計算機聯鎖系統的工程設計分析及維護要點

王玉麟

（朔黃鐵路發展有限責任公司肅寧分公司 工程師 河北 肅寧 062350）

鐵路運輸業作為國家的經濟命脈一直是人們關注的焦點之一，而保證鐵路運輸安全的關鍵所在則是聯鎖的思想。聯鎖指的是列車在站內運行時，信號、道岔與進路之間存在著某種互相制約的關系，這種制約關系便是聯鎖。聯鎖起初僅僅是由機械設備實現的，后來發展到由繼電器電路實現。此后隨著科學技術尤其是計算機技術不斷發展進步，在鐵路中也逐步開始使用計算機技術。計算機聯鎖系統是由硬件和軟件兩部分構成的具有“故障—安全”性能的系統。同繼電聯鎖設備相比，計算機聯鎖系統具有更高的可靠性和安全性，其系統原理如圖1所示：

圖1 計算機聯鎖系統工作原理架構

本文將從計算機聯鎖系統的冗余結構出發，探討其系統結構分類，并就計算機聯鎖系統工程設計中應注意的問題進行討論，重點說明鐵路系統使用計算機聯鎖系統的日常維護與檢修要點。

1 系統結構分類

由于鐵路運輸系統是“故障—安全”的系統，所以必須采用安全型的計算機系統，而現有的計算機本身并不具有此種安全性，所以引入了冗余系統的結構。冗余結構經常被運用于計算機系統中，即在系統內部中，重復的配置某些部件或者結構，如此當系統出現故障時，擔任冗余配置的部件能夠及時的接替其工作。這種系統大大減少了故障導致工作停滯時間，確保了計算機聯鎖系統的可靠性。常用的硬件冗余系統有雙機熱備、二乘二取二與三取二的系統。

1.1 雙機熱備系統 具有雙機熱備冗余技術的計算機聯鎖系統是指兩臺計算機之間不分主次，互為主備機［1］。系統的內部具有自我檢測故障的技術，主備機之間可以實現實時交互信息，將計算的結果進行比較，一旦診斷出故障，主備機之間可以實現無縫切換。

1.2 二乘二取二系統

圖2 “二取二”硬件冗余方案示意圖

圖2 為二取二的系統結構示意圖，系統配置兩套相同的系統互為主備。正常情況下，系統的輸入都是相同的，經過計算機運算后由比較器比較輸出結果，如果比較的結果相同則通過比較器控制結果輸出［2］。若比較的結果不一致則證明系統出現故障，比較器一方面切斷控制命令的輸出路徑，另一方面發送系統的報警信號，此時備機系統立即接替工作。

1.3 三取二系統 圖3 是基于三取二冗余技術的計算機聯鎖系統，通過輸入模塊、主處理器模塊到輸出模塊的三模冗余結構來實現。系統的輸入輸出同時采集給三套CPU，計算的結果經過三取二表決器表決后輸出，需要六路表決器均得出同樣的結果時，才能夠允許系統的控制命令輸出。如果任意一個CPU 發生故障，六個比較器會及時發現其故障狀態并會屏蔽其輸出，則三取二系統將會過渡為二取二系統，最終輸出的結果始終是和正確結果相一致的，不會影響整體工作效率。各環節都具有自我檢錯功能，無需進行主備機切換，可以將故障解決在系統的內部，使得整個系統具有高度的安全性。

圖3 “三取二”硬件冗余方案示意圖

2 工程設計時應注意的問題

隨著科學技術的快速發展，鐵路聯鎖系統已經由最初的機械聯鎖到電氣聯鎖，如今已經基本進入了計算機聯鎖時代，與此同時其在工程設計上的要求也做了相應的改變。在一些主要的設計內容包括進路選排、信號機的顯示以及現場的信息互聯等，都逐漸地轉移到計算機聯鎖系統設計中。因此，應該注意工程設計中的以下問題。

2.1 電氣集中聯鎖與計算機聯鎖軟件設計的區別

在電氣集中聯鎖的工程設計中，設計師們需要通過編制設計圖紙或設計說明書，來完成聯鎖系統內部的電路部分［3］。例如“故障—安全”的設計、電路配線圖的設計，若遇到特殊情況，需要設計師親自前往現場根據實際需求單獨完成電路的設計工作，因而增加了設計單位工作難度。計算機聯鎖系統的工程設計則不同，目前的狀況下，系統的內部核心設備均由合作廠家提供并給予維修服務，設計單位的任務由原來的獨自承包整個站的設計逐漸過渡為關注于場間聯系電路、接口電路以及電碼化電路的設計工作。

2.2 電氣集中聯鎖與計算機聯鎖硬件設計的區別

由于設計部門的設計師對于傳統繼電聯鎖的工程設計十分熟悉，因此在進行計算機聯鎖工程設計時經常會忽略其設計內容的差別。例如電源的配備條件設計與接口電路的設計在電氣集中聯鎖中都是固定的設計，無需考慮其差別。而在計算機聯鎖系統中則需要根據技術建議書與用電參數等文件進行單獨設計，因此設計師們在進行工程設計時需要充分了解該系統的主要功能、設備數量以及技術參數等內容。

2.3 設備分咽喉布置引起的特殊電路處理 如圖

4所示，在電碼化電路中，正線出站信號機規定的發碼范圍是從出站信號機之前的區段延伸到進站信號機為止的所有軌道區段［4］。所以當布置信號機設備時，若遇到需要分咽喉布置的情況，則應該布置兩套正線的發碼設備，所以對與在車站的每一架信號機而言都應增加一套發碼設備。而這些新增設備，其所發的信息不需要通過電纜傳輸，可以通過聯鎖機中的執行表示機直接在本咽喉輸出。

圖4 新增設備示意圖

在鋪設控制主樓與區域控制信號室的電纜時，應敷設一根小芯數的電纜，目的有二：其一是為了便于操作人員切換信號室內的執行機的主備機電路（操作人員需在信號樓內進行人工切換時），其二是為了傳輸道岔的動作電流信號。

2.4 光纖通道的防護 光纖通道對于鐵路的通信系統是至關重要的傳輸媒介，各個咽喉間的信息交換都需要經由光纖通道來完成，所以一旦其發生故障導致通信受阻，將給鐵路設備甚至人身安全造成不可估量的損害。通過設立冗余通道措施保證其傳輸信息的可靠性，必要時可以將主備通道采取不同的通道徑路，如此可以防止其同時遭到破壞。

3 計算機聯鎖的維護及檢修要點

在巡檢維護中，應注意以下幾個問題：

電務維修人員在日常維護時，對于聯鎖設備如執行機、聯鎖機、電源模塊的所有指示燈的狀態及其含義都應有著清晰的理解，在發現指示燈有異常的狀態時，能及時做出反應，找出設備的故障原因。

例如，針對LDJLZ-II型全電子計算機聯鎖系統的執行機的道岔執行模塊狀態燈，具有以下幾種狀態及意義：

（1）POWER 指示燈：其顯示的是模塊電源的狀態，通電時為綠燈。

（2）TX1指示燈：表示聯鎖A通道的通信狀態指示燈，正常狀態為綠閃，否則系統故障。

（3）TX2指示燈：與TX1指示燈的含義相同。

（4）DB 指示燈：表示道岔此時在定位狀態下的指示燈，正常狀態下為綠燈。

（5）FB 指示燈：表示道岔此時在反位狀態下的指示燈，正常狀態下為黃燈。

（6）ERROR 指示燈：表示系統出現故障的報警指示燈，亮燈（紅燈）則表示已經發生故障［5］。

（7）道岔轉動狀態：當DB指示燈與FB指示燈以1HZ 的速度同時處在閃爍狀態時，表明道岔此時正在轉動。

（8）道岔四開狀態：當DB指示燈與FB指示燈以2HZ 的速度同時處在閃爍狀態時，表明道岔無法轉到規定位置，處在四開狀態。

由于在電源的實時檢測中，發現二路電源具有斷電次數較多的問題，存在較大的不穩定性，所以需要加強對于電源和UPS 的監控，并且每日要對電流與電壓進行實時的數值測量，每過一個季度都要對UPS 進行充放電的檢測。同時應制定相關的預案，研究在現場運輸的狀態下出現停電狀態時的應急方法。

電源、UPS 與上位機經過長期的運行后可能會因系統運轉時間過長導致死機或者通訊異常的情況，為了避免此類情況的發生，維護人員應盡量在不影響系統正常工作的前提下，定期對計算機聯鎖設備進行切換與重新起機實驗，保證其能夠周期性的更新工作狀態。

電務維護人員應充分了解聯鎖機、執行機、電源等模塊的工作狀態，把握其實時的運行趨勢，充分利用電務維修機、監測機數據記錄功能，站場的運行回放功能，對設備的作業狀態跟蹤分析，并根據其內容提出模塊維修的建議。

4 結束語

本文所闡述的計算機聯鎖系統設計與傳統電氣集中聯鎖設計區別之處及計算機聯鎖系統維護、檢修要點，期望引發有關工程技術設計人員和設備維修工作者的關注和思考，積極探索充分發揮計算機聯鎖系統具有更高的可靠性和安全性優勢的方法和途徑，努力達到更加有效地促進鐵路運輸安全的目的。