基于ARCNET网络的计算机联锁区域控制系统

窦 伟 高术强

中国铁道科学研究院通信信号研究所 助理研究员，100081北京

计算机联锁系统自上世纪90年代后期开始在中国铁路大量应用，大大提高了铁路信号系统的安全管理水平和信息化程度，为后续铁路运输的信息化管理提供了坚实的基础。随着在路内技术作业站的大量应用，运输部门提出一些特殊要求亟待解决。如一些作业站地处偏远，交通不便，车务值班人员生活条件艰苦，希望工作在条件较好的邻站。又如枢纽车站车务值班人员分散在各个作业场，值班员之间联络多有不便，为加强管理，提高工作效率，枢纽车务人员倾向于在控制中心对各站联锁系统进行控制。相邻很近的2个独立信号楼的车务人员需要在同一运转室联合办公。部分矿山、石化企业的信号楼存在被粉尘、有害气体污染的情况，不适于人员长期工作，需要将工作地点迁移到安全的区域。即计算机联锁系统应该具有区域控制能力，可以在异地实现对区域内的信号设备进行控制。

1 对计算机联锁系统新要求

具有区域控制能力的计算机联锁系统，应该建立在现有成熟的计算机联锁系统的基础上，可以实现在指定地点对另一地点的计算机联锁设备实时进行远程控制;应使用安全、稳定、成熟的网络技术，安全的网络通信协议;系统的人机界面符合计算机联锁系统的标准和规范，便于操作人员使用;结构尽量简单、可靠，便于维修;尽量降低成本，缩短投资回收周期。针对不同用户的需要，可以将计算机联锁系统的区域控制模式划分为区域联锁模式和区域集中控制模式2种。

构建具有区域控制能力的计算机联锁系统，面临的主要问题是在既有计算机联锁系统的基础上实现系统的网络化、区域化。即将不同区域的计算机联锁系统通过网络连接起来，通过安全的网络传输协议，传输控制人员的操作命令，实现对道岔、信号等设备的实时控制，因此选择什么样的网络成为首要问题。

2 ARCNET网络简介

ARCNET最初由美国Datapoint公司于1977年开发并用于办公局域网中，ARCNET网络时间的确定性数据传输的可靠性和组网的灵活性，使其在工业实时控制系统中占有一席之地。

ARCNET工作机制:ARCNET局域网采用了优化的令牌总线协议 (IEEE802.4)，除了具有令牌总线网的一般特点外，网络中每个节点保存有下一个节点的逻辑地址，可以生成一个网络活动节点地址表。为了避免目的节点没有空闲缓冲区而引起信息的丢失，设置了空闲缓冲区查询帧，通过查询可以减少不必要的数据重传，提高了网络运行效率。ARCNET网络提供了物理层和数据链路层服务，能够在2个节点之间实现数据包的发送和接收。在ARCNET网络中，每个节点均有一个惟一的地址，其取值范围为0～255。除节点号0用于广播方式通信外，最多一个网络允许255个节点之间进行通信，具有多点实时通信的能力。

ARCNET网作为一种成熟的工业控制网络，具有高可靠性、高抗噪声能力，数据传输速率高且具有高确定性。ARCNET网络按节点地址进行网络配置，网络配置可以根据网络内设备的数量进行规划和调整，具有很高的灵活性。ARCNET网络作为一种封闭式网络，网络环境不容易受到外部因素的影响，不易被非法侵入。基于以上优点，ARCNET网络在工业控制领域被广泛应用，在铁路内部的信号系统、机车车辆系统上也有大量应用。ARCNET网络同样适用于构建具有区域控制能力的计算机联锁系统。无论是使用区域联锁模式还是集中控制模式，都可以在现有计算机联锁技术的基础上，利用ARCNET网络进行构建。

3 二种区域控制模式的ARCNET网络构建

3.1 区域联锁模式的ARCNET网络构建

基于ARCNET网络构建区域联锁模式的计算机联锁系统，网络结构如图1所示。

图1 区域联锁模式ARCNET网络结构图

区域联锁模式计算机联锁系统的通信网络主要由2个ARCNET网络组成，网络使用环形或星形连接方式。主控站设联锁机，负责整个系统的联锁运算。被控站设执表机，执表机不进行联锁运算，只负责将被控站的设备采集信息传给主控站联锁机，执行主控站联锁机的输出控制命令，驱动相应的继电器。每个联锁机、执表机分别与ARCNET网A网、B网连接。使主控站联锁机与被控站执表机间构成2个互不交叉的封闭网络。由于2个ARCNET网络A网、B网互不交叉，因此联锁机、执表机可以在2个网络内使用相同的节点号，便于通信程序进行调度管理。节点号分配后不再变更。

3.2 集中控制模式的ARCNET网络构建

图2 集中控制模式ARCNET网络结构图

集中控制模式计算机联锁系统的通信网络主要由基于ARCNET网络的双网组成，网络使用环形或星形网络连接方式。如图2所示:主控站设中心控制机，在中心控制模式下行车指挥人员可以通过中心控制机对整个区域的所有被控站的计算机联锁系统进行控制。每个被控站各设一套完整的计算机联锁系统，行车指挥人员也可以在被控站对计算机联锁系统进行直接操作。通过ARCNET网络，中心控制机与每个站计算机联锁系统的监控机相连接，采用中心控制模式，行车指挥人员可以对各个被控站的联锁系统实现远程遥控。被控站计算机联锁系统可以独立运行，行车指挥人员可以停用中心控制模式，使用站控模式在被控站直接控制计算机联锁系统。在中心控制模式下，即行车指挥人员在远程中心控制机对被控站进行控制，如排列进路等操作，操作命令下达后由中心控制机进行处理，形成联锁系统内部命令后通过光传输设备传送给被控站计算机联锁系统的监控机，再由被控站监控机将命令下达给联锁机，联锁机对命令就地执行，执行完毕后被控站联锁系统将执行结果 (站场信息等)传送给中心控制机，中心控制机的控制台屏幕上显示相应的站场情况。中心控制机A机、B机分别与ARCNET网A网、B网连接，使中心监控机与被控站计算机联锁系统间构成2个互不交叉的封闭网络。由于2个ARCNET网络A网、B网互不交叉，因此中心控制机与被控站监控机可以在2个网络内使用相同的节点号，便于通信程序进行调度管理。节点号一经分配不再变更。

4 区域联锁模式和集中控制模式的比较

区域控制模式，系统结构相对简单，被控站只设执表机，总体设备数量较少，因此总体投资相应减少。被控站不设信号值班人员，可以实现减员增效。但是由于被控站只设执表机，没有独立的计算机联锁系统，因此一旦主控站的设备或通信网络发生严重故障，不能继续使用，整个区域控制范围内的车站都将被停用，故障影响范围被扩大。

集中控制模式，被控站不设信号值班人员，可以实现减员增效的目的。由于每个站设独立的计算机联锁系统，一旦主控站设备或通信网络发生严重故障，可以将控制权下放到各个车站，由各个车站实行站控模式运行，有效减少了故障造成的不利影响。其缺点是需要在每个被控站设独立计算机联锁系统，总体投资会相应加大。

5 结束语

区域控制模式的计算机联锁系统，具有安全、稳定、可靠、结构简单、成本低等优点，可以实现铁路运营部门的不同需要。目前上述系统已在合肥客技站、三汇坝站、平顶山煤业集团八矿站、平庄矿务局老公营站、北京地铁4号线车辆段和停车场等地应用，取得良好的应用效果，获得用户积极的评价。

［1］ 计算机联锁技术条件［S］ .TB/T 3027－2002

［2］ 沈宇华.现场总线ARCNET及其应用［J］ .航天控制.2003(1):48.

［3］ TYJL-Ⅱ计算机联锁控制系统研究报告［R］ .铁道科学研究院通信信号研究所.1997.