鐵路信號計算機聯鎖系統的研究與設計

王玉鳳

（中鐵十九局集團電務工程有限公司，北京 100076）

0 引言

城市化進程的加快對現有的鐵路信號計算機聯鎖系統提出了更高要求，當前鐵路信號計算機聯鎖系統的安全性與科學性還有很大的提升空間，鐵路信號故障所引發的安全事故頻有發生，對鐵路系統可持續發展產生了一定影響。鐵路計算機聯鎖系統以計算機技術為支撐，可以實現對硬件系統和軟件系統的有效結合，不僅有效提升鐵路運行效率與質量，而且在降低調度人員工作強度、確保鐵路安全運行中發揮著重要的作用。基于此，對鐵路信號計算機聯鎖系統進行深入的分析研究十分有必要。

1 計算機聯鎖系統簡述

1.1 計算機聯鎖系統定義

計算機聯鎖系統簡稱CBI，是負責行車進路建立鐵路行車控制的設備，是鐵路安全高效行車過程中必不可少的保障設備。從本質上看，計算機聯鎖系統是一種具有安全信號的聯鎖邏輯運算系統，可以對操作命令進行錄入，以此實現對數據的計算、判斷及分析，實現信息之間的傳輸[1]。具體來說，計算機聯鎖系統具有以下功能：①可以按照列車運行圖自行排列列車進路；②監測道岔轉換過程中轉轍機電流及設備供電狀態；③實現對信號機、軌道及道岔設備的實時監測；④拒絕執行錯誤的操作指令，對錯誤的指令及時發出警報；⑤對于運行設備故障給出重要信息提醒或語音提示，確保運行安全。

1.2 計算機聯鎖系統特點

計算機聯鎖系統本質是一個聯鎖邏輯運算系統，其邏輯系統可以有效實現信息傳輸運送，也因此決定了計算機聯鎖系統具有實時性、經濟性、功能拓展、結構模塊標準化與安全性等特點。

（1）實時性。計算機聯鎖系統可以對所獲取到的信息進行即時分析和處理，而后以安全信息的形式傳送信息，體現的是信息傳輸的有效性與及時性。同時系統可以對各類信息的變化情況進行實時監控，能夠掌握信息的變化情況。

（2）經濟性。之所以計算機聯鎖系統可以廣泛應用于各行各業，其主要的原因就是這種系統可以很大程度上降低運行成本，可以為企業創造良好的經濟效益。

（3）功能拓展。以往的鐵路信號繼電保護系統只有操作界面和對系統的解鎖功能，無法有效滿足鐵路運行過程中多元化需求。與以往的系統不同，計算機聯鎖系統除具備初始功能外，還擁有遠程操作管理功能、系統運行故障自行診斷功能與其他管理功能。

（4）結構模塊標準化。計算機聯鎖系統應用上，其硬件與軟件均有統一的規范，有規范化設計，具有標準化的特征。

（5）安全性。鐵路系統運行安全至關重要，要保證系統運行的安全性，首先需要解決內部信息傳遞的安全性與可靠性，而計算機聯鎖系統的實時性能夠對系統的數據信息進行即時處理，很大程度上保證了系統的安全性與可靠性。

2 計算機聯鎖系統的結構與工作原理

2.1 計算機聯鎖系統結構

與其他類型的聯鎖系統有很大的差異，計算機聯鎖系統結構具有一定的層次化和模塊化特點。這里的層次化是指計算機聯鎖系統具有人機對話層、聯鎖運算層及執行層三個物理層次，而模塊化是指計算機聯鎖系統重點包括主模塊、信號結合模塊等多個模塊。計算機聯鎖系統可以依據車站大小、系統運行過程中的需求大小等因素對自身系統做出改變，可以在不影響和改變靜態數據的前提下實現硬件模塊的增加。這種優勢與特點不僅可以滿足系統的高容性要求，而且能夠大大縮短計算機聯鎖系統的調試周期，讓鐵路運行更加安全和經濟。

2.2 計算機聯鎖系統的工作原理

計算機聯鎖系統的層次化決定其工作原理有所不同。

（1）人機對話層。當數據信息錄入到系統后，可以使用鍵盤實現對數據信息的操作處理，并讓這些數據信息通過設備的傳輸功能進入計算機聯鎖系統內部，當計算機聯鎖系統接收到這些信息后便可以在圖形顯示器上顯示各個站點的相關信息。一旦因為站場信息量過大而導致聯鎖計算機負重較大時，可以通過設置操作命令將數據格式轉化為系統約定格式，進而上傳至計算機聯鎖系統。

（2）聯鎖運算層。作為計算機聯鎖系統的核心部分，聯鎖運算層的功能是識別和分析信息，并利用系統邏輯運算功能對數據信息進行整合處理。此外，聯鎖運算層還具有處理故障的功能，當聯鎖運算層出現故障時可以自行對故障進行檢測與排除，其所擁有的自主修復功能可以在故障發生后的第一時間內進行故障維修，保證系統及時恢復運行。長期的實踐應用發現，聯鎖運算層的這種自主修復功能具有很強的應用安全性，實踐應用效果顯著。

（3）執行層。如何實現信號與信號間的邏輯轉換是計算機聯鎖系統安全運行的重點與難點之一，只有有效建立信號間的邏輯轉換關系才可以確保邏輯控制器輸入和輸出的信息具有準確性和有效性，而執行層可以有效解決這一問題。執行層通過監督設備運行情況，保證數據信息采集的有效性與全面性，還可以設置相應的驅動流程。

3 鐵路信號計算機聯鎖系統設計

3.1 鐵路信號計算機聯鎖系統設計原理

鐵路信號計算機聯鎖系統主要由聯鎖計算機、接口部分、UPS 電源、監控工作站、防雷設備、電務維護終端及聯鎖專用控制臺等組成[2]。如果在運行過程中出現故障，聯鎖計算機可以自行轉換至備用機，此過程中不會對聯鎖系統當前工作造成影響，可以確保系統正常工作。而電務維護終端設備主要的工作是對系統運行情況進行監控和記錄，一旦系統運行過程中出現故障可以第一時間形成診斷報告，為后期維修提供指導性意見。為了更好地發揮電務維護終端的功能，在設計過程中需要為其配置遠程診斷接口和軟件。監控工作站需要采用雙機熱備方式，既允許計算機自動切換，也允許人工進行切換。聯鎖輸入可以采用動態采集技術，為了保證系統運行安全，在電源、計算機、輸入輸出接口及地線設置中均要安裝防雷設備，而聯鎖輸出可以采用板級動態驅動技術進行。

3.2 鐵路信號計算機聯鎖系統設計內容

（1）車站信號平面布置圖設計。①標明信號樓及其位置，保證聯鎖區的所有線路與聯鎖區層次分明，聯系緊密；②表明聯鎖區內的所有道岔至信號樓中心的距離；③信號機設置位置及每架信號機到信號樓中心的距離；④如果存在道岔及道口，則要對道口寬度及距離信號樓中心的距離做出標注；⑤信號樓外墻至最近線路的中心位置；⑥正線，站線線路間距；⑦車站線路上以箭頭表示其接車方向。一并附有各個道岔及股道有效長度的統計表。

（2）聯鎖表的編制。聯鎖表實際上是對整個車站道岔、進路基信號機之間關系的詳細說明，并以表格形式加以展示。在編制過程中，要始終遵循“以進路為主體，由下行咽喉至上行咽喉”的原則[3]。

（3）組合排列及類型表。鐵路信號計算機聯鎖系統包括信號組合、道岔組合及軌道組合等，可以直接反映各個組合在組合柜上的位置及其所需繼電器的類型。就當前鐵路信號計算機聯鎖系統繼電器應用情況來看，最為常用且成熟的繼電器有二元二位繼電器JRJC1-70/240，AX 型繼電器種類較多，如JPXC-1000、JWXC-1700、JZXC-H18 等。

（4）其他設計工作。除上述提到的設計內容，還需要進行驅動采集信息配置、設備室內布置及聯鎖設備布置等設計工作，這些工作均是計算機聯鎖設計的重要組成部分，值得特別重視。

3.3 鐵路信號計算機聯鎖系統設計實現條件

在鐵路信號計算機聯鎖系統設計過程中，要保證設計后各項功能正常、運行有效，必須充分考慮影響鐵路信號計算機聯鎖系統設計的因素。滿足其運行的基本條件，需要滿足以下條件：

（1）保證結構模塊標準化特點。鐵路信號計算機聯鎖系統要可以應用于不同站場規模，且滿足實際的功能需求。

（2）可以發揮系統診斷與安全導向功能。進行鐵路信號計算機聯鎖系統設計時，為了最大限度減少系統運行故障情況的出現，務必要確保系統本身具有強大的自行診斷能力，在故障狀態下可以快速維修。值得注意的一點是，聯鎖系統故障經常發生于主機、控制器及結合電路模板之上，而這些故障發生原因錯綜復雜，嚴重時會導致安全事故發生，因此要進一步提升聯鎖系統故障診斷與維修的智能化與自動化[4]。

（3）聯鎖信號邏輯表達形式變化。系統故障通常存在于安全側信息和危險側信息兩大邏輯狀態，要求電子電路輸出必須有不對稱性，因此要求電路故障輸出安全側概率大于危險側。

（4）算法冗余。鐵路信號計算機聯鎖系統故障原因眾多，多為錯誤輸出控制命令，這些輸出錯誤命令會對邏輯運算產生較大的影響，為了盡量避免這種情況，可以采用雙份軟件判別機制進行保護，以此減少故障問題，保證系統運行安全。

4 結束語

作為一種被廣泛應用的現代化系統，計算機聯鎖系統不僅可以有效提升鐵路運行效率與質量，而且可以提升鐵路現代化管理水平。鑒于此在計算機聯鎖系統系統設計過程中，要重點從信號樓及其位置標示、聯鎖表的編制、組合排列及類型表等方面著手推進，并堅持相關的設計原則，最大限度保證計算機聯鎖系統規范性與安全性，為鐵路安全運行奠定堅實基礎。