计算机联锁系统的工程设计分析及维护要点

王玉麟

（朔黄铁路发展有限责任公司肃宁分公司 工程师 河北 肃宁 062350）

铁路运输业作为国家的经济命脉一直是人们关注的焦点之一，而保证铁路运输安全的关键所在则是联锁的思想。联锁指的是列车在站内运行时，信号、道岔与进路之间存在着某种互相制约的关系，这种制约关系便是联锁。联锁起初仅仅是由机械设备实现的，后来发展到由继电器电路实现。此后随着科学技术尤其是计算机技术不断发展进步，在铁路中也逐步开始使用计算机技术。计算机联锁系统是由硬件和软件两部分构成的具有“故障—安全”性能的系统。同继电联锁设备相比，计算机联锁系统具有更高的可靠性和安全性，其系统原理如图1所示：

图1 计算机联锁系统工作原理架构

本文将从计算机联锁系统的冗余结构出发，探讨其系统结构分类，并就计算机联锁系统工程设计中应注意的问题进行讨论，重点说明铁路系统使用计算机联锁系统的日常维护与检修要点。

1 系统结构分类

由于铁路运输系统是“故障—安全”的系统，所以必须采用安全型的计算机系统，而现有的计算机本身并不具有此种安全性，所以引入了冗余系统的结构。冗余结构经常被运用于计算机系统中，即在系统内部中，重复的配置某些部件或者结构，如此当系统出现故障时，担任冗余配置的部件能够及时的接替其工作。这种系统大大减少了故障导致工作停滞时间，确保了计算机联锁系统的可靠性。常用的硬件冗余系统有双机热备、二乘二取二与三取二的系统。

1.1 双机热备系统 具有双机热备冗余技术的计算机联锁系统是指两台计算机之间不分主次，互为主备机［1］。系统的内部具有自我检测故障的技术，主备机之间可以实现实时交互信息，将计算的结果进行比较，一旦诊断出故障，主备机之间可以实现无缝切换。

1.2 二乘二取二系统

图2 “二取二”硬件冗余方案示意图

图2 为二取二的系统结构示意图，系统配置两套相同的系统互为主备。正常情况下，系统的输入都是相同的，经过计算机运算后由比较器比较输出结果，如果比较的结果相同则通过比较器控制结果输出［2］。若比较的结果不一致则证明系统出现故障，比较器一方面切断控制命令的输出路径，另一方面发送系统的报警信号，此时备机系统立即接替工作。

1.3 三取二系统 图3 是基于三取二冗余技术的计算机联锁系统，通过输入模块、主处理器模块到输出模块的三模冗余结构来实现。系统的输入输出同时采集给三套CPU，计算的结果经过三取二表决器表决后输出，需要六路表决器均得出同样的结果时，才能够允许系统的控制命令输出。如果任意一个CPU 发生故障，六个比较器会及时发现其故障状态并会屏蔽其输出，则三取二系统将会过渡为二取二系统，最终输出的结果始终是和正确结果相一致的，不会影响整体工作效率。各环节都具有自我检错功能，无需进行主备机切换，可以将故障解决在系统的内部，使得整个系统具有高度的安全性。

图3 “三取二”硬件冗余方案示意图

2 工程设计时应注意的问题

随着科学技术的快速发展，铁路联锁系统已经由最初的机械联锁到电气联锁，如今已经基本进入了计算机联锁时代，与此同时其在工程设计上的要求也做了相应的改变。在一些主要的设计内容包括进路选排、信号机的显示以及现场的信息互联等，都逐渐地转移到计算机联锁系统设计中。因此，应该注意工程设计中的以下问题。

2.1 电气集中联锁与计算机联锁软件设计的区别

在电气集中联锁的工程设计中，设计师们需要通过编制设计图纸或设计说明书，来完成联锁系统内部的电路部分［3］。例如“故障—安全”的设计、电路配线图的设计，若遇到特殊情况，需要设计师亲自前往现场根据实际需求单独完成电路的设计工作，因而增加了设计单位工作难度。计算机联锁系统的工程设计则不同，目前的状况下，系统的内部核心设备均由合作厂家提供并给予维修服务，设计单位的任务由原来的独自承包整个站的设计逐渐过渡为关注于场间联系电路、接口电路以及电码化电路的设计工作。

2.2 电气集中联锁与计算机联锁硬件设计的区别

由于设计部门的设计师对于传统继电联锁的工程设计十分熟悉，因此在进行计算机联锁工程设计时经常会忽略其设计内容的差别。例如电源的配备条件设计与接口电路的设计在电气集中联锁中都是固定的设计，无需考虑其差别。而在计算机联锁系统中则需要根据技术建议书与用电参数等文件进行单独设计，因此设计师们在进行工程设计时需要充分了解该系统的主要功能、设备数量以及技术参数等内容。

2.3 设备分咽喉布置引起的特殊电路处理 如图

4所示，在电码化电路中，正线出站信号机规定的发码范围是从出站信号机之前的区段延伸到进站信号机为止的所有轨道区段［4］。所以当布置信号机设备时，若遇到需要分咽喉布置的情况，则应该布置两套正线的发码设备，所以对与在车站的每一架信号机而言都应增加一套发码设备。而这些新增设备，其所发的信息不需要通过电缆传输，可以通过联锁机中的执行表示机直接在本咽喉输出。

图4 新增设备示意图

在铺设控制主楼与区域控制信号室的电缆时，应敷设一根小芯数的电缆，目的有二：其一是为了便于操作人员切换信号室内的执行机的主备机电路（操作人员需在信号楼内进行人工切换时），其二是为了传输道岔的动作电流信号。

2.4 光纤通道的防护 光纤通道对于铁路的通信系统是至关重要的传输媒介，各个咽喉间的信息交换都需要经由光纤通道来完成，所以一旦其发生故障导致通信受阻，将给铁路设备甚至人身安全造成不可估量的损害。通过设立冗余通道措施保证其传输信息的可靠性，必要时可以将主备通道采取不同的通道径路，如此可以防止其同时遭到破坏。

3 计算机联锁的维护及检修要点

在巡检维护中，应注意以下几个问题：

电务维修人员在日常维护时，对于联锁设备如执行机、联锁机、电源模块的所有指示灯的状态及其含义都应有着清晰的理解，在发现指示灯有异常的状态时，能及时做出反应，找出设备的故障原因。

例如，针对LDJLZ-II型全电子计算机联锁系统的执行机的道岔执行模块状态灯，具有以下几种状态及意义：

（1）POWER 指示灯：其显示的是模块电源的状态，通电时为绿灯。

（2）TX1指示灯：表示联锁A通道的通信状态指示灯，正常状态为绿闪，否则系统故障。

（3）TX2指示灯：与TX1指示灯的含义相同。

（4）DB 指示灯：表示道岔此时在定位状态下的指示灯，正常状态下为绿灯。

（5）FB 指示灯：表示道岔此时在反位状态下的指示灯，正常状态下为黄灯。

（6）ERROR 指示灯：表示系统出现故障的报警指示灯，亮灯（红灯）则表示已经发生故障［5］。

（7）道岔转动状态：当DB指示灯与FB指示灯以1HZ 的速度同时处在闪烁状态时，表明道岔此时正在转动。

（8）道岔四开状态：当DB指示灯与FB指示灯以2HZ 的速度同时处在闪烁状态时，表明道岔无法转到规定位置，处在四开状态。

由于在电源的实时检测中，发现二路电源具有断电次数较多的问题，存在较大的不稳定性，所以需要加强对于电源和UPS 的监控，并且每日要对电流与电压进行实时的数值测量，每过一个季度都要对UPS 进行充放电的检测。同时应制定相关的预案，研究在现场运输的状态下出现停电状态时的应急方法。

电源、UPS 与上位机经过长期的运行后可能会因系统运转时间过长导致死机或者通讯异常的情况，为了避免此类情况的发生，维护人员应尽量在不影响系统正常工作的前提下，定期对计算机联锁设备进行切换与重新起机实验，保证其能够周期性的更新工作状态。

电务维护人员应充分了解联锁机、执行机、电源等模块的工作状态，把握其实时的运行趋势，充分利用电务维修机、监测机数据记录功能，站场的运行回放功能，对设备的作业状态跟踪分析，并根据其内容提出模块维修的建议。

4 结束语

本文所阐述的计算机联锁系统设计与传统电气集中联锁设计区别之处及计算机联锁系统维护、检修要点，期望引发有关工程技术设计人员和设备维修工作者的关注和思考，积极探索充分发挥计算机联锁系统具有更高的可靠性和安全性优势的方法和途径，努力达到更加有效地促进铁路运输安全的目的。