淺談VPI型計算機聯鎖系統

【摘要】隨著鐵路運輸發展的需要和科學技術的進步，鐵路聯鎖系統的功能、體系結構、技術應用和操作方式等各方面都在不斷演變和完善。傳統的6502電氣集中聯鎖基本已經淘汰，逐步發展為以計算機為控制核心的聯鎖系統。計算機聯鎖又分有好多不同的類型，本文主要對VPI型計算機聯鎖系統的實現方法、系統結構、安全性和可靠性等方面進行探討。

【關鍵詞】VPI聯鎖系統安全系統切換

計算機聯鎖是用微型計算機對車站值班人員的操作命令與現場實際狀態的表示信息進行邏輯運算，從而實現對信號機、道岔及進路進行集中控制和聯鎖的車站聯鎖設備。微機聯鎖通常采用通用的工業控制微機，由一套專用的軟件來實現車站信號、進路、道岔之間的聯鎖關系。它實質是一個滿足“故障—安全”原則要求的邏輯處理器，自動的采集、處理信號設備的信息，把車站值班人員的控制命令和現場的各種信息輸入計算機，再根據存儲在計算機內的有關條件，進行聯鎖關系的邏輯運算和判斷，然后輸出信息到執行機構，實現對車站信號設備的控制和監控。

一、VPI型聯鎖系統

VPI型計算機聯鎖系統也就是安全型計算機聯鎖系統，是一種“故障—安全”的、以微機處理器為基礎的車站聯鎖信號控制系統。它的邏輯電路是由安全型邏輯組成的。能把傳統的由繼電器實現的聯鎖邏輯和控制邏輯“寫”成一系列邏輯表達式即布爾表達式，這些邏輯表達式的正確實施是通過一個設計過程和原則來得到保證的。這個設計過程和原則被稱為“數字集成安全保證邏輯”，這個“數字集成安全保證邏輯”確保聯鎖邏輯按要求實現，并使系統有故障—安全的特性。由此可見，安全型計算機聯鎖是從“有接點”到“無接點”的跨越。系統功能合理分配到基于“安全通信和非安全通信”網絡的人機接口、聯鎖處理、系統維護等節點上，有每個功能節點來完成一種或多種功能，而每個節點就是一個完整的計算機系統，彼此通過網絡交換信息并協調運行。

VPI系統被設計成滿足用戶要求的、保證基礎安全的、并使用安全型各端口獨立校核的輸入數據的布爾方程式，從而產生于該方程式解直接相關的一組輸出。安全型輸出量的狀態不斷地被檢測以確保：如果和相應方程式的解不符合，該輸出就不在允許的狀態中。輸入數據的讀入和輸出狀態的檢測都通過安全型硬件來實行。表達式求解和輸出檢測都依靠一個安全型繼電器，它必須在精確的時間間隔內收到有效的校核字，然后才能將電源經由安全型繼電器的前接點送到所需的輸出端。系統的各個子系統設有安全防護功能，能阻止非法登陸，其中包括合法人員的以外登陸、錯誤登陸和不合法人員的登陸。 VPI系統實現了軟件標準話，硬件模塊話，采用開放的系統結構，能方便可靠的和調度集中系統、數字軌道電路、微機檢測系統、自動站間記軸系統、閉塞系統、列控系統等信號系統接口并交換數據。系統的顯示采用LCD液晶顯示器作為計算機聯鎖系統人機界面的顯示屏，操作員通過鼠標辦理各種作業。液晶顯示器顯示站場圖形，給出信號機、道岔、軌道電路等信號設備的狀態。在操作中，系統還會給出明確的語音提示，方便車站值班人員了解有關作業情況和操作命令的執行狀態，減少誤操作發生的概率。采用N+1熱備人機界面子系統、雙系熱冗余的聯鎖處理子系統、雙網通信，采用邏輯上環網連接。同時，采用模塊隔離技術，各子系統內部切換不影響其他子系統正常工作，即任何一個人機界面子系統、聯鎖處理子系統、網絡設備不能正常工作，不會導致其他子系統無故切換。VPI系統的自診斷功能十分完善，故障定位到板級，輸入/輸出板故障定位到具體位。

二、VPI系統體系結構

VPI系統是在一般雙系熱備結構的基礎上，增加獨立的“故障—安全”校驗模塊、采用NISAL專利技術，實現雙系統并行的熱冗余計算機聯鎖系統。雙系熱冗余的“組合故障安全”結構，再加上“反應故障安全”技術，構成高安全性能的綜合安全系統。系統由六個子系統組成，分別是聯系處理子系統、人機界面子系統、值班員臺子系統、診斷維護子系統、冗余網絡子系統、電源子系統。現對主要的子系統進行介紹。

聯鎖處理子系統由一個或多個機柜組成的雙系熱備冗余系統，A系和B系無論是否同時啟動，雙系開機并通過安全校驗后既能很快進行自動同步。A系和B系采集共享，并行輸出，當一個系某一路采集或輸出發生錯誤時，只要另一個系統對應的碼位不發生錯誤，既不會影響系統的運行。

人機界面子系統是VPI系統與操作人員的交互接口，通常情況下，VPI系統采用彩色顯示器作為計算機聯鎖系統的人機交互界面，用來供操作人員通過鼠標辦理各種作業，顯示站場信號設備，并給予明確的語音提示。對于特殊要求的車站，還可以采用數字化儀、控制臺等作為人機交互界面。在大型站場設有值班員子系統，供值班人員監視站場內列車運行情況以及站場狀態。它的界面與人機界面子系統完全一致。

三、系統的切換

VPI系統是完整的雙機系統，它的最大特點是單系統故障或維修時不會影響整個系統的正常使用，極大的提高了系統的可用性，雙系統熱備功能的應用可有效的使整個系統正常工作的持續能力得到明顯的改善，因為其在備用系統轉換為工作系統的切換過程中，系統的工作不會受到影響。所以可以看出，雙機系統尤其是雙機熱備系統的切換是至關重要的，并且對計算機聯鎖而言，切換的安全性更為重要，系統切換的缺陷可能會導致危險事故的發生。一個完整的雙機熱備系統，其各個部分顯然都應該是雙重的。但對于通常的控制系統而言，至少在兩個界面上必須具有唯一性和一致性，一個是顯示控制界面，一個是最終執行命令界面。唯一性是指只能一方有效，一致性是指同時在這兩個界面的有效必須是同一個系統。否則很可能造成系統混亂，特別是兩個系統由于故障或其他原因而狀態不一致時。完整的雙機備用系統至少在這兩個界面上會有切換控制，可能會有不同的形式比如硬件控制或軟件控制。VPI是分布式多微機系統，其切換控制基本上是依據系統的結構劃分的，采用以子系統為單元可各自獨立切換的方式。將切換單元適當化小，可使整個系統具有更高的可靠性，因為只要不是在互為備用的、相同的兩個子系統內同時發生故障，就可以重新構成一個可以正常工作的完整系統。切換只是在同步的狀態下進行的，以故障自檢和診斷為基礎的切換控制程序是其核心，切換條件的確定原則如下：（1）主備間的同步通信中段。雙機間的通信是由備機主站向主機子站進行呼叫，當無接收應答時可能有兩種情況，一是主機死機；二是通信故障，無法繼續同步運行。此時認為主機故障，進行切換。（2）主機通過自檢測程序，發現嚴重故障，向備機申請切換倒機。（3）當備機間的同步信息出現持續性的差異時，同步處理程序確認主機出現某種影響系統控制的故障時進行切換。

四、結語

本文通過對VPI型計算機聯鎖系統的基本實現方法、能達到怎么的實際效果、系統的體系結構、雙機熱備的切換及切換的必要條件、系統的安全性可靠性等都做了簡要的闡述。希望對于鐵路運輸的安全健康的發展能夠有所貢獻。

參考文獻

[1]呂永昌，林瑜筠.《計算機聯鎖》.北京：中國鐵道出版社. 2007

[2]劉榮華.《信號工》.德宏民族出版社. 2011