计算机联锁系统简介

1、计算机联锁系统概述车站联锁控制系统是车站信号的基础设备，在计算机联锁系统开发之前是基于布线逻辑的继电联锁装置。社会在发展，技术在进步，电子技术和计算机技术的不断发展，一场信息技术大革命正在世界范围内迅速展开。随着计算机技术的发展，特别是对可靠性和冗余容错技术的深入研究，车站信号联锁安全技术也正在不断地更新、发展。1978年世界上第一个计算机联锁系统在瑞典哥德堡问世，随后从80年代起各国竞相开发研究计算机联锁，并取得了显著的成绩，90年代已有不少国家开始大面积推广计算机联锁系统。如日本、英国已制定技术政策，不再发展继电联锁，而由计算机联锁取代。1984年中国铁路开发出第一台计算机联锁，此后取得迅速进展。截至2005年底，据中国铁道部统计，中国国家铁路使用计算机联锁的车站已有1247个。计算机联锁系统由硬件和软件构成。硬件包括联锁计算机（完成联锁功能和显示功能）、彩色监视器、微型集中操纵台、安全继电输入输出接口柜、计算机联锁专用电源屏以及现场信号机、转辙机、轨道电路等室外设备。软件是实现进路、信号机和道岔相互制约的核心部分，由两部分组成：一是参与联锁运算的车站数据；二是进行联锁逻辑运算，完成联锁功能的应用程序。车站数据库包括车站赋值表、车站联锁表、按钮进路表、车站显示数据等。应用程序由多个程序模块组成，即系统管理程序模块、时钟中断管理程序模块、表示信息采集及信息处理程序模块、操作命令输入及分析程序模块、选路及转岔程序模块、信号开放程序模块、解锁程序模块和站场彩色监视器显示程序模块等。计算机联锁的操作方法与继电联锁相似，操作人员办理进路时，只需先按进路始端钮，再按进路终端钮即可完成。此时计算机就执行操作输入程序和联锁处理程序。根据输入的按钮代码，从进路矩阵中找出相应的进路，然后检查是否符合选路条件，只有完全满足选路条件后，程序才能转入选路部分。之后，先检查对应道岔是否在规定位置，再将需要变换位置的道岔转换位置，接着锁闭进路。计算机联锁系统与继电联锁相比的优越性主要有以下几方面：（1）体积小、可靠性高，可实现无维修和少维修。（2）计算机联锁系统功能更加完善继电联锁设备，如我国广泛应用的6502电气集中联锁系统，受站场形电路网络层次和结构、继电器数量以及网络线的多寡等限制，在功能及功能扩展方面均受到限制。对上述限制，计算机联锁系统往往通过少量的硬件和软件开发即可解决。（3）计算机联锁系统的信息量大为丰富，利用各种网络手段，可方便地与行车调度指挥系统、列车控制等系统联网，提供及交换各种信息，以使工作协调顺畅。（4）计算机联锁系统易于利用自诊断，自检测功能及远距离联网，实现远程诊断。（5）随着大规模集成电路的发展，计算机联锁系统的投资将越来越低，与继电联锁相比将更占优势。2、计算机联锁系统的结构计算机联锁系统由于控制规模、功能的完备程度、经济因素、技术实现以及技术背景和历史背景的不同，而有多种体系结构。1、单模块结构当系统的功能比较简单时才可以使用这种结构。单模块结构需要有一个或几个串行数据接口，以便与其它系统，如调度集中、微机监测等相联系。2、多模块结构就国内外现有的计算机联锁系统来看，大多是多模块结构，但各模块的功能及模块之间的联系是不尽相同的。就进路控制的层次而论，可分为操作表示层、联锁运算层和执行层。这里所说的执行层是指联锁机与各个监控对象之间的控制电路这一层。对应着这三个层次，相应地可由三种微机：操作表示机、联锁机以及控制器来承担各层的任务。（1）操作表示机操作表示机主要任务是接收来自控制台、键盘或鼠标器等的操作输入，判明操作输入能否构成有效的输入命令，并将操作命令转化成约定的格式，由串行口传送给联锁机。另外，接收来自联锁微机的表示信息，将它们转换成屏幕显示器或控制台能够接受的格式。既然操作表示机的功能是传送和生成操作命令和表示信息的，所以在有的系统中也将它作为联锁机与调度集中的中间联系结构。采用了操作表示机，可以提供丰富的表示信息，减轻联锁机的工作量，使联锁机能承担更多的其它功能。有了操作表示机可使联锁机的硬件结构标准化，即联锁机制需要一个串行接口与操作表示机联系就可以了，而不需要许多并行的操作输入和表示输出接口。当车站规模较大时，采用操作表示机也是经济的。操作表示机所处理的信息不涉及到行车安全，所以不要求该微机具有故障安全功能，但它必须十分可靠才能保证联锁系统正常工作。为此，一般采用动态冗余微机结构。（2）联锁机联锁机是联锁系统中的核心部分。联锁机与执行层的联系有两种方式。一是专线方式，即对应每一监控对象都有专门的控制命令输出口和状态信息输入口相对应。或者说，基本上保留了电气集中联锁系统的道岔和信号机的控制电路。另一种是总线方式。这种方式的特点是把室外的监控对象按它们的地理位置划分为若干群，也可能把一个咽喉的设备划分为一群，对于每一对象群，在其附近设置一个由微机构成的现场控制器，由它作中介，实现联锁机与监控对象之间的联系。在这种情况下，联锁机与控制器之间以串行数据传输方式交换数据，可以节省联系线路的费用，有利于提高系统的安全性和可靠性。（3）控制器设置控制器是为了节省干线电缆的费用。控制器设置于对象群附近，它与所辖各对象之间用专线联系。控制器与对象群越近，越节省专线电缆的长度。这不仅有利于节省电缆，而且有利于减少电缆芯线之间的串音干扰。控制器是控制命令和状态信息的转送站，它接收来自联锁机的控制码，经过变换形成控制命令以驱动相应的控制电路；它又接收监控对象的状态信息，经过编码在传送到联锁机。控制器一般不负有联锁处理任务，但它所处理的信息均属于涉及安全的信息，因此，它不仅应十分可靠，而且应具有故障-安全性能。控制器本身发生故障时也应自动的通知联锁机，以便及时进行处理。在多模块结构的计算机联锁系统中，联锁机与控制器之间的联系方式有星型网联系方式及总线网联系方式等。3、计算机联锁系统的性能要求分析（1）计算机联锁系统的基本结构由于计算机联锁系统的综合性能远远超过继电联锁系统，因此车站联锁系统由继电装置向计算机联锁系统转化已成为一种不可逆转的趋势。具体来说计算机联锁系统的优势主要表现在适时性、安全性、可靠性、可维护性及性价比等若干方面。计算机联锁系统是利用目前已有的工业控制计算机，研制一套专用的硬件与软件系统实现信号、进路与道岔间的联锁关系，因此它实质上是一个满足故障——安全信号原则的联锁逻辑运算系统，计算机在系统中的作用是将操作命令与现场各种输入的表示信息读入，再根据计算机内部状态等条件进行逻辑运算，判断后输出控制信息至执行机构，实现多变量数字输入和多变量数字输出这样一个复杂的变换。（2）实时性要求联锁系统必须不失时机地采集到输入变量的变化情况，及时刷新站场各类表示信息，及时输出道岔和信号的控制命令，而且对涉及安全的控制命令必须以具有故障——安全特征的形式输出。（3）可靠性与故障——安全性信号联锁系统是一种实时控制系统，它必须是高可靠的，通常继电联锁系统在采取预防性维护措施的前提下其MTBF(故障平均间隔时间)可达1.3×105h（约15年），采用工业级的控制计算机与容错技术完全可以达到并超出这一指标。具体来说，对计算机联锁系统而言必须解决二个主要问题。系统内信息传递的可靠性与安全性：鉴于工业计算机自身不具备故障——安全特性，因此系统内传递的信息也不具备安全性，受各种干扰、辐射以及各类故障的影响，信息畸变在所难免，从而造成逻辑运算错误而可能引发危险侧输出。系统内信息变换及逻辑运算的安全性：就联锁程序而言，无论设计调试方法多么严密也很难排除所有隐含的软件漏洞，这就要求必须引入避错及容错机制使故障形成的危险侧运算结果输出的概率达到规定的要求。（4）结构模块化与标准化铁路站场的规模与作业需求不尽相同，因而无论是硬件还是软件都必须具有模块化结构特征，硬件模块化、软件真正实现程序、数据的有效分离。（5）经济性计算机联锁系统取代继电联锁系统的另外一个重要原因是为了降低系统费用成本，一般来说系统费用表现在设计、制作、施工、调试以及建筑费用上，因此计算机联锁系统必须在以上若干方面充分显示其优势。（6）功能扩展旧有的继电联锁系统只能提供基本联锁功能与操作界面，新型计算机联锁系统除此之外，还应具有故障诊断与分析、重演、远程通信及其他管理功能。