全电子执行单元与区域计算机联锁系统的结合与应用

全电子执行单元与区域计算机联锁系统的结合与应用
【摘要】区域计算机联锁系统实现车站联锁、区间闭塞和调度指挥一体化控制，具有联锁功能完善、技术特点鲜明、适用性强等特点，是今后计算机联锁的发展方向。

全电子执行单元具有突出的优点和特点，可实现控制、监督、监测一体化。

区域联锁与全电子执行单元的结合，将大大提高车站联锁系统的集成化、自动化程度和安全可靠性。

【关键词】全电子;模块化;执行单元;区域计算机联锁;铁路信号
0.概述
区域计算机联锁是在车站计算机联锁基础上结合了网络安全传输技术发展的网络化、智能化、集成化的信号控制系统，它将整个控制区域视为一个车站，使用一套主联锁设备，完成多个车站的联锁逻辑运算和集中控制，能够实现车站联锁、区间闭塞和调度指挥一体化控制。

目前国内上道使用的计算机联锁以及区域计算机联锁系统绝大多数是仍采用继电器执行电路的系统，在计算机软件实现联锁关系的同时仍保留了近30％的继电电路，结构复杂，占用面积大，故障点多。

由兰州大成自动化工程有限公司研制的智能全电子执行单元，几乎全部取消了继电器，可与各厂家的计算机联锁系统结合，实现了控制、监督、监测一体化，从而很好的解决了以上问题。

我院在承担设计的新建策克口岸站及临策铁路天鹅湖西站至策克口岸站铁路联络线工程中，将区域计算机联锁系统与全电子执行单元技术有机的结合，以区域计算机联锁取代传统分站计算机联锁，以道岔、轨道、信号、零散、闭塞和电码化全电子模块取代传统继电器，实现了对该段铁路控制，监督，监测，执行的高度一体化和智能化。

1.区域计算机联锁系统
区域计算机联锁系统原则上选择区段内大站作为区域联锁主站，集中处理主站、从站和站（场）间接口的联锁逻辑；小站作为区域联锁的从站，仅设置区域逻辑控制器和微机监测等设备，通过冗余安全通道与主站交换信息。

在区域联锁主站设置中心逻辑处理系统根据中心主站值班员的控制意图进行联锁运算，分设在各站的区域逻辑处理系统则接收来自中信逻辑处理系统的控制命令，实施采集和驱动的控制。

组成示意图见图一。

例如在临策铁路天鹅湖西至策克口岸站段项目中，本次设计车站3个，天鹅湖西站、居延海站和策克口岸站。

设计将策克口岸站设为中心（主控）站，控制本站及居延海2站。

临策线的额济纳中心站调整至天鹅湖西站，控制临策线的沃博尔、辉森乌拉西、天鹅湖及本站4个站。

图一
1.1区域联锁各子系统功能
1.1.1联锁处理子系统（IPS）
联锁处理子系统（IPS）是整个区域计算机联锁系统的核心部分，它由两套“反应故障安全”专用联锁机（IPSA和IPSB）组成。

联锁机采用双套热备的配置，包括负责安全数据处理的CPU/PD1板、负责系统安全校验的VPS板、负责联锁机与输入/输出板接口的/OBUS1总线接口板和I/OBE扩展板、以及安全型输入/输出板VIB/VOB板、以及安全通信板VCOM。

主系统和备用系统间的切换电路可在不中断联锁系统工作的情况下进行自动或手动切换。

1.1.2 人机界面子系统(MMI)
人机界面子系统是VPI与用户之间的人机接口模块。

通常情况下，MMI采用彩色显示器作为计算机联锁系统的人机交互界面，用来供信号员通过鼠标办理各种作业，显示站场信号设备，给予明了的语音提示。

运输人员的行车指挥命令通过VLE板的网口传递到联锁系统；现场轨道电路和道岔等信号设备的状态，通过安全型输入/输出板与VPI的VLE板接口，联锁系统接收到命令并采集到全站的信号设备状态信息后，进行联锁运算处理，处理后的相应结果，如信号机的开放或关闭、轨道电路的占用或出清、道岔区段的解锁或锁闭等均在MMI上显示出来。

1.1.3 值班员台子系统（GPC）
在区域联锁主站可以考虑设置值班员台GPC，给值班员提供站场、操作显示。

GPC显示的站场界面与HMI一致，但是不能进行进路办理等操作。

1.1.4系统维护子系统（SDM）
系统维护（SDM）子系统主要为区域计算机联锁完成系统维护及接口设备监测的功能，包括一台工业控制计算机、一台彩色显示器、一台激光打印机、鼠标、键盘。

作为联锁计算机系统的模块，它实现对设备和接口设备的在线监视和记录，同时也可打印设备操作信息、日期和时间记录。

根据实际应用的的要求，电务维护终端可以与信号维护支持网络联网，具有远程诊断功能。

1.1.5冗余网络子系统(RNET)
区域联锁系统采用基于高速交换机的以太网冗余网络结构，进一步加强了网络系统的可靠性。

通过网络通信的各子系统均安装有两块以太网接口卡，将其接入冗余网络，一条网络故障，各子系统可以自动通过另一条网络通信，并在SDM 子系统中给出故障诊断信息，便于及时维护。

在区域联锁控制系统中可以组建双冗余环型网络，极大提高整个系统的网络可靠性。

1.1.6 电源子系统(PWR)
为了保证联锁系统安全稳定工作，各子系统的电源均由不间断电源UPS供电。

区域联锁系统采用了双UPS冗余供电方式。

来自电源屏的单相交流电经过二级电源防雷后输入在线式UPS，UPS输出净化220V交流电，经过电源柜配电端子排供给各子系统。

1.2在实际设计中的实现
结合本次设计，以策克口岸站区域计算机联锁为例。

区域范围内各站的联锁逻辑运算均由主控站（策克口岸站）的CLC进行处理。

调度人员在主控站（策克口岸站）的HMI上进行办理进路等各种操作，子站（居延海站）ZLC接收来自CLC的控制命令，实施对该站的输入/输出控制和安全校验。

当被控站与中心控制站通信故障、中心CLC故障或随时因需要权利下放时，被控站的HMI可即时取得控制和管理功能，实现ZLC降级控制时的操作，ZLC可进行列车进路的基本联锁运算（含站间闭塞、场间联系等）和控制。

全线的SDM将各站的诊断维护信息送至调度中心的维修服务器。

维护人员可以在调度中心实时查看各站的联锁设备运行情况。

2.与全电子执行单元的结合的必要性
车站信号联锁系统中室内计算机联锁系统由联锁部分、执行部分（继电器执行）共同构成。

区域计算机联锁系统作为联锁部分，具有完整的冗余结构，如双机热备联锁是主系统和备用系统分别执行同一工作，并经同步检查，确保主备系统同步工作，实现真正的热备冗余。

满足“故障-安全”原则的前提下，提高了系统的可靠性和可用性。

与之相比，执行部分如果仍采用继电器执行，就是一个在保障行车安全方面相对较薄弱的环节。

继电器执行虽然造价相对要低，但是接线多、焊点多、导致故障率高，抗干扰能力弱，不利铁路进一步发展。

因此极有必要针对执行部分，引入全电子执行单元，以保障整个联锁系统的合理性和安全性。

3.全电子执行单元
执行单元遵循闭环控制、抗干扰防护、硬软件双重校核、控制电路双断等安全技术进行设计，符合故障安全原则。

可以实现各种道岔、信号、轨道电路、闭塞、电码化、道口和场间联系的监测和控制，可以用于电气化和非电气化区段的车站，现就各种信号设备所采用的执行模块进行举例说明。

3.1道岔控制模块
以往的道岔继电器组合一般需要启动继电器，定、反位表示继电器，（继电联锁还有定反位操纵继电器），锁闭继电器以及道岔表示变压器等组成道岔启动电路，每一组单开或渡线道岔都需要设置这样一个组合，而全电子执行单元DC4X-2型道岔模块替代四线制道岔启动电路，执行由联锁机下发的控制命令，直接控制ZD6型道岔的转动，并实时监测ZD6型道岔的工作状态。

其工作原理见图二
图（二）
3.2信号控制模块
LXA-2型信号模块替代原电气集中联锁中进站、进路信号机和带调车信号的两方向的出站信号机的控制电路，并取消灯丝继电器，接收和执行由联锁机下发的控制命令，直接控制信号机的信号灯的点亮和熄灭，并实时监测信号灯的点亮和熄灭的工作状态，反馈给联锁机。

一个LXA-2型信号机模块可以控制8个灯位，即可控制1架列车信号机。

3.3轨道电路模块
GD50-2型电子模块是替代原JZXC-480型继电器作为轨道电路的接收设备，用于接收轨道信号电流。

模块实时检测现场轨道电路的状态，通过总线传给联锁机。

模块提供两组无触点型输出接点，为同一区段的道岔模块提供区段锁闭的条件。

一个DG50-2型电子模块最多可以接有4路轨道信号电流的输入，即可替代4个JZXC-480型轨道继电器。

3.4零散模块
LS-2模块具有上下行道岔总锁闭功能，轨道停电监督功能，主副电源监测功能，能够对执行单元机柜或其他设备的断路器状态进行实时监测，对列车主灯丝状态进行实时监测。

模块具有完备的自检、报警功能，支持热插拔，允许用户不间断系统进行更换；有两条以上线路的道口，调车接近通知将区别出调车所经线路和方向。

3.5电码化模块
DDM-2型电码化码模块，替代继电器所构成的编码接口电路，可与ZPW2000A、四信息或八信息相结合。

此外，全电子执行单元通过回读、软件双编码等技术实现自诊断故障到板级。

记录所有的操作和信号设备的状态；监测和报告系统故障；方便地查询内存中存储的各种信息；存储和打印记录；通过网络可以把系统的故障情况通知到远端的维护部门，使维修部门可以根据需要派遣相应技术人员来维修实现远程诊断功能。

4.结语
区域计算机联锁系统实现车站联锁、区间闭塞和调度指挥一体化控制，具有联锁功能完善、技术特点鲜明、适用性强等特点，是今后计算机联锁的发展方向。

全电子执行单元具有突出的优点和特点，可实现控制、监督、监测一体化，弥补了传统联锁系统里相对较为薄弱的继电器执行部分的不足，从真正意义上实现了联锁系统的全电子化。

区域联锁与全电子执行单元的结合，大大提高了信号联锁
系统的集成化、自动化程度，也对提高铁路运输效率和能力提供了可靠的保障。

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