鐵路信號計算機聯鎖系統的研究與設計

李鑫

摘 要：計算機聯鎖系統具有的優勢性使其應用越來越廣泛，鐵路信號計算機聯鎖系統的應用成為必然。文章主要介紹了計算機聯鎖系統的特點，然后就鐵路信號計算機聯鎖系統的研究與設計進行了探討。

關鍵詞：鐵路信號；計算機聯鎖系統；設計

隨著鐵路事業的不斷發展，鐵路運輸也朝著高速、高密的方向發展，隨之而來的是鐵路運輸的安全性。原有的鐵路信號計算機系統已無法適應這種安全性的要求，在這種情形下，鐵路信號計算機聯鎖系統的應用勢在必行。

1 計算機聯鎖系統的特點

計算機聯鎖系統是利用現有的計算機控制系統，將硬件系統與軟件系統相結合，從在實現信號、進路與道岔之間的聯鎖關系，計算機連鎖系統本質上是一個具有安全信號的聯鎖邏輯運算系統。在連鎖系統中，計算機將操作命令與信息讀入，然后利用邏輯系統進行運算，然后進行判斷分析，將信息輸入到執行機構，從而實現信息之間的傳輸運送。計算機連鎖系統具有以下幾個特點：

1.1 實時性

實時性指的是計算機聯鎖系統對信息的輸入和輸出必須及時，通過對輸入信息的分析判斷及時將各類信息進行更新，然后以一種安全信息的形式將信息輸出。計算機聯鎖系統實時監測各類信息的變化情況，及時的輸出信號，這體現了連鎖系統的實時性特征。

1.2 經濟性

計算機聯鎖系統的廣泛應用其中一個很重要的原因就是系統的經濟性，聯鎖系統的應用使很多行業、很多程序都能夠很大程度上降低成本。

1.3 結構模塊標準化

計算機聯鎖系統應用到不同的領域，其功能要求也不盡相同，就鐵路上的應用來說，因各個鐵路站場大小不一，因此，結構模塊的標準化也就不同。因此，在計算機聯鎖系統的應用上，其硬件和軟件都具有標準化的特征。

1.4 功能擴展

之前的繼電聯鎖系統，提供給客戶的僅僅是操作界面和對系統的解鎖功能，而后續的其他功能都沒有涉及，而計算機聯鎖系統很大程度解決了這個缺點，使系統除了具備之前的功能外，還具有了遠程通信、故障診斷以及其他管理功能。

1.5 安全性

由于計算機聯鎖系統具有實時性，因此，必須要保證系統的安全性和可靠性。計算機聯鎖系統必須要解決兩個方面的問題，內部信息傳遞的安全性和可靠性，但是由于計算機本身具備的不安全特性，因此，計算機聯鎖系統的應用要解決安全隱患問題。

2 鐵路信號計算機聯鎖系統設計

2.1 鐵路聯鎖系統結構及工作原理

2.1.1 系統結構

鐵路信號連鎖系統具有模塊化、層次化等特點。模塊化指的聯鎖系統分為主模塊、信號結合模塊等多個模塊，層次化指的是聯鎖系統具有人機對話層、聯鎖運算層、執行層三個物理層次。鐵路信號計算機聯鎖系統的優點是系統可以根據車站的大小以及需求的不同，在不修改靜態數據的前提下相應的增加硬件模塊，不僅滿足了系統的高容性要求，而且使得系統的調試周期大為縮短，經濟性與實用性兼具。

2.1.2 工作原理

（1）人機對話層。將信息輸入系統中，然后通過鍵盤進行操作，信息通過內部至達的設備到達聯鎖計算機系統，通過這種信息傳輸，就可以在圖形顯示器上將站點信息顯示出來，從而更好的進行信息顯示。如站場信息量過大，可能會導致聯鎖計算機負擔較重，這時可以通過設置操作命令并轉換程約定格式將信息傳輸給聯鎖計算機系統。（2）聯鎖運算層。聯鎖運算層中的聯鎖微機作為系統的核心部分，其承載著信息判別、分析以及系統的邏輯運算能力，如發生故障，還具有修復的功能，主要特點就是安全性功能。（3）執行層。計算機聯鎖系統的一個很重要的任務就是實現信息與信號之間的邏輯轉換，使得PLC的輸入與輸出信息均能保障系統的安全性。執行層的另一個重要任務就是監測設備的運行情況，確保信息的采集與驅動流程的設置。

2.2 鐵路信號計算機聯鎖系統設計

當前，常用的計算機聯鎖系統的設計模型見圖1。

當前，利用率較高的容錯設計主要采用三模靜態冗余技術和二模動態冗余技術兩個方案，三模靜態冗余利用硬件冗余來進行可靠性和安全性保障，來提升可靠性的，二模動態冗余在利用硬件保障安全性的基礎上還使用了故障檢測技術。這兩種技術均具有屏蔽與與軟件冗余資源。這二種方案的共同特點是對硬件故障具有很強的修復與屏蔽能力，但是這兩種技術均存在一定的缺陷，三模冗余需要解決技術容錯的問題，二模動態冗余則要求提高系統的可靠性。而鐵路信號計算機聯鎖系統具有以下特點：（1）結構模塊標準化。鐵路信號計算機聯鎖系統的硬件結構模塊標準化設計主要體現在聯鎖機上，通過這種設計，可以更好的實現系統的可靠性和穩定性特點。（2）系統故障診斷。鐵路信號計算機聯鎖系統采用容錯結構技術，其實現的基礎就是該系統具有的強大的修復診斷功能，只有這樣，才能有效保證系統在出現故障的情況下實現快速的修復診斷功能。（3）變換聯鎖信號的邏輯表達形式。在鐵路信號計算機聯鎖系統中，信息的安全性是通過硬件設備的運行狀態體現出來的，這些硬件設備存在二個邏輯狀態，一個代表安全信息，而另一個則代表危險信息。根據故障——安全原則，凡是參與安全信息的硬件設備發生故障時，會出現概率導向狀態，從而使得輸出故障呈現不對稱性，也就是在系統內部的電路發生故障時安全性信息占據了絕對性的優勢地位。（4）算法冗余。鐵路信號計算機聯鎖系統在輸入了不正確的控制命令時表現為系統層故障，聯鎖系統在進行信息的傳輸和存貯中可能會導致邏輯信息發生變化，從而產生邏輯錯誤，而基于這種錯誤出現的信息就出現了一種程序性錯誤。鐵路信號計算機聯鎖系統通過輸送控制命令使系統生成二級運算結果即雙層軟件判別機制。在這種情況下，由于聯鎖系統、復核二級軟件所處的物理空間不同，語言編程使用不一致，從而使得其使用的技術條件也不同，這樣可以在一定程度上解決了系統因故障或而引起的安全性問題。

3 結束語

計算機聯鎖系統可以說是當前最先進的一種聯鎖設備，其具有的信息量大、速度快，操作簡便且同時兼具經濟性與安全性的優勢使其近幾年的應用越來越廣泛。隨著鐵路事業的不斷發展，計算機聯鎖系統在鐵路信號的應用勢在必行。

參考文獻

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