简述城市轨道交通中使用的iLOCK计算机联锁系统

王军

【摘 要】本文介绍了在城市轨道交通信号系统中应用的iLOCK计算机联锁系统，描述了系统构成、特点及基本的工作原理。

【关键词】iLOCK；ZLC；计算机联锁；二乘二取二

0 概述

iLOCK系统是卡斯柯信号有限公司从ALSTOM引进成熟的安全型专用联锁机技术，结合中国铁路运营技术条件，经过二次开发而成的一种具备自主知识产权的新型“2*2取2”安全型计算机联锁系统（简称ZLC）。iLOCK系统在一般的“2取2”硬件冗余结构基础上，采用NISAL-数字集成安全保证逻辑（Numerically Integrated Safety Assurance Logic）技术，增加了独立的“反应故障—安全”校验用VPS模块，多种“故障—安全”模式的应用及编码技术确保整个系统的高安全性。随着国内城市轨道交通的快速发展，目前在城轨信号系统中iLOCK计算机联锁系统得到了广泛的应用，本文对该系统的硬件结构、各子系统作用及硬件工作原理做简单的分析。

1 iLOCK系统构成

城轨信号系统中使用的iLOCK系统一般采用分布式控制方式，包括以下五个子系统：联锁处理子系统（IPS）、人机界面子系统（HMI）、冗余网络子系统（RNET）、维护诊断子系统（SDM）、冗余电源子系统（RPWR）。

1.1 联锁处理子系统（IPS）

联锁处理子系统（IPS）由硬件和软件组成。

1.1.1 联锁处理子系统的硬件

IPS子系统的硬件主要由安全逻辑运算板（VLE）、安全校验板（VPS）、输入输出总线接口板（I/OBUS2）、输入输出总线扩展板（I/OBE2）、16路双采安全输入板（VIIB16）、8路安全型双断输出板（VOOB8）、连接各板卡的母板（MB）以及机箱间连接电缆组成，硬件构成见图1。其中VLE板、VPS板、I/OBUS2板按顺序安装于系统机箱（SYS机箱）内，I/OBUS2板的数量取决于I/O机箱的数量，最多配置12块；I/OBE2板、VIIB16、VOOB8板按顺序安装于I/O机箱内，每个I/O机箱的第一个槽道必须安装I/OBE2板，剩余的13个槽道根据配置安装VIIB16板和VOOB8板；SYS机箱与I/O机箱之间通过屏蔽电缆连接。

1.1.2 IPS子系统的硬件原理

联锁机使用双CPU作为核心控制器，两个CPU通过双口RAM进行数据通信和任务级同步。CPU1和CPU2分别引出两条总线，CPU1控制I/O总线的通道一，对应于VIIB16是一端的采集总线，对应于VOOB8是正电的输出和校验；CPU2控制I/O总线的通道二，对应于VIIB16是另一端的采集总线，对应于VOOB8是负电的输出和校验。双CPU对各自的内存进行检查（包括双口RAM），也对各自的运行状态进行检查，这些检查的结果产生主校核字；双CPU也分别对输出端口的正电和负电进行检查，生成重校核字。双CPU将主重校核字发给VPS板，VPS板经过安全的校验确认主重校核字都正确后提供励磁电压给安全型继电器（VRD继电器），安全性继电器吸起后提供输出电源给VOOB8板，经VOOB8板将DC24V电源输送至组合架上相应继电器的接点，驱动相应的继电器吸起，从而控制相应的设备。

1）VLE板是整个联锁处理子系统的核心。它执行各种与联锁相关的逻辑操作，包括输入输出地址控制等；将系统启动的信息及故障信息传送给SDM等。VLE板采用了高性能的嵌入式计算机板，具有高集成度和大运算能力的特点，并时刻接受VPS板的安全监督，保证了系统的安全稳定。

VLE板采用双CPU的结构，两个CPU各自独立运算，运算采用的数据互不相同，这些数据包括安全采集数据，安全输出数据，安全通信数据和中间数据，它们都是通过冗余编码选择而得，一个CPU内部每个变量的数值也不相同。只有两个CPU模块运算结果相同时，才允许输出。

2）VPS板是iLOCK系统的安全型监视机构，它与VLE板一起，构成联锁机的安全检查核心。它以一定的间隔接收到一组编码检查信息，如经检查这组信息正确，则输出一个安全型数字信号，这个信号通过一个安全型滤波器滤波并用于驱动VRD继电器，用以证明系统自检正常。所有通向iLOCK系统的安全型输出的电源都经过该继电器的前接点。当发现系统有错误时（硬件错误、噪声干扰等），VPS板立即关掉输出使VRD继电器立即失磁，切断iLOCK所有的安全型输出的电源。使故障的联锁机切出工作状态，自动转换到另一套联锁机控制，保证外部继电器不会因原来控制输出的联锁机故障而失磁落下。VRD继电器在VPS板经过7个周期连续检查后，证明系统是正常时才能再度励磁，以确保系统安全。

3）I/OBUS2板是VLE板和输入输出板交换信息的通道，I/OBUS2为输入板的测试数据和输出板的端口校验数据提供存储空间；同时它也包含逻辑和时序电路，以控制输出端口的连续校验。I/OBUS板能与I/OBE2板交换信息，通过I/OBE2板实现差分驱动，驱动双断输出板。

4）VIIB16板为安全型双断输入板。每一块VIIB16板上有16个相互独立的输入通道，可以同时采集16个输入端口的状态。VLE板通过控制VIIB16板卡来获得外部端口的状态。每块VIIB16板有16个输入端口，每个输入端口对应一个指示灯，当某端口有输入信号时，相应指示灯亮。

5）VOOB8板又称安全型双断输出板。VLE板通过VOOB8板产生输出信号，驱动接口设备，并且系统能时时检测VOOB8板输出的正确性，输出与实际驱动的一致性。作为双断输出板，VOOB8板为“2取2”系统的两个CPU分别提供正负电控制对象。每块VOOB8板有8对输出，每对输出设一个正电输出和一个负电输出对应一个有效输出。每对输出端口设一个指示灯，当正电和负电输出同时有效时，相应的指示灯闪亮。在每块板上，还有二个附加指示灯，显示了与I/OBE2板的通信状态。

6）母板是iLOCK联锁处理子系统中各印制电路板之间连接的桥梁，通过母板VLE板可以进行I/O选址，可以与VPS板交换信息，通过母板I/OBE2板可以与I/O板交换数据，从而使整个联锁处理子系统之间的信息互通。

1.1.3 IPS子系统的软件

IPS子系统的软件包括系统软件和应用软件，VLE板上的芯片分为系统芯片和应用芯片。

系统芯片中写入的是系统软件，系统软件包含联锁机的执行软件、仿真测试接口和诊断软件等。这些软件是在IPS的系统软件基础上，不随具体应用环境和应用对象而改变的，即除非选用不同系列的iLOCK系统，否则每个站的系统软件都是相同的。

应用芯片中写入的是应用软件，应用软件是一套描述系统所应用的联锁逻辑功能的经过编码的应用数据结构。包括通过I/O选址读取输入/输出信息、进行联锁运算、与HMI、SDM、其他iLOCK系统通信等。应用软件由应用工程师在BOOL-CAD软件包的支持下完成，以满足不同车站的数据和联锁规则要求。应用软件必须经CAA软件包编译检查，生成iLOCK系统专用的应用数据（ADS）后，才能被系统所接受执行。应用软件中还包括仿真测试数据安全切出、切入设计。

1.2 人机界面子系统（HMI）

人机界面子系统也称为车站现地控制工作站。在车站级控制的车站现地控制工作站，用于在车站级控制情况下，对本联锁区联锁设备的控制。操作台人机界面对话窗主要由联锁、线路、道岔、信号机、进路、车站以及故障报警等部分组成。在相应的对话窗中可以对相应的控制对象进行监控。

HMI采用液晶显示器作为计算机联锁系统的人机交互界面，显示站场信号设备的状态，车站值班员以鼠标为主、键盘为辅办理各种作业。车站现地控制工作站工作于Windows 7或更高版本的WINDOWS多任务操作系统，使用高可靠的工业控制计算机，通过基于TCP/IP协议的网络接口与联锁机交换信息。

正线HMI的显示器、键盘、鼠标、音响及工控机安装于车控室的控制台。HMIA、B分别连接至ATS子网交换机实现与联锁机之间的通信。

1.3 冗余网络子系统（RNET）

联锁子系统配置两层冗余的通信传输通道，一层用于ATS子网，一层用于ATP/ATO子网。

联锁A机、联锁B机、车站现地控制工作站和系统维护诊断台各提供2个网络接口，接入冗余的基于TCP/IP协议的ATS子网，实现相互之间信息交换。同时，接入ATC骨干网，实现和中心ATS之间的信息交换。

联锁A/B机通过另外独立的两个网口接入冗余的基于FSFB2协议的ATP/ATO子网，通过DCS接入ATC骨干网，实现和中心轨旁ATP/ATO，车载ATP/ATO之间的信息交换。

这两层通信传输通道，均采用冗余的方式，因此一旦冗余网络中的一条网络发生故障时，各子系统仍可以通过另一条网络进行通信。

网路链接状态信息传递给SDM子系统，便于现场人员及时查询和维护。

1.4 维护诊断子系统（SDM）

在各设备集中站、车辆段及停车场设置本地维护工作站（SDM），主要为计算机联锁完成系统维护及接口设备监测的功能。SDM对联锁设备和接口设备实施在线监视和记录，同时也可打印设备操作信息、日期和时间记录。除此以外，还提供了一种先进的“电子向导式”的诊断手段，通过它，电务维修人员可以快速直观的查询故障信息，及时有效的排除故障。SDM硬件主要由工控机、液晶显示器、键盘、鼠标及激光打印机组成，安装于信号设备室内的维护台。

1.5 冗余电源子系统（RPWR）

城市轨道交通信号系统所采用的iLOCK计算机联锁系统工作所采用的电源是由电源屏提供的两路经UPS和稳压器净化的AC220V冗余电源以及一路由电源屏提供的AC220V非UPS电源组成。三路电统一从电源屏供至联锁C柜内的电源机箱，然后由电源机箱分配给系统内各个设备，其中UPS电源供给联锁机柜内DC5V、DC12/24V电源模块、柜内交换机、SDM工控机及其显示器使用，非UPS电源主要供给机柜内散热风扇、SDM打印机使用。人机界面子系统所采用的UPS电源直接由电源屏提供。

2 结束语

随着当前城市轨道交通的迅速发展，高可靠、高安全的iLOCK计算机联锁系统得到了广泛应用，掌握其硬件结构及工作原理对于维护人员十分重要。本文对iLOCK的硬件结构及基本原理做了简单的介绍，对于日常维护有一定的借鉴意义。

【参考文献】

[1]于俊波.浅谈iLock联锁处理子系统（IPS）[J].技术与市场，2014，21（6）：186-187.

[2]陆炯.简述CTCS-3客运专线采用的iLOCK型计算机联锁系统[J].上海铁道科技，2011（3）：121-122.

[责任编辑：汤静]