針對鐵路信號計算機聯(lián)鎖的相關(guān)研究

【摘要】作為一種現(xiàn)代控制系統(tǒng)，計算機聯(lián)鎖控制的應(yīng)用對于提高鐵路運行的安全性和高效性具有重要作用。本文首先介紹了計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，然后具體探討了鐵路信號計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成及功能，以期為相關(guān)技術(shù)與設(shè)計人員提供參考。

【關(guān)鍵詞】鐵路信號；計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)；探究

在現(xiàn)代控制理論、計算機科學(xué)及微電子技術(shù)的快速更新條件下，鐵路信號聯(lián)鎖控制正逐步向當(dāng)前的現(xiàn)代控制技術(shù)方向發(fā)展。計算機聯(lián)鎖是一種利用電子、電磁元器件和計算機構(gòu)成的具備故障-安全性能的實時控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)在鐵路運輸中具有道岔控制、電路信息處理、信號機控制、聯(lián)鎖邏輯運算、進路控制等功能，可有效提高鐵路運輸?shù)每啃?。因此，加強有關(guān)鐵路信號計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)的相關(guān)研究，對于提高計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)的應(yīng)用水平具有重要的現(xiàn)實意義。

一、計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

為確保系統(tǒng)的可靠性，在計算機聯(lián)鎖控制中主要采用兩類可靠性技術(shù)，一種是在系統(tǒng)某部位出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)仍可保證繼續(xù)工作的技術(shù)，將其稱為容錯技術(shù)；另一種是避錯技術(shù)，即避免和降低故障出現(xiàn)的技術(shù)。避錯技術(shù)又可分為軟件避錯和硬件避錯，軟件避錯的基本功能是降低軟件缺陷，保證軟件無差錯；硬件避錯是指選用性能可靠地元器件構(gòu)造成計算機的聯(lián)鎖控制系統(tǒng)，并綜合考慮環(huán)境因素影響，以提升系統(tǒng)的整體可靠性水平。當(dāng)前應(yīng)用相對廣泛的軟件避錯技術(shù)有程序設(shè)計優(yōu)化、軟件可靠性管理、基本程序驗證、軟件工程開發(fā)等。計算機聯(lián)鎖控制中的容錯技術(shù)，其主要利用系統(tǒng)各部分間的冗余過程完成，主要層次有：

（1）網(wǎng)絡(luò)通信保障技術(shù)：利用節(jié)點、鏈路及通信協(xié)議的冗余過程來改善局域網(wǎng)整體的可靠性；[1]

（2）設(shè)備級保障技術(shù)：包含軟件、硬件及數(shù)據(jù)可靠性保障等，數(shù)據(jù)可靠性容錯，其本質(zhì)上是數(shù)據(jù)的容錯，也就是對糾錯碼及檢驗碼的使用，通過編碼技術(shù)開展糾錯與檢錯，是一類以信息冗余為基礎(chǔ)的、使用冗余校驗位的容錯技術(shù)；軟件可靠性容錯，其包含降低程序失控的編程技術(shù)、容錯算法及容錯設(shè)計等基本技術(shù)，為確保軟件設(shè)計的可靠性，在程序設(shè)計時還可采用程序失控的捕捉技術(shù)，其主要將容錯設(shè)計與接口軟件設(shè)計相結(jié)合，包含模擬量接口設(shè)計及I/O接口設(shè)計等；硬件可靠性保障技術(shù)主要為故障屏蔽技術(shù)與故障檢測技術(shù)等。

（3）系統(tǒng)級保障技術(shù)：為確保系統(tǒng)的可靠性，在控制系統(tǒng)綜合設(shè)計過程中可使用冗余可靠性結(jié)構(gòu)配置，當(dāng)前主要采用兩種結(jié)構(gòu)方式：雙機熱備動態(tài)冗余結(jié)構(gòu)及三取二靜態(tài)冗余結(jié)構(gòu)。

二、鐵路信號計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成及功能

1、系統(tǒng)組成與功能

鐵路信號計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)主要由驅(qū)動層、接口層、電源層、執(zhí)行層及聯(lián)鎖處理層構(gòu)成。驅(qū)動層主要利用安全型繼電器將接口驅(qū)動與電氣隔離；接口層則主要包含鍵盤鼠標(biāo)、顯示器及操作計算機等部分，其通常用于監(jiān)視站場狀態(tài)、實施進路辦理等操作；電源層則主要包含UPS及電源屏兩部分；執(zhí)行層則主要由信號機及轉(zhuǎn)轍機構(gòu)成；聯(lián)鎖處理層主要選用工控機與PLC相結(jié)合的結(jié)構(gòu)方式，其是信號微機聯(lián)鎖的關(guān)鍵層，主要用于聯(lián)鎖運算及重點控制。[2]

（1）驅(qū)動層：該層設(shè)備主要選用滿足鐵道運輸標(biāo)準(zhǔn)的安全性繼電器，來完成對室內(nèi)外電氣設(shè)備及接口驅(qū)動的分隔，該層電路與行車安全電路均具備高效的邏輯處理功能，以加強系統(tǒng)的安全性；

（2）接口層：其主要由顯示器、工業(yè)計算機、鍵盤鼠標(biāo)、工業(yè)交換機等關(guān)鍵設(shè)備及操作軟件構(gòu)成，主要用于實時監(jiān)控站場設(shè)備狀態(tài)、進行道岔操作及進路管理等；接口層與聯(lián)鎖層通過TCP/IP網(wǎng)絡(luò)進行通信，其可依據(jù)現(xiàn)場實際情況安置遠程或本地等多個操作終端；

（3）電源層：該系統(tǒng)主要提供計算機電源及各類信號電源燈，電源屏主要使用兩路AC380V三相電源實施供電；

（4）執(zhí)行層：該層主要在室外運行工作，軌道電路主要用于對列車實際運行位置進行判斷；轉(zhuǎn)轍機主要用于轉(zhuǎn)換行車路線，信號機則主要用于關(guān)閉和開啟行車信號。

①信號機是向行車人員及司機提供正常通車條件及行車命令的設(shè)備，當(dāng)前站內(nèi)通車則主要使用色燈信號機，信號標(biāo)準(zhǔn)則使用黃燈、藍燈、白燈、綠燈及紅燈5種顏色燈信號作為通車信號，其中紅燈與藍燈主要表達禁止通車指令，其他三種則表達允許通車指令。

②轉(zhuǎn)轍機主要有齒輪減速驅(qū)動機構(gòu)、點擊及位置表示機構(gòu)構(gòu)成，具備反位表示、定位表示、四開等位置信息和反位操作與定位操作兩個動作指令；在轉(zhuǎn)轍機定操到位時位置狀態(tài)為定表，反操到位時為反表，未到位時為四開。

③將鐵路劃分為各個鐵道區(qū)段，在各鐵路區(qū)段兩端安裝絕緣節(jié)，使相互接近的兩區(qū)段相互絕緣；在區(qū)段的一端將降壓后的交流電接入到區(qū)段的鋼軌上，在另一端使用變壓器進行升壓后與室內(nèi)繼電器相連接；若鋼軌上無車輛車輛則室內(nèi)繼電器收起，若鋼軌上有車流量則鋼軌短路室內(nèi)軌道繼電器落下；通過繼電器、變壓器及鋼軌對鐵軌上是否存在車輛進行診斷的電路稱為軌道電路，當(dāng)前國內(nèi)在鐵路上通常選用480標(biāo)準(zhǔn)軌道電路。

（5）聯(lián)鎖處理層：該層主要用于處理用戶動作命令、收集站場設(shè)備狀態(tài)、切換熱備、控制信號與進路、調(diào)整道岔等。聯(lián)鎖處理層主要選用modbus總線結(jié)構(gòu)，其可方便增設(shè)或清除遠程站點及本站站點等，具有良好的靈活性。

2、軟件組成

（1）PLC選型與配置

主站可選用Modicon Qutum 43412ACPU，其主要由modbus+通訊口及modbus通訊口組成，可與高性能應(yīng)用系統(tǒng)具有良好的融合性；輸出選用140DD035300模板，此模板采用32位DC24V的隔離輸出端口，可與驅(qū)動繼電器直接連接；輸入板選用同種型號模板，但選用光電隔離輸入接口；主站的IO板進行冗余配置，由PLC系統(tǒng)構(gòu)造形成熱備系統(tǒng)，主站CPU可利用Perr Cop技術(shù)將高線區(qū)域的IO模塊映射到本地，將遠程IO應(yīng)用到本地系統(tǒng)中。

上位機選用RS-232與主站的PLC連接，形成主上位機-主PLC、備上位機-主PLC、主上位機-備PLC、備上位機-備PLC的交叉冗余網(wǎng)絡(luò)；高線區(qū)域利用modubs+與主站CPU直接連接，在主站CPU發(fā)生癱瘓時則需要進行人工切換。[3]

（2）上位機軟件框架

系統(tǒng)上位機軟件開發(fā)與現(xiàn)代軟件工程技術(shù)相結(jié)合，選用通用的標(biāo)準(zhǔn)模塊化開發(fā)技術(shù)實施開發(fā)；軟件依據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及功能劃分為相應(yīng)模塊，程序結(jié)構(gòu)簡單清晰，軟件可靠性與穩(wěn)定性較高，可有效滿足不同用戶的各類獨特需求。

結(jié)束語

計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)的應(yīng)用質(zhì)量將直接關(guān)系著鐵路運輸控制的整體質(zhì)量及經(jīng)濟效益，因此，相關(guān)技術(shù)與設(shè)計人員應(yīng)加強有關(guān)鐵路信號計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)的研究，總結(jié)系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用要點及關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用措施，以逐步改善鐵路信號計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)應(yīng)用水平。

參考文獻

[1]李盧強.鐵路信號計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)自動測試系統(tǒng)的構(gòu)造研究[D].合肥工業(yè)大學(xué)，2010，05（35）：57-58

[2]陳曉偉.新型分布式計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的研究與設(shè)計[D].蘭州交通大學(xué)，2010，06（10）：61-62

[3]宋保衛(wèi).新型鐵路車站計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D].黑龍江大學(xué)，2011，13（14）：74-75

作者簡介

李寅濤（1986-），男，江西景德鎮(zhèn)人，學(xué)歷：本科，工作單位：上海鐵路局上海客專維修基地高鐵段，助理工程師，研究方向：工程管理。