計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)簡介.doc

1、計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)概述車站聯(lián)鎖控制系統(tǒng)是車站信號的基礎(chǔ)設(shè)備，在計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)開發(fā)之前是基于布線邏輯的繼電聯(lián)鎖裝置。社會在發(fā)展，技術(shù)在進(jìn)步，電子技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，一場信息技術(shù)大革命正在世界范圍內(nèi)迅速展開。隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，特別是對可靠性和冗余容錯技術(shù)的深入研究，車站信號聯(lián)鎖安全技術(shù)也正在不斷地更新、發(fā)展。1978年世界上第一個計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)在瑞典哥德堡問世，隨后從80年代起各國競相開發(fā)研究計算機(jī)聯(lián)鎖，并取得了顯著的成績，90年代已有不少國家開始大面積推廣計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)。如日本、英國已制定技術(shù)政策，不再發(fā)展繼電聯(lián)鎖，而由計算機(jī)聯(lián)鎖取代。1984年中國鐵路開發(fā)出第一臺計算機(jī)聯(lián)鎖，此后取得迅速進(jìn)展。截至2005年底，據(jù)中國鐵道部統(tǒng)計，中國國家鐵路使用計算機(jī)聯(lián)鎖的車站已有1247個。計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)由硬件和軟件構(gòu)成。硬件包括聯(lián)鎖計算機(jī)（完成聯(lián)鎖功能和顯示功能）、彩色監(jiān)視器、微型集中操縱臺、安全繼電輸入輸出接口柜、計算機(jī)聯(lián)鎖專用電源屏以及現(xiàn)場信號機(jī)、轉(zhuǎn)轍機(jī)、軌道電路等室外設(shè)備。軟件是實現(xiàn)進(jìn)路、信號機(jī)和道岔相互制約的核心部分，由兩部分組成：一是參與聯(lián)鎖運(yùn)算的車站數(shù)據(jù)；二是進(jìn)行聯(lián)鎖邏輯運(yùn)算，完成聯(lián)鎖功能的應(yīng)用程序。 車站數(shù)據(jù)庫包括車站賦值表、車站聯(lián)鎖表、按鈕進(jìn)路表、車站顯示數(shù)據(jù)等。應(yīng)用程序由多個程序模塊組成，即系統(tǒng)管理程序模塊、時鐘中斷管理程序模塊、表示信息采集及信息處理程序模塊、操作命令輸入及分析程序模塊、選路及轉(zhuǎn)岔程序模塊、信號開放程序模塊、解鎖程序模塊和站場彩色監(jiān)視器顯示程序模塊等。計算機(jī)聯(lián)鎖的操作方法與繼電聯(lián)鎖相似，操作人員辦理進(jìn)路時，只需先按進(jìn)路始端鈕，再按進(jìn)路終端鈕即可完成。此時計算機(jī)就執(zhí)行操作輸入程序和聯(lián)鎖處理程序。根據(jù)輸入的按鈕代碼，從進(jìn)路矩陣中找出相應(yīng)的進(jìn)路，然后檢查是否符合選路條件，只有完全滿足選路條件后，程序才能轉(zhuǎn)入選路部分。之后，先檢查對應(yīng)道岔是否在規(guī)定位置，再將需要變換位置的道岔轉(zhuǎn)換位置，接著鎖閉進(jìn)路。計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)與繼電聯(lián)鎖相比的優(yōu)越性主要有以下幾方面：（1）體積小、可靠性高，可實現(xiàn)無維修和少維修。（2）計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)功能更加完善繼電聯(lián)鎖設(shè)備，如我國廣泛應(yīng)用的6502電氣集中聯(lián)鎖系統(tǒng)，受站場形電路網(wǎng)絡(luò)層次和結(jié)構(gòu)、繼電器數(shù)量以及網(wǎng)絡(luò)線的多寡等限制，在功能及功能擴(kuò)展方面均受到限制。對上述限制，計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)往往通過少量的硬件和軟件開發(fā)即可解決。（3）計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的信息量大為豐富，利用各種網(wǎng)絡(luò)手段，可方便地與行車調(diào)度指揮系統(tǒng)、列車控制等系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，提供及交換各種信息，以使工作協(xié)調(diào)順暢。（4）計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)易于利用自診斷，自檢測功能及遠(yuǎn)距離聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)遠(yuǎn)程診斷。（5）隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的投資將越來越低，與繼電聯(lián)鎖相比將更占優(yōu)勢。2、計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)由于控制規(guī)模、功能的完備程度、經(jīng)濟(jì)因素、技術(shù)實現(xiàn)以及技術(shù)背景和歷史背景的不同，而有多種體系結(jié)構(gòu)。1、單模塊結(jié)構(gòu)當(dāng)系統(tǒng)的功能比較簡單時才可以使用這種結(jié)構(gòu)。單模塊結(jié)構(gòu)需要有一個或幾個串行數(shù)據(jù)接口，以便與其它系統(tǒng)，如調(diào)度集中、微機(jī)監(jiān)測等相聯(lián)系。2、多模塊結(jié)構(gòu)就國內(nèi)外現(xiàn)有的計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)來看，大多是多模塊結(jié)構(gòu)，但各模塊的功能及模塊之間的聯(lián)系是不盡相同的。就進(jìn)路控制的層次而論，可分為操作表示層、聯(lián)鎖運(yùn)算層和執(zhí)行層。這里所說的執(zhí)行層是指聯(lián)鎖機(jī)與各個監(jiān)控對象之間的控制電路這一層。對應(yīng)著這三個層次，相應(yīng)地可由三種微機(jī)：操作表示機(jī)、聯(lián)鎖機(jī)以及控制器來承擔(dān)各層的任務(wù)。（1）操作表示機(jī)操作表示機(jī)主要任務(wù)是接收來自控制臺、鍵盤或鼠標(biāo)器等的操作輸入，判明操作輸入能否構(gòu)成有效的輸入命令，并將操作命令轉(zhuǎn)化成約定的格式，由串行口傳送給聯(lián)鎖機(jī)。另外，接收來自聯(lián)鎖微機(jī)的表示信息，將它們轉(zhuǎn)換成屏幕顯示器或控制臺能夠接受的格式。既然操作表示機(jī)的功能是傳送和生成操作命令和表示信息的，所以在有的系統(tǒng)中也將它作為聯(lián)鎖機(jī)與調(diào)度集中的中間聯(lián)系結(jié)構(gòu)。采用了操作表示機(jī)，可以提供豐富的表示信息，減輕聯(lián)鎖機(jī)的工作量，使聯(lián)鎖機(jī)能承擔(dān)更多的其它功能。有了操作表示機(jī)可使聯(lián)鎖機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化，即聯(lián)鎖機(jī)制需要一個串行接口與操作表示機(jī)聯(lián)系就可以了，而不需要許多并行的操作輸入和表示輸出接口。當(dāng)車站規(guī)模較大時，采用操作表示機(jī)也是經(jīng)濟(jì)的。操作表示機(jī)所處理的信息不涉及到行車安全，所以不要求該微機(jī)具有故障安全功能，但它必須十分可靠才能保證聯(lián)鎖系統(tǒng)正常工作。為此，一般采用動態(tài)冗余微機(jī)結(jié)構(gòu)。（2）聯(lián)鎖機(jī)聯(lián)鎖機(jī)是聯(lián)鎖系統(tǒng)中的核心部分。聯(lián)鎖機(jī)與執(zhí)行層的聯(lián)系有兩種方式。 一是專線方式，即對應(yīng)每一監(jiān)控對象都有專門的控制命令輸出口和狀態(tài)信息輸入口相對應(yīng)。或者說，基本上保留了電氣集中聯(lián)鎖系統(tǒng)的道岔和信號機(jī)的控制電路。另一種是總線方式。這種方式的特點是把室外的監(jiān)控對象按它們的地理位置劃分為若干群，也可能把一個咽喉的設(shè)備劃分為一群，對于每一對象群，在其附近設(shè)置一個由微機(jī)構(gòu)成的現(xiàn)場控制器，由它作中介，實現(xiàn)聯(lián)鎖機(jī)與監(jiān)控對象之間的聯(lián)系。在這種情況下，聯(lián)鎖機(jī)與控制器之間以串行數(shù)據(jù)傳輸方式交換數(shù)據(jù)，可以節(jié)省聯(lián)系線路的費(fèi)用，有利于提高系統(tǒng)的安全性和可靠性。（3）控制器設(shè)置控制器是為了節(jié)省干線電纜的費(fèi)用?？刂破髟O(shè)置于對象群附近，它與所轄各對象之間用專線聯(lián)系。控制器與對象群越近，越節(jié)省專線電纜的長度。這不僅有利于節(jié)省電纜，而且有利于減少電纜芯線之間的串音干擾?？刂破魇强刂泼詈蜖顟B(tài)信息的轉(zhuǎn)送站，它接收來自聯(lián)鎖機(jī)的控制碼，經(jīng)過變換形成控制命令以驅(qū)動相應(yīng)的控制電路；它又接收監(jiān)控對象的狀態(tài)信息，經(jīng)過編碼在傳送到聯(lián)鎖機(jī)?？刂破饕话悴回?fù)有聯(lián)鎖處理任務(wù)，但它所處理的信息均屬于涉及安全的信息，因此，它不僅應(yīng)十分可靠，而且應(yīng)具有故障-安全性能?？刂破鞅旧戆l(fā)生故障時也應(yīng)自動的通知聯(lián)鎖機(jī)，以便及時進(jìn)行處理。在多模塊結(jié)構(gòu)的計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)中，聯(lián)鎖機(jī)與控制器之間的聯(lián)系方式有星型網(wǎng)聯(lián)系方式及總線網(wǎng)聯(lián)系方式等。3、計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的性能要求分析（1）計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu) 由于計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的綜合性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過繼電聯(lián)鎖系統(tǒng)，因此車站聯(lián)鎖系統(tǒng)由繼電裝置向計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)轉(zhuǎn)化已成為一種不可逆轉(zhuǎn)的趨勢。具體來說計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的優(yōu)勢主要表現(xiàn)在適時性、安全性、可靠性、可維護(hù)性及性價比等若干方面。 計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)是利用目前已有的工業(yè)控制計算機(jī)，研制一套專用的硬件與軟件系統(tǒng)實現(xiàn)信號、進(jìn)路與道岔間的聯(lián)鎖關(guān)系，因此它實質(zhì)上是一個滿足故障安全信號原則的聯(lián)鎖邏輯運(yùn)算系統(tǒng)，計算機(jī)在系統(tǒng)中的作用是將操作命令與現(xiàn)場各種輸入的表示信息讀入，再根據(jù)計算機(jī)內(nèi)部狀態(tài)等條件進(jìn)行邏輯運(yùn)算，判斷后輸出控制信息至執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實現(xiàn)多變量數(shù)字輸入和多變量數(shù)字輸出這樣一個復(fù)雜的變換。（2）實時性要求 聯(lián)鎖系統(tǒng)必須不失時機(jī)地采集到輸入變量的變化情況，及時刷新站場各類表示信息，及時輸出道岔和信號的控制命令，而且對涉及安全的控制命令必須以具有故障安全特征的形式輸出。（3）可靠性與故障安全性 信號聯(lián)鎖系統(tǒng)是一種實時控制系統(tǒng)，它必須是高可靠的，通常繼電聯(lián)鎖系統(tǒng)在采取預(yù)防性維護(hù)措施的前提下其 MTBF(故障平均間隔時間)可達(dá)1.3105h（約15年），采用工業(yè)級的控制計算機(jī)與容錯技術(shù)完全可以達(dá)到并超出這一指標(biāo)。 具體來說，對計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)而言必須解決二個主要問題。系統(tǒng)內(nèi)信息傳遞的可靠性與安全性：鑒于工業(yè)計算機(jī)自身不具備故障安全特性，因此系統(tǒng)內(nèi)傳遞的信息也不具備安全性，受各種干擾、輻射以及各類故障的影響，信息畸變在所難免，從而造成邏輯運(yùn)算錯誤而可能引發(fā)危險側(cè)輸出。 系統(tǒng)內(nèi)信息變換及邏輯運(yùn)算的安全性：就聯(lián)鎖程序而言，無論設(shè)計調(diào)試方法多么嚴(yán)密也很難排除所有隱含的軟件漏洞，這就要求必須引入避錯及容錯機(jī)制使故障形成的危險側(cè)運(yùn)算結(jié)果輸出的概率達(dá)到規(guī)定的要求。（4）結(jié)構(gòu)模塊化與標(biāo)準(zhǔn)化 鐵路站場的規(guī)模與作業(yè)需求不盡相同，因而無論是硬件還是軟件都必須具有模塊化結(jié)構(gòu)特征，硬件模塊化、軟件真正實現(xiàn)程序、數(shù)據(jù)的有效分離。（5