计算机联锁控制系统中控制模块的设计与研究

计算机联锁控制系统中控制模块的设计与研究
作者：白玉
来源：《电子技术与软件工程》2015年第17期
摘要
随着现代控制、通信、计算机的融合发展，在铁路车站信号控制系统中，可靠的铁路信号计算机联锁系统设计变得越来越重要，它由上、下位机和通信模块构成，用户可通过操作上位机的显示界面启动对下位机的操作，进而实现进路控制、非进路调车控制、监督联锁设备状态等功能。

【关键词】计算机联锁 MCU模块串口中断
1 联锁系统的发展
基于布线逻辑的继电联锁装置自1927年问世以来，它在现实中得到使用并占主导地位，尤其是1978年世界上第一个计算机联锁系统在瑞典哥德堡的问世，其后，随着电子技术和计算机技术的不断发展，一些发达国家以微机技术代替了继电器电路，研制出了新型的微机联锁系统，并逐步大面积得到推广应用。

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。

我国计算机联锁研究起步较晚，自从1984年中国铁路开发出第一台计算机联锁， 1991年11月19日中国铁路干线上第一个微机联锁系统在广深线红海站开通，此后取得迅速进展，截止到目前，全路已开通的计算机联锁1000多个车站，且已逐渐从路外向路内，从小站到大站，从支线向干线，从中间站到编组站过渡。

计算机联锁是先进的计算机技术与传统信号技术相结合的新一代车站信号控制系统，具有运作速度快，信息量大，操作方便，安全性高，设备体积小、重量轻，便于调试和维修的特点。

本文对该系统的实现方案中的关键技术进行设计和研究。

2 计算机联锁系统结构和系统构成
计算机联锁系统由硬件设备和软件设备构成。

硬件设备包括联锁计算机、安全检验计算机及现场信号机、转辙机、轨道电路等室外设备。

软件设备是实现进路、信号机和道岔彼此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库；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、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，由于它实现了从有接点到无接点的变革，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。

在执行信号开放程序中，是根据运行表区内容，连续不断地检查各项联锁条件，条件满足后信号机才能开放。

当列车进入信号机后方，信号机即自动关闭，随着列车的运行，进路可顺序逐段解锁。

3 控制板的设计
3.1 硬件设计
控制模块是计算机联锁的重要组成部分，在该系统中，它的设计思想是通过
单片机串口与PC机通信，接受指令，数据缓存器通过总线方式与单片机P0口连接，通过P2口的高3位和译码器配合完成对6片373芯片的选通，再经过驱动模块完成控制，其模块由MCU模块、数据缓存模块、接口升压模块、地址分配模块、电源及串口模块组成；主要器件包括：8051单片机一片，74373芯片6片，ULN2003驱动芯片6片，138译码器芯片1片，MAX232芯片一片等；控制变量包括：信号机、转辙机相应继电器（开关量）。

控制板接收上位机信息，进行辨别，如果是确认信号这把控制状态信息中的信号状态信息与原状态信息中的信号状态信息进行比较，并对相应信号变量进行控制。

如果不是将控制状态信息中的道岔状态信息与原状态信息中的道岔状态信息进行比较，并对相应道岔变量进行控制，然后等待上位机新信息；
3.2 软件设计
初始化：开辟地址空间Adress[7]，数据空间buff_1[7]，buff_2[7]，buff_3[7]，设定波特率，串口初始化并开启串口中断。

进入串口中断程序接受上位机发来的当前状态数据，接收完毕关闭串口中断，并把当前状态数据存到BUFF_1中完成开机初始化。

（1）等待新的串口中断，如果FLAG为0把新状态数据存到BUFF_3中，并判断
BUFF_1 和BUFF_3中后8位数据是否相同，既当前道岔状态与进路所需道岔状态是否相同，如果不同跳入control1子程序，进行道岔转换。

如果相同等待下次中断；
（2）等待新的串口中断，如果FLAG为1判断BUFF_2[i]是否为0x00，如果不是说明道岔转换不成功从新转换道岔，如果是说明道岔转换成功，跳入control2子程序中开放信号；
（3）等待新的串口中断，如果FLAG为2，判断BUFF_2[i]是否为0x00如果是，把最新的当前状态数据存到BUFF_1。

如果不是跳入control2子程序中从新开放信号；
（4）等待上位机新的指令。

其主要控制程序如下：
void initUart（void） /* 初始化 */
{
TMOD|=0x20； /* 定时器1设为方式2*/ SCON=0x50； /* 串口方式1，允许接收*/ TH1=0xf3； /* 定时初值*/
TL1=0xf3； /* 8位重装值*/
TR1=1； /* 启动定时器1*/
ET1=1； /* 允许T1中断*/
EA=1； /* CPU开放中断*/
}
void Delay（unsigned char CNT）
{
unsigned char i；
while （CNT-- ！=0）
for （i=100； i ！=0； i--）；
}
void uart（void） interrupt 4
{
if（RI）
{RI=0；
if（num
{ BUFF_2[num]=SBUF；
num++；
}
else
{ TFLAG=1；
num=0；
ES=0；
}
}
}
4 结束语
根据铁路运行的自身特点，该计算机联锁系统从硬件和软件方面进行设备配置，通过现场总线通信系统使微机联锁各系统能够正常运行，最后对该系统的安全性进行验证，验证结果表明，该系统是安全的，能够满足其运行安全的需要。

参考文献
[1]孙永梅，叶家金，郭宇明.车站联锁控制系统的仿真[J].大连铁道学院报，2002.06.
作者单位
辽宁轨道交通职业学院辽宁省沈阳市 110036。