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计算机联锁系统.doc

发布时间：2022-06-13 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：15.62M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    一、系统技术特点
    二、系统构成
    第四章 计算机联锁 计算机联锁是确保车站行车的技术设备，是高速铁路信号最重要的系统之一。高速铁 路必须采用安全、可靠的计算机联锁系统。计算机联锁系统和列车运行控制系统、调度集中 系统相结合，构成完备的高速铁路信号系统。 第一节 计算机联锁概述 一、计算机联锁 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，出现了计 算机联锁，正渐趋成熟并推广使用。 计算机联锁是用微型计算机和其它一些电子、继电器件组成具有故障—安全性能的实时 控制系统。计算机联锁采用通用的工业控制微机，由专用软件来实现车站信号、进路、道岔 间的联锁关系，进行联锁关系的逻辑运算和判断。系统自动采集、处理信号机、道岔、轨道 电路的信息，把行车控制命令和现场的各种信息输入计算机，再根据计算机内固化的条件， 进行联锁关系的处理，然后输出动作信息至执行单元，实现对车站信号设备的控制和监督。 计算机联锁保留了继电集中的室外设备、电源屏；室内保留了室外分线盘、道岔启动电 路、信号点灯电路、轨道电路，联锁网络、选岔网络均由计算机联锁取代。 计算机直接采集 DGJ、DBJ、FBJ、DJ 等表示继电器的接点，直接控制 DCJ、FCJ、SFJ(锁 闭防护继电器，用于道岔控制双断)、DXJ、LXJ、ZXJ、LUJ、TXJ、ZCJ 等控制信号开放／关 闭、道岔操作的继电器。联锁逻辑完全由计算机完成，只在执行部分保留了部分继电器。全 电子化的计算机联锁，完全取消继电器，由故障—安全的电子电路直接控制室外的信号机和 转辙机。 二、计算机联锁的技术优势 根据各国对计算机联锁的研究和使用用情况来看，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。计算机联锁安全可靠，处理速度快，与继电集 中联锁相比具有十分明显的技术经济优势，无论在安全性、可靠性、经济性等方面都是继电 集中联锁无法比拟的，具有独特的优点,而且设计、施工、维修和使用大为方便。它具有广 阔的发展前景，为世界各国所关注，是车站联锁设备的发展方向。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阶段。 与继电集中联锁相比，计算机联锁具有以下显著优点： 1．进一步提高了安全性、可靠性 继电集中联锁只能在元器件的可靠性上下功夫，系统的可靠性就受到限制。例如，轨道电路 不良，只能对轨道继电器提出种种要求，而系统仅能做到三点检查。计算机联锁就灵活得多， 它能连续检查列车头部和尾部的位置，可以防止由于轨道电路分路不良造成的错误动作和漏 解锁。计算机联锁采用二重系或三取二表决冗余技术，增加了系统的可靠性。如软件冗余技 术，对每台计算机设计两组程序，由于它们的数据结构不同，两组程序存入存储器的区域也 不相同，两组程序以不同的步骤运算，对硬件的故障很容易发现，从而提高了系统的可靠性， 同时因两组程序对外界干扰有不同的反应，通过比较电路很容易发现，即增加了抗干扰功能， 外部比较器则采用“故障—安全”元件。因此，计算机联锁系统的可靠性比继电集中联锁高 不少。 ２．增加和完善了功能 继电集中联锁虽然不断改进和完善，但受到继电器电路的限制或由于费用昂贵等原因， 在联锁功能方面仍存在不足。例如，由于轨道电路的误动而造成进路错误解锁的可能性仍然 存在，以致妨碍进路的预排；再如，在转线调车作业过程中，如果调车车列越过折返信号机 而继续前进，折返信号机前方的道岔区段有可能正常解锁，而折返信号机开放时，又不能将 该解锁的道岔区段加以锁闭，可能危及行车安全。目前只能由调车员指示调车机车在车列刚 刚全部越过折返信号机时立即停车以保证安全。此外，在折返调车作业过程中，机车只能在 禁止调车的信号显示下运行（折返信号机前方的同向调车信号机关闭状态），这不够严密。 这些缺点，在计算机联锁系统中，可以用较少的硬件投资和发挥软件的作用加以克服。
    因为计算机具有工作速度快、信息量大的特点，所以计算机联锁很容易实现自动控制功 能，还能安全地实现自动选路、储存进路、平面溜放等继电集中无法完成的功能。运行图变 更时，还能自动选择最佳方案。计算机联锁不仅可以扩大控制范围，适用于任何规模的车站 （尤其是大型枢纽及远离咽喉区的信号设备的控制等），而且还可以利用计算机进行站内行 车业务管理，以提高工作效率。显示器也较传统的表示盘灵活方便。 简化操作手续和减少人工直接干预，以减少和防止操作失误，提高作业效率的重要途径。 计算机联锁系统为提高办理列车进路的自动化程度创造了条件。例如，可将接发车计划（包 括车次号、到发股道、到发时间以及车站出入口等）预先存在计算机中，利用车次号系统选 择接车进路，利用列车接近车站的信息确定办理进路的时机。对于发车进路来说，由于涉及 到列车始发、旅客乘降、货物装卸等情况，在办理方式上可以采取人工、定时和按计划自动 办理等。 在行车信息管理方面，计算机联锁系统可以向旅客服务系统（如广播、车次到发显示牌 等）、列车运行监视系统以及行车指挥系统提供信息。由于这类系统日趋计算机化，系统之 间就容易结合。组建成广域网后便于和调度集中、TDCS 等结合。 计算机联锁系统还能很方便地进行自身的管理，包括对操作人员的操作、设备工作情况 的记录和打印，对电子器件、信号设备的检测、诊断并具有保存、查询、打印记录信息和站 场再现等功能。自监功能能及时发现故障，确定故障位置。自动监测既用硬件也用软件来实 现。建成广域网后便于实现远程诊断功能。 3．方便设计 计算机联锁使设计工作为之一新。由于其采用模块结构，容易实现标准化，进一步提高 了工厂化施工的程度。它将车站联锁的逻辑编成程序，不论站场如何变化，或遇到任何类型 的站场，都不需重新改变硬件系统，只要补充和改变程序，即可满足联锁的要求，便于站场 改造。它采用标准接口，不需增加设备就可以和其它自动化系统结合。采用辅助设计系统 (CAD)，线路图和进路表等车站固有的联锁条件以人—机对话的形式输入后，即可自动做成 联锁图表和数据外存。 4. 省工省料，降低造价 继电集中联锁全部采用继电器，组合间配线复杂，特别是信号楼和现场设备间所用电缆很多。 由于计算机联锁可采用通用微机，用它取代成上万只继电器，而且其价格日益低廉。当采用 分布式系统结构时，计算机联锁的信息可以串行传输，这就可大大减少干线电缆，而且使采 用光缆有了可能，降低了工程造价。计算机联锁的室内设备的体积远小于继电联锁，可大大 节约占地面积，也降低了工程造价。计算机联锁减少了系统的设计、施工和维护的工作量， 这些都降低了造价。 此外，计算机联锁易于实现标准化，可缩短设计周期和施工周期，并可降低设计、施工、 维护费用。由于施工、改建和故障修复时间的缩短，减少了对运输的干扰，其经济效果是显 著的。据报道，目前计算机联锁设备的价格已接近继电联锁设备。计算机联锁之所以能付诸 实用，经济合理是重要原因。 最重要的是，计算机联锁系统为铁路信号向智能化和网络化方向发展创造了条件。 三、计算机联锁技术的发展 1．冗余技术的发展 最早出现的计算机联锁曾采用单机机构，其可靠性和安全性远远不能满足车站联锁的严 格要求。于是，改为双机热备结构，并由一个 CPU 执行两套功能相同而编码各异以及诊断 程序，来提高计算机联锁的可靠性和安全性。目前，我国大部分计算机联锁是双机热备系统。 但是，双机热备系统存在着双机切换的问题，切换失败将产生危险后果。 与此同时，开发了采用屏蔽冗余技术 3 取 2 系统，3 个 CPU 运算结果两两进行比较， 产生危险输出的可能性极小。但是，存在着不能停机检修的问题。 近几年，又推出 2×2 取 2 系统，由两个 CPU 构成一个子系统执行联锁任务(主机)，另 两个 CPU 处于热备状态(备机)，这就大大提高计算机联锁的可靠性和安全性，而且方便维 修。当前，主要干线的技术改造都优先考虑采用 2×2 取 2 系统。 2．动态输出技术的发展 目前广泛使用的计算机联锁系统，其信号机和道岔的控制器件仍然由继电器来完成。为 了提高计算机联锁输出的可靠性和安全性，双机热备结构的计算机联锁多少采用动态继电
    器，后来又采用动态驱动单元或动态驱动柜，驱动电路与继电器分离开来，使继电器带动更 多组接点。 有些双机热备结构的计算机联锁，以及 3 取 2 和 2×2 取 2 的计算机联锁则在系统内部 完成了动态输出，不再采用动态继电器，也不需要动态驱动单元或动态驱动柜，直接驱动偏 极继电器，甚至无极继电器。 也提出用电子单元代替而继电器，构成全电子计算机联锁系统。因为，电子单元具有体 积小、功能强大等特点，便于组网、远程管理和远程诊断。 3．区域计算机联锁技术的发展 区域计算机联锁是集中式的联锁控制方式，即由一个站控制周围的若干个小站及区间的 道岔控制点。 区域计算机联锁系统，提高了行车组织的工作效率和设备的远程维护能力，为中小车站 信号系统的数字化、网络化、综合化奠定了基础，有利于提高铁路的管理水平，是铁路运输 指挥系统实现综合现代化、实现减员增效目标的根本性措施之一。 四、高速铁路的计算机联锁 高速铁路的车站、线路所、动车段(所)应采用计算机联锁。为保证计算机联锁系统的可 靠性，车站、线路所采用二乘二取二计算机联锁，动车段(所)可采用双机热备计算机联锁。 在高速铁路，计算机联锁系统必须具备与调度集中或列车调度指挥系统 (CTC ／ TDCS)、无线闭塞中心(在采用 CTCS—3 级列控系统时)、列控中心 、信号集中监测等设备 的接口能力。计算机联锁完成车站联锁功能，并接收和执行 CTC 的命令。 二乘二取二计算联锁系统的联锁机有两套，每套内有双 CPU，满足“故障—安全”要 求。属于这类计算联锁的有 EI32-JD 型计算机联锁、DS6-K5B 型计算机联锁和 iLOCK 型计 算机联锁和 TYJL-ADX 型计算机联锁。它们在我国高速铁路但有所采用。 第二节 DS6—K5B 型计算机联锁 DS6-K5B 型计算机联锁具备 K5B 的高可靠、高安全的性能，在联锁功能方面满足我国 铁路技术条件的要求。 DS6-K5B 系统的上位机，在 DS6-11 系统的基础上进行了新的开发，软件平台上升到 WINDOWS NT，使得操作界面得到改善，功能进一步提高。控制台操作表示设备提供屏幕 显示器、表示盘、鼠标和按钮操纵台等多种选择。DS6-K5B 系统与双机热备系统相比，安 全可靠性上升到一个新水平，而与 KSB 系统相比，造价大幅度降低。 一、主要特点 1．联锁处理部件采取双 CPU 共用时钟，对数据母线信号执行同步比较，发生错误时使 输出倒向安全，具备“故障—安全”性能。 2．联锁二重系为主从式热备冗余，通过高速通道进行数据交换，保证二重系同步运行， 可实现不间断切换。 3．输入输出电路采用电子终端，电路为二重系并行工作，具有“故障—安全”性能。 输入输出均采取静态方式，省去了“静态—动态”变换电路，简化继电器接口电路设计。 4．系统内各微机之间的通信全部通过光缆连接，传输距离远，抗干扰能力和防雷性能 强，保证系统具有高的运行稳定性，并具有区域联锁功能。 5. 联锁机架是封闭式结构，联锁机与系统其他部分的连接全部采用光缆，实现完全电 气隔离。对设备安装制定具体的隔离措施。例如联锁机架和 l 端机架在机柜上安装必须采取 绝缘隔离等。这些设计，有利于增强系统抗干扰能力，增强系统可靠性，提高防雷性能。 二、系统结构 DS6-K5B 计算机联锁系统由控制台、电务维护台、联锁机、输入输出接口、继电器接 口电路和电源组成，系统结构如图 4—1 所示，另可选微机监测。
    图 4—1 DS6-K5B 计算机联锁系统结构 DS6-K5B 计算机联锁系统由人机界面层、联锁逻辑层、执行层组成。 人机界面层包括控制台和电务维护台。控制台由控显双机和车站值班员办理行车作业的 操作、表示设备组成，实现控制台操作、站场图形显示。电务维护台包括电务维修机、通信 监测机、键盘、显示器、KVM 切换器，实现系统设备故障监视等功能。 联锁逻辑层为联锁机，联锁机包括联锁逻辑部和前置通信机。联锁逻辑部实现联锁逻辑 运算、输入输出控制、诊断信息处理及二重系管理等。前置通信机（这是为运用高速铁路的 计算机联锁新加的）实现与外部接口(无线闭塞中心、列控中心系统及邻站计算机联锁)的通 信功能。 执行层为输入输出接口(在 K5B 系统中这部分电路称作“电子终端”，简称 ET)，实现驱 动现场设备、采集现场设备状态。 DS6-K5B 系统机柜如图 4—2 所示。K5B 计算机联锁设备分别安装在联锁机柜、电子终 端柜、计算机电源柜内，另设监控柜。 在联锁机柜内安装联锁计算机和前置通信机，它们的二重系安装在一个机架内。在联锁 机柜和电子终端柜内总共可安装 5 个电子终端机架。各站根据站场规模大小决定实际使用多 少个电子终端架，和电子终端架是否采用级连方式。 在电源柜内安装了直流 24V 电源和 UPS 电源。
    图 4—2 DS6—K5B 系统机柜 三、硬件组成 1． 控制台 控制台由控显机和操作和显示设备组成。 （1）控显机 控显机采用标准工业控制机，双机热备，装载相同软件。每一台控显机内安装了两个采 用光缆连接的串行通信接口板 INIO 卡，用于同联锁机的二重系通信。 控显机的工作方式为双机热备，无扰切换。控显机转换箱用于控制台操作显示设备与控 显双机之间的转换。控显机配备专用 CTC 通信接口，可与分散自律型调度集中系统结合。 可使用控显备机测试操作设备，监测机作为电子终端模拟机模拟输入／输出，并通过 TCP／IP 与测试设备连接，完成现场联锁软件测试。现场测试时断开被测联锁机与电子终端、 控显主机之间的光缆连接，并将测试开关扳到测试位置。 （2）操作、表示设备 操作、表示设备用于车站值班员办理行车作业。 操作设备现多采用鼠标。显示设备现多采用 LCD 显示器，显示器的数量根据站场规模 不同可配置一台或多台。 2．电务维护台 电务维护台设备由电务维修机、通信监测机、键盘、显示器、KVM 切换器、显示器、键 盘、打印机等组成。 电务维修机、通信监测机采用 PC 总线工控机，为单机。 电务维修机内安装两个采用光缆连接串行通信接口板 INIO 卡，用于与联锁机二重系通 信，从联锁机取得联锁系统维护信息。 通信监测机内安装两个采用光缆连接串行通信接口板 INIO 卡，用于与前置通信机二重 系通信，从前置通信机双系取得联锁系统与外部通信数据以及前置通信机的维护信息。通信 监测机通过以太网与集中监测系统进行通信，将联锁系统中的开关量信息送给集中监测系 统。 电务维修机与联锁机之间的连接见图 4-3。从联锁机接收全部现场设备动作状态信息和 系统诊断报警信息，并记录在实时数据库中，可以随时查询、显示和打印监测结果。 电务维修机通过串行通信接口可从微机监测前置机取得模拟量检测信息。 电务维护人员可以通过键盘、显示器、打印机查询或打印输出各类监测信息。 电务维修机通过通信接口可以与 CTC 等其它系统结合，通过调制解调器与维修中心相
    连，实现远程诊断。 图 4-3 电务维修机与联锁机之间的连接 3．联锁机 联锁机包括联锁逻辑部和前置通信机两部分模块，两部分之间由 LAN 通信板通过光纤 连接进行数据交换。 （1）联锁逻辑部 ①联锁逻辑部的组成 联锁逻辑部由并列二重系组成，以主从方式并行运行，主、从系各自执行全部处理功能。 每一系采用故障—安全的双 CPU 处理器，两系之间通过并行接口(FIFO) 建立的高速通道交 换信息，实现二重系的同步和切换。每系都具有“故障一安全”型的主机模块 F486，称为 逻辑控制单元，用于联锁逻辑运算和联锁系统软件、硬件管理。 联锁机的二重系具有相同的“故障一安全”处理器。两系通过交换同步定时信号，实现 周期同步运行。联锁机主系在每个处理周期的启始时刻向从系发出同步信号命令，从系与主 系保持周期同步。一系因故停止输出时，另一系自动接替工作。两系之间有系切换装置，负 责系间数据同步、时针同步、主从系管理监视和单系到双系的重构。 联锁机的主、从系各自执行全部处理功能。主、从系交换处理结果，从系取与主系一致 的结果输出。 联锁逻辑部每一系通过 FSIO1 板各用一对光缆经过光分路器与控显机相连，使联锁逻 辑部的每一系都能分别与两台控显机通信。联锁逻辑部每一系用一对光缆分别与电务维修机 的两个光通信接口相连，联锁逻辑部每一系的维护信息分别送到电务维修机。 联锁逻辑部每一系有 5 个连接电子终端的通信接口，称 ET 回线 1～5。每个通信接口可 连接一个电子终端机架。 联锁逻辑部安装在一个 800×330mm 的机架内。两系的组成完全相同。联锁逻辑部的前 视图如图 4- 4 所示 。每一系由 IPU6 电源板、F486-4 联锁 CPU 板、FSIO 接口板、LAN 通 信扩展板组成。每一系的机架有两个空闲插槽，需要时可插入与其他系统通信的接口板(如 与 CTC 系统通信用 OPU 板等)。各板之间通过机架底版的 VME 总线互连。
    联锁逻辑部的背视图如图 4- 5 所示。在联锁逻辑部机架的背面，每系各有光电转换板： 图 4- 4 联锁逻辑部的前视图 F107[P] 板和 F107P 板，以及 DID 板。 图 4- 5 联锁逻辑部的背视图 ②电路板 a．电源板(IPU6) 电源板(IPU6) 实现外部输入的直流 24V 至直流 5V 的 DC／DC 转变，为本系逻辑电路 提供稳定的 5V 电源。 b．F486-4 联锁 CPU 板 F486-4 是联锁逻辑部的主 CPU 板。二重系每一系各有一块 F486-4 板，安装在联锁机架 每一系左边第二个槽位(正面)。 F486-4 的功能：完成联锁逻辑运算；二重系间通信及切换控制；二重系一致性检查； 系统的故障检测及报警，异常时停止动作，输出导向安全。 系统管理程序存储在 ROM 中。联锁程序和站场数据存储在 RAM 中。联锁机每次停电 后，需将存储有联锁程序和站场数据的 IC 卡插入 IC 卡插槽，从 IC 卡重新读入联锁程序和 数据，然后系统才能投入运行。 F486-4 板面板如图 4-6 所示。
    图 4-6 F486-4 板面板 面板上有系统运行指示灯、硬件工作状态指示灯、运行方式设置开关。 (a)系统运行指示灯 D0 ～D7 D7 灭，系统运行正常；D7 亮，系统停机。 在 D7 灭灯的情况下，D0～D6 状态定义为： D0 亮，本板为 l 系；D0 灭，本板为 2 系。 D1 亮，本板为主系；D1 灭，本板为从系。 D2 亮，两系不同步；D2 灭，两系同步。 D3 亮，执行控制功能；D3 灭，控制功能停止。 D4 亮，APL(应用程序逻辑)开始执行；D4 灭，APL 停止执行。 D5 预留。 D6 亮，数据连接成功；D6 灭，数据连接失败。 在 D7 亮灯情况下，D0～D6 表示错误代码，代码定义见表 4-1。 表 4 -1 D7～D0 故障代码定义
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