全电子化区域计算机联锁系统技术方案研究

许 丽 栗少卿

*兰州交通大学自动化与电气工程学院 助教，730070 兰州

**山西省长治市潞安集团 高工，046200 山西长治

区域计算机联锁系统是在车站计算机联锁基础上，结合网络安全传输等技术发展的网络化、智能化、集成化的信号控制系统。它将整个控制区域视为一个车站，利用一套监控系统实现地理位置不同的多个车站的集中控制，达到节省工程投资，提高车站和区间通过能力的目的。

从岗位设置上看，相比车站计算机联锁，区域计算机联锁系统只在主控车站设置值班人员，而被控站实现无人值守。

1 区域计算机联锁系统控制方式

1.1 集中控制方式

集中控制方式下，整个控制区域视为一个车站，在各个车站设置联锁系统的全电子化执行设备，使用一套联锁机完成地理位置不同的多个车站的联锁逻辑运算和集中控制，实现车站联锁、区间闭塞和站间联系的一体化。这种方式的优点是简化站 (场)间联系，取消站 (场)间联系电路和联系电缆;缺点是单点故障影响系统正常工作，一旦中心联锁机故障，则整个系统就会瘫痪。

1.2 分散控制方式

分散控制方式下，既可实现集中控制，又可实现车站控制 (本地控制)。在控制区域中的每个车站设置一套联锁系统和相应的全电子化执行设备，各站联锁逻辑运算由本站联锁系统实现，系统通过安全网络传输技术，实时传输各个车站的表示信息，在中心控制站进行实时集中监控，既可由中心控制站向指定车站下发实时控制命令，又可在特殊情况下在本站进行操作控制。这种方式的优点是结构灵活，避免出现集中控制方式的缺点。

2 系统技术方案

2.1 系统实现的主要功能

系统中各车站的联锁逻辑运算和控制输出、状态采集由本站联锁系统完成，其安全性、可靠性由既有的车站计算机联锁系统来保证，方案中不再考虑相关内容。除此之外，分散控制方式下区域计算机联锁系统主要实现以下功能。

1．集中监控各被控车站的计算机联锁系统，将各个车站计算机联锁系统采集的实时信息，如表示信息、联锁系统工作状态等集中显示。

2．在主控站控制台向被控站下达实时操作控制命令，被控站联锁系统在接收到相关控制命令后，执行对应操作，并将结果返回至主控站上位机。

3．在特殊条件下，如主控站与被控站之间通信链路中断，可实现在车站进行本地操作来控制联锁系统工作。

4．各类信息可实时、可靠、安全地在主控站和各被控站之间传输。

5．从用户使用角度来考虑，区域计算机联锁系统相对于车站计算机联锁系统，只是在同一个界面上能够实现对多个车站计算机联锁系统进行监视和操控，无其他不同。

2.2 系统总体结构

各车站之间采用双环冗余网络完成可靠通信，在各个车站，将联锁系统双局域网络分别与双光环网的一个环网实现互联;在软件上，将各车站的上位机通过TCP/IP模式实现互联，利用上位机之间相互通信来实现控制指令、状态显示等各类信息的交换。系统主要由车站联锁机、安全传输网、电子终端执行单元组成，其总体结构如图1所示。

图1 区域计算机联锁系统总体结构图

2.3 系统配置

相比车站计算机联锁系统，在硬件上，区域计算机联锁系统在每个车站增加2台以太网光交换机(支持环网连接)，或以太网转2 Mb/s光通道设备(支持环网连接)，或者利用以太网光交换机替代车站计算机联锁系统中既有的以太网交换机，用来实现站间数据交换，车站其他设备及配置保持不变。站与站之间配置4芯的单模光纤，实现站间信息传输。

区域计算机联锁系统中各车站上位机、联锁机等的IP地址需统一分配，不再像单站计算机联锁的IP地址那样各车站保持一致。同时需要对主控站上位机软件进行改制，使其能够同时完成对多个车站联锁系统的集中监控任务。

2.4 系统工作模式

1．区域计算机联锁系统在分散控制方式下，有2种工作模式:一种是正常情况下的集中控制模式，另一种是特殊情况下的站控模式。

2．被控站在选择站控模式时，利用铅封按钮，不需要经过主控站确认。在与主控站链路连通的情况下，需要将切换后的运行状态上报主控站。

3．被控车站计算机联锁系统在初始启动时，被设定为站控模式。在无人值守车站，当上位机检测到本地联锁系统各项状态正常，将自动申请转为集中控制模式;有人值守车站由人工按压按钮申请转为集中控制模式。

4．被控站由站控模式转为集中控制模式时，需由该被控车站联锁系统向主控站联锁系统发送模式转换请求，只有得到主控站回送的允许集中控制命令后，被控站请求集中控制的要求才能被接受。主控站同意被控站集中控制请求的条件是:被控站上位机向主控站报告过上位机运行状态;被控站上位机主机向主控站发送过全包表示信息;被控站至少有1台上位机作为主机运行;被控站没有正在排列的进路。

5．在集中控制模式下，各车站计算机联锁系统的操作命令来源于主控站上位机，被控站上位机操作界面被锁定，不允许被控站上位机下发操作命令;在站控模式下，由本站上位机下发联锁操作命令，主控站上位机不能向被控站下发操作命令，或被控站接收到操作命令但丢弃该命令数据。

6．集中控制模式下，操作命令通过上位机转发，即主控站上位机下发至被控站的操作命令由被控站上位机接收，再转发至联锁机执行。被控站上位机为双机时，必须是热备系统 (即上位机必须有主、备之分)，只有主机接收到的操作命令才有效。

7．主控站上位机可双机冗余，不做主、备之分，即2台上位机操作命令都有效。

2.5 网络通信设计与实现

系统可靠性和安全性实现的重要保证之一就是车站间数据通信的实时、安全、可靠传输。硬件上主要采用双环冗余网络。下面主要介绍软件方面保证数据传输实时、可靠的措施。

1．主控站与被控站之间通信采用TCP/IP方式，主控站上位机作为Server端，被控站上位机作为Client端，流程图如图2所示。

图2 主控站与被控站通信流程

表1 区域计算机联锁系统站间通信帧格式

2．系统中通信的双方要利用定时心跳信息来检查通信链路的连通性，心跳超时后要中断链路并重新发起链接。

3．数据传输的发送方在发送出数据后要确保接收方接收到数据后，才发送下一包数据，接收方接收到数据后，要发回执信息;发送方在发送出数据后，在指定时间内未收到回执信息时重发数据。

4．严格保证系统中各计算机之间时钟的同步，丢弃超时接收数据。由于站间数据在广域网络上传输，数据发送方发送的数据，接收方可能在很久以后才接收到，为避免引起对系统不安全的操作，对这类数据应该丢弃。如果系统各计算机之间时钟不同步，则无法判断这类超时信息。

5．保证站间可靠通信需设置的各种定时信息。系统站间心跳信息发送的周期为2 s;发送超时的重发周期为2 s;站间通信超时的中断时间为6 s;数据接收的超时时间为3 s;被控站上位机与主控站通信中断时主备切换的时间为3 s。

6．区域计算机联锁系统站间通信协议参照运基信号 ［2006］ 312号《调度集中车站自律机与计算机联锁接口通信协议 (V1.1)》制定，协议格式如表1所示。

3 结束语

综上所述，基于分散控制方式的全电子化区域计算机联锁系统相对于车站计算机联锁系统而言，主要工作是进行上位机软件的改进和完善。改进主要针对2个方面:一是站间上位机接口的设计;二是主控站上位机多站集中监控功能的完善。

目前，改进后的全电子化区域计算机联锁系统已在鄂尔多斯市东胜物流园中4个车站正式投入运营，所有的设备运行稳定可靠。

［1］ 谢利民．基于全电子设计方案的区域计算机联锁系统［J］ ．自动化与仪器仪表，2009(1).

［2］ 高鹏．浅谈区域性计算机联锁系统及其在国内的实际应用情况［J］ ．科技信息，2009(6)．