計算機(jī)聯(lián)鎖基于通信的跨邊界控制模式分析

聶志國

（北京全路通信信號研究設(shè)計院有限公司，北京 100073）

1 概述

在地鐵項目中，地鐵線路信號設(shè)備設(shè)置有以下特點。

*?線路連續(xù)，每站的規(guī)模較小；

*?站間無閉塞電路，無明確站界；

*?聯(lián)鎖集中站設(shè)置的IO控制邊界與聯(lián)鎖邏輯邊界不對等；

圖1所示為具有3個聯(lián)鎖集中站的地鐵項目。

當(dāng)需要辦理X5至X6進(jìn)路、F1至Z1進(jìn)路時，由于進(jìn)路涉及的信號設(shè)備分屬于不同的聯(lián)鎖集中站，進(jìn)路的辦理、解鎖與常規(guī)進(jìn)路均有所不同，在處理此類跨邊界問題時，需要采取符合其特性的控制模式。

目前的地鐵項目中，聯(lián)鎖系統(tǒng)已經(jīng)擁有比較完善的安全傳輸網(wǎng)絡(luò)，聯(lián)鎖集中站與集中站、集中站與OC、集中站與遠(yuǎn)程控制單元均能可靠的通信。聯(lián)鎖網(wǎng)絡(luò)的存在，使得本地設(shè)備與遠(yuǎn)程設(shè)備在采集、控制方面基本無差異，聯(lián)鎖集中站的控制范圍得到了極大的擴(kuò)展，從而使得跨邊界控制問題得以有效解決。

本文討論的是跨邊界控制模式的一種方案，該控制模式基于聯(lián)鎖安全傳輸網(wǎng)絡(luò)，以分層管理的方式對跨邊界操作進(jìn)行控制。

2 控制層次概述

根據(jù)跨邊界操作需要，將控制層劃分為物理層與邏輯層。物理層側(cè)重于實體單元的管理，邏輯層側(cè)重于邏輯關(guān)系整合，層次關(guān)系如圖2所示。

1）元件

一個獨立的控制單位稱為元件，元件的基本特性為元件是可以獨立接受命令、反應(yīng)狀態(tài)的控制單位，道岔、信號機(jī)、區(qū)段、照查繼電器均可視為元件。

元件可以是一個獨立的繼電器如照查繼電器，也可以是關(guān)系緊密的一組繼電器集合如道岔、信號機(jī)等。當(dāng)?shù)啦硪约系姆绞阶鳛樵r，道岔的DCJ、DBJ等相關(guān)繼電器不再單獨區(qū)分為元件。

元件具有全局的ID，ID的設(shè)計方式：域ID（8?bit）+ 站 ID（8?bit）+ 內(nèi)部 ID（16?bit）。

2）物理區(qū)

物理區(qū)指聯(lián)鎖集中站的IO控制范圍（區(qū)域控制器、OC均歸屬于聯(lián)鎖集中站），對應(yīng)如圖1所示,1域1站、1域2站、2域2站均為物理區(qū)。

物理區(qū)由元件構(gòu)成，每個元件必須有明確且唯一的歸屬物理區(qū)。物理區(qū)是元件的直接控制區(qū)，物理區(qū)對本區(qū)域內(nèi)的元件具有完全的控制權(quán)。

簡單邏輯操作如單操道岔、信號按鈕封閉等操作直接由物理層進(jìn)行管理。

物理區(qū)的集合稱為物理層。

3）邏輯單元

當(dāng)運營模式要求跨邊界控制時，如辦理F1至Z1進(jìn)路，分別涉及3個物理區(qū)的元件，當(dāng)進(jìn)路需要檢查的條件明確后，該進(jìn)路的控制范圍就完全界定了。類似于進(jìn)路控制這類邏輯操作，其控制邊界明確，參與邏輯運算的元件數(shù)量確定，具有良好的邏輯關(guān)系封閉性，稱為邏輯單元。

邏輯單元對應(yīng)一組邏輯操作，邏輯單元通過物理區(qū)控制元件，邏輯單元不直接控制元件。邏輯單元的元件控制范圍由邏輯操作的需求確定，與實際物理區(qū)域劃分無關(guān)。

與元件相似，邏輯單元具有全區(qū)域唯一標(biāo)識ID。

4）邏輯區(qū)

邏輯區(qū)是邏輯單元的集合，邏輯區(qū)的控制范圍由當(dāng)前生效的邏輯單元控制范圍確定。

邏輯區(qū)的集合稱為邏輯層。

3 層次控制方式

在實際應(yīng)用中，邏輯區(qū)為本區(qū)域內(nèi)的邏輯單元提供接口服務(wù)，主要包括以下內(nèi)容。

*?邏輯單元相關(guān)運算條件收集。

*?相關(guān)運算條件包括元件狀態(tài)、相關(guān)邏輯單元狀態(tài)。

*?邏輯單元操作命令接收。

*?邏輯運算結(jié)果輸出。

邏輯單元經(jīng)過運算后產(chǎn)生運算結(jié)果，運算結(jié)果包括元件邏輯與元件控制命令。邏輯單元不對元件進(jìn)行直接控制，運算結(jié)果生成后，通過邏輯區(qū)服務(wù)接口將元件邏輯與控制命令分發(fā)給元件所在物理區(qū)，由物理區(qū)控制元件執(zhí)行并反饋結(jié)果。

邏輯單元的控制以邏輯層、物理層交互反饋為基礎(chǔ)，以進(jìn)路辦理為例，一個典型的邏輯單元操作過程如下。

1）邏輯區(qū)通過服務(wù)接口獲取各物理區(qū)相關(guān)元件當(dāng)前的采集狀態(tài)、邏輯狀態(tài)。

2）邏輯區(qū)通過服務(wù)接口獲取邏輯單元進(jìn)路辦理命令。

3）邏輯單元根據(jù)進(jìn)路辦理命令執(zhí)行選路操作。

4）邏輯單元產(chǎn)生運算結(jié)果，邏輯區(qū)通過服務(wù)接口將運算結(jié)果分發(fā)至元件所在物理區(qū)。運算結(jié)果包括以下內(nèi)容。

*?區(qū)段元件鎖閉邏輯。

*?道岔元件轉(zhuǎn)換命令。

*?信號元件控制命令。

*?其他繼電器元件控制命令。

5）物理區(qū)控制元件執(zhí)行并將結(jié)果反饋，反饋內(nèi)容如下。

*?區(qū)段元件鎖閉成功/區(qū)段元件鎖閉失敗。

*?道岔元件已經(jīng)接受控制/道岔元件未接受控制。

*?信號機(jī)元件已經(jīng)接受控制/信號機(jī)元件未接受控制。

*?繼電器元件已經(jīng)接受控制/繼電器元件未接受控制。

6）邏輯區(qū)根據(jù)反饋結(jié)果確認(rèn)邏輯執(zhí)行狀況。

*?道岔元件接受控制，延時等待道岔轉(zhuǎn)換到位。

*?所有區(qū)段元件反饋鎖閉成功，進(jìn)路鎖閉成功。

*?信號機(jī)元件接受控制，延時等待信號控制結(jié)果。

*?繼電器元件接受控制，延時等待繼電器控制結(jié)果。

*?若元件反饋執(zhí)行失敗狀態(tài)，則終止本次邏輯操作。

進(jìn)路控制邏輯單元負(fù)責(zé)進(jìn)路全部生命周期控制，由選路命令登記起，至進(jìn)路完全解鎖時終止。在進(jìn)路成功鎖閉后，邏輯單元仍需通過控制—反饋過程對進(jìn)路相關(guān)元件進(jìn)行邏輯管理，直至進(jìn)路完全解鎖。

4 沖突控制

采取邏輯單元控制方式時存在兩種常見的沖突：邏輯單元沖突、邏輯單元與元件的沖突。

邏輯單元沖突來自同邏輯區(qū)不同的邏輯單元或不同邏輯區(qū)邏輯單元的敵對沖突。以進(jìn)路控制單元為例，不同的進(jìn)路可能互相重疊或存在邏輯上的敵對關(guān)系，由此造成邏輯單元在操作上可能存在沖突。

部分元件具有物理區(qū)操作功能，如道岔單操，為了提高控制效率，類似道岔單操這種對元件的直接控制，可以由物理區(qū)本地直接進(jìn)行操作。當(dāng)邏輯單元與物理單元同時對同一元件產(chǎn)生操作命令時，沖突就產(chǎn)生了。

由于通信傳輸時延的特性，沖突很難在邏輯層解決，更難以在根本上消除。一個解決沖突的方案是在物理層解決沖突。物理區(qū)對元件擁有最終控制權(quán)，因此可以通過先入先出原則或預(yù)設(shè)優(yōu)先級原則解決沖突。

當(dāng)同一元件存在多個操作命令時，物理區(qū)根據(jù)元件預(yù)設(shè)控制規(guī)則進(jìn)行命令沖突管理，元件采取先進(jìn)先出原則時，執(zhí)行第一條命令，同時丟棄后續(xù)命令；元件采取優(yōu)先級控制時，選取優(yōu)先級最高的命令執(zhí)行，同時丟棄其他命令，相同優(yōu)先級命令仍采取先入先出原則。以道岔為例，道岔預(yù)設(shè)單操優(yōu)先級高于選路操作，當(dāng)同時存在道岔單操與選路操作時，物理區(qū)采取道岔單操作命令，不執(zhí)行邏輯區(qū)的選路操作命令。

5 總結(jié)

在地鐵項目進(jìn)行跨邊界控制時，采取基于網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膶哟慰刂品绞剑梢詫崿F(xiàn)邏輯控制的連續(xù)性與完整性；邏輯關(guān)系管理集中統(tǒng)一，避免了分散控制的協(xié)調(diào)問題。

層次控制模式在實際應(yīng)用中可以衍生一種新的控制方式：全線路邏輯控制，這種控制方式使得聯(lián)鎖可以在全線路內(nèi)對所有聯(lián)鎖關(guān)系進(jìn)行邏輯控制與歷史狀態(tài)管理，優(yōu)化自動觸發(fā)、接近延長、自動折返、全自動折返等功能。