鐵路信號計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的研究與設(shè)計

那仁滿都拉 郎元賓

中國鐵路呼和浩特局集團有限公司呼和浩特電務(wù)段 內(nèi)蒙古呼和浩特 010000

1 鐵路信號計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)概述

1.1 鐵路信號計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的含義和組成

鐵路信號計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)是在計算機技術(shù)發(fā)展和信號技術(shù)改進基礎(chǔ)上的一種新型鐵路信號系統(tǒng)，使車站各個信號設(shè)備之間產(chǎn)生緊密聯(lián)系和制約，從而實現(xiàn)對車站道岔、進路與信號的有效控制，避免鐵路信號在運行中因受外界因素影響而出現(xiàn)故障失誤，從而保證鐵路行車信號的可靠性，使鐵路運行更加安全[1]。計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)綜合性能遠遠超過繼電聯(lián)鎖系統(tǒng)，其以計算機為核心，將研制的專用硬軟件系統(tǒng)集合在一起實現(xiàn)信號之間的聯(lián)鎖關(guān)系，計算機的作用是將操作命令和現(xiàn)場各種輸入信息讀入，然后根據(jù)計算機內(nèi)部狀態(tài)進行邏輯運算，再將輸出控制信息到執(zhí)行機構(gòu)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的復(fù)雜變換。

1.2 鐵路信號計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的特點

首先，計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的可靠性很強，采用工業(yè)級別的控制計算機和容錯技術(shù)，系統(tǒng)內(nèi)傳遞信息的設(shè)備抗輻射和抗各種故障干擾的能力得到增強，減少了邏輯運算的錯誤，因此對于提高鐵路信號的安全可靠性，保障鐵路行車和進路安全具有十分重要的作用。其次，計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)能滿足實時性的要求，即可以實時采集輸入系統(tǒng)變量的變化，及時掌握車站各類信息，及時對輸出道岔和信號下達控制命令，保證各種和安全有關(guān)的控制命令執(zhí)行到位。再次，計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)具有明顯的經(jīng)濟優(yōu)勢，在經(jīng)過不斷完善和改進之后其性價比更高，雖然設(shè)備改進的前期需要投入大量的資金，但是在后期卻規(guī)避了許多技術(shù)問題，能有效提高鐵路信號的準(zhǔn)確性和安全性，降低聯(lián)鎖設(shè)備故障發(fā)生的概率，在后期可以減少很多技術(shù)成本。此外，既有的鐵路信號聯(lián)鎖系統(tǒng)只能提供基本的聯(lián)鎖功能與操作界面，而計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)還具有故障診斷分析、遠程通信和其他管理功能，能針對鐵路車站規(guī)模和不同作業(yè)的需求，系統(tǒng)內(nèi)的硬軟件具有結(jié)構(gòu)模塊化和標(biāo)準(zhǔn)化的特征，能實現(xiàn)真正的程序和數(shù)據(jù)的分離處理。

2 總體設(shè)計方案和關(guān)鍵技術(shù)

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理

采用二級集散式控制系統(tǒng)，對原有集中式信號系統(tǒng)模式進行改進，使新的聯(lián)鎖系統(tǒng)具有模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化和層次化的特點[2]。其中模塊化指的是聯(lián)鎖機主模塊、信號結(jié)合模塊，層次化指的是系統(tǒng)包含操作層、聯(lián)鎖運算層、復(fù)核驅(qū)動層和結(jié)合電路層。該結(jié)構(gòu)能夠結(jié)合車站的大小、不同作業(yè)的需要在不改變聯(lián)鎖軟件前提下對車站靜態(tài)數(shù)據(jù)進行修正，或通過增加相應(yīng)的硬件模塊來滿足更多功能需求，使系統(tǒng)容量得到擴充。采用先進的控制體系和工藝設(shè)計，使系統(tǒng)整體施工調(diào)試周期縮短，經(jīng)濟性得到提升。具體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下：

（1）人機對話層。在計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)內(nèi)，人機對話層的作用是將信息傳輸?shù)接嬎銠C，然后在顯示器上將車站各種信息顯示出來。對于車站規(guī)模較大和聯(lián)鎖計算機系統(tǒng)運行負(fù)荷較大的，應(yīng)設(shè)置操作命令采集機，提高操作命令輸入的有效性，并通過有效的識別將操作命令轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的格式再傳輸給聯(lián)鎖計算機。

（2）聯(lián)鎖運算層。微機是計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的核心，對操作輸入進行識別、對聯(lián)鎖信號進行調(diào)理分析，另外還具有邏輯運算、命令生成控制和故障診斷等功能。愛聯(lián)鎖運算成的安全可靠性對于整體系統(tǒng)的安全可靠性具有深遠的影響。

（3）復(fù)核驅(qū)動層。復(fù)核驅(qū)動層由自動化控制系統(tǒng)組成，具有采集信息并將操作命令轉(zhuǎn)化為安全控制信號的功能，也是計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)安全設(shè)計中的關(guān)鍵，對于聯(lián)鎖系統(tǒng)形成的操作命令進行復(fù)核檢查。

（4）結(jié)合電路層。結(jié)合電路成是對現(xiàn)場監(jiān)控設(shè)備、表示信息和自動化控制系統(tǒng)輸出的驅(qū)動信號之間的安全邏輯轉(zhuǎn)化，從而提高了輸入和輸出信息的安全可靠性，另外采用專門的電路對監(jiān)控設(shè)備施測過程進行控制，對信息采集機和設(shè)備驅(qū)動的過程進行規(guī)范。

2.2 安全性設(shè)計

在鐵路信號方面，關(guān)于計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)安全可靠性的設(shè)計，第一強化系統(tǒng)的可靠性設(shè)計，即應(yīng)用系統(tǒng)故障屏蔽的原理，采用更高可靠性的系統(tǒng)來降低故障發(fā)生的概率[3]。但是若受到資金和技術(shù)的限制，無法采用高可靠設(shè)備時，應(yīng)在保證計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)安全可靠的基礎(chǔ)上結(jié)合故障安全技術(shù)來設(shè)計，即一方面要滿足系統(tǒng)安全，鐵路信號對聯(lián)鎖系統(tǒng)性能的要求，另一方面可適當(dāng)降低運行效率來減少運行故障產(chǎn)生的成本。具體來說，第一在聯(lián)鎖軟件和結(jié)合電路設(shè)計時采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計方法，使系統(tǒng)功能得到擴展，滿足不同車站規(guī)模和作業(yè)的要求，而結(jié)合電路則更具有通用性和兼容性，能滿足室外設(shè)備不同類型的需要。第二，在系統(tǒng)故障方面，針對聯(lián)鎖主機、PLC和結(jié)合電路模塊以及工作電源等不同設(shè)備和不同層次的故障，采用不同的故障診斷方法，在明確故障類型和原因后采用針對性的故障處理措施以保證系統(tǒng)導(dǎo)向性安全。此外，當(dāng)系統(tǒng)產(chǎn)生了不正確的輸出控制命令就會影響系統(tǒng)整體的安全性，所以在算法冗余設(shè)計方面，應(yīng)根據(jù)不同技術(shù)設(shè)備使用的物理空間、編程語言和參與運算邏輯變量的不同，采用不同的運算判別機制，提高運算的準(zhǔn)確性，解決因兄硬軟件故障而影響系統(tǒng)的安全可靠性。

3 結(jié)語

綜上所述，鐵路信號系統(tǒng)是為了保障鐵路運行安全而設(shè)置的，鐵路信號技術(shù)的水平直接關(guān)系到鐵路運行安全控制的效率和質(zhì)量。為實現(xiàn)對列車運行全過程的有效控制，必須對現(xiàn)有的信號聯(lián)鎖系統(tǒng)進行改進和完善，結(jié)合計算機技術(shù)構(gòu)建全方位立體化的計算機聯(lián)鎖信號控制系統(tǒng)，實現(xiàn)對列車運行的實時集中化控制。在鐵路信號系統(tǒng)未來發(fā)展中，利用先進的技術(shù)和新型設(shè)備，是提高鐵路信號安全可靠性，進一步保障鐵路運行安全的有效途徑。