计算机联锁系统的研究

目录绪论................................................1第一章计算机联锁综述................................2第一节计算机联锁的基本概念.......................2第二节计算机联锁系统的功能、优越性...............3第二章计算机联锁系统的原理和相关技术................7第一节计算机联锁系统的原理.......................7第二节计算机联锁的可靠性保障技术................10第三章市场现有联锁系统及其发展.....................15第一节双机热备配置的微机联锁系统................15第二节我国微机联锁的现状与前景..................20结束语...........................................23参考文献.......................................241绪论计算机联锁（computerinterlocking）是以计算机技术为核心，采用通信技术、可靠性与容错技术以及故障——安全技术实现铁路车站联锁要求的实时控制系统。利用计算机对车站作业人员的操作命令及现场表示的信息进行逻辑运算，从而实现对信号机及道岔等进行集中控制，使其达到相互制约的车站联锁设备，即微机集中联锁。计算机联锁始于1978年在瑞典哥德堡投入运用，进入20世纪80年后，美、日、英、法，德国、丹麦、荷兰等国进入试验阶段或开始使用，各国在系统上各有不同的方案。1984年中国铁道部通信信号公司开发出中国第一台计算机联锁，此后取得迅速进展，截至1995年底中国铁路及厂矿企业使用计算机联锁的车站已有47个。随着计算机技术的迅速发展，尤其是对于可靠性技术和容错技术的深入研究，计算机联锁技术已日趋成熟，在大力推广使用。根据各国对计算机联锁的研究和使用情况来看，由于计算机在逻辑功能和信息处理方面具有很强的功能，它非常适用于车站联锁。计算机联锁是用微型计算机和其他一些电子、继电器件以及各种计算机软件组成的具有故障——安全性能的实时控制系统。随着计算机技术的迅速发展，尤其是对于可靠性技术和容错技术的深入研究，计算机联锁技术已日趋成熟，在大力推广使用。根据各国对计算机联锁的研究和使用情况来看，由于计算机在逻辑功能和信息处理方面具有很强的功能，它非常适用于车站联锁。计算机联锁是信号设备采用微机的重要突破口，它的研制成功和推广使用使铁路信号自动控制进入了一个新的阶段。2第一章计算机联锁综述第一节计算机联锁的基本概念一、计算机联锁的定义计算机联锁是以计算机技术为核心，采用通信技术、可靠性与容错技术以及故障—安全技术实现铁路车站联锁要求的实时控制系统。二、计算机联锁的主要技术条件计算机联锁的主要技术条件如下：1.计算机联锁能满足各种车站规模和运输作业的需要，保证行车安全，提高运输效率，并具备大信息量和联网能力。2.计算机联锁采用硬件冗余结构，如双机热备、三取二或二乘二取儿二的结构。可靠度指标：平均故障间隔时间（MTBF）大于或等于106H；安全度指标：平均危险侧输出间隔时间大于或等于1011h。3.计算机联锁使用的涉及安全的电路符合故障—安全原则；电路故障能及时发现，当故障会危及行车安全时，能切断系统的危险侧输出。4.计算机硬件体系结构为层次结构，如分为人机对话层、联锁运算层和执行表示层。5.计算机联锁具有通过通信前置处理机和通信网与其他系统实现通信能力，与调度指挥系统的数据通信符合有关规定。6.计算机联锁的软件系统达到软件制式检测要求的可靠性和安全性，所有程序都具有模块化和标准化的特点。7.计算机联锁的各个接口与通道能保持长期使用的高稳定性和高可靠性。与安全有关的接口与通道符合故障—安全原则，还采用了光电隔离、动态冗余编码、参数限界冗余、故障检测及其他特殊方法，以防止危险后果的发生。8.计算机联锁能通过外部数据通道或计算机网络与其他自动化或管理系统，如CTC、TDCS等连接，与之信息交换。9.计算机联锁设有两路独立电源供电，并且有自动转接功能，以保证不间断供电。计算机和3电子设备的直流电源具有不间断供电和有效去除脉冲及浪涌干扰的性能。10.计算机联锁采取了必要的防电磁干扰和防雷措施，以保证在规定严酷性等级的运用环境中，设备都能正常工作。11.信号设备的接地电阻值不大于10欧姆，用于防护电子设备的安全保护地线的接地装备，其接地电阻值不大于4欧姆。对于重雷害地区，地线设备还采取了特殊措施。12.监测子系统作为系统的基本组成部分，为维护使用部门提供监测、报警、统计、分析、管理、远程诊断及维护功能。13.根据需要设应急盘，在计算机联锁失效时控制道岔和引导信号。第二节计算机联锁系统的功能、优越性一、系统的功能计算机联锁系统是一种以计算机为主要技术手段实现车站联锁的系统。因此，它不仅具备继电联锁设备的联锁控制功能，而且利用计算机的快速信息处理能力和储存能力，可方便地实现继电联锁设备难以实现的一些功能。1．联锁控制功能计算机联锁系统的联锁功能是与继电式电气集中相通的，能根据车站行车安全的需要，在规定的联锁条件和规定的时序下自动对进路、信号和道岔实行控制。具体包括：(1)进路的控制。包括列车进路和调车进路的选排、锁闭和解锁；引导进路的控制等。行车进路的办理方法和继电联锁设备办理方法基本相同，仍沿用按压双按钮才形成操作命令的规定，这样可避免因误动一个按钮而产生错误操作命令的可能。一些系统为办理慎重起见，对原铅封按钮的相应办理作了一些改动。如采用数字化仪操作，相对于原铅封按钮点压后，屏幕将提示输入口令，点压口令后，操作才被执行。(2)信号的正常开放、关闭、人丁重复开放以及防止自动重复开放。(3)道岔的单独操纵、锁闭和解锁。4此外，通过在联锁软件中增加相应的功能模块，再加上少量的硬件电路，系统可进一步实现6502电气集中一些特殊电路的联锁功能。例如：非进路调车控制、平面调车溜放控制、站内道口控制以及场间联系等。2．显示功能计算机联锁系统采用大屏幕显示器取代6502电气集中表示盘，可以向操作人员提供更加丰富、直观的显示信息。具体包括：(1)站场基本图形显示。(2)现场信号设备状态显示。主要有道岔的定、反位和四开位置；道岔单独锁闭和封闭状态；信号机的开放和关闭状态，灯丝断丝也能表示出来：轨道电路区段的空闲、占用、锁闭状态，一般用不同的颜色代表不同的含义。(3)值班员按压按钮动作的确认显示。(4)联锁系统的工作状态、故障报警显示。(5)时钟显示，必要的汉字提示等等。3．记录存储和故障检测与诊断功能利用计算机的信息处理能力和存储容量大的优点，计算机联锁系统为实现系统维护、行车管理自动化奠定了基础。这主要体现在：(1)系统可按时间顺序自动记录和储存值班员按钮操作情况、现场设备动作情况和行车作业情况。电务维修人员只需根据功能菜单提示，按压相应的功能键，将前一段时间内的系统运行状况或作业情况按规定格式显示出来，作为查找故障、分析事故的参考。这些信息也可以由打印机打印出来。(2)提供图像再现功能，即系统可将前一阶段储存的数据以站场图形方式显示在屏幕上，按照实际操作和车列运行情况再现出来，以便更直观的查找故障及分析问题.(3)实现进路储存和自动办理，可进一步提高车站行车作业效率。(4)具有集中监测和报警功能。这主要体现在两个方面：‘是联锁系统的自检测功能，当系统自身出现故障时，维护人员可通过屏幕提示的错误号判断、查找故障；二是对信号机、道岔转辙5机、轨道电路等现场设备的工作状态进行集中监测，一旦发现故障，及时记录并报警。监测和报警的具体内容，可根据维修需要，全天候或定时对主体信号设备的参数进行测试、分析、判断，超限时及时报警。4.语音提示功能该系统具有通过语音或音响在控制台上播放提示信息的能力。当有多条信息需要同时播放时，这些信息轮流播放。5.结合功能利用标准化的通信接口板、网络接口板以及通信规程，可直接与现代化信息处理系统（如CTC/微机监测系统、TDCS/列车自动控制系统等）相连接进行数据交换。这里所说的结合功能是指计算机联锁系统利用标准化的通信接口板，网络接口板以及标准化的通信规程，可直接与现代化信息处理系统相联结进行数据交换。二、系统的优越性与传统的继电联锁相比，计算机联锁在技术和经济上的优越性：1.在技术上(1)进一步完善了联锁控制功能。由于计算机联锁系统完全摆脱了继电联锁系统的网络结构，因此，在技术上能够用较少的硬件投资和发挥软件的作用，较容易地克服网状电路难以解决的一些问题。例如，能够防止由于轨道电路分路不良造成的漏解锁：对接近区段小车的跳动，能够防止错误取消进路：对信号继电器、锁闭继电器前接点的粘连，系统能够及时检出并报警等等。另外，在进路控制方式上，计算机联锁系统为实现进路储存和自动办理创造了条件。(2)可靠性、安全性高。计算机联锁系统可以最大限度地利用软、硬件资源，对直接危及行车安全的联锁逻辑处理和执行表示环节采用冗余及其他容错技术，从而保证整个系统的可靠性和安全性指标比继电联锁系统高。(3)灵活性大。计算机联锁系统无论是硬件还是软件均采用标准化、模块化结构，不同规模和作业性质的车站或站场，只需要编制一些站场数据，选用功能不同和数量不等的模块组装即可。当站场改扩建时，计算机联锁系统用修改数据的方法；需要变更既有电路和联锁程序就能满足需要。6(4)便于系统维护。计算机联锁系统大部分是电子设备，这些电子设备没有机械磨损，所以日常维修量小。此外，计算机联锁系统往往具有完善的监测和故障诊断功能，便于维修人员分析查找和及时排除故障。(5)计算机联锁系统便于联网，为铁路信号系统向智能化和网络化方向发展创造力条件。通过与CTC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。(6)采用分布式系统结构时，计算机联锁系统可以省去干线电缆，大幅度降低工程造价。2．在经济上(1)可以降低设备投资成本。继电联锁系统的联锁机构是以铁路专用的安全型继电器为主要部件，而采用计算机联锁系统，联锁机构完全由计算机系统取代，这样可以大大减少继电器的使用数，从而降低设备费。另外，室内外设备之间的联系若采用公共传输通道，则可进一步降低：厂线电缆的费用。(2)重量轻、体积小，可节省基建费用。占地面积小，且随车站规模大，节省更为显著。此外，计算机联锁系统的标准化程度远高于继电联锁系统，不仅可以缩短设计，制造、施工周期，有利于降低设计、施工、维护费用，而且可以从减少对行车的干扰。7第二章计算机联锁系统的原理和相关技术第一节计算机联锁系统的原理计算机联锁系统是利用计算机技术取代继电技术构成的车站信号实时监控系统。它的基本硬件结构与工业应用的一般计算机实时监控系统有许多相似之处，主要是由工业控制计算机、过程输入、输出通道以及外部设备等组成，并通过标准总线连结在一个基本的联锁控制系统。由硬件系统和软件系统构成的基本计算机联锁系统，其可靠性尚不能满足人们对联锁装置的高可靠性要求，且本身不具备故障—安全性能。必须利用计算机的可靠性和安全性技术，用最简单、最经济的手段构成一个靠可靠的故障—安全计算机系统。一、微机联锁系统的层次结构微机联锁控制系统是实现以进路控制为主要内容的联锁功能控制系统，它主要以色灯信号机、动力转辙机和轨道电路作为三大室外设备，并以电子设备实现联锁功能对轨道区段状态、信号状态和道岔状态进行监测，并对信号机和道岔实施控制的系统。图1-1：微机联锁系统整体层次结构示意图(1)人机交互层：操作员通过操作与微机联锁机构进行信息的输入和输出操作，来反映设备的工作状态和行车作业情况，该层位于车站值班室内；8(2)联锁层：微机联锁机构是系统的核心，它出了接收来自人机会话层的操作信息外，还接收来自监控层的反映信号机、动力转辙机和轨道电路状态的信息，并根据这些信息