淺談軌道交通中計算機聯(lián)鎖技術

1、    淺談軌道交通中計算機聯(lián)鎖技術    李華 劉效含摘 要：本文主要簡述了城市軌道交通中計算機聯(lián)鎖的相關技術特點，計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的層次結構及硬件構成，重點對比了當代軌道交通中三種類型的計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)聯(lián)鎖機的核心技術及硬件構成，并闡明了每一種類型的聯(lián)鎖系統(tǒng)的優(yōu)缺點，并對相應可靠性及安全性做出分析，簡述我國鐵路以及城軌中，主要使用的計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)類型和計算機聯(lián)鎖技術的發(fā)展趨勢。關鍵詞：計算機聯(lián)鎖 可靠性 安全性 全電子化：tp23 ：a ：1672-3791（2018）08（b）-0002-02軌道交通系統(tǒng)發(fā)展至今，主要由計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)保證其安全性。聯(lián)鎖

2、是以一種技術手段在保證行車安全的前提下，控制鐵路室外設備，即信號機、轉轍機和軌道電路的故障安全技術1。計算機聯(lián)鎖技術是隨著計算機技術的發(fā)展而發(fā)展起來的，由最初的機械式聯(lián)鎖，發(fā)展到電氣集中式聯(lián)鎖，我國電氣集中式聯(lián)鎖系統(tǒng)的典型代表為6502電氣集中聯(lián)鎖，這種聯(lián)鎖技術全部采用繼電電路來實現(xiàn)信號、道岔和進路之間的聯(lián)鎖關系，雖然安全性滿足要求，但在功能上，不夠完善。隨著計算機技術的迅速發(fā)展，特別是對于可靠性技術和容錯技術的深入研究，計算機聯(lián)鎖技術逐漸趨于成熟，并且大力推廣使用，1989年我國的聯(lián)鎖技術發(fā)展為計算機聯(lián)鎖，并且規(guī)定在高鐵和客專上必須使用計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)，在主干線上要求必須使用技術成熟的二乘二取

3、二型計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)2。1 計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的層次結構根據計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的主要構成、相應功能和設置地點不同，聯(lián)鎖系統(tǒng)可分為人機會話層、聯(lián)鎖層、執(zhí)行層。1.1 人機會話層人機會話層，一般由2臺雙機熱備的工控機構成，并配有相應的屏蔽電纜（一般不超過50m）。此層完成的工作為上位機的操作，接收值班員的操作指令，通過鼠標操作完成進路的操作，信號機的開放，道岔的轉換，并且配備顯示功能，能夠通過網絡與電務維修機連接，具有信息存儲轉發(fā)的功能。由于信息的處理并不涉及涉安信息，因此，不要求上位機具有故障安全性能，對該層次的設計應主要考慮其可靠性，可靠性要求達到106h即可。1.2 聯(lián)鎖層聯(lián)鎖層，不同的聯(lián)鎖系統(tǒng)根據要

4、求配備聯(lián)鎖機的數(shù)量。該層主要完成接收上位機下發(fā)的操作命令，同時接收室外設備的狀態(tài)信息，根據信息進行聯(lián)鎖運算，根據運算結果產生控制命令，將控制命令輸出給執(zhí)行層進行室外設備的控制；并將站場狀態(tài)信息、提示信息、故障信息等傳送給上位機顯示出來。由于聯(lián)鎖機所處理的信息均是涉安信息，所以，對聯(lián)鎖機進行設計的時候，必須要考慮到其故障導向安全的性能，同時滿足可靠性和安全性的標準。1.3 執(zhí)行層執(zhí)行層，設置在機械室內，主要由組合架、相應控制器構成，實現(xiàn)室外設備與室內聯(lián)鎖機之間連接。執(zhí)行層中的控制器接收來自聯(lián)鎖機的控制命令以驅動相應的控制電路，由于部分型號的計算機聯(lián)鎖保持了6502電氣集中聯(lián)鎖系統(tǒng)的執(zhí)行組電路部分

5、，控制室外設備的繼電電路必須經由組合架通過電纜與室內設備連接。同時它又接收監(jiān)控對象的狀態(tài)信息，經過編碼再傳送到聯(lián)鎖計算機。由于控制器不具備聯(lián)鎖功能，但是它所處理的信息均屬于涉及安全的信息，因此，必須具備故障安全的性能3。2 各類型計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)技術對比2.1 雙機熱備型聯(lián)鎖技術最初是以單機運行為主，雖然單機運行在人機會話層性能要優(yōu)于電氣集中式聯(lián)鎖，但單機運行的可靠性及安全性不能滿足鐵路的相關規(guī)定。隨著國內的工控機技術的不斷更新?lián)Q代，我國對可靠性和安全性的要求不斷提高，tyjl-2型計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)是我國首臺自主研發(fā)的雙機熱備型計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)。雙機熱備型計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的最大特點是硬件上采用雙機熱備

6、結構，聯(lián)鎖層有2臺聯(lián)鎖機，每個聯(lián)鎖機由各自cpu執(zhí)行聯(lián)鎖邏輯運算，兩個cpu執(zhí)行兩套功能相同而編碼各異的系統(tǒng)，主機的結果作為控制命令輸出，并控制相應的外部設備，并且將控制命令傳給上位機顯示，經過多年實際運行經驗，雙機熱備系統(tǒng)簡單實用，能夠實現(xiàn)國家鐵路要求的可靠性和安全性指標。雖然雙機熱備系統(tǒng)可以實現(xiàn)動態(tài)無縫切換，并且可使在線檢修。但是，涉安信息的處理一旦不及時，將產生嚴重的后果，因此，國內外已經停止了有關雙機熱備系統(tǒng)的研發(fā)工作。目前，我國僅準許支線、非提速區(qū)域以及地鐵沿線使用此類型的計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)4。2.2 三取二型（容錯型）三取二型聯(lián)鎖系統(tǒng)中，主要的聯(lián)鎖機由3臺完全相同的設備構成，配備了雙路

7、的電源回路，具有3條完全相同的輸入通道分別采集信息，并將采集結果分別送入各自cpu，3個cpu各自執(zhí)行聯(lián)鎖程序，進行聯(lián)鎖邏輯運算，將產生的數(shù)據送至輸出模塊，輸出數(shù)據經過表決器表決后，輸出為產生結果一致的信號，并由此控制相應繼電器從而控制室外設備。三取二型聯(lián)鎖系統(tǒng)，相對于雙機熱備型系統(tǒng)可靠性和安全性都有大幅度提高，但是由于存在著表決功能，因此，對于表決器的性能要求比較高，另外，故障機要及時切離，若沒有及時切離故障機，極有可能導致錯誤的結果輸出。自20002015年，在湖東站、哈爾濱站、臨汐北站、新豐鎮(zhèn)站、長春站等投入使用了三取二型計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)5。2.3 二乘二取二型為了滿足高速鐵路的發(fā)展需要，

8、針對于三取二型聯(lián)鎖系統(tǒng)不能夠在線檢修問題，近10年來研制出二乘二取二系統(tǒng)，目前，隨著電子產品價格的下降，所有的主干線甚至于城市軌道交通中，均采用二乘二取二計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)。該計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)一共由兩系完全相同的聯(lián)鎖系統(tǒng)構成，但是與雙機熱備系統(tǒng)不同的是每套聯(lián)鎖機由雙cpu同時運行完全相同的程序，雙cpu共用一個時鐘周期，能夠實現(xiàn)完全同步，如果兩個cpu運行結果不同，則輸出安全側信息，這就保證了整個系統(tǒng)的安全性能。如果該套聯(lián)鎖機不能正常運行，則由熱備的聯(lián)鎖系統(tǒng)實現(xiàn)雙機無縫切換，這就保證了系統(tǒng)的可靠性，可以說二乘二取二型計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)，具備了高可靠性，高安全性，并且不存在表決功能，節(jié)省了工程造價，并且可

9、以實現(xiàn)在線檢修，故障機如果不及時檢修也不會影響列車的正常運行，是當今鐵路最為可靠安全的一種計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)。3 計算機聯(lián)鎖技術發(fā)展趨勢全電子執(zhí)行單元代替了傳統(tǒng)的繼電器，主要設備采用模塊化結構，便于維修和處理，部分硬件支持熱插拔，并具有過載和負載短路自動保護的功能，避免熔絲導致的短路現(xiàn)象。并且新增了多種功能，不僅能夠實時的監(jiān)測電路，如果由于故障使得模塊導向安全，能夠通過第三通道向監(jiān)控機發(fā)送維護信息，并且能夠在電務維修機上實時的更新系統(tǒng)狀態(tài)。二乘二取二的全電子化技術，掀起了無觸點技術的熱潮，并把這項技術正式納入正常設備運用和管理。最近推出的眾多信號系統(tǒng)中，二乘二取二的全電子化技術，應用在眾多的城市軌道交通中，也是至今為止，在軌道交通中能夠保證可靠性和安全性的基礎上，造價相對經濟的系統(tǒng)，目前在建的成都地鐵，長春地鐵二號線用的正是卡斯柯公司的信號系統(tǒng)。參考文獻1 林瑜筠，呂永昌.計算機聯(lián)鎖m.3版.北京：中國鐵道出版社，2013.2 劉湘國.高速鐵路計算機聯(lián)鎖系