高速铁路计算机联锁系统

国别/公司
瑞典 ABB公司 EBILOCK—750型 EBILOCK—850型
EBILOCK—950型
英国 SSI SGI
日本 Ⅰ型 (SMLE) Ⅱ型 (μ—SMLE) Ⅲ型
Ⅳ型
计算机类型
UAC1610 (8085)芯片 (8085)芯片 Motorola68030
6800芯片 6802芯片 专用微机
图5.3.2 SSI固态联锁系统结构框图 SSI系统为分布式结构，其联锁机通过数据链路与现场的采集控制模块相连，传输速率通常为9 600波特， 采用缩短型的海明码，信息传送代码为曼彻斯特码。最大传输距离达10 km，设中继器时，最大可达到40 km。 英国道比铁道研究中心在原SSI基础上正在开发第二代的计算机联锁系统。英国西屋信号公司、澳大利亚 西屋制动和信号公司为首的四个公司联合开发的WEST-RACE系统，采用了基于以系统的差异性取代系统硬件冗余 来实现的安全原则。系统设计采用两个或更多的不同路径，每个路径又都有独立的安全保证。 (三)德国高速铁路(ICE)的车站联锁控制系统 根据联邦德国铁路(DB)提出的故障安全技术要求，德国西门子公司和阿尔卡特公司共同开发了适合于高速 铁路的联锁控制系统。西门子公司以SIMIS系统为核心构成车站联锁系统，阿尔卡特公司则以SELMIS系统为核心 构成车站联锁系统。这两个系统的共同点是系统均采用硬件冗余方式，SIMIS系统已从1977年的SIMIS-B型 (8080CPU)，经过SIMIS-C型(8085CPU)，SIMIS31 16，SIMIS3216，SIMIS-E型，SICAS型(Siemens Computer Aided Signal ling)发展到目前的SIMIS-W型。SIMIS-W型总体结构见图5.3.3。
第三节 高速铁路计算机联锁系统
联锁系统是铁路信号的重要组成部分，主要是用于车站进路的控制和保证列车运行和作业的安全。高速铁 路信号当然也离不开联锁系统。高速铁路联锁系统除设计上要考虑到高速列车运行的特点外，其设备与普通铁 路没有本质的差别。但高速铁路进路由调度中心计算机控制，取消了地面信号，由车载信号控制列车运行，因 此，选用的联锁系统必须是先进的联锁系统。
图5.3.1 EBILOCK 850计算机联锁系统框图 20世纪90年代初期开发的EBILOCK950系统采用双机硬件冗余，比较一致后输出，也可通过硬件热备并且在 每套硬件中都运行两套软件，达到故障安全的要求。可适用于各种不同的安全规则。 (二)英国的固态联锁SSI系统 1985年，英国的计算机联锁系统SSI在明斯顿车站正式使用，它采用三取二表决系统(TMP)的模式。系统中 参与表决的3个模块运行相同的联锁软件，每一模块都可与其他两个模块的计算结果相比较以校验自身的计算结 果。当发生不可屏蔽的故障时，每一模块都可从系统中切除。当某一模块因故障被切除时，其余两个模块按双 机比较方式继续工作。故障模块修复以后，系统重新恢复到三取二表决方式工作。在故障模块未修复前，如果 另一个模块再次出现故障，则系统停止运行，所有信号都置于禁止状态，这时系统导向安全状态。SSI系统的结 构框图见图5.3.2。
专用微机 8085芯片 专用微机 —SPAC 0 故障—安全型 模块 V30 16 bit
图5.3.8 EL32型计算机联锁系统构成框图 日本京山信号制作所目前研制的计算机联锁系统有K-3(轻轨，地铁)、K-4(大规模车站)、K-5(中、小规模 车站)三种类型。图5.3.9是K5型的集中型和分散型结构，同时采用双重系热备形式，电子终端装置可自由选择 一重系或二重系。
图5.3.9 日本K5型计算机联锁系统 (七)意大利安萨尔多ACC计算机联锁系统 意大利安萨尔多(ANSALDO)公司的ACC计算机联锁系统基于SARA体系结构，它的基本特点是模块式结构和冗 余的计算机配置(图5.3.10)。这些特点使控制系统完全能够满足对安全性、可靠性和可用性的要求，中央逻辑 单元由三个CPU(TMR三套模块冗余)处理装置组成，通过平行独立处理数据的方式及三取二的多数表决方案保证 其安全性。
图5.3.3 SIMIS—W型计算机联锁系统总体结构图 图中区域控制计算机采用双机冗余比较的SIMIS故障安全原理，联锁与接口计算机则采用三取二的多数表 决工作原理，以增加可靠性。微机系统的安全操作应由4个独立通道保证(两个处理通道和两个监测通道)。只有 当每一通道都发出相同的操作命令时，操作的输出命令才有效。 阿尔卡特公司的ESTWL90计算机联锁系统，采用SELMIS安全模块。SELMIS的硬件结构为三取二方式，软件 冗余管理。ESTWL90系统结构见图5.3.4。
图5.3.5 ATCC系统控制中心结构框图 控制中心主要由ESTW电子联锁中心和LZB列控中心组成，电子联锁中心通过单元控制模块对车站、邻站和 区间信号、道岔、轨道电路等进行控制。在电子联锁的人机接口界面(输入输出层)通过遥控系统与调度中心接 口，而与LZB列控中心的接口是由联锁逻辑模块直接与其通信完成的，如图5.3.6所示。
一、联锁系统的发展 车站联锁控制直接关系到行车安全，也影响到车站作业的效率及行车组织工作，因此联锁设备在不断改进。 早期的铁路联锁为非集中联锁，设备简单，至今在运输不繁忙的线路上仍有少量应用。但这种联锁方式，安全 技术措施不完善，车站作业效率差，要依靠人的正确操作组织行车。1929年继电集中设备问世，经过不断改进， 其安全可靠性和人机界面日趋完善。目前在世界上(特别是国内)广泛使用的联锁主要是继电集中联锁。这使铁 路成了继电器的最大用户。随着电子技术的发展，从60年代开始许多国家开始研究非继电器的逻辑电路用于联 锁设备，但未能得到推广使用。到了20世纪70年代随着计算机技术的发展，不使用继电器的集中联锁才获得了 突破。1978年瑞典铁路在哥德堡成功地开通了世界上第一个计算机联锁系统。此后各国不再研究其他非继电器 联锁而竞相开发计算机联锁系统。经过20多年的发展，计算机联锁系统已经成熟，功能更加完善，配置更加灵 活，性价比也已经超过继电器集中联锁系统。 计算机联锁系统是铁路信号发展的必然趋势。如日本和英国铁路已制定技术政策，不再发展继电联锁，逐 步由计算机联锁取代。 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.计算机联锁系统功能更加完善。例如我国广泛应用的继电联锁设备(6502电气集中联锁系统)，受站场形 状、电路逻辑层次和结构、继电器以及接点数量的影响，在功能及功能扩展方面受到限制。对上述限制，计算 机联锁系统通过增加少量硬件并开发软件即可解决。 2.计算机联锁系统的信息量大，利用当前的各种网络手段，可与行车调度指挥系统、列车控制系统联网， 交换各种信息，以使整个信号系统协调工作。 3.计算机联锁系统易于实现系统自诊断和自检测功能，并通过联网实现远距离诊断。有利于信号维修管理 及维修体制改革。 4.体积小，功耗低，使信号室投资减少。随着大规模集成电路的发展，计算机联锁系统的设备造价将会越 来越低，与继电联锁相比将更占优势。 计算机联锁由于以上述的特点，近年来在国内外得到了广泛的使用和发展。国内外均有成功的研究设计和 使用维护的经验，因此计算机联锁系统应该作为高速铁路车站信号联锁的首选制式。 二、国外铁路计算机联锁系统 (一)瑞典铁路的EBILOCK 850、950系统 世界公认的第一个计算机联锁控制系统安装在瑞典哥德堡车站，在1978年开通使用。当时信号机和道岔的 控制仍由继电器来完成，保留了轨道继电器。第二阶段是采用电子器件控制信号机和道岔，仍保留了轨道继电 器。第三阶段则实现了全电子化控制。作为计算机联锁的核心部分，也经历了几个阶段的变化，从EBILOCK750 演变到850系统。其中$50R系统还具有无线通信接口，可与无线闭塞系统连接。850系统采用双软件比较方式， 只有两套软件的计算结Hale Waihona Puke Baidu完全一致时，才能使执行元件执行控制命令。该系统为分布式微处理器系统，可实现 远距离控制。系统硬件采用双重冗余热备方式，以提高系统的可靠性。EBILOCK 850系统框图见图5.3.1。
图5.3.7 SEI综合计算机联锁系统框图 图中故障安全联锁ATP模块，采用安全处理模块，分别安装在三个组匣中，并通过存储器模块相互通迅， 采用三取二表决模式，保证故障安全。而现场设备的计算机控制采用编码微处理器(故障安全型)和动态安全检 查模块，在控制柜中分别装有安全信息的和非安全信息的输入板和输出板。 SEI系统允许控制半径为7.5 km，即需要每15 km设一处中继站。 (六)日本电子联锁系统 日本的电子联锁的开发经历了几个阶段，最早可追溯到1966年，目前已停止使用。20世纪80年代开发的主 要有SMILE I型、Ⅱ型、Ⅲ型并在此基础上于1997年开发了PRIME和EL32型、工型系统。另一系列开发的有K1、 K2、K3型，近期有K5、K5B型，此外另有201、202型电子联锁系统。为确保高可靠性，包括输入/输出设备在内 的许多设备由二重系构成，但在电子设备中对可靠性要求最高的“安全系统”，则由三重系表决方式构成。电 子联锁设备Ⅱ型为适用于小站的联锁设备。Ⅱ型联锁系统采用了故障安全计算机和组件SPAC-8，它是由二台计 算机、RAM、定时器、时钟同步电路、故障安全比较电路，由多芯片封装而成。只有在二条总线数据一致时，且 比较电路自身正常时，才输出交流信号，动作正常事故继电器。如正常事故继电器落下则切断至信号设备的输 出控制电路的电源，使输出固定在安全侧。EL32型的系统构成见图5.3.8。 Ⅲ型电子联锁则具有满足安全性要求的联锁功能及闭塞功能，但仅适用于单线2股道、条进路的小站，设 备采用硬件冗余方式，采用宏同步动作的相位差同步方式即二台计算机按一定时差定时启动，产生出交变信号， 驱动正常继电器。使用软件来实施故障诊断功能。
图5.3.6 LZB列控中心与联锁逻辑模块通信示意图 (五)法国高速铁路SEI/TVM430 SEI综合联锁系统是法国CSEE Transport公司20世纪90年代开发的列控联锁一体化设备，并于2001年5月首 次在TGV地中海线瓦朗斯—马塞段(列车最高时速350 km/h)上开通使用。 SEI系统使用UM2000型数字编码轨道电路，车载设备为TVM430，可兼容TVM300制式。地面区间串行输入控 制与车站控制合二为一，取消了接口，也减少了信息传输的延时，具有硬件结构模块化，功能完善，安全可靠 等优点。系统由沿线的地面控制中心SEI设备、光纤局域网、环线点式设备、UM2000轨道电路、轨旁设备和车载 设备组成。其中地面SEI设备组成见图5.3.7。
图5.3.10 意大利安萨尔多ACC计算机联锁系统 ACC系统由一个控制中心及其通过高速数据传输网络连接的各外围装置组成。控制中心除执行安全功能的 中央逻辑单元以外，还有一个执行非安全辅助功能的RDT子系统。
(八)各国的计算机联锁系统的特点 各国计算机联锁系统比较见表5.3.1。
表5.3.1 各国计算机联锁系统比较
图5.3.4 ESTW L90计算机联锁系统总体结构图 SIMIS和ESTW L90的系统框图大同小异，后者增加了一层输入输出层，通过该层接口与遥控设备和列车控 制中心(LZB中心)相连。轨旁设备的控制均通过区域计算机(SIMIS系统) 和分布式的单元控制模块来实现的，因 此这两种联锁系统控制范围较广。 在德国ICE高速铁路上已大量安装了计算机联锁系统，车站的控制范围不局限于某一车站。如Orxhausen 车站控制距离达到75 km。Eilsleben站的计算机联锁取代了原来的17个继电联锁系统，控制范围达到43 km。 (四)西班牙高速铁路ATCC系统 阿尔卡特公司提出先进列车控制中心ATCC(Advanced Train Control Center)概念，以满足高速铁路运输 的需要。ATCC系统将铁路信息中的调度集中、联锁和列控等所有领域的管理集中在一个地方，并将控制列车和 进路的所有功能综合于一个系统中。ATCC系统控制中心结构框图见图5.3.5。