基于繼電電路的計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制邏輯分析

寧建軍

【摘 要】計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)是保證列車或車列在車站內(nèi)安全運(yùn)行的指揮系統(tǒng)，是鐵路信號(hào)系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分。在計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)中，聯(lián)鎖軟件用于完成聯(lián)鎖邏輯運(yùn)算功能，其安全可靠性能直接關(guān)系到車站內(nèi)行車作業(yè)的安全。在我國(guó)聯(lián)鎖軟件都是由各大信號(hào)廠商自主研發(fā)，沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，并且由于軟件的保密性，導(dǎo)致給聯(lián)鎖軟件的維修維護(hù)帶來(lái)很多不便。對(duì)此本文對(duì)關(guān)于繼電電路的計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制邏輯進(jìn)行了分析，希望能對(duì)相關(guān)人員提供些參考價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】鐵路信號(hào)；計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖；繼電電路；控制邏輯

引言

為保證行車安全，通過(guò)技術(shù)手段使車站內(nèi)的信號(hào)機(jī)、道岔、進(jìn)路之間按照一定的條件、一定的程序建立起相互聯(lián)系而又制約的關(guān)系，把這種關(guān)系稱為聯(lián)鎖，而聯(lián)鎖技術(shù)就是用來(lái)實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖的技術(shù)。聯(lián)鎖技術(shù)的實(shí)現(xiàn)主要是通過(guò)車站聯(lián)鎖系統(tǒng)。在我國(guó)車站聯(lián)鎖系統(tǒng)先后經(jīng)歷了人工聯(lián)鎖、機(jī)械聯(lián)鎖、機(jī)電聯(lián)鎖、繼電集中聯(lián)鎖和計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖等幾個(gè)發(fā)展階段。目前逐步向計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖過(guò)渡。

一、繼電器概述

（一）繼電器介紹

在電氣集中聯(lián)鎖系統(tǒng)中，為實(shí)現(xiàn)車站內(nèi)聯(lián)鎖邏輯控制功能，需要使用大量的繼電器，繼電器是一種輸入量達(dá)到某一給定值，或者加入某一輸入量時(shí)，其輸出量就產(chǎn)生預(yù)定躍變的自動(dòng)器件，是由電磁系統(tǒng)和接點(diǎn)系統(tǒng)組成。磁路和線圈構(gòu)成了電磁系統(tǒng)，是繼電器的感受機(jī)構(gòu)，專門用來(lái)接受和體現(xiàn)輸入物理量的特性；繼電器的執(zhí)行機(jī)構(gòu)是接點(diǎn)系統(tǒng)，可控制電路的接通與斷開(kāi)，從而實(shí)現(xiàn)某種順序控制邏輯，為了安全起見(jiàn)，鐵路信號(hào)中的繼電器最多使用8組接點(diǎn)。

繼電器是一個(gè)二值的邏輯元件，其只有2種狀態(tài)：吸起、落下，對(duì)于電氣集中聯(lián)鎖來(lái)說(shuō)，它的控制對(duì)象各有兩種狀態(tài)，如道岔有工作狀態(tài)和非工作狀態(tài)，所以這些控制對(duì)象的狀態(tài)都可以用繼電器來(lái)反映。

（二）繼電器組合

電氣集中車站需要布置大量繼電器，為了區(qū)分這些繼電器的功能，把控制同一設(shè)備的繼電器按照固定的電路結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)在一起，組成繼電器組合。本文以6502繼電器組合為例進(jìn)行分析。6502繼電器組合的放置是根據(jù)站場(chǎng)平面布置圖上各個(gè)信號(hào)設(shè)備的位置關(guān)系設(shè)計(jì)。為了讓每個(gè)組合中包含的繼電器數(shù)量大概一致，規(guī)定每個(gè)組合中的繼電器數(shù)量最多不超過(guò)10 個(gè)，以便有效的利用空間。不同類型的信號(hào)設(shè)備，其定型組合也不一樣，電氣集中共有 12 種不同的定型組合，包括6種信號(hào)機(jī)組合，3種道岔組合，1種區(qū)段組合，1種方向組合，1種電源組合，如表1所示。

二、繼電電路與計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制

（一）繼電器連鎖軟件運(yùn)行過(guò)程

軟件運(yùn)行后，首先對(duì)配置文件中的設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)、內(nèi)部邏輯運(yùn)算數(shù)據(jù)、站場(chǎng)型數(shù)據(jù)進(jìn)行初始化。然后對(duì)通信模塊進(jìn)行初始化，等待與上位機(jī)界面和繼電電路控制界面通信。當(dāng)通信成功后，發(fā)送數(shù)據(jù)給上位機(jī)界面顯示當(dāng)前各信號(hào)設(shè)備初始狀態(tài)，并接收來(lái)自上位機(jī)的命令和繼電電路控制界面反饋信息，將命令解析后進(jìn)行聯(lián)鎖條件檢查，將檢查結(jié)果中的設(shè)備狀態(tài)信息反饋給上位機(jī)，邏輯運(yùn)算數(shù)據(jù)信息發(fā)送給繼電電路界面，程序循環(huán)執(zhí)行。當(dāng)檢測(cè)到有程序退出指令后，退出系統(tǒng)。

（二）繼電器組合聯(lián)鎖邏輯表示

在繼電器組合內(nèi)，聯(lián)鎖條件的檢查都是根據(jù)繼電器接點(diǎn)的“吸起”或“落下”狀態(tài)來(lái)實(shí)現(xiàn)，而繼電器又是一個(gè)二值元件，因此，把在聯(lián)鎖條件檢查中用到的繼電器都用布爾型變量定義，這些繼電器有：采集驅(qū)動(dòng)繼電器、邏輯運(yùn)算繼電器，用布爾型變量的“1”、“0”值來(lái)對(duì)應(yīng)繼電器的“吸起”、“落下”狀態(tài)。由邏輯運(yùn)算符連接多個(gè)布爾型變量所組成的表達(dá)式稱為布爾表達(dá)式。在邏輯運(yùn)算中主要包括“與”、“或”、“非”以及三種運(yùn)算符所組成的復(fù)雜運(yùn)算。

（三）控制邏輯實(shí)現(xiàn)方法

當(dāng)聯(lián)鎖軟件運(yùn)行后，首先要對(duì)各類數(shù)據(jù)初始化，包括站場(chǎng)型數(shù)據(jù)，設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)，邏輯運(yùn)算數(shù)據(jù)等，正確讀取這些數(shù)據(jù)是程序正確進(jìn)行聯(lián)鎖邏輯運(yùn)算的關(guān)鍵。站場(chǎng)中各個(gè)設(shè)備關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)是根據(jù)舉例站場(chǎng)人工編制而成，并將其保存在文本文件中，將文本文件放置在聯(lián)鎖機(jī)軟件根目錄下。軟件運(yùn)行后，根據(jù)文本文件中各元素的屬性編制順序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行初始化，站場(chǎng)型數(shù)據(jù)編制順序如圖1所示。

當(dāng)程序啟動(dòng)文件打開(kāi)后，按順序逐行讀取數(shù)據(jù)，并將每行數(shù)據(jù)中的序號(hào)、設(shè)備名稱、該設(shè)備對(duì)應(yīng)繼電器名稱拆分開(kāi)，然后根據(jù)設(shè)備名稱找到已經(jīng)初始化好的對(duì)應(yīng)該名稱的設(shè)備對(duì)象，將序號(hào)賦給該對(duì)象對(duì)應(yīng)該繼電器名稱的成員變量。

聯(lián)鎖軟件的命令處理模塊主要是對(duì)上位機(jī)下發(fā)的操作命令進(jìn)行處理，聯(lián)鎖軟件每隔 500ms 接收一次上位機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)分為有效數(shù)據(jù)和無(wú)效數(shù)據(jù)，在500ms周期到達(dá)后，若值班員未對(duì)上位機(jī)進(jìn)行任何操作，則會(huì)發(fā)送一個(gè)無(wú)效數(shù)據(jù)命令，聯(lián)鎖軟件接收到無(wú)效數(shù)據(jù)命令后，直接進(jìn)入聯(lián)鎖邏輯處理模塊進(jìn)行未完成的操作命令。

命令處理模塊將聯(lián)鎖軟件接收的操作命令處理完成后，就會(huì)進(jìn)入聯(lián)鎖邏輯運(yùn)算模塊，對(duì)上位機(jī)的操作命令進(jìn)行可行性檢查，若命令的聯(lián)鎖條件滿足，則改變?cè)O(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)和邏輯運(yùn)算數(shù)據(jù)。該模塊是根據(jù)繼電聯(lián)鎖網(wǎng)路線的聯(lián)鎖條件檢查原理并結(jié)合聯(lián)鎖邏輯電路設(shè)計(jì)。

聯(lián)鎖邏輯執(zhí)行就是對(duì)執(zhí)行組電路處理，包括道岔動(dòng)作和網(wǎng)路線聯(lián)鎖檢查。在執(zhí)行周期內(nèi)首先檢查進(jìn)路數(shù)組中各條進(jìn)路的道岔是否處于規(guī)定位置，若不在規(guī)定位置，則將道岔動(dòng)作到規(guī)定位置。

三、網(wǎng)路線邏輯檢查設(shè)計(jì)

繼電電路中聯(lián)鎖檢查采用“路路通”方式實(shí)現(xiàn)，即對(duì)站場(chǎng)中所有信號(hào)設(shè)備對(duì)應(yīng)的組合都進(jìn)行網(wǎng)路線檢查，這在物理上是可以實(shí)現(xiàn)的，但在用程序?qū)崿F(xiàn)時(shí)，如果將站場(chǎng)中所有可以作為網(wǎng)路線搜索始端的組合都遍歷一遍，會(huì)嚴(yán)重影響軟件運(yùn)行效率。

網(wǎng)路線搜索功能實(shí)現(xiàn)對(duì)各條網(wǎng)路線搜索主要滿足四點(diǎn)：（1）確定網(wǎng)路線搜索頂點(diǎn)組合；（2）確定搜索頂點(diǎn)組合中對(duì)應(yīng)網(wǎng)路線主模塊電路；（3）確定網(wǎng)路線搜索方向；（4）以每個(gè)驅(qū)動(dòng)主模塊電路為起始點(diǎn)進(jìn)行深度優(yōu)先搜索。

在繼電電路中網(wǎng)路線檢查都是由 KZ 電源端，開(kāi)始，KF電源端結(jié)束。當(dāng)從主模塊對(duì)網(wǎng)路線搜索時(shí)，因?yàn)橹髂K中含有電源，而搜索的結(jié)束端從模塊電路中也含有電源，不能確定的是在網(wǎng)路線搜索完成之后是否是KZ、KF電源配對(duì)，因?yàn)榭赡苡捎谲浖心硞€(gè)繼電器接點(diǎn)狀態(tài)錯(cuò)誤，導(dǎo)致搜索出現(xiàn)錯(cuò)誤，故在搜索過(guò)程中，將搜索到的電源都保存在電源數(shù)組中，直至搜索結(jié)束，判斷搜索到的電源類型。

結(jié)束語(yǔ)

基于繼電電路的計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制邏輯基本滿足6502繼電聯(lián)鎖網(wǎng)路線檢查原理，能夠完成列車進(jìn)路的聯(lián)鎖邏輯運(yùn)算，但在電路通用性設(shè)計(jì)和邏輯設(shè)計(jì)過(guò)程中仍發(fā)現(xiàn)許多不足需進(jìn)一步改進(jìn)，比如：（1）繼電器組合的通用性還不夠，如接口模塊處理方式對(duì)單動(dòng)道岔對(duì)應(yīng)組合并不適用，需要對(duì)單動(dòng)道岔單獨(dú)處理；（2）聯(lián)鎖邏輯電路設(shè)計(jì)過(guò)程中，僅對(duì)站場(chǎng)中電路進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并未考慮站場(chǎng)與區(qū)間的聯(lián)系電路。

參考文獻(xiàn)：

[1]武垣成，朱正一，王長(zhǎng)春，et al.緊急協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中直流功率調(diào)節(jié)子系統(tǒng)的過(guò)負(fù)荷邏輯研究[J].電力與能源，2017（6）：706-712.

[2]蘇曼，蔣晟.基于MAS的分布式計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究[J].知識(shí)經(jīng)濟(jì)，2017（7）：80-80.

（作者單位：河北建設(shè)宣化熱電有限公司）