计算机联锁基本知识

计算机联锁系统硬件构成及原理
♦ 在前面的内容中，已经对计算机联锁系统的功能
作了简单描述。但是该系统是通过计算机技术， 将值班员的操作意图，形成指令，传输给系统的 终端设备――联锁机，由联锁机经过逻辑运算， 形成操作命令，最终需要动作的是现场的实际设 备。从值班员的操作意图由计算机经过联锁运算 形成操作指令，到该指令传输到系统的终端设备 联锁机，再由联锁机形成操作命令，动作现场设 备，这一系列的过程，必须保证绝对安全，并且 要求具有故障导向安全的功能。所以，该系统无 论是硬件部分，还是软件部分，都是依据这一原 则设计的。
♦ 1.系统技术的先进性： 系统技术的先进性： 系统技术的先进性 ♦ 计算机联锁系统是由控制中心和车站构成的两层结构广域 实时控制系统，其主要设备由计算机、网络设备、调度集 中和专用设备及其接口电路组成。应用服务器和终端工作 站采用性能优异的X86系列计算机和显示装置，关键设备 采用双机热备工作方式。 ♦ 2.系统的高可靠性： 系统的高可靠性： 系统的高可靠性 ♦ 系统数据服务器采用双机和共享磁盘阵列组成高可靠的机 群系统。应用服务器采用双机热备工作模式。终端工作站 采用互备工作模式。 ♦ 3.系统的开放性和封闭性： 系统的开放性和封闭性： 系统的开放性和封闭性 ♦ 开放的计算机网络平台可以为用户和提供通用的计算机网 络编程技术，为实现版本升级、系统扩容、硬件兼容提供 十分简捷的途径。计算机联锁系统对内部的各子系统是充 分开放的，系统对外部而言，是完全封闭的，从而实现资 源的共享，又实现了与外界的隔离。
♦ 计算机联锁系统处于调度系统与列车间隔
调整系统之间，是联系两个系统的中间环 节。计算机联锁系统应当能够直接接受调 度计划并自动生成进路控制命令以及确定 命令的执行时机，并给调度人员提供更多 的信息，通过列车间隔调整系统、计算机 联锁系统、调度管理信息系统以及调度专 家系统的有机结合，将构成列车指挥与控 制的综合智能系统，为进一步保证行车安 全和提高行车效率创造条件。 ♦ 该系统的研制开发，在硬件选型、结构设 计、软件模块、系统冗余、故障－安全保 证方面，分别从以下几个方面给与考虑。
♦ 随着各种智能工具系统的涌现和发展，作为社会
生产流程中重要一环的劳动者，有逐步从生产流 程中解脱出来的趋势，原先劳动者承担的信息获 取、传输、处理以及对控制对象的控制等功能， 将逐步交由智能工具系统来承担。铁路的行车过 程，参与的劳动者是列车司机、车站值班员和列 车调度人员。智能工具完全有可能承担他们的工 作：正在进行的关于列车在区间的运行控制研究， 正从传统的区间闭塞控制法向追踪空间间隔调整 法过渡，一旦实现列车追踪间隔自动调整（列车 运行自动控制），列车司机将解脱出来，成为系 统的监督者；列车调度工作，已经使用的调度管 理信息系统（DMIS系统），尤其是分散自律调度 散自律调度 集中系统（ 集中系统（CTC）系统 ）系统的投入使用，已经把调度 员从繁重的劳动中解脱出来。
联锁与进路控制
♦ 联锁的定义是：通过技术方法，使信号、道岔和进路必 联锁的定义是： 须按照一定程序并满足一定条件，才能动作或建立起来的 相互关系。 ♦ 建立一条进路，必须符合联锁的规则。建立一条进路，其 控制过程可以分解成进路建立（办理）和进路解锁两个阶 段。 ♦ 建立进路主要包括： ♦ 进路选择： 进路选择： ♦ 检查操作人员的操作手续是否符合要求；检查所选进路是 否空闲；对选出的进路所涉及的信号、道岔和轨道电路设 置征用标志，防止其他进路再次使用；记录监控对象的状 态，供以后的联锁使用；道岔控制，使不符合进路要求的 道岔转换到规定位置；进路锁闭：锁闭进路所涉及到的相 关设备，防止再次动作；信号控制：随时监控进路相关设 备的状态，一旦联锁条件发生变化，随时关闭信号，从而 保证行车安全。
计算机联锁系统的现状与发展
♦ 自70年代以来，由于微型计算机的问世，同时也
依靠可靠性技术和容错技术理论与技术的发展， 诸如瑞典、日本、英国等国家相继开展了用微型 计算机或微处理器技术构成计算机联锁系统的研 究。我国对此项技术的研究相对起步较晚，1984 年铁道部通信信号总公司研制了适用于厂矿铁路 的计算机联锁系统。随着铁路数次大提速的开始， 我国铁路干线上的计算机联锁系统的应用和发展 进入了一个新的时期。 ♦ 三个因素构成了计算机联锁系统取代继电联锁： 三个因素构成了计算机联锁系统取代继电联锁： 一是计算机的逻辑运算功能与继电逻辑电路具有 共同的理论基础；二是可靠性技术和容错技术和 安全技术的进步，使的计算机实现联锁控制功能 成为可能。
计算机联锁系统硬件冗余概念
♦ 一．系统的可靠性冗余结构： 系统的可靠性冗余结构： ♦ 对于计算机系统而言，根据有关技术标准，要求
其MTBF值达到106h，也就是要求在系统进行技 术改造前不出现故障。所以，系统采用了双机互 为备用的或门二重系统，其原理结构图如下：
系统A 输出
或门 或门
系统B
♦ 二．系统的可靠性、安全性冗余结构： 系统的可靠性、安全性冗余结构： ♦ 对于计算机系统，既要求有比较高的可靠性指标，
♦ 设在运转室的数字化仪和大屏幕显示器，
是在系统数据传输过程中产生错误，造成 系统瘫痪时，供给应急值班员现场操作设 备使用的，保证运输生产的安全。 ♦ 针对下图这个简单举例站场，就其工作而 言，就是要通过联锁机的逻辑运算，将值 班员的操作命令形成操作命令，动作现场 设备，排列出符合值班员操作意图的进路， 指挥列车的运行。设备的构成情况如下图：
系统A 表 决 器 输出
系统B
输入3 系统C
异或
异或
异或
故障表示
计算机联锁系统的层次结构
♦ 在上一节中，我们就系统的可靠性、安全性冗余
结构进行了概念性的讲述，下面，以一个简单站 场为例，以计算机联锁的硬件构成形式，描述系 统功能以及安全性的实现。 ♦ 下图，是一个简单举例站场，终端设备是现场的 道岔、信号机和轨道电路，值班员的操作指令是 通过人机对话计算机与计算机联锁联接的，值班 员的操作指令传输到联锁机以后，由联锁计算机 进行逻辑运算，在规定的时机，形成操作命令， 传输给系统的执行终端，由联锁机产生驱动电源， 动作现场设备，从而实现值班员对实际设备的控 制。
车站终端 操作台 图形显示器
人机会话微机
去 CTC调 度 集 中 系 统
联锁测控计算机
输入／输出适配电路
Txxx
信号机
电动转辙机
轨道电路
系统的硬件构成： 三．系统的硬件构成：
♦ 该系统主要的功能：人机会话功能；联锁控制功能；对系统主 该系统主要的功能：
♦ 计算机联锁取代继电联锁具有以下优点：减少继 计算机联锁取代继电联锁具有以下优点：
电器检修工作量；减少系统设计、施工和维护的 工作量；减少建筑使用面积；当采用分布式系统 结构时，可以节省干线电缆，降低工程造价；当 采用了必要的提高系统的可靠性和安全性的技术 措施后（计算机联锁系统的安全性主要是由计算 机的联锁软件实现的），系统的可靠性和安全性 将得到提高；便于改造，便于增加新的功能。 ♦ 宏观地看，信息化是当代和今后较长时期内社会 发展的基本潮流，信息化的突出标志是智能工具 系统的不断涌现和应用。在系统方能够实现的功 能方面，若计算机联锁系统的水平仅仅达到或略 高于继电联锁系统的水平，则是非常不够的，这 样将不能适应铁路信号向信息化、智能化和综合 化发展的要求。
♦ 对于区间，以人工或技术的方法检查区间内无列
车存在，防护该区段的信号才能开放从而保证列 车在区间的运行安全；对于车站进路而言，同样 需要在进路的入口处设置信号机加以防护，信号 开放时不仅要检查进路空闲，而且要检查进路中 的道岔位置正确，还要检查是否和其他的进路发 生冲突等，只有符合条件时才能够开放信号。列 车进入进路，信号立即关闭，列车离开进路，相 关道岔和敌对进路才能解锁。综上所述，为保证 为保证 行车安全，信号、 行车安全，信号、道岔与进路之间必须以技术手 段保持一定的制约关系和操作顺序， 段保持一定的制约关系和操作顺序，这种制约关 系和操作顺序称之为联锁。保证车站行车安全的 系和操作顺序称之为联锁。 信号系统称之为车站联锁系统。
BG
D3
D13 D11
AG
D5
1
D9
CG
D7
大屏幕显示器 数字化仪控制台
运转室 机械室 去调度集中 或调度监督
会话机
维修机
联锁总线
联锁机A
联锁机B
继电器组合
分线盘
现场设备
D5 D9 D7
二．系统的层次结构： 系统的层次结构：
♦ 前面已经介绍到，计算机联锁系统是由行车指挥控制中心
和车站现场基础设备构成的两层结构广域实时控制系统， 而对其下层设备，也就是系统的终端－计算机联锁设备， 则又采用了两层管理。对于计算机联锁系统，要求具有友 好而准确的人机界面，同时要求联锁测控效果的高可靠性 与高安全性。为此，分为两层管理，即上层为人机会话层， 上层为人机会话层， 上层为人机会话层 下层为联锁测控层，具体结构如下图所示。 下层为联锁测控层 ♦ 人机会话层计算机可以加快人机会话的响应速度，还可以 对操作命令进行预处理；而且人机会话计算机还可以与上 级系统联网，构成上一级的测控系统和信息管理系统。联 锁计算机可以集中其全部能力来实现高可靠性与高安全性 的联锁测控功能。
♦ 进路解锁： 进路解锁：
♦ 进路解锁就是解除已经建立的进路、道岔
和敌对进路的进路锁闭。依据进路解锁的 条件和时机不同，共计有取消进路、人工 延时解锁、正常解锁、调车中途折返解锁 以及故障解锁。 ♦ 如果说联锁条件只是对车站信号系统提出 了应该做什么，那么，如何以技术手段实 现这些要求，则是系统应该怎么做的问题 了，这就是后续几节重点讨论的问题。
♦ 最初的铁路新号作为信息载体只需要具有
“信号开放（允许运行）”和“信号关闭 （禁止运行）”两种显示就可以指挥行车 了。随着运输作业量的增加和行车速度的 提高，发生了列车冲突事故，于是要求信 号系统在组织行车时，必须保证不发生冲 突事故，这就把行车安全与铁路信号联系 起来了。防止列车冲突的传统做法是把铁 路线路分成许多线段，在车站之间的线段 称之为区间，在车站内的线段称之为进路， 在线段的入口处设置信号机进行防护。
计算机联锁系统概述
徐州技师学院教务处 袁成华
计算机联锁系统概述
♦ 铁路运输是以机车车辆等移动设备和铁路
线路、桥梁隧道、站场等固定设备为基本 设备，以车站为运输生产基地的实现旅客 和货物运输的庞大系统。针对这个庞大系 统，必须有一个行车组织系统用以指挥行 车；需要一套通信联络系统，用以保证各 部门之间的协调工作；还要有一套行车指 挥系统，用以指挥列车按运行计划，安全 有效地运行，指挥系统的主要技术装备， 就是铁道信号。
又要求有比较高的安全性指标。因此，系统采用 了下图所示的冗余结构。为了使系统既具有可靠 性又具有安全性，采用了多重冗余构造，共用了 四台计算机，其中的两台处于热备状态。
系统A
与门 与门
系统B 系统1 或门 系统A
与门 或采用的冗余措施： 系统采用的冗余措施： ♦ 为实现系统既具有较高的可靠性又具有较高的安全性，利 用上面的分析思路，构思到三取二系统，即三台计算机同 时工作，两两进行比较，当有两个结果相同（包括三个结 果相同）时，则认为正确无误，如下图。采用三取二冗余 结构需要解决以下几个方面的技术问题： ♦ 1.三台计算机的同步运行问题： 三台计算机的同步运行问题： 三台计算机的同步运行问题 ♦ 由于三台计算机要进行频繁的比较，所以要求它们严格同 步。在实际系统中采用的是三个时钟源同步技术。 ♦ 2.高指标表决器问题： 高指标表决器问题： 高指标表决器问题 ♦ 表决器本身要具有很高的可靠性和安全性，它应当比三取 二系统本身具有更高数量级的可靠性和安全性。 ♦ 3.故障机的及时切换与及时修复问题： 故障机的及时切换与及时修复问题： 故障机的及时切换与及时修复问题 ♦ 当经过比较发现出现结果不一致时，要及时的确认是那一 台计算机出现了故障并及时地将其从系统中切离。同时， 故障机一经发现就要在规定的时间内给与修复，若不及时 修复，当又有一台计算机故障时，系统将停止运行，使整 个系统呈现瘫痪状态。