淺談軌道交通中計算機聯鎖技術

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鎖的相關技術特點，計算機聯鎖系統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鎖系統聯鎖機的核心技術及硬件構成，并闡明了每一種類型的聯鎖系統的優缺點，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鎖系統類型和計算機聯鎖技術的發展趨勢。

關鍵詞：計算機聯鎖 可靠性 安全性 全電子化

中圖分類號：TP23 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）08（b）-0002-02

軌道交通系統發展至今，主要由計算機聯鎖系統保證其安全性。聯鎖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]。

計算機聯鎖技術是隨著計算機技術的發展而發展起來的，由最初的機械式聯鎖，發展到電氣集中式聯鎖，我國電氣集中式聯鎖系統的典型代表為6502電氣集中聯鎖，這種聯鎖技術全部采用繼電電路來實現信號、道岔和進路之間的聯鎖關系，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，計算機聯鎖技術逐漸趨于成熟，并且大力推廣使用，1989年我國的聯鎖技術發展為計算機聯鎖，并且規定在高鐵和客專上必須使用計算機聯鎖系統，在主干線上要求必須使用技術成熟的二乘二取二型計算機聯鎖系統[2]。

1 計算機聯鎖系統的層次結構

根據計算機聯鎖系統的主要構成、相應功能和設置地點不同，聯鎖系統可分為人機會話層、聯鎖層、執行層。

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 聯鎖層

聯鎖層，不同的聯鎖系統根據要求配備聯鎖機的數量。該層主要完成接收上位機下發的操作命令，同時接收室外設備的狀態信息，根據信息進行聯鎖運算，根據運算結果產生控制命令，將控制命令輸出給執行層進行室外設備的控制；并將站場狀態信息、提示信息、故障信息等傳送給上位機顯示出來。由于聯鎖機所處理的信息均是涉安信息，所以，對聯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 執行層

執行層，設置在機械室內，主要由組合架、相應控制器構成，實現室外設備與室內聯鎖機之間連接。執行層中的控制器接收來自聯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鎖保持了6502電氣集中聯鎖系統的執行組電路部分，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。同時它又接收監控對象的狀態信息，經過編碼再傳送到聯鎖計算機。由于控制器不具備聯鎖功能，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 各類型計算機聯鎖系統技術對比

2.1 雙機熱備型

聯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于電氣集中式聯鎖，但單機運行的可靠性及安全性不能滿足鐵路的相關規定。隨著國內的工控機技術的不斷更新換代，我國對可靠性和安全性的要求不斷提高，TYJL-2型計算機聯鎖系統是我國首臺自主研發的雙機熱備型計算機聯鎖系統。

雙機熱備型計算機聯鎖系統的最大特點是硬件上采用雙機熱備結構，聯鎖層有2臺聯鎖機，每個聯鎖機由各自CPU執行聯鎖邏輯運算，兩個CPU執行兩套功能相同而編碼各異的系統，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，雙機熱備系統簡單實用，能夠實現國家鐵路要求的可靠性和安全性指標。

雖然雙機熱備系統可以實現動態無縫切換，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的研發工作。目前，我國僅準許支線、非提速區域以及地鐵沿線使用此類型的計算機聯鎖系統[4]。

2.2 三取二型（容錯型）

三取二型聯鎖系統中，主要的聯鎖機由3臺完全相同的設備構成，配備了雙路的電源回路，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各自執行聯鎖程序，進行聯鎖邏輯運算，將產生的數據送至輸出模塊，輸出數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。

三取二型聯鎖系統，相對于雙機熱備型系統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2000—2015年，在湖東站、哈爾濱站、臨汐北站、新豐鎮站、長春站等投入使用了三取二型計算機聯鎖系統[5]。

2.3 二乘二取二型

為了滿足高速鐵路的發展需要，針對于三取二型聯鎖系統不能夠在線檢修問題，近10年來研制出二乘二取二系統，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鎖系統。

該計算機聯鎖系統一共由兩系完全相同的聯鎖系統構成，但是與雙機熱備系統不同的是每套聯鎖機由雙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的安全性能。如果該套聯鎖機不能正常運行，則由熱備的聯鎖系統實現雙機無縫切換，這就保證了系統的可靠性，可以說二乘二取二型計算機聯鎖系統，具備了高可靠性，高安全性，并且不存在表決功能，節省了工程造價，并且可以實現在線檢修，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鎖系統。

3 計算機聯鎖技術發展趨勢

全電子執行單元代替了傳統的繼電器，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象。并且新增了多種功能，不僅能夠實時的監測電路，如果由于故障使得模塊導向安全，能夠通過第三通道向監控機發送維護信息，并且能夠在電務維修機上實時的更新系統狀態。

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，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。

參考文獻

[1] 林瑜筠，呂永昌.計算機聯鎖[M].3版.北京：中國鐵道出版社，2013.

[2] 劉湘國.高速鐵路計算機聯鎖系統[M].北京：中國鐵道出版社，2011.

[3] 徐洪澤.車站信號計算機聯鎖控制系統[M].北京：中國鐵道出版社，2005.

[4] 錢藝.車站信號自動控制系統維護[M].北京：中國鐵道出版社，2014.

[5] 謝林.全電子計算機聯鎖信號控制模塊設計[J].鐵道通信信號，2016，52（9）：8-11.