计算机联锁标准化研究与实践

李文涛

经过30 多年的应用和发展，计算机联锁技术已经成熟。目前在国内铁路推广应用的计算机联锁系统主要有6 种型号，均已通过软件实现了原6502继电联锁所具有的逻辑功能。6502 继电联锁有一套成熟的标准定型电路，在工程实施中除零散电路外，基本功能的实现都做到了统一。但计算机联锁由于研制单位不同，在需求理解和软件实现方式上有差异，实现方案各式各样，给现场维护工作带来了一定的不便。近些年，开展了多项计算机联锁标准化的研究工作，也取得了一定的成效。

1 联锁功能和接口标准的统一

联锁功能的安全、联锁系统与其他系统的接口安全，是保障铁路运输安全的核心，安全处理机制是联锁系统安全的核心。对这些方面的规范、统一，以及为适应铁路新发展所做的功能扩展，一直是这些年计算机联锁管理工作的重点。

1.1 联锁功能的统一

随着高速铁路的大规模建设、安全控制认识水平的不断提高，对计算机联锁的技术内容、标准和规范有了新的要求。通过对多年高速铁路运用经验的思考、总结与提炼，原铁道部于2015 年发布实施了TB/T 3027-2015《铁路车站计算机联锁技术条件》。该标准完善了计算机联锁系统的应用环境和基本功能需求，增加了用于高速铁路的特殊联锁功能，并对安全/可靠性多重冗余技术、电子化执行单元、远程操控等新技术和新的运用模式加以规范。突出的功能变化体现在3 个方面。

1）列车信号机向常态灭灯状态方向转变。在只开行动车组的线路上，将列车信号机设置为常态灭灯状态，司机不再核查地面信号；非常情况下可将信号机转为点灯状态，解决车载设备故障或非动车组列车的行车凭证问题。

2）增加发车引导信号。在区间不设通过信号机的高铁车站，增加发车引导功能（包括线路所的通过信号机），解决当发车进路上出现轨道区段故障、或出站信号因故无法点亮时，列车无法以办理进路的方式出站的问题。

3）区间闭塞结合改为通信接口方式。计算机联锁与区间自动闭塞的结合，由原来的继电接口方式转变为与列控中心系统的通信接口方式，闭塞条件及其他的站间相关信息通过信号系统安全数据网传输，减少了站间信息传输的成本。

1.2 通信接口的统一

为提高铁路运输效率，实现运输作业自动化，计算机联锁系统增加并规范了与CTC 车站自律机、无线调车机车信号和监控系统，及编组站综合自动化系统的接口。

在2009 年前后，计算机联锁系统增加了与RBC、TCC 的接口，满足了列控系统结合的需要，目前已推广至所有高铁线路。

为促进联锁间的互联互通，编制和发布了标准性技术文件TJ/DW186-2016《车站计算机联锁间通信接口暂行技术规范》，规定了交互信息的传输方式、内容、以及安全侧处理原则。联锁间的通信接口在近年来的高铁新线建设，尤其是枢纽站接入工程中发挥了重要作用。

1.3 联锁安全原则的统一

为了明确计算机联锁系统的硬件、软件、通信接口、继电接口、电子执行单元需要遵循的安全原则，为新产品的设计、研发提供理论支撑，2017 年发布了TB/T 3482-2017《铁路车站计算机联锁安全原则》。该规范对计算机联锁系统应采取的技术措施进行了统一规定，如安全功能的处理由联锁运算层或执行表示层执行；继电接口采用前后接点采集、双接点采集、条件串接采集等方式；校核有误时，及时采取安全措施并报警。这些规定为计算机联锁系统的优化、研发提供了安全设计标准。

2 人机接口设计标准的统一

计算机联锁系统的操作显示机、维护终端和作为功能测试辅助设备的仿真试验平台，是操作人员、维护人员和测试人员直接进行操作和获知设备执行结果的重要设备。由于不同型号的系统在人机界面设计时差异较大，给操作、维护和测试人员的工作带来影响，甚至可能导致误解或关键信息的丢失，因此，人机界面的统一对保障运输安全十分重要。

2.1 操作显示统一

随着调度集中系统推广使用，不同型号的计算机联锁设备操作、显示方式不统一的问题逐步显现。为此，2016 年出台了全路统一的计算机联锁操作显示技术规范，主要包括以下几方面内容。

1）操作显示界面总体布局。将界面按照功能划分为功能按钮、站场、提示信息、报警信息、预警信息和设备状态信息等6 个区域，确定了各区域的显示内容、色彩、图符尺寸、线间距、功能按钮设置等，如图1 所示。

2）常规操作办理流程。进一步规范了设备的操作和显示，主要包括常规进路办理、道岔操作、改变闭塞方向以及特殊结合电路的操作等。

图1 标准化的计算机联锁控制台界面示意

3）显示图符标准化。字母、数字、汉字参考了GJB 1062A-2008 的规定，借鉴GB/T 18978.12-2009 中条款7.5.8，优化了类似“总辅助”“发车辅助”等按钮的色彩配置，对信息的显示和刷新进行了规范，同时根据GJB 455-1988 的要求，对文字的亮度也进行了规定。

2.2 维护终端功能统一

为了方便各路局电务维护人员快速掌握联锁维护终端的操作和使用，能在发生故障时快速定位故障点并及时处理，2019 年出台了计算机联锁维修终端显示规范（建议稿），具体内容主要体现在以下几方面。

1）功能统一。统一了维护终端功能，包括实时站场显示、报警诊断、网络状态显示、I/O 状态显示、信息查询、安全接口显示、历史回放、辅助功能等内容。

2）界面显示统一。对各功能界面的显示、布局、内容、色彩配比做了明确要求。规定了功能按钮的按下和抬起状态显示、预警提示显示。实时站场界面明确了站场显示界面缩放及拖动功能、控制台显示一致性等要求；报警诊断界面明确了功能区划分、信息显示区内容、报警信息筛选方式、色彩配置等统一要求；网络状态界面明确了网络图组成、设备及网络状态显示等统一要求；驱动采集界面明确了展示方式、I/O 信息查找方式、报警方式、驱采码位时序图显示方式等统一要求；信息查询界面规定了功能区划分、时间段选择方式、信息显示区内容、信息显示规定、信息筛选方式、色彩配置等统一要求；安全接口界面规定了计算机联锁系统和其他信号安全控制系统接口信息的显示、查看等统一要求；历史回放界面明确了图像再现、记录再现、网络状态再现等统一要求；辅助功能界面规定了故障案例、软件版本信息、硬件清单信息等内容的功能要求。

3）故障诊断功能统一。对相关故障发生时的诊断、指示方式进行了统一。如图2 所示，统一了维修机网络各通道显示方式，给出进一步显示的界面，并提供系统故障分析。如图3 所示，对于采集、驱动信息，提供时序分析功能，便于监控和回放各信息的状态，有助于继电接口故障的处理。除此之外，对于驱动板故障、采集板故障、I/O 驱采故障、联锁机主机单系停机故障、联锁系间通信故障、安全数据网区域故障、联锁机与驱采机笼通信区域故障、电源故障等，具备条件的CBI 设备应能给出统一的显示和诊断内容。

2.3 接口测试模拟软件统一

各计算机联锁系统集成商都有仿真试验平台，用于实验室联锁仿真试验。对于通信接口，供应商有自己的接口模拟工具，但普遍问题是界面可读性差，不便于设备维护管理单位核对试验。为了确保高速铁路车站联锁的正确性，对现有的联锁仿真试验平台进行改进，提升试验能力，增加RBC 接口模拟、TCC 接口模拟、CBI 接口模拟，使其具备与TCC、RBC、相邻CBI 接口数据核对的功能。

图2 网络状态显示及分析界面示意

图3 采集驱动信息分析界面示意

1） 仿真界面的统一。仿真界面主要包括与TCC、RBC、CBI 的接口，各接口分别设置独立的界面。各接口界面风格统一，图4 所示为标准化的计算机联锁TCC 接口模拟软件界面。在每个界面上，接收信息和发送信息在界面上分开显示，并以通信内容的信息包为单元，分区域显示。在每个区域中，多为有吸起、落下含义的信息，用箭头图符显示其状态，并通过在对应显示文字上按压鼠标左键改变发送的状态值。对于有多个状态的信息，采用文字方式表示，并设置下拉框改变发送的状态值。

2）测试内容统一。详细规定了测试范围和测试内容，并包含每类信息的测试方法。如进路类信息，需要重点核对编号、进路状态与联锁的一致性，并核实非列控系统需要的进路是否存在多发的情况。对于区间方向信息、区间闭塞分区状态、信号降级、异物侵限、CBI-CBI 接口等开关量信息，则重点核对状态的一致性。

图4 标准化的计算机联锁TCC 接口模拟软件界面示意

3 尚待统一的内容

1）经过多年不懈的努力，计算机联锁系统的标准化工作取得了较大进展，但由于不同系统间的差异性设计从开发之初就已经存在，经过近30年应用和改进，各自趋于稳定，每个关键功能的变更都要慎之又慎。《铁路车站计算机联锁技术条件》自2015 年发布以来，起到了极大的规范作用，但目前在实际运营维护中，仍存在一些不统一的问题，不同供应商设备间存在联锁关系处理、结合电路、系统参数等各方面的差异，虽然对正常的联锁功能及运输作业不会带来实质型的影响，但有可能在计算机联锁系统和其他信号系统间接口时，由于处理方式不统一，出现接口信息处理的差异性。

2）仿真测试平台功能的统一也是今后需要进一步研究的内容。联锁系统的安全性由通用软件与特定车站的联锁工程数据共同组成。因具体车站站型及功能组合不同，工程数据在目标站下的特定应用也不相同。联锁关系仿真试验是保证联锁正确的关键步骤，在联锁软件编制完成到发布之前，按照管理办法规定，该项试验作为设备接管单位对联锁设备基础性验证的一个重要环节，是必须开展的一项测试、验收工作。测试内容具体到每一条进路的每一个联锁对象（或联锁条件）的有效性，以及具体到每一个结合电路的每一个继电器动作时序的有效性。目前，设备接管单位的仿真试验主要采用人工测试的方式。受测试人员的主观意识支配，人工测试进路表及其他标准化结合部分时，重复性劳动较多，容易发生人员疲劳和问题遗漏。验证特定车站联锁关系正确性工作量巨大，尤其是站型复杂的大型客场和货运编组站枢纽。

研究开发统一的联锁工程数据仿真试验平台，可以将测试人员从大量简单、重复的工作中解放出来，提高工作效率。用户一般人工测试一条进路需要20 min，一个200 条进路的车站，每天按8 h 计算，仅进路一项，一组人需要测试8 天。通过仿真试验平台，结合局部的自动测试，争取做到将每条进路的测试时间减半。仿真试验平台还可以完成人工测试难以实现的遍历测试，避免人工测试时可能出现的遗漏情况。如对于每一条进路的联锁对象之外的无关条件的测试，验证所有条件的相关性时，机器验证更能发挥优势。

3）系统供电需要探索统一的方式。计算机联锁系统一般使用交流220V 工频电源，由稳定可靠的冗余供电系统进行不间断供电，以保证系统工作的稳定性和安全性；尤其需要避免电源的频繁波动和间断的情况出现，因为复杂电子系统在电压频繁异常的情况下，容易损坏甚至可能引发出未知的安全问题；工作中的联锁系统意外重启，造成已办理的进路“丢失”也是一种安全隐患。

目前主流的计算机联锁系统，虽然存在多种型号，但在系统配置、设备组成、系统架构等方面大同小异，因此在供电方式的标准化方面，还可以进行更深入的研究。

①冗余供电方式。除了采用符合独立性要求的双套联锁独立供电的方式外，还需要关注以下方面：对于维修机等未采用主、备双系冗余结构的部分，目前还需要有单独的（手动）切换机制，技术上还有提升空间；对于驱动、采集电源，是否可以使用交叉共用的设计方式，以进一步提高系统的可靠性。

②统一布署高速铁路和普速铁路联锁系统UPS 配置。

4 总结

计算机联锁系统的标准化是一个循序渐进的过程，既要推进标准化，还不能由于标准化工作而对目前形成的良好安全局面带来较大的影响，对每项改动都应进行必要的、充分的、完整的风险分析。在保障和维护现有安全态势的基础上，进一步实现联锁各方面的统一，有利于今后设备的运用维护，更好地为运输服务，并为新产品的研发提供借鉴。系统设计是设备安全最关键的一部分，有了高安全、高可靠的设计，有了标准化的实现方式，进一步管控好整个生产过程，加上投入运营后的良好维护，设备才能安全、可靠运行。