鐵路信號計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的研究與設(shè)計

李鑫

摘 要：計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)具有的優(yōu)勢性使其應(yīng)用越來越廣泛，鐵路信號計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的應(yīng)用成為必然。文章主要介紹了計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的特點，然后就鐵路信號計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的研究與設(shè)計進行了探討。

關(guān)鍵詞：鐵路信號；計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)；設(shè)計

隨著鐵路事業(yè)的不斷發(fā)展，鐵路運輸也朝著高速、高密的方向發(fā)展，隨之而來的是鐵路運輸?shù)陌踩?。原有的鐵路信號計算機系統(tǒng)已無法適應(yīng)這種安全性的要求，在這種情形下，鐵路信號計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的應(yīng)用勢在必行。

1 計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的特點

計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)是利用現(xiàn)有的計算機控制系統(tǒng)，將硬件系統(tǒng)與軟件系統(tǒng)相結(jié)合，從在實現(xiàn)信號、進路與道岔之間的聯(lián)鎖關(guān)系，計算機連鎖系統(tǒng)本質(zhì)上是一個具有安全信號的聯(lián)鎖邏輯運算系統(tǒng)。在連鎖系統(tǒng)中，計算機將操作命令與信息讀入，然后利用邏輯系統(tǒng)進行運算，然后進行判斷分析，將信息輸入到執(zhí)行機構(gòu)，從而實現(xiàn)信息之間的傳輸運送。計算機連鎖系統(tǒng)具有以下幾個特點：

1.1 實時性

實時性指的是計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)對信息的輸入和輸出必須及時，通過對輸入信息的分析判斷及時將各類信息進行更新，然后以一種安全信息的形式將信息輸出。計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)實時監(jiān)測各類信息的變化情況，及時的輸出信號，這體現(xiàn)了連鎖系統(tǒng)的實時性特征。

1.2 經(jīng)濟性

計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用其中一個很重要的原因就是系統(tǒng)的經(jīng)濟性，聯(lián)鎖系統(tǒng)的應(yīng)用使很多行業(yè)、很多程序都能夠很大程度上降低成本。

1.3 結(jié)構(gòu)模塊標(biāo)準(zhǔn)化

計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)應(yīng)用到不同的領(lǐng)域，其功能要求也不盡相同，就鐵路上的應(yīng)用來說，因各個鐵路站場大小不一，因此，結(jié)構(gòu)模塊的標(biāo)準(zhǔn)化也就不同。因此，在計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的應(yīng)用上，其硬件和軟件都具有標(biāo)準(zhǔn)化的特征。

1.4 功能擴展

之前的繼電聯(lián)鎖系統(tǒng)，提供給客戶的僅僅是操作界面和對系統(tǒng)的解鎖功能，而后續(xù)的其他功能都沒有涉及，而計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)很大程度解決了這個缺點，使系統(tǒng)除了具備之前的功能外，還具有了遠程通信、故障診斷以及其他管理功能。

1.5 安全性

由于計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)具有實時性，因此，必須要保證系統(tǒng)的安全性和可靠性。計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)必須要解決兩個方面的問題，內(nèi)部信息傳遞的安全性和可靠性，但是由于計算機本身具備的不安全特性，因此，計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的應(yīng)用要解決安全隱患問題。

2 鐵路信號計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)設(shè)計

2.1 鐵路聯(lián)鎖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理

2.1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

鐵路信號連鎖系統(tǒng)具有模塊化、層次化等特點。模塊化指的聯(lián)鎖系統(tǒng)分為主模塊、信號結(jié)合模塊等多個模塊，層次化指的是聯(lián)鎖系統(tǒng)具有人機對話層、聯(lián)鎖運算層、執(zhí)行層三個物理層次。鐵路信號計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的優(yōu)點是系統(tǒng)可以根據(jù)車站的大小以及需求的不同，在不修改靜態(tài)數(shù)據(jù)的前提下相應(yīng)的增加硬件模塊，不僅滿足了系統(tǒng)的高容性要求，而且使得系統(tǒng)的調(diào)試周期大為縮短，經(jīng)濟性與實用性兼具。

2.1.2 工作原理

（1）人機對話層。將信息輸入系統(tǒng)中，然后通過鍵盤進行操作，信息通過內(nèi)部至達的設(shè)備到達聯(lián)鎖計算機系統(tǒng)，通過這種信息傳輸，就可以在圖形顯示器上將站點信息顯示出來，從而更好的進行信息顯示。如站場信息量過大，可能會導(dǎo)致聯(lián)鎖計算機負(fù)擔(dān)較重，這時可以通過設(shè)置操作命令并轉(zhuǎn)換程約定格式將信息傳輸給聯(lián)鎖計算機系統(tǒng)。（2）聯(lián)鎖運算層。聯(lián)鎖運算層中的聯(lián)鎖微機作為系統(tǒng)的核心部分，其承載著信息判別、分析以及系統(tǒng)的邏輯運算能力，如發(fā)生故障，還具有修復(fù)的功能，主要特點就是安全性功能。（3）執(zhí)行層。計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的一個很重要的任務(wù)就是實現(xiàn)信息與信號之間的邏輯轉(zhuǎn)換，使得PLC的輸入與輸出信息均能保障系統(tǒng)的安全性。執(zhí)行層的另一個重要任務(wù)就是監(jiān)測設(shè)備的運行情況，確保信息的采集與驅(qū)動流程的設(shè)置。

2.2 鐵路信號計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)設(shè)計

當(dāng)前，常用的計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的設(shè)計模型見圖1。

當(dāng)前，利用率較高的容錯設(shè)計主要采用三模靜態(tài)冗余技術(shù)和二模動態(tài)冗余技術(shù)兩個方案，三模靜態(tài)冗余利用硬件冗余來進行可靠性和安全性保障，來提升可靠性的，二模動態(tài)冗余在利用硬件保障安全性的基礎(chǔ)上還使用了故障檢測技術(shù)。這兩種技術(shù)均具有屏蔽與與軟件冗余資源。這二種方案的共同特點是對硬件故障具有很強的修復(fù)與屏蔽能力，但是這兩種技術(shù)均存在一定的缺陷，三模冗余需要解決技術(shù)容錯的問題，二模動態(tài)冗余則要求提高系統(tǒng)的可靠性。而鐵路信號計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)具有以下特點：（1）結(jié)構(gòu)模塊標(biāo)準(zhǔn)化。鐵路信號計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)模塊標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計主要體現(xiàn)在聯(lián)鎖機上，通過這種設(shè)計，可以更好的實現(xiàn)系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性特點。（2）系統(tǒng)故障診斷。鐵路信號計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)采用容錯結(jié)構(gòu)技術(shù)，其實現(xiàn)的基礎(chǔ)就是該系統(tǒng)具有的強大的修復(fù)診斷功能，只有這樣，才能有效保證系統(tǒng)在出現(xiàn)故障的情況下實現(xiàn)快速的修復(fù)診斷功能。（3）變換聯(lián)鎖信號的邏輯表達形式。在鐵路信號計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)中，信息的安全性是通過硬件設(shè)備的運行狀態(tài)體現(xiàn)出來的，這些硬件設(shè)備存在二個邏輯狀態(tài)，一個代表安全信息，而另一個則代表危險信息。根據(jù)故障——安全原則，凡是參與安全信息的硬件設(shè)備發(fā)生故障時，會出現(xiàn)概率導(dǎo)向狀態(tài)，從而使得輸出故障呈現(xiàn)不對稱性，也就是在系統(tǒng)內(nèi)部的電路發(fā)生故障時安全性信息占據(jù)了絕對性的優(yōu)勢地位。（4）算法冗余。鐵路信號計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)在輸入了不正確的控制命令時表現(xiàn)為系統(tǒng)層故障，聯(lián)鎖系統(tǒng)在進行信息的傳輸和存貯中可能會導(dǎo)致邏輯信息發(fā)生變化，從而產(chǎn)生邏輯錯誤，而基于這種錯誤出現(xiàn)的信息就出現(xiàn)了一種程序性錯誤。鐵路信號計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)通過輸送控制命令使系統(tǒng)生成二級運算結(jié)果即雙層軟件判別機制。在這種情況下，由于聯(lián)鎖系統(tǒng)、復(fù)核二級軟件所處的物理空間不同，語言編程使用不一致，從而使得其使用的技術(shù)條件也不同，這樣可以在一定程度上解決了系統(tǒng)因故障或而引起的安全性問題。

3 結(jié)束語

計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)可以說是當(dāng)前最先進的一種聯(lián)鎖設(shè)備，其具有的信息量大、速度快，操作簡便且同時兼具經(jīng)濟性與安全性的優(yōu)勢使其近幾年的應(yīng)用越來越廣泛。隨著鐵路事業(yè)的不斷發(fā)展，計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)在鐵路信號的應(yīng)用勢在必行。

參考文獻

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