計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)簡介.doc

1、計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)概述車站聯(lián)鎖控制系統(tǒng)是車站信號的基礎設備，在計算機聯(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，技術在進步，電子技術和計算機技術的不斷發(fā)展，一場信息技術大革命正在世界范圍內(nèi)迅速展開。隨著計算機技術的發(fā)展，特別是對可靠性和冗余容錯技術的深入研究，車站信號聯(lián)鎖安全技術也正在不斷地更新、發(fā)展。1978年世界上第一個計算機聯(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聯(lián)鎖系統(tǒng)。如日本、英國已制定技術政策，不再發(fā)展繼電聯(lián)鎖，而由計算機聯(lián)鎖取代。1984年中國鐵路開發(fā)出第一臺計算機聯(lián)鎖，此后取得迅速進展。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聯(lián)鎖的車站已有1247個。計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)由硬件和軟件構成。硬件包括聯(lián)鎖計算機（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、計算機聯(lián)鎖專用電源屏以及現(xiàn)場信號機、轉轍機、軌道電路等室外設備。軟件是實現(xiàn)進路、信號機和道岔相互制約的核心部分，由兩部分組成：一是參與聯(lián)鎖運算的車站數(shù)據(jù)；二是進行聯(lián)鎖邏輯運算，完成聯(lián)鎖功能的應用程序。 車站數(shù)據(jù)庫包括車站賦值表、車站聯(lián)鎖表、按鈕進路表、車站顯示數(shù)據(jù)等。應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。計算機聯(lián)鎖的操作方法與繼電聯(lián)鎖相似，操作人員辦理進路時，只需先按進路始端鈕，再按進路終端鈕即可完成。此時計算機就執(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，從進路矩陣中找出相應的進路，然后檢查是否符合選路條件，只有完全滿足選路條件后，程序才能轉入選路部分。之后，先檢查對應道岔是否在規(guī)定位置，再將需要變換位置的道岔轉換位置，接著鎖閉進路。計算機聯(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）計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)功能更加完善繼電聯(lián)鎖設備，如我國廣泛應用的6502電氣集中聯(lián)鎖系統(tǒng)，受站場形電路網(wǎng)絡層次和結構、繼電器數(shù)量以及網(wǎng)絡線的多寡等限制，在功能及功能擴展方面均受到限制。對上述限制，計算機聯(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）計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的信息量大為豐富，利用各種網(wǎng)絡手段，可方便地與行車調度指揮系統(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)調順暢。（4）計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)易于利用自診斷，自檢測功能及遠距離聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)遠程診斷。（5）隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，計算機聯(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、計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的結構計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)由于控制規(guī)模、功能的完備程度、經(jīng)濟因素、技術實現(xiàn)以及技術背景和歷史背景的不同，而有多種體系結構。1、單模塊結構當系統(tǒng)的功能比較簡單時才可以使用這種結構。單模塊結構需要有一個或幾個串行數(shù)據(jù)接口，以便與其它系統(tǒng)，如調度集中、微機監(jiān)測等相聯(lián)系。2、多模塊結構就國內(nèi)外現(xiàn)有的計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)來看，大多是多模塊結構，但各模塊的功能及模塊之間的聯(lián)系是不盡相同的。就進路控制的層次而論，可分為操作表示層、聯(lián)鎖運算層和執(zhí)行層。這里所說的執(zhí)行層是指聯(lián)鎖機與各個監(jiān)控對象之間的控制電路這一層。對應著這三個層次，相應地可由三種微機：操作表示機、聯(lián)鎖機以及控制器來承擔各層的任務。（1）操作表示機操作表示機主要任務是接收來自控制臺、鍵盤或鼠標器等的操作輸入，判明操作輸入能否構成有效的輸入命令，并將操作命令轉化成約定的格式，由串行口傳送給聯(lián)鎖機。另外，接收來自聯(lián)鎖微機的表示信息，將它們轉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)鎖機與調度集中的中間聯(lián)系結構。采用了操作表示機，可以提供豐富的表示信息，減輕聯(lián)鎖機的工作量，使聯(lián)鎖機能承擔更多的其它功能。有了操作表示機可使聯(lián)鎖機的硬件結構標準化，即聯(lián)鎖機制需要一個串行接口與操作表示機聯(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。當車站規(guī)模較大時，采用操作表示機也是經(jīng)濟的。操作表示機所處理的信息不涉及到行車安全，所以不要求該微機具有故障安全功能，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)冗余微機結構。（2）聯(lián)鎖機聯(lián)鎖機是聯(lián)鎖系統(tǒng)中的核心部分。聯(lián)鎖機與執(zhí)行層的聯(lián)系有兩種方式。 一是專線方式，即對應每一監(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。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備劃分為一群，對于每一對象群，在其附近設置一個由微機構成的現(xiàn)場控制器，由它作中介，實現(xiàn)聯(lián)鎖機與監(jiān)控對象之間的聯(lián)系。在這種情況下，聯(lián)鎖機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)系線路的費用，有利于提高系統(tǒng)的安全性和可靠性。（3）控制器設置控制器是為了節(jié)省干線電纜的費用。控制器設置于對象群附近，它與所轄各對象之間用專線聯(lián)系?？刂破髋c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。控制器是控制命令和狀態(tài)信息的轉送站，它接收來自聯(lián)鎖機的控制碼，經(jīng)過變換形成控制命令以驅動相應的控制電路；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?？刂破饕话悴回撚新?lián)鎖處理任務，但它所處理的信息均屬于涉及安全的信息，因此，它不僅應十分可靠，而且應具有故障-安全性能?？刂破鞅旧戆l(fā)生故障時也應自動的通知聯(lián)鎖機，以便及時進行處理。在多模塊結構的計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)中，聯(lián)鎖機與控制器之間的聯(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、計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的性能要求分析（1）計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的基本結構 由于計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的綜合性能遠遠超過繼電聯(lián)鎖系統(tǒng)，因此車站聯(lián)鎖系統(tǒng)由繼電裝置向計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)轉化已成為一種不可逆轉的趨勢。具體來說計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的優(yōu)勢主要表現(xiàn)在適時性、安全性、可靠性、可維護性及性價比等若干方面。 計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)是利用目前已有的工業(yè)控制計算機，研制一套專用的硬件與軟件系統(tǒng)實現(xiàn)信號、進路與道岔間的聯(lián)鎖關系，因此它實質上是一個滿足故障安全信號原則的聯(lián)鎖邏輯運算系統(tǒng)，計算機在系統(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)計算機內(nèi)部狀態(tài)等條件進行邏輯運算，判斷后輸出控制信息至執(zhí)行機構，實現(xiàn)多變量數(shù)字輸入和多變量數(shù)字輸出這樣一個復雜的變換。（2）實時性要求 聯(lián)鎖系統(tǒng)必須不失時機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)在采取預防性維護措施的前提下其 MTBF(故障平均間隔時間)可達1.3105h（約15年），采用工業(yè)級的控制計算機與容錯技術完全可以達到并超出這一指標。 具體來說，對計算機聯(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，從而造成邏輯運算錯誤而可能引發(fā)危險側輸出。 系統(tǒng)內(nèi)信息變換及邏輯運算的安全性：就聯(lián)鎖程序而言，無論設計調試方法多么嚴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制使故障形成的危險側運算結果輸出的概率達到規(guī)定的要求。（4）結構模塊化與標準化 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構特征，硬件模塊化、軟件真正實現(xiàn)程序、數(shù)據(jù)的有效分離。（5