高铁地面设备接口联锁图表设计探讨

张国强

(1.北京全路通信信号研究设计院集团有限公司，北京 100070；2.北京市高速铁路运行控制系统工程技术研究中心，北京 100070)

1 联锁及联锁图表

1.1 联锁定义

联锁是指道岔、信号、进路遵循一定程序，在符合规定的技术条件后，才能动作或建立相互关系的技术。起到保障行车安全，提高工作效率的作用。

1）狭义的联锁：指车站联锁范围内进路、信号、道岔之间的相互制约关系。如单站的电气集中联锁、计算机联锁。

2）广义的联锁：各种信号设备（子系统）间的相互制约关系，高铁时代的计算机联锁（CBI）、列控中心（TCC）、无线闭塞中心（RBC）、临时限速服务器（TSRS）、调度集中（CTC）等设备（子系统）间也存在相互制约关系，存在联锁。

1.2 狭义联锁设备联锁图表现状及作用

联锁图表是铁路车站信号设备联锁关系的说明图表，以进路为主题，描述办理一条进路需进行的操作，进路中的各元素（道岔、轨道区段、信号机）的制约关系，外部接口的检查，最终给出代表进路安全的信息始端信号机显示，将站内行车进路汇总在一起的设计文件称之为联锁表（或进路表）。《铁路信号联锁图表编制原则》（TB/T 1123-92），《计算机联锁车站联锁图表编制原则》（Q/CR 654-2018）是狭义联锁设计纲领性文件，是联锁设计与验收的依据。《计算机联锁车站联锁图表编制原则》是针对计算机联锁而制定的专门标准。由于计算机联锁用软件逻辑实现联锁关系，工程设计者不参与软件编制，所以要求设计者在设计文件中全面准确的给出本项目的全部联锁关系要求，强调联锁图表是联锁关系的唯一标准，是产品制造、验收、测试的依据。该标准第一次增加CTCS等级栏记载列车进路对应的列控等级。

1.3 广义联锁设备联锁图表现状及作用

《高铁信号地面设备接口数据信息表编制规定》（工电函[2017]7号）（简称7号文）针对高铁CTC、TSRS、RBC、TCC、CBI设备间的联系，以两个设备间的联系给出接口数据信息表编制规定，以EXCEL电子表格文件的形式来表示，描述设备间广义的联锁，但存在以下缺点。

1）共规定55个EXCEL表格，数量庞大。

2）反映设备间接口的逻辑关系和数据交换内容没有分开，分散在不同的表格中，每次使用需要在不同的表格中寻找再组合，使用不便。

3）仅对产品制造进行要求，不适用于工程验收、测试。

列控设备的联锁关系分散在列控工程数据表等文件中，目前没有一个行业标准规定联锁关系如何在设计文件中体现，仅在CBI设备的联锁图表中有CTCS等级的提示栏，需要一个类似CBI联锁图表的文件指导产品制造、验收、测试。

2 接口的分类及数学模型

一个复杂的信号系统通常由CBI、TCC、RBC、TSRS、CTC、集中监测（CSM）等主体设备中的一（或几）种设备组成。设备间的接口多种多样，根据接口的功能可分为逻辑接口和数据交换接口，CBI、TCC、RBC设备间的接口以逻辑关系为主，相互间有很强的制约关系，定义为逻辑类接口。CTC、TSRS、RBC、TCC设备间的接口以数据流向为主，定义其为数据类接口。

下面将以CBI、TCC、RBC设备接口为例分析设备输入、输出各元素间的关系，找出数学表达式，最终给出逻辑类接口联锁关系的图表；以CTC、TSRS、RBC、TCC设备间的接口为例给出数据类接口联锁关系的图表。

2.1 子系统中参与联锁元素的分析

2.1.1 CBI子系统

CBI联锁表是以进路为主体来描述进路中各元素间的制约、互联、唯一关系。元素分为进路类元素、实体元素、接口类元素、CBI专有元素，元素间的制约构建CBI的联锁关系。

进路类元素：进路方向（JLFX）、进路性质（JLXZ）、进路始端（JLSD）、进路终端（JLZD）、始端信号机显示（SDXHJ）；实体类元素：进路经由的道岔（DC）、轨道区段（GDQD）、敌对信号机（DDXHJ）；接口元素：场联，进入其他系统的同意（T）、制动距离，闭塞条件的检查（BS）；专有元素：人工解锁（RGJS）、迎面进路（YMJL）等。

CBI联锁表的每条进路元素是可数的，要求是确定的，唯一的，它具有集合的属性，数学表达式如下。

CBI进路={JLFX，JLXZ，JLSD，JLZD，SDXHJ，DC，GDQD，DDXHJ，BS，T，RGJS，YMJL}

参数的不同取值，可以得到不同进路，不同的进路组成联锁图表。

CBI子系统的函数关系式如下。

CBI联锁图表 =f（JLFX，JLXZ，JLSD，JLZD，SDXHJ，DC，GDQD，DDXHJ，BS，T，RGJS，YMJL）

f所体现的函数关系由CBI设备完成，各元素的定义域由工程设计中给出。

2.1.2 TCC子系统

TCC的输入是CBI提供的进路信息，JLFX，JLXZ，JLSD，JLZD，SDXHJ，TCC关注的信号机灯丝（DJ），限速信号机（XSXHJ），调车应答器（DCYDQ）等专有元素，输出轨道区段编码，有源应答器报文。每条报文、轨道区段编码用一个集合表示，数学表达式如下。

轨道区段编码={JLFX，JLXZ，JLSD，JLZD，SDXHJ，DC，GDQD，DJ，XSXHJ，DCYDQ}

有源应答器报文={JLFX，JLXZ，JLSD，JLZD，SDXHJ，DC，GDQD，DJ，XSXHJ，DCYDQ}

TCC子系统的输出（轨道区段编码，有源应答器报文）函数关系式如下。

TCC输出=f（JLFX，JLXZ，JLSD，JLZD，SDXHJ，DC，GDQD，DJ，XSXHJ，DCYDQ）

f所体现的函数关系由TCC设备完成。

2.1.3 RBC子系统

RBC（以下均以RBC-TH为例）子系统的输入CBI提供的JLFX，JLXZ，JLSD，JLZD，SDXHJ，DC，输出移动授权。每条移动授权可用一个集合表示，数学表达式及函数关系式如下。

移动授权={JLFX，JLXZ，JLSD，JLZD，SDXHJ，DC}

移动授权图表 =f（JLFX，JLXZ，JLSD，JLZD，SDXHJ，DC）

f 所体现的函数关系由 RBC 设备完成。

2.2 安全子系统间接口集合的数学模型图

从CBI、TCC、RBC等函数知道，进路信息、道岔、轨道区段元素是各子系统共有元素。下面以CBI、TCC、RBC间接口讨论子系统间接口集合的数学模型图。

2.2.1 CBI、TCC子系统间交换的数学模型图

根据前述CBI、TCC表达式表示的集合用韦恩图表示，如图1所示，两个集合有交叉，其图形如阴影部分。根据图1定义CBI∩TCC交集为CBI-TCC的接口联锁集合，经分析CBI-TCC接口联锁集合的元素为JLFX，JLXZ，JLSD，JLZD，SDXHJ，DC，GDQD，根据集合的性质这些元素是唯一的和确定的，其集合可表示为：

图1 CBI、TCC接口交集数学模型图Fig.1 CBI and TCC model

CBI-TCC接口联锁集合={JLFX，JLXZ，JLSD，JLZD，SDXHJ，DC，GDQD}

CBI-TCC接口联锁关系=f（JLFX，JLXZ，JLSD，JLZD，SDXHJ，DC，GDQD）

f由CBI、TCC设备共同实现。

2.2.2 CBI、RBC子系统间接口集合的数学模型图

根据前述CBI、RBC表达式表示的集合用韦恩图表示，如图2所示，发现两个集合有交叉，其图形如阴影部分。根据图2定义CBI∩RBC交集为CBI-RBC接口联锁集合，经分析CBI-RBC接口联锁集合的元素为JLFX，JLXZ，JLSD，JLZD，SDXHJ，DC，根据集合的性质这些元素是唯一的和确定的，其集合可表示为：

图2 CBI、RBC接口交集数学模型图Fig.2 CBI and RBC model

CBI-RBC接口联锁集合={JLFX，JLXZ，JLSD，JLZD，SDXHJ，DC}

接口的联锁关系可用函数表示。

CBI-RBC接口联锁关系=f（JLFX，JLXZ，JLSD，JLZD，SDXHJ，DC，GDQD）

f体现的函数关系由CBI、RBC设备共同实现。

2.2.3 CBI、TCC、RBC子系统间接口集合的数学模型图

从以上两例分析可知，CBI、TCC、RBC三设备接口联锁，其集合元素高度一致，专有元素较少，进路信息、道岔、轨道区段元素是各子系统共有元素，是三个集合的交集，模型如图3所示。根据图3定义CBI∩TCC∩RBC交集为安全子系统接口集合（简称ZXTJK），经分析ZXTJK的元素为JLFX，JLXZ，JLSD，JLZD，SDXHJ，DC，GDQD，其集合可表示为：ZXTJK={JLFX，JLXZ，JLSD，JLZD，SDXHJ，DC，GDQD}。

图3 CBI、TCC、RBC接口交集数学模型图Fig.3 CBI, TCC and RBC model

ZXTJK联锁关系=f（JLFX，JLXZ，JLSD，JLZD，SDXHJ，DC，GDQD）

f由CBI、TCC、RBC设备共同实现，该函数的值记载了3个设备间的联锁关系。

分析3种交集公共元素多数均来自CBI子系统，且来自CBI的元素占多数，且元素间、设备间的接口存在逻辑关系，所以可借用CBI的联锁图表方式来表达安全子系统间的联锁关系。

3 设备间接口联锁图表格式

通过对逻辑类接口模型的分析，确定采用联锁图表的方式来描述设备接口的关系；数据类接口以描述设备的数据流向、顺序等为主，但也含有部分逻辑，采用类似联锁图表方式描述设备接口的关系。

3.1 逻辑类接口(CBI-TCC-RBC子系统间)联锁图表

逻辑类接口联锁图表以CBI、TCC、RBC为接口单元，各单元列出影响接口的元素。CBI设进路、信号、制约栏，TCC设专有元素栏、CBI-TCC制约栏、应答器栏，RBC取RBC与CBI相关内容列入，构成逻辑类接口联锁图表，如表1所示。

表1 逻辑类接口联锁图表Tab.1 Interlocking chart and table in the logical interface

3.2 数据类接口（CTC-TSRS-RBC-TCC子系统）联锁图表

CTC、TSRS、RBC、TCC设备间的接口以数据流向方式表现出来，以闭塞分区为主线，以设备为单元，数据类接口联锁图表设单设备单元、设备间接口单元，每个单元选取代表数据交换特征的元素，将数据的起点、终点，发送、接收顺序，设备接口的物理分界点等内容清楚的记载在该图表中，如表2所示。

4 接口联锁图表的编制及应用

把7号文的接口数据用大数据方法分类、整理，将描述接口间逻辑关系的17个表格文件的数据归入逻辑类接口联锁图表；将描述接口间数据流向、顺序、内容的23个表格文件的数据归入数据类接口联锁图表中。具体工程根据站内、区间信号平面图、7号文的规则等即可完成接口联锁图表的设计，得到广义的联锁图表。

表2 数据类接口联锁图表Tab.2 Interlocking chart and table in the data communication interface

逻辑类接口联锁图表，把CBI、TCC、RBC间复杂的接口关系用道岔、轨道区段、TCC限速、区间信号机灯丝、始端信号机降级等元素表示出来。一张图表表达CBI、TCC、RBC间的制约关系，CBI、TCC间的闭环控制，设备接口的制约关系清晰、易读、易用。已包含TCC的联锁接口表、进路表的内容合入接口联锁图表，是适应联锁列控一体化设备的联锁图表。

数据类联锁图表表示不同类设备CTC-TSRSRBC-TCC的接口位置、数据交换顺序、内容与闭塞分区的关系；同类设备TSRS-TSRS、RBCRBC、TCC-TCC的接口位置、对区间开通方向、改方、线路边界等内容。

现阶段高铁地面设备接口只有针对设备生产厂家的7号文，工程实施的测试、验收尚无专门的文件，停留在参考执行阶段。专门针对设备接口的联锁图表使设备接口的测试、验收更高效、更准确，可以作为设备间接口联锁关系验收的依据，作为产品接口制作、测试、验收的统一平台。