城市轨道交通计算机联锁系统研究

张九天

(太原鹏跃电子科技有限公司，山西 太原 030006)

0 引言

近年来，随着城市人口日益增多以及城市规模的不断扩大，日益恶化的交通状况成为困扰城市发展和人民生活的一个难题，越来越多的地方政府意识到，要解决城市公共交通这个难题，必须依靠大力发展城市轨道交通公共事业。在国际上，随着我国的综合实力提升，城市轨道交通的发展最为迅速。截至2017年底,中国内地累计有30多个城市建成并投运的线路高达5 000多公里。

为了确保轨道交通车辆行车安全，在轨道交通的正线、车辆段等场所，必须配备联锁系统。联锁控制系统是轨道交通信号系统的基础控制设备，通过控制和监督道岔、信号机和轨道区段等信号设备的互锁关系来实现行车安全，联锁系统必须保证长时间工作的可靠性，必须符合“故障-安全”原则，即发生故障时，必须保证安全。现有的联锁系统分为两种，分别是基于6502继电器集中逻辑思路的联锁系统和基于计算机逻辑思维的新式计算机联锁系统。

计算机联锁与6502继电器集中联锁相比，不论在技术和经济方面，同时在安全性、可靠性、处理速度、施工维修等方面，都具有较独特的优势。

1 计算机联锁硬件结构[1]

城市轨道交通计算机联锁系统是通过结构化、模块化思路进行设计。计算机联锁系统涉及到列车行车安全，在功能及性能方面都有很高要求。如，与操作人员直接相关的人机交互界面，不仅友好而准确，同时还要求具有很高的可靠性与安全性，不能出现故障，即使出现问题，也必须保证安全。

从联锁硬件控制层次而言，计算机联锁系统主要设备存放在车站信号机械室内，可分为人机会话层、联锁计算机层和控制器层。人机会话层通过人机会话计算机实现；联锁计算机层通过核心联锁控制器来完成逻辑运算；控制器层通过接口继电器控制电路来完成相应任务。车站值班室主要存放操作台及图形显示器，用于显示及操作信号系统；监控现场的轨旁信号联锁设备主要包括转辙机、信号机和轨道电路三种，用来输入和输出轨道的信号。硬件结构如图1所示。

图1 计算机联锁系统硬件结构

1.1 人机会话计算机

车站值班室操作人员通过操作台和图形显示器对联锁指令进行输入，传输给人机会话计算机层。人机会话计算机会根据接收到的指令任务，进行判别是否形成有效的操作指令，如果形成，则将指令自动转换成联锁计算机识别的操作指令，传输给联锁计算机；如不形成操作指令，只在本地进行交互显示。同时人机会话计算机还要接收联锁计算机发送的信息，将该信息转换成操作台或图形显示器能够识别的格式，并进行显示。人机会话界面(HMI)为计算机联锁系统操作员进行使用。

1.2 联锁计算机

计算机联锁系统最为核心、关键的硬件设备是联锁计算机，该硬件设备主要用来实现轨旁信号设备状态信息输入输出的高速逻辑运算，达到系统可靠性和安全性。人机会话计算机给该设备发送操作指令，同时，接收控制器信号设备的状态信息，进行基于计算机逻辑思维的逻辑运算，同时，发出控制信号机、转辙机、轨道电路的控制指令。联锁计算机核心控制器用来完成系统的核心逻辑运算。

1.3 控制器

接口继电器控制电路(控制器)实现对轨旁设备的输出控制和输入采集。控制器是联锁计算机控制指令和轨旁设备状态信息的中转站。一方面，联锁计算机的控制指令传输给控制器，然后，控制器经过相应格式进行转换，形成控制指令以驱动相应的控制电路；另一方面，还会接收来自轨旁监控对象的状态信息，经过相应编码再传输给联锁计算机。

2 计算机联锁软件结构[1]

通过对国内外城市轨道交通计算机联锁软件分析，软件结构如下：

1) 按照系统层次结构分类

从联锁系统软件的层次结构分析，可划分为人机会话层、联锁运算层和执行层，层次结构如图2所示。人机会话层实现与操作人员人机界面信息交互、显示，并对信息进行简单处理；联锁运算层主要完成信号设备状态信息采集，并完成计算机逻辑思维的运算；执行层实现联锁计算机的控制指令输出以及对现场轨旁设备状态信息的输入。

图2 计算机联锁系统软件层次结构

2) 按照冗余结构划分

按照冗余结构，可分为二乘二取二冗余和三取二系统。冗余系统又分为单机软件结构和双机软件结构。其中双机软件结构，如图3所示。

图3 双机软件结构

3 功能分析

计算机联锁系统主要服务于对列车运营的管理，用来防护列车运营作业安全。在控制台及图形显示器上，简明直观地显示站场及正线平面，反映现场的信号、道岔和区间设备的实时状态及联锁逻辑条件，具有语音报警指示及丰富的文字提示功能。用鼠标输入指定区间进路指令，并且在图形显示器上显示中文字符和图像提示。

系统将按一定的联锁规则和条件控制轨旁的道岔转辙机和信号机，建立列车运行进路，确保进路上轨道电路、道岔、信号机相互之间的安全联锁。对于涉及安全的操作应采取安全保证措施。

对于来自操作人员对设备的错误操作，能具备有效的安全防护能力。要求轨旁设备的控制电路的设计符合故障-安全原则，符合中华人民共和国铁道部《计算机联锁技术条件》。

4 结束语

随着当前城市轨道交通领域最新的移动闭塞式信号系统(CBTC)的要求，计算机联锁系统需要进一步发展，应不断拓展系统功能，提高系统安全性，如与ATS、ATC、ZC等系统接口的交互，以适应城市轨道交通的发展步伐[2]。

[1] 林瑜筠,吕永昌.计算机联锁[M].第3版.北京：中国铁道出版社,2013.

[2] 胡超林.城市轨道交通CBTC计算机联锁子系统分析[J].机电信息，2014(21)：172-173.