全电子计算机联锁发展的思考

何 瑄

（北京全路通信信号研究设计院有限公司，北京 100073）

1 背景

控制车站的道岔、进路和信号，并实现它们之间的联锁关系的信号设备，称之为联锁设备。

国内车站的联锁控制经历了机械联锁控制、电气集中(以6502为代表)联锁控制、计算机联锁加继电器执行控制3个大的发展阶段，其中，由机械联锁发展到6502电气集中，是一次重大的飞跃，大约是在70年代基本完成的[1]。随着计算机、通信、控制3大技术的发展，我国从80年代后期开始研究计算机联锁，由于当时电子技术的局限，最终采用了计算机联锁加安全型继电器执行形式的控制系统，90年代进行试验并逐渐批量上道使用。

目前计算机联锁系统已处于推广普及阶段，随着实践经验的积累，系统的性能也在不断提高。在刚过去的铁路“十一五”规划中，大力推进了计算机联锁技术，已建设的武广、沪宁、沪杭的客运专线路都采用了计算机联锁系统，在逐渐国产化的城市轨道交通中也都应用了国产的计算机联锁。继电联锁除了在上个世纪已经实施的车站外，目前在建车站基本不再使用。我国幅员辽阔，铁路总长度和覆盖率较发达国家差距很大，尚有很大的发展空间。在“十一五”期间提出的“四横四纵”的规划使我国铁路开始了快速发展，在“十二五”期间，则在城市轨道交通上又增加了铁路的投资，这对铁路信号中非常重要的联锁系统来说，是一个极大的市场，是非常好的发展契机。

纵观车站联锁的发展历程，就是随着科技发展而发展的一个过程。目前电子技术已经发展到一个成熟的地步，我国的计算机联锁也开始向全电子化的联锁转变，而这个转变正赶上了联锁发展的大好时机。

2 全电子计算机联锁技术

2.1 系统结构

全电子计算机联锁系统取消了传统计算机联锁中的继电器接口部分，采用电子执行单元直接控制信号设备。整个联锁系统由3个部分组成，分别为人机界面层（MM I）、联锁层（C IL）和执行层（EEU）。系统组成结构如图1所示。

2.2 系统功能

全电子计算机联锁系统的电子执行单元EEU，包含道岔模块、信号机模块、轨道模块和零散模块（通用输入输出模块和6D闭塞模块等）。

道岔模块是用于驱动道岔转辙机的电子执行模块。道岔模块采用了二取二故障-安全的设计原则，完成控制功能和道岔位置表示功能。模块与联锁逻辑部通过总线交互信息，根据联锁逻辑部下发的命令执行道岔的定/反操作，并向联锁逻辑部实时反映道岔当前的状态信息。单个模块能够控制转辙机，两系模块冗余控制，交替工作。道岔模块同时也采集道岔的动作电流、表示电压的交直流分量等模拟量信息。

信号机模块的是用于控制信号机的电子执行模块。信号机控制模块采用二取二故障-安全的设计原则，具有控制和监测功能。信号机控制模块与联锁逻辑部通过总线交互信息，根据联锁下发的命令实现点灯操作，并向联锁逻辑部实时反映信号机当前的状态信息。

轨道模块是与室外电路配合、用于检测轨道占用的电子执行模块。具体分为25 H z相敏轨道电路模块、50 H z轨道电路模块、ZPW-2000型轨道电路模块等。

2.3 系统故障-安全原则

铁路信号设备与普通工业设备相比最重要的一个特性就是故障-安全特性，全电子计算机联锁系统作为保证列车安全运行的基础设备，在开发设计过程中应遵循以下故障-安全原则。

1）电子执行单元采用双CPU独立的控制电路，对最终端输出采用二取二控制机制，仅当两个CPU都输出有效信号时，才可驱动外设动作。

2）电子执行单元双CPU控制的输出信号采用动态与静态结合或双动态输出。

3）电子执行单元采用双CPU独立的采集电路，2个CPU分别对采集信息进行处理，并通过交互通道对采集数据进行比较，比较一致时，采集数据有效。

4）电子执行单元在连续3个运算周期内无法正确接收到联锁逻辑部下发的控制命令，电子执行单元的输出导向安全侧。

5）联锁逻辑部和电子执行单元均设有看门狗，在系统出现异常如软件崩溃、系统死机时能停止输出，自动复位系统。

6）遵循EN50129。

2.4 系统特点

全电子计算机联锁系统是基于未来铁路及城市轨道交通联锁设备集成度高、安装速度快、维护方便的使用需求而研制。该系统具有以下特点。

1）扩展灵活，适用范围大

模块化程度高，只要增加或减少功能模块的数量，就可以满足不同规模站场的要求。对于30组道岔以内的中小站，完全可以安装在3个标准执行机柜内。对于大站，则可以将执行机柜放置在咽喉区，与中心信号楼的联锁机之间通过光纤连接，进行远距离控制，实现集中联锁、分布控制邻近的小站或区间道岔，完全满足高速铁路和客运专线的运营条件，从而增强了系统的适用性[2]。

2）维护量小

全电子联锁采用电子模块代替执行层的继电器，具有自诊断功能，能够定位故障点并在监测系统中显示出来，便于维修人员的检修。模块故障时，只需要更换相应的模块，便于设备的更换。

3）安全性高

采用了相应的手段，可以对联锁的输出命令和执行返回状态进行校核，通过自诊断功能，系统的输入、逻辑判断、控制输出等都能将错误控制在各自环节内，使整个系统具有较高的安全性。全电子联锁系统一定程度上缓解了使用封连线带来的安全问题，并且减少了由于进行大量配线而产生的错误。

4）总体造价低、占用资源少

大幅减少继电器的使用，大量减少信号电缆的使用，并且减少了组合架的大量配线工作，造价和开通用时大大低于仍使用继电执行单元的计算机联锁系统。此外，由于不再使用继电器，可以大大减少联锁系统使用的空间。技术上更有利于实现向数字化、网络化、智能化和综合化的更新换代。

3 全电子计算机联锁的发展前景

3.1 全电子化计算机联锁的重大社会经济意义

1）进一步提高铁路运输安全性

全电子化模块贯彻安全第一和控制监督检测一体化的原则，自动排除由于人为违章操作和设备原因引起的道岔虚假表示等各种危及安全的因素，为进一步提高安全性提供了高技术装备。

2）促进铁路科技进步

全电子化计算机联锁系统，促进了铁路电务信号设备由继电电路联锁向以智能化全电子电路为基础的计算机联锁的转变，这个转变被行业内评价为铁道信号技术的一次革命。

3）经济意义巨大

现有的联锁设备大量使用继电器，继电器价格远远高于电子元件，并且每15年就要大修更新，每次大修每个车站控制设备的投资约为50万元。因此，该领域技术更新升级换代的经济意义非常重大[3]。

3.2 发展预测

为保证铁路运输的快速发展，铁路信号市场要求充分发挥铁路信号工厂、工程设计单位、专业施工单位、电务维修单位的作用，在保证其基本安全条件的基础上，让多级单位广泛参与。

在这种情况下，联锁系统的理想状态就是全电子联锁系统，全电子联锁系统完全满足以下的工程需求：1）完全的工厂化生产；2）完全的标准化设计；3）最简化的现场施工；4）最简化的验收模式；5）最简化的维护办法；6）最简化的维修手段；7）最简单的二次开发以至于免二次开发；8）完备的设备参数监测功能；9）满足铁路行车自动化的接口功能[4]。

此外，计算机联锁系统的市场巨大。目前国营铁路约6 000个车站，上个世纪实施的绝大多数车站都采用了6502电气集中设备，约占营业车站的一半。而6502电气集中设备是1970年基本定型的，它己超过技术服役期，急需技术更新和升级换代。并且随着铁路和城市轨道交通的大发展，还需要实施大量的联锁系统。

因此，克服了继电联锁和既有计算机联锁缺点的全电子计算机联锁系统，必将会在市场上受到广大客户的欢迎。

4 结语

在目前的电子器件技术、计算机通信技术和电力电子技术下，采用信号机执行电子模块取代信号机继电器执行电路，从各个方面考虑都是可行的。全电子计算机联锁系统做为铁路信号控制的新一代联锁设备，具有既有联锁系统不具备的优点，代表信号控制系统的发展趋势，必将取代现在的信号设备，成为主流，在铁路的大发展中有着巨大的市场潜力。

[1]魏文军，范多旺．铁路车站全电子计算机联锁系统的研究与设计[J]．自动化与仪器仪表，2007（3）：19-22．

[2]张军，阳长琼．浅析LDJL-Ⅱ型全电子计算机联锁系统[J]．铁道通信信号，2009，45（5）：1-2.

[3]王永刚．浅谈全电子计算机联锁技术[J]．中国科技博览，2010（6）：281.

[4]田贾明，刘红燕．全电子模块化计算机联锁系统探讨[J]．科学之友，2009，10（29）：112-113.