計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的工程設(shè)計分析及維護(hù)要點

王玉麟

（朔黃鐵路發(fā)展有限責(zé)任公司肅寧分公司 工程師 河北 肅寧 062350）

鐵路運輸業(yè)作為國家的經(jīng)濟(jì)命脈一直是人們關(guān)注的焦點之一，而保證鐵路運輸安全的關(guān)鍵所在則是聯(lián)鎖的思想。聯(lián)鎖指的是列車在站內(nèi)運行時，信號、道岔與進(jìn)路之間存在著某種互相制約的關(guān)系，這種制約關(guān)系便是聯(lián)鎖。聯(lián)鎖起初僅僅是由機(jī)械設(shè)備實現(xiàn)的，后來發(fā)展到由繼電器電路實現(xiàn)。此后隨著科學(xué)技術(shù)尤其是計算機(jī)技術(shù)不斷發(fā)展進(jìn)步，在鐵路中也逐步開始使用計算機(jī)技術(shù)。計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)是由硬件和軟件兩部分構(gòu)成的具有“故障—安全”性能的系統(tǒng)。同繼電聯(lián)鎖設(shè)備相比，計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)具有更高的可靠性和安全性，其系統(tǒng)原理如圖1所示：

圖1 計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)工作原理架構(gòu)

本文將從計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的冗余結(jié)構(gòu)出發(fā)，探討其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分類，并就計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)工程設(shè)計中應(yīng)注意的問題進(jìn)行討論，重點說明鐵路系統(tǒng)使用計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的日常維護(hù)與檢修要點。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分類

由于鐵路運輸系統(tǒng)是“故障—安全”的系統(tǒng)，所以必須采用安全型的計算機(jī)系統(tǒng)，而現(xiàn)有的計算機(jī)本身并不具有此種安全性，所以引入了冗余系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。冗余結(jié)構(gòu)經(jīng)常被運用于計算機(jī)系統(tǒng)中，即在系統(tǒng)內(nèi)部中，重復(fù)的配置某些部件或者結(jié)構(gòu)，如此當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，擔(dān)任冗余配置的部件能夠及時的接替其工作。這種系統(tǒng)大大減少了故障導(dǎo)致工作停滯時間，確保了計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的可靠性。常用的硬件冗余系統(tǒng)有雙機(jī)熱備、二乘二取二與三取二的系統(tǒng)。

1.1 雙機(jī)熱備系統(tǒng) 具有雙機(jī)熱備冗余技術(shù)的計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)是指兩臺計算機(jī)之間不分主次，互為主備機(jī)［1］。系統(tǒng)的內(nèi)部具有自我檢測故障的技術(shù)，主備機(jī)之間可以實現(xiàn)實時交互信息，將計算的結(jié)果進(jìn)行比較，一旦診斷出故障，主備機(jī)之間可以實現(xiàn)無縫切換。

1.2 二乘二取二系統(tǒng)

圖2 “二取二”硬件冗余方案示意圖

圖2 為二取二的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，系統(tǒng)配置兩套相同的系統(tǒng)互為主備。正常情況下，系統(tǒng)的輸入都是相同的，經(jīng)過計算機(jī)運算后由比較器比較輸出結(jié)果，如果比較的結(jié)果相同則通過比較器控制結(jié)果輸出［2］。若比較的結(jié)果不一致則證明系統(tǒng)出現(xiàn)故障，比較器一方面切斷控制命令的輸出路徑，另一方面發(fā)送系統(tǒng)的報警信號，此時備機(jī)系統(tǒng)立即接替工作。

1.3 三取二系統(tǒng) 圖3 是基于三取二冗余技術(shù)的計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)，通過輸入模塊、主處理器模塊到輸出模塊的三模冗余結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)。系統(tǒng)的輸入輸出同時采集給三套CPU，計算的結(jié)果經(jīng)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(jié)果時，才能夠允許系統(tǒng)的控制命令輸出。如果任意一個CPU 發(fā)生故障，六個比較器會及時發(fā)現(xiàn)其故障狀態(tài)并會屏蔽其輸出，則三取二系統(tǒng)將會過渡為二取二系統(tǒng)，最終輸出的結(jié)果始終是和正確結(jié)果相一致的，不會影響整體工作效率。各環(huán)節(jié)都具有自我檢錯功能，無需進(jìn)行主備機(jī)切換，可以將故障解決在系統(tǒng)的內(nèi)部，使得整個系統(tǒng)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(shè)計時應(yīng)注意的問題

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，鐵路聯(lián)鎖系統(tǒng)已經(jīng)由最初的機(jī)械聯(lián)鎖到電氣聯(lián)鎖，如今已經(jīng)基本進(jìn)入了計算機(jī)聯(lián)鎖時代，與此同時其在工程設(shè)計上的要求也做了相應(yīng)的改變。在一些主要的設(shè)計內(nèi)容包括進(jìn)路選排、信號機(jī)的顯示以及現(xiàn)場的信息互聯(lián)等，都逐漸地轉(zhuǎn)移到計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)設(shè)計中。因此，應(yīng)該注意工程設(shè)計中的以下問題。

2.1 電氣集中聯(lián)鎖與計算機(jī)聯(lián)鎖軟件設(shè)計的區(qū)別

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

2.2 電氣集中聯(lián)鎖與計算機(jī)聯(lián)鎖硬件設(shè)計的區(qū)別

由于設(shè)計部門的設(shè)計師對于傳統(tǒng)繼電聯(lián)鎖的工程設(shè)計十分熟悉，因此在進(jìn)行計算機(jī)聯(lián)鎖工程設(shè)計時經(jīng)常會忽略其設(shè)計內(nèi)容的差別。例如電源的配備條件設(shè)計與接口電路的設(shè)計在電氣集中聯(lián)鎖中都是固定的設(shè)計，無需考慮其差別。而在計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)中則需要根據(jù)技術(shù)建議書與用電參數(shù)等文件進(jìn)行單獨設(shè)計，因此設(shè)計師們在進(jìn)行工程設(shè)計時需要充分了解該系統(tǒng)的主要功能、設(shè)備數(shù)量以及技術(shù)參數(shù)等內(nèi)容。

2.3 設(shè)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(jī)規(guī)定的發(fā)碼范圍是從出站信號機(jī)之前的區(qū)段延伸到進(jìn)站信號機(jī)為止的所有軌道區(qū)段［4］。所以當(dāng)布置信號機(jī)設(shè)備時，若遇到需要分咽喉布置的情況，則應(yīng)該布置兩套正線的發(fā)碼設(shè)備，所以對與在車站的每一架信號機(jī)而言都應(yīng)增加一套發(fā)碼設(shè)備。而這些新增設(shè)備，其所發(fā)的信息不需要通過電纜傳輸，可以通過聯(lián)鎖機(jī)中的執(zhí)行表示機(jī)直接在本咽喉輸出。

圖4 新增設(shè)備示意圖

在鋪設(shè)控制主樓與區(qū)域控制信號室的電纜時，應(yīng)敷設(shè)一根小芯數(shù)的電纜，目的有二：其一是為了便于操作人員切換信號室內(nèi)的執(zhí)行機(jī)的主備機(jī)電路（操作人員需在信號樓內(nèi)進(jìn)行人工切換時），其二是為了傳輸?shù)啦淼膭幼麟娏餍盘枴?/p>

2.4 光纖通道的防護(hù) 光纖通道對于鐵路的通信系統(tǒng)是至關(guān)重要的傳輸媒介，各個咽喉間的信息交換都需要經(jīng)由光纖通道來完成，所以一旦其發(fā)生故障導(dǎo)致通信受阻，將給鐵路設(shè)備甚至人身安全造成不可估量的損害。通過設(shè)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(jī)聯(lián)鎖的維護(hù)及檢修要點

在巡檢維護(hù)中，應(yīng)注意以下幾個問題：

電務(wù)維修人員在日常維護(hù)時，對于聯(lián)鎖設(shè)備如執(zhí)行機(jī)、聯(lián)鎖機(jī)、電源模塊的所有指示燈的狀態(tài)及其含義都應(yīng)有著清晰的理解，在發(fā)現(xiàn)指示燈有異常的狀態(tài)時，能及時做出反應(yīng)，找出設(shè)備的故障原因。

例如，針對LDJLZ-II型全電子計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)的道岔執(zhí)行模塊狀態(tài)燈，具有以下幾種狀態(tài)及意義：

（1）POWER 指示燈：其顯示的是模塊電源的狀態(tài)，通電時為綠燈。

（2）TX1指示燈：表示聯(lián)鎖A通道的通信狀態(tài)指示燈，正常狀態(tài)為綠閃，否則系統(tǒng)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(tài)下的指示燈，正常狀態(tài)下為綠燈。

（5）FB 指示燈：表示道岔此時在反位狀態(tài)下的指示燈，正常狀態(tài)下為黃燈。

（6）ERROR 指示燈：表示系統(tǒng)出現(xiàn)故障的報警指示燈，亮燈（紅燈）則表示已經(jīng)發(fā)生故障［5］。

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

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

由于在電源的實時檢測中，發(fā)現(xiàn)二路電源具有斷電次數(shù)較多的問題，存在較大的不穩(wěn)定性，所以需要加強(qiáng)對于電源和UPS 的監(jiān)控，并且每日要對電流與電壓進(jìn)行實時的數(shù)值測量，每過一個季度都要對UPS 進(jìn)行充放電的檢測。同時應(yīng)制定相關(guān)的預(yù)案，研究在現(xiàn)場運輸?shù)臓顟B(tài)下出現(xiàn)停電狀態(tài)時的應(yīng)急方法。

電源、UPS 與上位機(jī)經(jīng)過長期的運行后可能會因系統(tǒng)運轉(zhuǎn)時間過長導(dǎo)致死機(jī)或者通訊異常的情況，為了避免此類情況的發(fā)生，維護(hù)人員應(yīng)盡量在不影響系統(tǒng)正常工作的前提下，定期對計算機(jī)聯(lián)鎖設(shè)備進(jìn)行切換與重新起機(jī)實驗，保證其能夠周期性的更新工作狀態(tài)。

電務(wù)維護(hù)人員應(yīng)充分了解聯(lián)鎖機(jī)、執(zhí)行機(jī)、電源等模塊的工作狀態(tài)，把握其實時的運行趨勢，充分利用電務(wù)維修機(jī)、監(jiān)測機(jī)數(shù)據(jù)記錄功能，站場的運行回放功能，對設(shè)備的作業(yè)狀態(tài)跟蹤分析，并根據(jù)其內(nèi)容提出模塊維修的建議。

4 結(jié)束語

本文所闡述的計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)設(shè)計與傳統(tǒng)電氣集中聯(lián)鎖設(shè)計區(qū)別之處及計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)維護(hù)、檢修要點，期望引發(fā)有關(guān)工程技術(shù)設(shè)計人員和設(shè)備維修工作者的關(guān)注和思考，積極探索充分發(fā)揮計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)具有更高的可靠性和安全性優(yōu)勢的方法和途徑，努力達(dá)到更加有效地促進(jìn)鐵路運輸安全的目的。