铁路信号计算机联锁系统的研究与设计

李鑫

摘 要：计算机联锁系统具有的优势性使其应用越来越广泛，铁路信号计算机联锁系统的应用成为必然。文章主要介绍了计算机联锁系统的特点，然后就铁路信号计算机联锁系统的研究与设计进行了探讨。

关键词：铁路信号；计算机联锁系统；设计

随着铁路事业的不断发展，铁路运输也朝着高速、高密的方向发展，随之而来的是铁路运输的安全性。原有的铁路信号计算机系统已无法适应这种安全性的要求，在这种情形下，铁路信号计算机联锁系统的应用势在必行。

1 计算机联锁系统的特点

计算机联锁系统是利用现有的计算机控制系统，将硬件系统与软件系统相结合，从在实现信号、进路与道岔之间的联锁关系，计算机连锁系统本质上是一个具有安全信号的联锁逻辑运算系统。在连锁系统中，计算机将操作命令与信息读入，然后利用逻辑系统进行运算，然后进行判断分析，将信息输入到执行机构，从而实现信息之间的传输运送。计算机连锁系统具有以下几个特点：

1.1 实时性

实时性指的是计算机联锁系统对信息的输入和输出必须及时，通过对输入信息的分析判断及时将各类信息进行更新，然后以一种安全信息的形式将信息输出。计算机联锁系统实时监测各类信息的变化情况，及时的输出信号，这体现了连锁系统的实时性特征。

1.2 经济性

计算机联锁系统的广泛应用其中一个很重要的原因就是系统的经济性，联锁系统的应用使很多行业、很多程序都能够很大程度上降低成本。

1.3 结构模块标准化

计算机联锁系统应用到不同的领域，其功能要求也不尽相同，就铁路上的应用来说，因各个铁路站场大小不一，因此，结构模块的标准化也就不同。因此，在计算机联锁系统的应用上，其硬件和软件都具有标准化的特征。

1.4 功能扩展

之前的继电联锁系统，提供给客户的仅仅是操作界面和对系统的解锁功能，而后续的其他功能都没有涉及，而计算机联锁系统很大程度解决了这个缺点，使系统除了具备之前的功能外，还具有了远程通信、故障诊断以及其他管理功能。

1.5 安全性

由于计算机联锁系统具有实时性，因此，必须要保证系统的安全性和可靠性。计算机联锁系统必须要解决两个方面的问题，内部信息传递的安全性和可靠性，但是由于计算机本身具备的不安全特性，因此，计算机联锁系统的应用要解决安全隐患问题。

2 铁路信号计算机联锁系统设计

2.1 铁路联锁系统结构及工作原理

2.1.1 系统结构

鐵路信号连锁系统具有模块化、层次化等特点。模块化指的联锁系统分为主模块、信号结合模块等多个模块，层次化指的是联锁系统具有人机对话层、联锁运算层、执行层三个物理层次。铁路信号计算机联锁系统的优点是系统可以根据车站的大小以及需求的不同，在不修改静态数据的前提下相应的增加硬件模块，不仅满足了系统的高容性要求，而且使得系统的调试周期大为缩短，经济性与实用性兼具。

2.1.2 工作原理

（1）人机对话层。将信息输入系统中，然后通过键盘进行操作，信息通过内部至达的设备到达联锁计算机系统，通过这种信息传输，就可以在图形显示器上将站点信息显示出来，从而更好的进行信息显示。如站场信息量过大，可能会导致联锁计算机负担较重，这时可以通过设置操作命令并转换程约定格式将信息传输给联锁计算机系统。（2）联锁运算层。联锁运算层中的联锁微机作为系统的核心部分，其承载着信息判别、分析以及系统的逻辑运算能力，如发生故障，还具有修复的功能，主要特点就是安全性功能。（3）执行层。计算机联锁系统的一个很重要的任务就是实现信息与信号之间的逻辑转换，使得PLC的输入与输出信息均能保障系统的安全性。执行层的另一个重要任务就是监测设备的运行情况，确保信息的采集与驱动流程的设置。

2.2 铁路信号计算机联锁系统设计

当前，常用的计算机联锁系统的设计模型见图1。

当前，利用率较高的容错设计主要采用三模静态冗余技术和二模动态冗余技术两个方案，三模静态冗余利用硬件冗余来进行可靠性和安全性保障，来提升可靠性的，二模动态冗余在利用硬件保障安全性的基础上还使用了故障检测技术。这两种技术均具有屏蔽与与软件冗余资源。这二种方案的共同特点是对硬件故障具有很强的修复与屏蔽能力，但是这两种技术均存在一定的缺陷，三模冗余需要解决技术容错的问题，二模动态冗余则要求提高系统的可靠性。而铁路信号计算机联锁系统具有以下特点：（1）结构模块标准化。铁路信号计算机联锁系统的硬件结构模块标准化设计主要体现在联锁机上，通过这种设计，可以更好的实现系统的可靠性和稳定性特点。（2）系统故障诊断。铁路信号计算机联锁系统采用容错结构技术，其实现的基础就是该系统具有的强大的修复诊断功能，只有这样，才能有效保证系统在出现故障的情况下实现快速的修复诊断功能。（3）变换联锁信号的逻辑表达形式。在铁路信号计算机联锁系统中，信息的安全性是通过硬件设备的运行状态体现出来的，这些硬件设备存在二个逻辑状态，一个代表安全信息，而另一个则代表危险信息。根据故障——安全原则，凡是参与安全信息的硬件设备发生故障时，会出现概率导向状态，从而使得输出故障呈现不对称性，也就是在系统内部的电路发生故障时安全性信息占据了绝对性的优势地位。（4）算法冗余。铁路信号计算机联锁系统在输入了不正确的控制命令时表现为系统层故障，联锁系统在进行信息的传输和存贮中可能会导致逻辑信息发生变化，从而产生逻辑错误，而基于这种错误出现的信息就出现了一种程序性错误。铁路信号计算机联锁系统通过输送控制命令使系统生成二级运算结果即双层软件判别机制。在这种情况下，由于联锁系统、复核二级软件所处的物理空间不同，语言编程使用不一致，从而使得其使用的技术条件也不同，这样可以在一定程度上解决了系统因故障或而引起的安全性问题。

3 结束语

计算机联锁系统可以说是当前最先进的一种联锁设备，其具有的信息量大、速度快，操作简便且同时兼具经济性与安全性的优势使其近几年的应用越来越广泛。随着铁路事业的不断发展，计算机联锁系统在铁路信号的应用势在必行。

参考文献

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