基于继电电路的计算机联锁控制逻辑分析

宁建军

【摘 要】计算机联锁系统是保证列车或车列在车站内安全运行的指挥系统，是铁路信号系统的关键组成部分。在计算机联锁系统中，联锁软件用于完成联锁逻辑运算功能，其安全可靠性能直接关系到车站内行车作业的安全。在我国联锁软件都是由各大信号厂商自主研发，没有一个统一的设计标准，并且由于软件的保密性，导致给联锁软件的维修维护带来很多不便。对此本文对关于继电电路的计算机联锁控制逻辑进行了分析，希望能对相关人员提供些参考价值。

【关键词】铁路信号；计算机联锁；继电电路；控制逻辑

引言

为保证行车安全，通过技术手段使车站内的信号机、道岔、进路之间按照一定的条件、一定的程序建立起相互联系而又制约的关系，把这种关系称为联锁，而联锁技术就是用来实现联锁的技术。联锁技术的实现主要是通过车站联锁系统。在我国车站联锁系统先后经历了人工联锁、机械联锁、机电联锁、继电集中联锁和计算机联锁等几个发展阶段。目前逐步向计算机联锁过渡。

一、继电器概述

（一）继电器介绍

在电气集中联锁系统中，为实现车站内联锁逻辑控制功能，需要使用大量的继电器，继电器是一种输入量达到某一给定值，或者加入某一输入量时，其输出量就产生预定跃变的自动器件，是由电磁系统和接点系统组成。磁路和线圈构成了电磁系统，是继电器的感受机构，专门用来接受和体现输入物理量的特性；继电器的执行机构是接点系统，可控制电路的接通与断开，从而实现某种顺序控制逻辑，为了安全起见，铁路信号中的继电器最多使用8组接点。

继电器是一个二值的逻辑元件，其只有2种状态：吸起、落下，对于电气集中联锁来说，它的控制对象各有两种状态，如道岔有工作状态和非工作状态，所以这些控制对象的状态都可以用继电器来反映。

（二）继电器组合

电气集中车站需要布置大量继电器，为了区分这些继电器的功能，把控制同一设备的继电器按照固定的电路结构关联在一起，组成继电器组合。本文以6502继电器组合为例进行分析。6502继电器组合的放置是根据站场平面布置图上各个信号设备的位置关系设计。为了让每个组合中包含的继电器数量大概一致，规定每个组合中的继电器数量最多不超过10 个，以便有效的利用空间。不同类型的信号设备，其定型组合也不一样，电气集中共有 12 种不同的定型组合，包括6种信号机组合，3种道岔组合，1种区段组合，1种方向组合，1种电源组合，如表1所示。

二、继电电路与计算机联锁控制

（一）继电器连锁软件运行过程

软件运行后，首先对配置文件中的设备状态数据、内部逻辑运算数据、站场型数据进行初始化。然后对通信模块进行初始化，等待与上位机界面和继电电路控制界面通信。当通信成功后，发送数据给上位机界面显示当前各信号设备初始状态，并接收来自上位机的命令和继电电路控制界面反馈信息，将命令解析后进行联锁条件检查，将检查结果中的设备状态信息反馈给上位机，逻辑运算数据信息发送给继电电路界面，程序循环执行。当检测到有程序退出指令后，退出系统。

（二）继电器组合联锁逻辑表示

在继电器组合内，联锁条件的检查都是根据继电器接点的“吸起”或“落下”状态来实现，而继电器又是一个二值元件，因此，把在联锁条件检查中用到的继电器都用布尔型变量定义，这些继电器有：采集驱动继电器、逻辑运算继电器，用布尔型变量的“1”、“0”值来对应继电器的“吸起”、“落下”状态。由逻辑运算符连接多个布尔型变量所组成的表达式称为布尔表达式。在逻辑运算中主要包括“与”、“或”、“非”以及三种运算符所组成的复杂运算。

（三）控制逻辑实现方法

当联锁软件运行后，首先要对各类数据初始化，包括站场型数据，设备状态数据，逻辑运算数据等，正确读取这些数据是程序正确进行联锁逻辑运算的关键。站场中各个设备关联数据是根据举例站场人工编制而成，并将其保存在文本文件中，将文本文件放置在联锁机软件根目录下。软件运行后，根据文本文件中各元素的属性编制顺序对数据进行初始化，站场型数据编制顺序如图1所示。

当程序启动文件打开后，按顺序逐行读取数据，并将每行数据中的序号、设备名称、该设备对应继电器名称拆分开，然后根据设备名称找到已经初始化好的对应该名称的设备对象，将序号赋给该对象对应该继电器名称的成员变量。

联锁软件的命令处理模块主要是对上位机下发的操作命令进行处理，联锁软件每隔 500ms 接收一次上位机发送的数据，这些数据分为有效数据和无效数据，在500ms周期到达后，若值班员未对上位机进行任何操作，则会发送一个无效数据命令，联锁软件接收到无效数据命令后，直接进入联锁逻辑處理模块进行未完成的操作命令。

命令处理模块将联锁软件接收的操作命令处理完成后，就会进入联锁逻辑运算模块，对上位机的操作命令进行可行性检查，若命令的联锁条件满足，则改变设备状态数据和逻辑运算数据。该模块是根据继电联锁网路线的联锁条件检查原理并结合联锁逻辑电路设计。

联锁逻辑执行就是对执行组电路处理，包括道岔动作和网路线联锁检查。在执行周期内首先检查进路数组中各条进路的道岔是否处于规定位置，若不在规定位置，则将道岔动作到规定位置。

三、网路线逻辑检查设计

继电电路中联锁检查采用“路路通”方式实现，即对站场中所有信号设备对应的组合都进行网路线检查，这在物理上是可以实现的，但在用程序实现时，如果将站场中所有可以作为网路线搜索始端的组合都遍历一遍，会严重影响软件运行效率。

网路线搜索功能实现对各条网路线搜索主要满足四点：（1）确定网路线搜索顶点组合；（2）确定搜索顶点组合中对应网路线主模块电路；（3）确定网路线搜索方向；（4）以每个驱动主模块电路为起始点进行深度优先搜索。

在继电电路中网路线检查都是由 KZ 电源端，开始，KF电源端结束。当从主模块对网路线搜索时，因为主模块中含有电源，而搜索的结束端从模块电路中也含有电源，不能确定的是在网路线搜索完成之后是否是KZ、KF电源配对，因为可能由于软件中某个继电器接点状态错误，导致搜索出现错误，故在搜索过程中，将搜索到的电源都保存在电源数组中，直至搜索结束，判断搜索到的电源类型。

结束语

基于继电电路的计算机联锁控制逻辑基本满足6502继电联锁网路线检查原理，能够完成列车进路的联锁逻辑运算，但在电路通用性设计和逻辑设计过程中仍发现许多不足需进一步改进，比如：（1）继电器组合的通用性还不够，如接口模块处理方式对单动道岔对应组合并不适用，需要对单动道岔单独处理；（2）联锁逻辑电路设计过程中，仅对站场中电路进行了设计，并未考虑站场与区间的联系电路。

参考文献：

[1]武垣成，朱正一，王长春，et al.紧急协调控制系统中直流功率调节子系统的过负荷逻辑研究[J].电力与能源，2017（6）：706-712.

[2]苏曼，蒋晟.基于MAS的分布式计算机联锁系统设计研究[J].知识经济，2017（7）：80-80.

（作者单位：河北建设宣化热电有限公司）