈性修改與擴充的瓶頸。相較於繼電器系統，可儲存程式控制不僅簡化了聯鎖機與其餘訊號設備的對接，更顯著降低了硬體採購、工程設計與現場安裝的整體成本。在現場架構方面，軌道電路、轉轍機與訊號機等沿線設備採取分組連接至集線器，再透過傳輸鏈路與聯鎖電腦進行雙向序列通訊；所有傳輸訊息均附加冗餘數據驗證以確保安全。

全球首套電腦聯鎖系統是愛立信75型聯鎖系統（Ericsson Model 75）。1974年，瑞典國家鐵路（SJ）與愛立信（LM Ericsson）簽署了開發該系統的協議。這項技術突破源於兩家機構的共同構想，並由瑞典國鐵技術專家本特·斯泰納（Bengt Sterner）與達格·諾登福斯（Dag Nordenfors）主導開發了名為「STERNOL」的專用邏輯編程語言。為滿足鐵路極高標準的安全要求，研發團隊引入了美國太空總署（NASA）的安全驗證技術，確保微處理器能夠安全可靠地應用於鐵路訊號領域。斯泰納亦因這項開創性貢獻於2009年獲頒歐洲鐵路獎。該系統於1978年5月率先在哥德堡中央車站開始測試，經完善後於1979年11月將測試擴大至樞紐核心區域。隨後於1981年2月，該技術進一步應用於馬爾默中央車站。此後，在這套系統的基礎上經過不斷演進，愛立信先後推出了85型和95型等改良版本，並獲全球多國鐵路廣泛採用，該系列產品後被納入龐巴迪並由阿爾斯通繼承，目前最新版本為EBI Lock 950 R4。

## 聯鎖類型

聯鎖裝置可分為機械式聯鎖裝置、電氣聯鎖裝置（機電聯鎖裝置或繼電器聯鎖裝置）或電子聯鎖裝置/電腦聯鎖裝置。

### 機械聯鎖

聯鎖系統依據其驅動與傳導媒介的不同，主要劃分為機械聯鎖（Mechanical Interlocking）與動力聯鎖（Power Interlocking）兩大發展時期。在鐵路訊號技術發展早期階段的純機械聯鎖系統中，所有操作完全依賴訊號員的人力。訊號樓內安裝有聯鎖機（英國稱爲Lever frame，北美稱爲Interlocking Machine），鐵路訊號員在訊號樓內拉動控制槓桿，透過延伸至鐵路沿線的導管裝置、鐵絲導線及滑輪等機械傳動裝置，將施加的力傳遞至遠端的道岔與臂板訊號機。為了改善訊號員的操作動線並減少體力消耗，控制槓桿通常依照綫路配置的現場位置，由左至右呈一字排開，通常以四槓或八槓為一基本單元進行擴展。在排列慣例上，控制車站兩端進路邊界的訊號槓桿一般分布在兩側，而控制道岔的槓桿則集中在中央。

聯鎖機的核心裝置是機械鎖床（Locking bed）。鎖床由一組精密的鋼製滑條與鎖鍵構成一個二維矩陣。當訊號員操作控制道岔或訊號機的槓桿時，槓桿會同步帶動一根縱向延伸的滑閥（Tappet／Plunger）。在這些滑閥的邊緣切有特定形狀的凹槽；與滑閥垂直交錯的，則是橫向排布的鎖簧桿（Locking bars），其上裝有微型的三角形或塊狀竪鎖簧（Locking dogs）。當某一槓桿被驅動時，其滑閥的位移會將竪鎖簧推入相鄰衝突槓桿的滑閥凹槽中，從而將敵對槓桿牢牢卡死，杜絕了同時排定衝突進路的可能性。

為了防止訊號員在進路未具備條件時，用蠻力強行扳動大槓桿導致內部的鎖閉結構被扭曲或破壞，機械聯鎖機普遍設有的預先鎖閉機制（Preliminary latch lock）。在這種設計下，每根大槓桿上都附設有一個供手握的閉止把柄（Latch handle）。訊號員在試圖扳動大槓桿前，必須先用力握下閉止把，以使鎖塊脫離弧形限位齒板（Quadrant），透過連桿或曲柄提前驅動鎖床內的滑閥，在大槓桿尚未發生位移之前，就先將所有敵對進路的槓桿鎖死。如果前方線路條件不允許，鎖床內的竪鎖簧便會卡住滑閥，使訊號員連閉止把都無法握動。

依據鎖床的安裝位置與驅動方式，機械聯鎖機主要分為兩大派系：一種是以英國及大英國協地區廣泛採用的薩克斯比與法默型聯鎖機（Saxby and Farmer）為代表的水平聯鎖機，其鎖床呈水平狀態架設在操作槓桿的後方，便於日常檢修。在操作時，訊號員握下鎖柄會引發滑閥的第一階段位移，完成預先鎖閉；隨後拉動大槓桿時，滑閥會反向或繼續位移；當大槓桿抵達定位、訊號員放開鎖柄時，鎖柄彈簧復位會對滑閥施加最後一段位移，將相關道岔或訊號穩固鎖定在反位。

另一種則是將鎖床垂直安裝在操作槓桿下面的垂直聯鎖機，其中以在北美鐵路最為普及「A型聯鎖機」（Style A）為代表。該型聯鎖機依賴一套搖臂與連桿機構，當訊號員握下鎖柄時，搖臂會被帶動旋轉並傳導二分之一的行程給滑閥以執行預先鎖閉；大槓桿搬動到位後，放開鎖柄的復位動作則會完成剩餘的二分之一行程。槓桿在未經操作時處於「定位」（Normal），當訊號員將其拉動至相反位置時則稱為「反位」（Reversed），只有現場道岔完全鎖閉在反位後，相應的訊號槓桿才有可能被解鎖並拉動。

機械聯鎖的原型最早可追溯至1843年裝設於英國倫敦布里克雷耶阿姆斯站（Bricklayers Arms Junction）的訊號裝置，旨在防止同時出現相互衝突的訊號。直至19世紀末，隨著約翰·薩克斯比（John Saxby）等工程師的改良，具備嚴密邏輯制約的機械聯鎖才逐漸成熟。由於當時缺乏電子感應設備來即時監測軌道的狀態，為了防止列車在駛過道岔時因震動導致尖軌鬆脫，機械聯鎖系統通常會另設獨立的轉轍鎖閉器（Facing Point lock）和轍查桿（Lock rod），並由一根專屬的導管槓桿控制。只有當道岔轉換到位、鎖閉器和轍查桿插入鎖緊後，訊號槓桿才能被扳動。

然而，機械聯鎖系統受限於連桿與導線在長距離傳導中所產生的摩擦力、金屬材料隨環境溫差產生的熱脹冷縮變形，以及人力操作的力量極限，機械聯鎖對道岔的有效控制距離一般不超過400米，臂板訊號機的控制距離亦難以超過1200米。這個特性導致大型車站或複雜的鐵路樞紐無法僅靠一座訊號樓實施全盤控制，而必須將整個站場劃分為數個相互獨立、各自派駐訊號員值班的局部訊號樓，這在很大程度上限制了鐵路調度效率與營運自動化。如今，機械聯鎖在已發展地區的鐵路幹綫上已經被淘汰，但在許多地方的支綫鐵路或小型車站，仍在使用這種最傳統的聯鎖系統。位於英國史樂郡梳士貝利站附近的塞文橋樞紐訊號樓，擁有目前世界上規模最大並仍在使用的機械聯鎖機，仍保留著自1903年使用至今的180個原裝槓桿。

### 機電聯鎖

20世紀初期誕生的機電聯鎖（Electro-mechanical Interlocking），是鐵路訊號技術由純機械向全電氣化演進的過渡技術。這項技術的出現，源於當時的鐵路訊號電氣化改造，鐵路公司希望在保留部分機械操作道岔的同時，引入電力驅動的訊號機、轉轍機和道岔表示器，並以基於軌道電路的電氣鎖閉（Electric detector locking）取代傳統、沉重的機械式轍查桿。

水平鎖閉式機電聯鎖機在構造上使用雙層互鎖架構，典型代表是聯合道岔與訊號公司（US&S）在1920年代推出的P-5型機電聯鎖機。裝設在訊號樓內的聯鎖機底座，沿用了標準薩式機械聯鎖機的結構，通常按5吋間距排列著傳統的機械槓桿，用於手動操作距離較近的道岔；然而，薩式機械聯鎖機原本配備的傳統機械鎖床與支架結構被取消，並在機械槓桿正上方騰空的空間，加裝了以更緊密的兩吋半間距排列的一組控制電力訊號機或遠距離道岔的小型電氣槓桿。這套系統的安全防護由雙重機制共同建構，一方面，上層的小型電氣槓桿之間設有微型鎖床（Miniature locking bed），負責電氣訊號進路之間的互鎖；另一方面，每根電氣槓桿都與其下方的機械槓桿透過垂直鎖桿和帶槽滑塊相連。當訊號員扳動機械槓桿時，必須先操作其對應的電氣槓桿，兩者之間存在絕對的制約關係，確保機械與電氣動作時序正確。這套電氣控制在設計原理與內部組件上，完全複製了當時最先進的動力聯鎖機——聯合道岔與訊號公司14型電空聯鎖機（US&S Model 14）。

垂直鎖閉式則是機電聯鎖機另一種典型型態。典型代表是通用鐵路訊號公司（GRS）的2B型及2C型機電聯鎖機（GRS Model 2B/2C）。該系統同樣在傳統機械聯鎖機的基礎上，加裝由微型電氣槓桿、鎖閉電磁鐵、指示燈及旋轉式電路控制器組成的電氣控制櫃，並將其垂直佈置於機械槓桿後面。它雖然使用電氣控制電路來驅動訊號與道岔，但核心的進路聯鎖邏輯依然依靠傳統機械鎖床。為了在有限的訊號樓空間內獲得最大的控制功能，其空間佈局採用了錯位設計，下層的機械槓桿按五吋間距排列，而上層的微型電氣槓桿則按兩吋半間距緊密排列，使電氣槓桿的總空間容量正好是機械槓桿的兩倍。這種結構容許每隔一根電氣槓桿，便能與下方的一根機械槓桿處於同一個垂直平面內，兩者既可透過齒輪連動共同驅動同一組電路觸點，亦可完全獨立運作，分別控制上層與下層的電路。

機電聯鎖最大的技術突破，在於成功將軌道電路融入了傳統的鎖床邏輯。上層的電氣槓桿普遍裝設了電磁鎖，當軌道電路偵測到目標區間有列車佔用時，電磁鎖會強制鎖閉，訊號員便無法解鎖或排定相關進路。此外，當訊號員操作電氣槓桿至中間位置、解鎖並完成下方機械道岔的轉換後，電氣槓桿的整段行程並不能立即完成；系統必須接收到來自轉轍機觸點的道岔表示訊號，確定道岔尖軌已完全轉換並鎖緊，電氣槓桿方可成功扳到底，並將機械槓桿鎖死進而開放訊號。

後來，機電聯鎖還引入了單元式電氣槓桿（Unit electric lever）的概念。在此之前，訊號系統升級往往需要更換整座聯鎖機；而單元式電氣槓桿的誕生，容許工程師直接將電氣槓桿加裝並整合至既有的舊式機械聯鎖機之中，並共用原有的標準機械鎖床。這項改良令鐵路公司在無需擴建訊號樓的前提下，能將車站的聯鎖訊號與道岔數量提升一倍以上，提高了訊號系統電氣化改造的經濟效益與靈活性。

### 電氣氣動聯鎖

電氣氣動聯鎖（Electro-pneumatic Interlocking）屬於早期動力聯鎖的代表，其核心特徵在於將電氣邏輯控制與氣壓動力驅動進行整合。該系統利用低壓直流電（通常為10至16伏特蓄電池供電，少數採用110伏特交流電整流）來傳輸控制訊號與實施電氣鎖閉；而道岔轉轍器的轉換則完全交由壓縮空氣（氣壓維持在每平方吋55至85磅，平均約75磅）驅動的氣缸來執行。當訊號員操作聯鎖機時，訊號電壓會調節氣缸上的電磁閥，進而控制壓縮空氣的進氣與排氣，以推動轉轍器的切換。早期的電氣氣動聯鎖會同時驅動氣動式臂板訊號機，而後期系統則改由電力直接驅動色燈訊號機，氣壓系統則仍然負責轉轍器的切換。

與純機械或純電氣聯鎖相比，電氣氣動聯鎖最大的技術優勢在於其動作反應速度極快。由於壓縮空氣釋放的能量巨大且傳導迅速，轉轍器能在極短時間內轉換到位並完成進路鎖閉，因此該系統最適合部署於繁忙的大型鐵路樞紐和地鐵系統等場合。為了維持系統的穩定供氣，系統通常會配備由電動機或內燃機驅動的空氣壓縮機組。氣流在通過壓縮機後，會經由水冷或風冷式的後冷卻器（Aftercooler）降至常溫，隨後排入特製的低位儲氣罐。這種低位架設的壓力容器能有效收集壓縮空氣在冷卻過程中因冷凝而產生的水分，以消除冬季嚴寒時水分在氣閥或氣缸內結冰而導致聯鎖系統癱瘓的風險。

電氣氣動聯鎖的典型例子之一，是由聯合道岔與訊號公司研發的14型電空聯鎖機（US&S Model 14）。該機型的控制桿以兩吋半的緊密間距排列以節省訊號樓空間，並透過水平轉軸直接連動內部的機械閉床、垂直電路滾輪觸點（用於進路選擇）以及由鎖閉電磁鐵驅動的鎖緊齒條段。控制櫃前端則配備實時狀態指示燈，為訊號員提供直觀的進路與鎖閉資訊。14型聯鎖機在操作介面上採用了獨特的錯位交替控制邏輯。主機架上的控制桿分為向上和向下延伸兩類，通常以單雙號區分。單號控制桿採用兩位式控制，其初始「定位」（Normal）通常偏左，扳動至偏右位置則為「反位」（Reverse），用以切換道岔。雙號控制桿採用三位式（L-N-R）控制，其初始「定位」處於垂直的中立位置（N），當控制桿向左（L）或向右（R）扳動時，會分別開放對應行車方向的訊號機。這種設計容許利用單一控制桿同時管理一組相互衝突的對向訊號機，而無需為每台訊號機設置獨立的控制桿，在保持相同控制容量條件下使聯鎖機的操作面板面積縮減了一半。

### 低壓氣動聯鎖

低壓氣動聯鎖（Low Pressure Pneumatic Interlocking）是鐵路訊號史上的一項過渡性技術，發源於美國，並於20世紀初由英國氣動鐵路訊號公司（British Pneumatic Railway Signal Company）引入英國。該系統與當時主流的電氣氣動聯鎖的區別在於，它在運作中完全不依賴電能，且其驅動轉轍器與訊號機所需的壓縮空氣工作壓力（約每平方吋7磅），遠低於電氣氣動聯鎖系統。由於管路氣壓很低，如果直接把控制訊號氣流送到幾百米外的道岔，氣壓會嚴重衰減且反應極慢。因此，系統必須在軌道旁設置中繼閥，用聯鎖機傳來的微弱氣流訊號去觸發中繼閥，再由中繼閥釋放儲氣罐的氣流來推動轉轍器或訊號機。

在硬體構造上，低壓氣動聯鎖機的操作控制桿與鎖閉床設計，與通用鐵路訊號公司（GRS）研發的泰勒式（Taylor）全電氣聯鎖機高度相似。兩者均採用空間利用率較高的垂直鎖床（Vertical locking）架構。兩者的核心機械差異僅在於內部連動機制，泰勒式全電氣聯鎖機在控制桿拉出（扳動至反位）時，內部的滑閥會向上升起；而低壓氣動聯鎖機在操作控制桿時，內部的滑閥則會向下沉降。聯鎖機透過控制桿的位移直接調配氣閥迴路，經一連串中繼閥和氣缸來控制氣動轉轍器和氣動式臂板訊號機。

在技術發展初期，「無電氣化」曾是該系統的一大競爭優勢。當時鐵路業界缺乏熟練掌握電氣技術的訊號維修人員，純氣動訊號能有效降低對專業電氣人才的依賴。然而，隨著全電氣聯鎖技術迅速普及，鐵路訊號系統全面邁向電氣化，維修人才短缺的問題得以解決，使得低壓氣動系統在維護成本上不再具有優勢。此外，雖然低壓氣動設計能降低空氣壓縮機的功耗並減輕管路密封壓力，但其代價是氣缸體積必須大幅增加，才能產生足夠的推力來切換轉轍器。這些因素導致低壓氣動聯鎖在與電氣氣動聯鎖及全電氣聯鎖的競爭中逐漸淡出市場。

### 全電氣聯鎖

隨著色燈訊號機與電動轉轍機的引入，全電氣聯鎖（All Electrical Interlocking）技術逐步取代了傳統的機械聯鎖。全電氣聯鎖的邏輯控制、訊號傳輸與外部設備（如轉轍器與訊號機）均依賴電力運作，該類系統在1888年於美國首次投入使用。相比傳統純機械聯鎖，電氣聯鎖大幅縮減了訊號樓所需的空間並減輕了人員操作負擔。

在繼電集中聯鎖成爲主流之前，早期的全電氣聯鎖主要分為兩類架構。第一類是電氣動態表示系統（Electric Dynamic Indication System），以通用鐵路訊號公司的2型電氣聯鎖機系統（GRS Model 2）為代表。該系統依賴長距離的110伏特電源直接從訊號樓驅動現場設備，控制桿觸點需要直接承載的較大電流。該系統設有機械與電氣的「雙重鎖閉」（Dual locking）防護機制，當訊號員水平扳動的控制桿時，控制桿會首先驅動前方的垂直滑閥鎖床（Tappet locking bed），使滑閥升至一半行程，將所有衝突進路的控制桿鎖定，隨後開通轉轍機驅動電路。然而，控制桿此時會被暫時卡在「反向表示位置」（Reverse indication position）。當轉轍機完成轉換動作後，系統會利用電動機停轉前的慣性餘速發電，將產生的反電動勢沿原控制導線傳回訊號樓，用以表示轉轍機完成轉換，這時控制桿方可推到底並完成進路鎖閉。

另一類系統採用控制電路與驅動電路分離的架構，典型例子是聯合道岔與訊號公司的F型電氣聯鎖系統（US&S Type F）。沿線設備的操作電源直接由高電壓、大電流的電力總綫供應；訊號樓內的控制桿僅需承受低電壓、小電流的控制電流，透過兩條獨立的控制線來操縱現場設備內置的繼電器，進而用弱電控制強電的方式控制訊號機或轉轍機，狀態表示訊號則經由另外兩根完全獨立的導線傳回訊號樓。當控制桿復歸原位時，控制電路斷電並釋放現場繼電器，訊號機便會在總綫電源中斷後自動回復至險阻狀態。該系統透過這種多線制與繼電器隔離設計，大幅降低了長距離導線的電壓降與外部電磁干擾，提升了大型鐵路樞紐的系統容量與運作可靠性。

### 繼電器聯鎖

早期的電氣聯鎖仍然依賴控制桿之間的實體機械鎖床來強制執行操作時序，並在控制桿上加裝電磁鎖以確保安全。20世紀初期，鐵路業界開始嘗試打破這種逐桿操作與受機械制約的傳統模式，繼電聯鎖系統（Relay Interlocking）應運而生，繼電聯鎖的特徵在於其控制邏輯完全由繼電器觸點組成的邏輯電路實現，徹底拋棄了傳統的實體機械鎖閉元件。

在電路設計層面，繼電聯鎖系統主要分流為兩大技術架構。在技術發展初期，所有系統皆採用基於聯鎖表的「自由佈線邏輯」（Free-wired logic）方式，即工程師依據標準電路範本，為站場內的每組控制電路進行獨立訂製的電路接線。隨後，為了提升工程效率，訊號設備製造商研發出的模組化的「區域聯鎖」（Geographical interlocking）系統。繼電器組合由工廠預先組裝並完成測試，將特定訊號機、轉轍器及列車偵測區間所需的標準聯鎖功能封裝成獨立模組。訊號工程人員只需按照實際線路與訊號佈局，將相應組合在繼電器架上進行連接，便能快速構建出完整的聯鎖邏輯功能。在現代鐵路的繼電聯鎖系統，所有繼電器、底座及邏輯佈線全部安裝在繼電器架上，並集中配置於訊號樓內的繼電器室。

在繼電聯鎖面世初期，訊號樓最初是採用桌面式的小型控制桿，以現代化技術模擬傳統的機械控制桿佈局，控制桿雖由訊號員手動操作，但其本質僅為電氣開關，用以依據正確安全時序導通或斷開現場設備的供電。隨後，操縱界面演進為整合了軌道圖的控制面板，訊號員只需透過面板上的開關與按鈕，便能排定從一個訊號機至下一個訊號機的整條進路，無需再單獨操作進路上的個別道岔轉轍器。這種「進路操縱」（Route setting）的控制模式，使聯鎖系統不再只是被動判斷單一設備操作是否安全（如機械鎖閉的邏輯），而是轉化為主動響應並執行控制面板指令的自動化系統，因此這類系統又被稱爲自動聯鎖（Automactic interlockings）。當訊號員在控制面板上發出進路請求後，聯鎖系統會自動評估安全條件，切換相關轉轍器至正確位置，確認軌道空閒且無衝突進路後，方可開放該進路的入口訊號機。

在繼電器元件的選型與安全考量上，不同系統亦展現出不同的設計邏輯。部分系統（例如採用非安全型繼電器）為了防止觸點因故障或熔焊（觸點因電弧或電流過大而粘連）而引致錯誤釋放，必須在電路中加入繁瑣的動態檢查電路，根據列車通過時的狀態變化進行即時序列驗證。若使用具有重力式銜鐵與不熔焊碳銀觸點設計的安全型繼電器（在UIC 736標準規程中，這類繼電器統稱為N型繼電器），即當線圈斷電時其前接點（動合接點）必然斷開，絕無可能出現前接點與後接點（動斷接點）同時處於「閉合」狀態的故障，因其設計符合故障導向安全的原則，而無需增設上述複雜的防護電路，大幅簡化了系統架構。

中國大陸廣泛使用6502電氣集中聯鎖系統。

### 電子聯鎖

現代聯鎖裝置（自 1980 年代末安裝的聯鎖裝置）一般都是固態的，其中繼電器的有線網路被在專用控制硬體上運行的軟體邏輯所取代。事實上，邏輯是由軟體而不是硬接線電路實現的，這極大地方便了在需要時透過重新編程而不是重新接線進行修改。在許多實作中，這種重要邏輯儲存為韌體或ROM，這些韌體或 ROM 不易被更改，以抵抗不安全的修改並滿足監管安全測試要求。隨著顯示技術的改進，硬接線實體電路設備可以透過可視顯示單元（電腦顯示器）進行更新，這使得現場設備的變化可以在不進行任何硬體修改的情況下顯示給信號員。

「固態聯鎖」（SSI）是第一代基於微處理器的聯鎖系統的行業品牌，該系統由英國鐵路公司、英國通用電氣公司 - 通用信號和西屋信號有限公司於1980年代開發。第二代基於處理器的聯鎖系統被稱為「基於電腦的聯鎖」（CBI），例如VPI（通用鐵路信號公司，現為阿爾斯通公司的商標）、 MicroLok （聯合轉轍器與信號公司，現為日立軌道STS公司的商標）、Westlock和Westrace（Invensys鐵路公司，現為西門子的商標）、Smartlock （阿爾斯通的商標）以及 EBI Lock（龐巴迪運輸公司的商標）。

## 鎖定形式的定義

根據美國鐵路協會，鎖定形式的定義如下：

電動鎖 : 「一個或多個電鎖或控制電路的組合，透過該組合，聯鎖機中的槓桿、轉轍器或其他與訊號和聯鎖相關操作的裝置，可防止其在特定條件下被操作。」

部分鎖定 : 「當列車位於某條線路的某一特定區段時，電動鎖定裝置有效，並適用於防止列車在該區段內被人為操縱，以免危及列車安全。」

路線鎖定 : 「當列車通過信號機時，電動鎖定裝置生效，用於防止在列車進入進路範圍內時，操縱桿造成危險。」

分段路線鎖定 : 「進路鎖定的佈置方式是，列車在通過進路的每個區段時，都會解除影響該區段的鎖定。」

進場鎖定 : 「當列車接近為其設定的通行訊號時，電動鎖定裝置生效，並適用於防止操縱桿或裝置危及列車安全。」

鬥桿鎖定 : 「電動鎖定裝置在列車通行訊號設定後生效，由經過的列車釋放，用於防止操縱桿造成對接近列車的危險。」

指示鎖定 : 「電動鎖用於防止任何可能導致不安全狀況的操縱桿操作，以防信號燈、轉轍器或其他操作裝置未能做出與操作桿動作相對應的動作；或用於直接防止一個裝置在先操作的另一個裝置未能做出所需的動作時被操作。」

檢查鎖定 / 交通鎖定 : 「電動鎖閉裝置可強制兩個相鄰聯鎖站的操作員之間進行協作，以防止控制同一軌道的相反訊號同時運作。此外，在信號清除並被列車接受後，檢查鎖閉裝置可防止相鄰聯鎖站的相反信號在列車通過該聯鎖站之前被清除。」