...wd......wd......wd...第三章高速鐵路車站計算機聯鎖技術第一節車站計算機聯鎖概論控制車站內的道岔、進路和信號機并實現它們之間聯鎖的系統稱為車站信號聯鎖系統。車站信號聯鎖系統是保證站內行車安全，提高鐵路運輸效率，改善行車人員勞動條件的重要技術裝備。像其他技術一樣，車站聯鎖系統也是隨著科學技術的進步以及鐵路運輸開展的需要，在不斷的更新和開展，其開展過程已經經歷了機械化聯鎖、機電聯鎖和電氣集中聯鎖幾個階段，目前正逐步向采用計算機聯鎖階段過渡。一、計算機聯鎖的功能及特點(一)國內外計算機聯鎖開展概況基于布線邏輯的繼電集中聯鎖裝置，自1927年問世以來已經統治了70多年，社會在開展，技術在進步，作為以技術手段實現聯鎖的車站信號自動控制系統也在不斷地開展和完善。在進入電子時代以來，世界上一些技術興旺國家相繼開展了電子聯鎖裝置的研究，但是真正采用通用計算機構成聯鎖控制系統并在鐵路運營車站上使用，還得從1978年計起。1978年，由瑞典ABB公司研制的世界公認的第一套計算機聯鎖系統在哥德堡站開通使用，極大地推動了各國計算機聯鎖的研制和使用，計算機聯鎖系統的技術性能日趨成熟和完善。進入20世紀90年代，不少國家已開場大面積推廣應用計算機聯鎖系統，如日本、英國等許多國家已制訂技術政策，今后不再開展繼電聯鎖。現將世界上主要技術興旺國家的計算機聯鎖系統在技術和應用方而的情況概括如下：(1)瑞典瑞典計算機聯鎖的開展分為三個階段：第一個階段采用的典型產品為EBILOCK750系統，其特點是信號機和道岔的控制器件仍由繼電器來完成，保存了軌道繼電2S：第二個階段是采用無接點方式的電子器件控制信號機和道岔，仍保存了軌道電路；第三個階段那么實現了全電子化控制，典型產品有EBILOCK850系統和20世紀90年代初期開發的EBILOCK950系統，控制電路、軌道繼電器均采用無接點方式的功能塊。瑞典的計算機聯鎖系統在構造上均采用分散控制方式，采取雙機熱備、單機運行雙套軟件來提高整個系統的可靠性和安全性。(2)英國計算機聯鎖在萸國又稱為固體聯鎖(SolidStateInterlocking，簡稱SSl)。1985年，SSI系統首次在明斯頓車站正式使用．該系統采用分散三級控制方式，為了保證系統運行的安全性和可靠性，采用三取二表決的模式。系統中參與表決的模塊運行單套軟件，每一模塊與其他兩個模塊的運算結果相比較以校驗自身的運算結果。目前，SSI系統已在國內外數十個車站安裝使用。(3)德國德國于1979年決定研制計算機聯鎖。西門子公司以SIMIS系統為核心構成車站聯鎖控制系統，第一套系統于1985年在慕尼黑一米騰瓦爾特區段的姆爾瑙(Mulmau)站交付使用。SIMIS系統從早期的SIMIS--B型(8080CPU)、SIMIS--C型(8085CPU)、SIMIS3116、SIMIS3216、SIMIS~E型(80386CPU)、SICAS型(SiemensComputerAidedSignaling)已開展到目前正在開發的SIMIS--W型。前幾種SIMIS型號為雙機比較后輸出，采用硬件比較器；后兩種型號同樣采用SIMIS故障一安全原理，但為三中取二表決，至少兩個機器輸出一致，才能驅動輸出。(4)日本日本的計算機聯鎖最早開通于1985年，至今已安裝使用了200多個車站。日本研制的計算機聯鎖產品主要有SMILE工、Ⅱ、Ⅲ型和K、N型五種類型，主要生產廠家是日本信號公司、京山制作所和大同信號公司。(5)美國美國開發的計算機聯鎖產品主要有通用信號公司(GRS)的VPI安全型系統和聯合道岔與信號公司(US&S)的Microlock系統兩種。這兩種制式目前大局部用在單機運行狀態，系統的安全性那么是由主機系統中的“安全邏輯〞得到保證的。目前VIP系統安裝使用了數十個車站，Microloek系統也正式投入使用。我國計算機聯鎖的研制始于1983年，首先用于路外。第一套系統安裝在南京梅山鐵礦井下200m深處有24組道岔的運輸線車站上，1984年投入運營。這類性質的車站聯鎖關系比較簡單。此后，根據地面鐵路車站復雜運輸作業的要求，研制開發了適用于地面廠礦鐵路的計算機聯鎖設備，并于1986年7月在太原鋼鐵廠配料站首先得到使用。隨著計算機聯鎖設備在工礦企業的推廣使用，其性能不斷完善提高。在正線甚至干線鐵路上，最早是由卡斯柯信號(CASCO)從美國通用鐵路信號公司(GRS)引進，并結合我國鐵路實際運營技術條件開發出VPI安全型計算機聯鎖系統。第一套系統安裝在廣深線的紅海站上，于1991年11月投入運營。它的開通開創了計算機聯鎖技術在干線車站上運用的先例。此后，國內其他一些單位也相繼開發出適用于運營車站的計算機聯鎖設備。鐵道科學研究院的車站計算機聯鎖系統是在峰尾微機集中根基上研制開發的，第一套聯鎖系統安裝在哈爾濱的平房站，于1993年10月正式開通使用。通號總公司研制的車站計算機聯鎖控制系統，于1994年1月首次在南京分局浦口到發場開通使用。十幾年來，國內計算機聯鎖從路外到路內，從小站到大站，從支線到干線，從中間站到編組站開展十分迅速。據不完全統計，至今全路(不包括路外)已有百余個車站使用各種計算機聯鎖設備。其中，鐵科院研制的TYJL--Ⅱ型雙機熱備系統、TYJL--TR9型三取二容錯計算機聯鎖系統已于1997年12月通過鐵道部的鑒定；北京全路通信信號研究設計院研制開發的DS6--11型雙機熱備系統和DS6--20型三取二系統也于1999年1月通過鐵道部鑒定……由此可見，計算機聯鎖已成為我國鐵路車站信號設備的開展方向。可以認為，隨著技術的進步和鐵路運輸現代化要求的不斷提高，計算機聯鎖設備必將成為繼電聯鎖的換代產品。(二)計算機聯鎖的功能及其優越性計算機聯鎖系統是一種以計算機為主要技術手段實現車站聯鎖的系統。因此，它不僅具備繼電聯鎖設備的聯鎖控制功能，而且利用計算機的快速信息處理能力和儲存能力，可方便地實現繼電聯鎖設備難以實現的一些功能。1．聯鎖控制功能計算機聯鎖系統的聯鎖功能是與繼電式電氣集中相通的，能根據車站行車安全的需要，在規定的聯鎖條件和規定的時序下自動對進路、信號和道岔實行控制。具體包括：進路的控制。包括列車進路和調車進路的選排、鎖閉和解鎖；引導進路的控制等。行車進路的辦理方法和繼電聯鎖設備辦理方法基本一樣，仍沿用按壓雙按鈕才形成操作命令的規定，這樣可防止因誤動一個按鈕而產生錯誤操作命令的可能。一些系統為辦理慎重起見，對原鉛封按鈕的相應辦理作了一些改動。如采用數字化儀操作，相對于原鉛封按鈕點壓后，屏幕將提示輸入口令，點壓口令后，操作才被執行。(2)信號的正常開放、關閉、人丁重復開放以及防止自動重復開放。(3)道岔的單獨操縱、鎖閉和解鎖。此外，通過在聯鎖軟件中增加相應的功能模塊，再加上少量的硬件電路，系統可進一步實現6502電氣集中一些特殊電路的聯鎖功能。例如：非進路調車控制、平面調車溜放控制、站內道口控制以及場間聯系等。2．顯示功能計算機聯鎖系統采用大屏幕顯示器取代6502電氣集中表示盤，可以向操作人員提供更加豐富、直觀的顯示信息。具體包括：(1)站場基本圖形顯示。(2)現場信號設備狀態顯示。主要有道岔的定、反位和四開位置；道岔單獨鎖閉和封閉狀態；信號機的開放和關閉狀態，燈絲斷絲也能表示出來：軌道電路區段的空閑、占用、鎖閉狀態，一般用不同的顏色代表不同的含義。(3)值班員按壓按鈕動作確實認顯示。(4)聯鎖系統的工作狀態、故障報警顯示(5)時鐘顯示，必要的漢字提示等等。3．記錄存儲和故障檢測與診斷功能利用計算機的信息處理能力和存儲容量大的優點，計算機聯鎖系統為實現系統維護、行車管理自動化奠定了根基。這主要表達在，(1)系統可按時間順序自動記錄和儲存值班員按鈕操作情況、現場設備動作情況和行車作業情況。電務維修人員只需根據功能菜單提示，按壓相應的功能鍵，將前一段時間內的系統運行狀況或作業情況按規定格式顯示出來，作為查找故障、分析事故的參考。這些信息也可以由打印機打印出來。(2)提供圖像再現功能，即系統可將前一階段儲存的數據以站場圖形方式顯示在屏幕上，按照實際操作和車列運行情況再現出來，以便更直觀的查找故障及分析問題。(3)實現進路儲存和自動辦理，可進一步提高車站行車作業效率。(4)具有集中監測和報警功能。這主要表達在兩個方面：‘是聯鎖系統的自檢測功能，當系統自身出現故障時，維護人員可通過屏幕提示的錯誤號判斷、查找故障；二是對信號機、道岔轉轍機、軌道電路等現場設備的工作狀態進展集中監測，一旦發現故障，及時記錄并報警。監測和報警的具體內容，可根據維修需要，全天候或定時對主體信號設備的參數進展測試、分析、判斷，超限時及時報警。4．結合功能這里所說的結合功能是指計算機聯鎖系統利用標準化的通信接口板，網絡接口板以及標準化的通信規程，可直接與現代化信息處理系統相聯結進展數據交換。與傳統的繼電聯鎖相比，計算機聯鎖在技術和經濟上的優越性：1．在技術上(1)進一步完善了聯鎖控制功能。由于計算機聯鎖系統完全擺脫了繼電聯鎖系統的網絡構造，因此，在技術上能夠用較少的硬件投資和發揮軟件的作用，較容易地抑制網狀電路難以解決的一些問題。例如，能夠防止由于軌道電路分路不良造成的漏解鎖：對接近區段小車的跳動，能夠防止錯誤取消進路：對信號繼電器、鎖閉繼電器前接點的粘連，系統能夠及時檢出并報警等等。另外，在進路控制方式上，計算機聯鎖系統為實現進路儲存和自動辦理創造了條件。(2)可靠性、安全性高。計算機聯鎖系統可以最大限度地利用軟、硬件資源，對直接危及行車安全的聯鎖邏輯處理和執行表示環節采用冗余及其他容錯技術，從而保證整個系統的可靠性和安全性指標比繼電聯鎖系統高。(3)靈活性大。計算機聯鎖系統無論是硬件還是軟件均采用標準化、模塊化構造，不同規模和作業性質的車站或站場，只需要編制一些站場數據，選用功能不同和數量不等的模塊組裝即可。當站場改擴建時，計算機聯鎖系統用修改數據的方法，幾乎刁；需要變更既有電路和聯鎖程序就能滿足需要。(4)便于系統維護。計算機聯鎖系統大局部是電子設備，這些電子設備沒有機械磨損，所以日常維修量小。此外，計算機聯鎖系統往往具有完善的監測和故障診斷功能，便于維修人員分析查找和及時排除故障。(5)便于與其他計算機化系統接口。2．在經濟上(1)可以降低設備投資成本。繼電聯鎖系統的聯鎖機構是以鐵路專用的安全型繼電器為主要部件，而采用計算機聯鎖系統，聯鎖機構完全由計算機系統取代，這樣可以大大減少繼電器的使用數，從而降低設備費。另外，室內外設備之間的聯系假設采用公共傳輸通道，那么可進一步降低：廠線電纜的費用。重量輕、體積小，可節省基建費用。此外，計算機聯鎖系統的標準化程度遠高于繼電聯鎖系統，不僅可以縮短設計，制造、施工周期，有利于降低設計、施工、維護費用，而且可以從減少對行車的干擾方面取得明顯的經濟效益。(三)技術實現特點計算機聯鎖系統在技術實現上主要有以下一些特點，1．人機對話設備已由傳統的控制臺、控制盤、改為數字化儀、鍵盤或鼠標加大屏幕顯示器等，使得系統操作簡便，顯示清晰、直觀，顯示內容更為豐富。2．系統軟、硬件設計全部采用模塊化構造，可根據車站作業要求和車站規模的大小增減模塊，靈活適應不同站場的需要。硬件模塊連接采用接插件構造，力爭提高系統的可維護性。3．采用高可靠、故障一安全硬件構造。通常與聯鎖有關的計算機模塊采用冗余比較或多數表決的方式實現系統的故障一安全保證，并采用雙重或三重系統不停頓故障重組技術，提高系統的可靠性和可用性。4．聯鎖軟件設計為雙程序比較，兩套程序采用分層構造，程序和數據運用冗余編碼技術，使得故障在每一層都得到檢查，將不安全側故障最終降到最低限度。5．在信息傳輸方面，采用同步或異步通信方式，對傳輸的信息采用特殊的編碼和重復發送等冗余技術，確保信道的安全可靠。6．為了提高系統運行穩定性，采取了一系列的抗干擾措施，如電源進線采用隔離變壓器和高抗干擾穩壓電源，外部設備和計算機之間采用光電耦合，保證系統不受干擾影響。7．系統功能齊全，除聯鎖控制功能以外，普遍還有顯示、檢錯、診斷、儲存記錄等功能。8．預留有與其他自動化設備相連的接口。今后，隨著計算機通信技術(包括光纜通信和網絡通信等技術)的進一步開展，計算機聯鎖系統本身將不再是一個孤立的車站信號聯鎖設備，而是綜合行車指揮控制系統的一個重要組成局部，是具有多種功能和安全保證的行車指揮系統的一個根基設備。通過各種制式的聯鎖總線、局域網、廣域網實行多層次控制，使控制范圍擴大，減少投資，并可與運行圖管理系統聯網，根據調度方案實現進路程序控制，還可與旅客向導服務系統、車次號跟蹤系統聯網，構成全方位的計算機綜合自動化控制、管理系統。二、計算機聯鎖系統的基本構造以微型計算機為核心構成的車站聯鎖控制系統，由于其控制規模的大小不同，功能的完善程度不同，技術實現方法＼＼經濟因素以及研制的技術背景和歷史背景的不同，盡管在具體構造上存在著一定的差異，但大體上可從層次構造和冗余構造兩個側面來描述。(一)系統的層次構造我們知道，車站信號聯鎖系統實質上就是以技術手段實現進路控制的系統．聯鎖系統從操作到監控對象的進路控制往往可以分為人機對話層、聯鎖層和控制層，如圖6—3—1所示。人機對話層：是指操作人員向聯鎖系統輸入操作信息和接收來自聯鎖系統表示信息的一層。聯鎖層：是指系統中實現聯鎖功能的一層。控制層(也稱做執行層)：是指對室外的道岔、信號機以及軌道電路等信號設備進展控制和采集其狀態信息的一層。所謂層次構造，就是按進路的控制層次來描述系統的構造的。在計算機聯鎖系統中，如果由一套微型計算機統一地完成上述各層的功能，那么可把這類系統劃為單模塊集中式控制構造；假設在系統中對應不同層次分別設置計算機，各層的功能分別由各自的計算機來處理，那么將該系統劃為多模塊分散式控制構造。1．集中式控制構造集中式控制構造的特點是聯鎖系統的各層功能，包括聯鎖控制功能、顯示功能、監測與報警功能以及與其他系統聯系的功能等均由同一臺計算機完成，其構造框圖如圖1—2所示。從圖6—3—2中可以看出，這種構造相當于用計算機取代了我國電氣集中系統中的網絡局部。系統由室內設備和室外設備兩大局部組成。室內設備包括值班員控制臺、聯鎖處理機、輸入／輸出接口以及電源設備等；室外設備主要是指被監控的現場信號設備。(1)控制臺控制臺是計算機聯鎖系統進展人機對話的設備，主要伙值班人員辦理行車作業，實現對現場信號設備進展控制和監視。該設備一般設在車站值班室內。計算機聯鎖控制臺既可采用控制與表示合一的單元式控制臺，如電氣集中控制臺：也可采用別離式控制臺，如操作設備采用站場形按鈕盤、數字化儀、鍵盤或者鼠標器，而表示設備采用屏幕顯示器。后者較前者往往具有體積小、操作簡便、顯示直觀、價格廉價等優點，減輕了值班員的勞動強度，改善了工作環境。計算機聯鎖應用多媒體技術，其視聽效果進一步改善了人機交互界面，使值班人員在操作過程中感到生動、形象、直觀、逼真乃至如身臨其境。(2)聯鎖處理機聯鎖處理機簡稱聯鎖機，它是計算機聯鎖系統的核心局部，一般要完成所有的數據處理以及與控制臺和現場信號設備的信息交換。具體包括：①接收并處理值班員的按鈕或按鍵操作信息；②通過輸入口接收現場信號設備的狀態表示信息；③進展聯鎖邏輯運算，形成用以控制道岔或信號機的控制命令；④通過輸出口驅動動態繼電器，進而控制道岔控制電路和信號機點燈電路；⑤向控制臺表示盤或屏幕顯示器輸出各種表示信息。此外，聯鎖機還要完成系統自身的故障診斷功能，以便為電務維修提供服務。當系統需要與其他自動化系統聯系時，也是由聯鎖機實現系統之間的信息交換的。在這里，聯鎖機及其軟件所承擔的聯鎖邏輯處理任務相當于電氣集中的邏輯電路，但是后者是由故障一安全邏輯元件繼電器接點組成的。聯鎖機那么不然，它在運行中不能保證故障—安全性能。因此，在系統的設計中必須考慮可靠性和安全性。(3)輸入輸出接口它是聯鎖機和現場信號設備之間實現信息傳遞和變換的通道一般分為狀態信息輸入口和控制命令輸出口兩種。聯鎖機通過輸入口采集現場信號設備的狀態信息，通過輸出口輸出控制命令，控制現場信號設備動作。由于現場設備的狀態信息為參與聯鎖邏輯運算的根基數據，該信息的正確與否，將直接影響到聯鎖運算的結果，從而關系到行車安全。例如，某一股道有車，由輸入口輸入股道占用信息時，由于接口電路本身出現故障而錯成無車信息，那么往這一股道接車的控制命令就有可能通過聯鎖程序的執行而被輸出，從而造成重大行車事故。故要求輸入接口是故障一安全的。同樣，為了不使信號機錯誤開放、道岔錯誤動作，要求輸出接口也是故障一安全的。(4)電源設備采用計算機聯鎖專用電源屏或現成的大站電氣集中電源屏，供給計算機聯鎖系統所需的各種電源，包括計算機系統不連續電源、繼電器動作電源、信號點燈和軌道電路電源、轉轍機的動作電源等。(5)現場信號設備與6502電氣集中室外設備一樣，包括軌道電路、電動轉轍機和色燈信號機，它們通過電線芯線與室內設備相連。在計算機聯鎖系統中，現場信號設備統稱為監控對象。集中式計算機聯鎖系統一般用于站場控制規模較小，系統功能比較簡單的場合，其優點是處理機對系統的工作狀態有全面的了解，程序是一個整體，實現起來比較容易；缺點是軟件龐大，所有處理工作事無巨細由同一處理機完成，存在著處理機負擔過重的問題。這樣，當車站控制規模擴大，系統的功能進一步增強時，光靠單處理機就目前的工業級微型計算機運算速度而言，可能難以承擔所有控制任務。因此，需要將不同的任務分配給不同的計算機來承擔。2．分散式控制構造分散式控制構造的特點是將聯鎖系統的功能按構造層次劃分成假設千個相對獨立又有一定聯系的功能模塊，各功能模塊均由相應的計算機或微處理器來處理，從而使系統在處理機的配置上形成多機分散式構造。在現有的計算機聯鎖系統中，由于功能模塊的劃分并非是惟一的，因此，分散式控制系統的具體構造形式是多種多樣的。圖6—3—3是對應于上述三個層次由監視控制機、聯鎖機和目標控制器(又稱作集中器或執行表示機)構成的聯鎖控制系統的構造框圖。在這里，各層計算機所完成的任務不同。(1)監視控制機監視控制機習慣上稱為上位機，它是聯鎖機的通信前置機，是一種信息管理計算機。該機的主要任務是完成人機對話功能，一方面接收來自控制臺的值班員操作輸入信息，判明能否構成有效的操作命令，并將操作命令轉換成約定的格式，由串行口輸送給聯鎖機：另一方面，接收聯鎖機提供的關于監控對象狀態和列車運行情況等各種表示信息，把它們轉換成表示盤或屏幕顯示器能夠承受的格式。監視控制機除完成上述的人機對話功能之外，一般還用于實時記錄和儲存值班員按鈕操作情況、列車運行狀態和聯鎖系統運行出錯等信息，這些信息均可由打印機打印輸出，也可以圖像形式再現。此外，聯鎖系統的進路程序控制功能以及與其他自動化系統的聯系功能可以通過該機實現。系統的診斷功能也可以由控制監視機來完成，或單獨設置電務維修機實現。應當指出，監視控制機是為了減輕聯鎖機的事務處理工作而設置的，它本身不具有聯鎖功能。因此，對于整個系統來說，不要求該機具有故障一安全特性。(2)聯鎖機聯鎖機在這里也可稱做下位機，主要用于實現信號設備的聯鎖邏輯處理功能，完成進路確選、鎖閉，發出開放信號和動作道岔的控制命令。聯鎖機經串行口與監視控制機相連，以串行通信方式與監視控制機交換信息，而與執行層的聯系有兩種方式：專線方式和總線方式。①專線方式它像繼電聯鎖設備一樣，現場各個監控對象(信號機、道岔、軌道電路等)控制命令的輸出和狀態信息的采集是利用各自的電纜芯線采取一對一的方式與聯鎖機相連的，亦即對應每一監控對象都有專門的控制命令輸出口和狀態信息輸入口(對于軌道電路來說，僅有狀態輸入口)相對應。我們稱這種聯系方式為專線方式，如圖6—3—4所示。②總線方式采用這種方式需要將室外的監控對象按它們的地理位置劃分為假設干群，為每一群監控對象在其附近設置一個由固體電路或微處理機構成的目標控制器(簡稱控制器)，由它作中介實現聯鎖機與監控對象的聯系，如圖6—3—5所示。聯鎖機與控制器之間利用公共傳輸通道按串行數據傳輸方式交換狀態信息和控制命令。因此，相對于專線方式而言，采用總線方式可以節省干線電纜的費用，同時也為使用光纜創造了條件。(3)目標控制器它設于對象群附近，與所轄各對象之間采用專線聯系方式。控制器是控制命令和狀態信息的轉送站，內部必須有自己的編譯機構，一方面接收和校核來自聯鎖機的控制代碼，經譯碼后形成控制命令，以驅動相應的設備控制電路：另一方面又接收監控對象的狀態信息，經編碼傳送到聯鎖機。目標控制計算機不擔負聯鎖處理任務，但它所處理的信息均屬于涉及安全的信息，所以應具有故障一安全的性能。它本身故障時，也應自動通知聯鎖機，以便及時處理。計算機聯鎖采用分散式控制構造，由于各層計算機均能相對地獨立運行，具有一定的并行處理能力，因此，可以提高整個聯鎖系統的處理速度。另外，分散式系統是按功能模塊配置計算機的，在構造上具有模塊化、積木化的特點，因而對于設計、生產、施工、維護和擴大等方面都具有明顯的優點；缺點是各層模塊之間通信聯系復雜，因而局域網及數據傳輸的原理與技術是它的技術根基。(二)系統的冗余構造計算機聯鎖系統無論是采用單模塊集中式控制構造，還是采用多模塊分散式控制構造，就其實質而言，是一種以通用計算機技術為根基構成的車站信號實時控制系統，因此，必須要保證系統十分可靠，并滿足故障一安全原那么。然而，就目前所選用的工業控制計算機而言，其質量水平尚不能滿足聯鎖系統的高可靠性要求，況且更不具備故障一安全性能。這就需要從軟、硬件方面對聯鎖系統各層組成模塊采取冗余技術，構成多重化的冗余構造來確保整個系統的高可靠性和高安全性。計算機聯鎖采用冗余構造的實質在于用增加一樣性能的模塊來換取系統的可靠性和安全性的。在這里，增加的模塊從系統完成功能的角度來看是多余的，．但從提高系統運行的可靠性和安全性角度來看，卻并非是多余的。另外，從多重化模塊之間的聯接關系來看，不同的計算機聯鎖系統所采用的冗余構造的具體形式也并不是完全一樣的，有的采取了動態切換技術，有的采取了靜態屏蔽技術。下面僅就兩個共性的概念，即可靠性冗余構造和安全性冗余構造作一簡介。1．可靠性冗余構造可靠性冗余構造如圖6—3—6所示。為了減少在出現故障時系統停頓工作的概率，采用互為備用的二重構造，亦即為了提高可靠度而采用邏輯上為“或〞關系的二重構造。2．安全性冗余構造安全性冗余構造如圖6—3—7所示。在出現故障時，為了減少產生不安全側輸出的概率，采用相互校核的二重構造，亦即為了提高安全度而采用邏輯上為“與〞關系的二重構造。對于具有多層計算機模塊構造的計算機聯鎖系統來說，并不要求各層具有一樣的可靠性和安全性。其中，對于完成人機對話功能的監視控制機來說，由于它所處理的信息主要是操作人員的按鈕操作信息和聯鎖系統的各種表示信息。操作信息有誤，通過聯鎖機的聯鎖邏輯運算，不會產生錯誤的危及行車安全的控制命令；表示信息發生錯誤，也只能使操作人員感到疑惑，影響正常的操作和作業效率，但不致危及行車安全。因此，只需提高它的可靠性就可以了。在實際系統中，一般是采用圖6—3—8所示的雙機冗余構造。從系統的輸入與輸出之間的關系來看，主備雙機為邏輯“或〞關系，只要有一臺計算機工作正常，整個系統就有正常輸出。圖6—3—8中用到的動態切換開關可以是人工手動控制的，也可以是自動控制的。人工切換控制比較簡單，當操作人員發現工作機出現故障時，人工轉換切換開關，將備用機投入使用。當采用自動控制方式時，必須對工作機進展不連續的故障檢測。一旦發現故障，就以技術手段自動控制切換開關動作，把備用機頂替上去。對于聯鎖機來說，由于所處理的狀態信息和控制命令均屬于安全信息。狀態信息假設不正確，將破壞聯鎖的正確性，而控制命令有誤時將導致信號機錯誤開放或道岔錯誤動作，這些都會危及行車安全。因此，不僅需要采取可靠性冗余構造以提高它的可靠性，而且還要采取安全性冗余構造來確保它的安全性。圖6—3—9給出了聯鎖機采用動態切換技術構成的雙機冗余構造。為了提高聯鎖機的可靠性，采取了與監視控制機完全一樣的技術措施。當系統中的聯鎖主機發生故障時，通過切換開關釣換位(相當于邏輯。或〞的處理)，使備用機升為主機，接替故障機使系統繼續運行。保證安全的技術措施主要是在每一臺聯鎖機內裝配了兩套功能完全一樣、但編程方法完全不同的獨立版本的聯鎖程序，用單機順序執行雙份程序并對兩者的運算結果進展比較(相當于邏輯“與〞的處理)。假設運算結果經由硬件或軟件構成的比較器比較后一樣，那么說明聯鎖機運行正常，其一樣結果可以作為系統的輸出。一旦發現結果不一致，那么說明聯鎖機發生了故障，一方面使聯鎖機不產生不安全側故障輸出以到達故障一安全的目的；另一方面進展倒機，啟用備用機，從而保證系統不會中斷聯鎖處理而影響行車作業。圖6—3—10是聯鎖機另一種形式的冗余構造。圖中三套聯鎖計算機的性能一樣并分別執行同一套聯鎖程序。三套計算機的輸出交由表決器進展表決，只要三套計算機中的任何兩套的輸出是一樣的，那么表決器就有正確的輸出，所以一般稱做三取二構造或三重構造。這種構造提高可靠性的基本思想是把一個已發生故障的計算機屏蔽起來，使其不影響聯鎖機的正常丁作。換一句話說，即使當系統中的任一個計算機發生了故障時，對于整個系統來說，仍表現為在正常工作。從故障一安全的角度來看，這種構造的表決器具有對三套聯鎖機進展兩兩比較的機能，只有當任何兩套計算機同時發生一樣的故障，并產生同樣的輸出信息時，表決器才無法檢出這種錯誤信息。假設這種錯誤輸出信息又恰巧是不安全側信息，那么聯鎖機的輸出也就是不安全的了。然而，理論分析說明，出現這種情況的概率是極其微小的，因而這種構造的聯鎖機是安全的。聯鎖系統的執行層同樣存在可靠性和安全性問題，聯鎖機所采用的可靠性和安全性冗余構造形式同樣適用于執行層，這里不再贅述。第二節TYJL系列計算機聯鎖系統一、研制過程及運用鐵科院通號所根據鐵道部下達的任務，于1985年開展了車站計算機聯鎖系統的研究。為了安全起見，早期研制的系統用于車站的調車作業區。取得經歷后，研制了在國家鐵路運營干線車站上使用的車站計算機聯鎖系統，并于1993年10月在哈爾濱鐵路局平房車站試用，命名為WL—工型。此后經過較大的改進，推出了改進型的TYJL—Ⅱ型車站計算機聯鎖系統。該系統八五〞期間在20余個車站上(主要用于編組場尾部)投入使用。以后還相繼開發了TYJL—TR9型和TYJL—TR2000型兩種三重冗余的容錯車站計算機聯鎖系統。其中，TYJL—Ⅱ型和TYJL—TR9型于1997年12月通過了鐵道部的技術鑒定。并于1999年獲得鐵道部科技進步一等獎。TYJL—TR2000型于2000年3月通過了鐵道部科教司的技術審查。TYJL—Ⅱ型計算機聯鎖設備自1989年到2000年得到較快開展，在275個站場安裝并投入使用。TYJL—TR9型計算機聯鎖設備在“九五〞期間也在16個站場投入使用。參與3個系統的主要研制人員有：何梅芳、段武、開祥寶、楊紅巖、肖寶弟和盧佩玲等。二、TY幾—Ⅱ型計算機聯鎖系統TYJL—Ⅱ型計算機聯鎖系統在原有雙機熱備計算機聯鎖系統(詳見?當代中國鐵路信號(1991—1995)?第108頁)的根基上，對其軟、硬件進展改進，其性能得到了改善，提高了系統的可靠性和安全性。其改進的主要內容是：1．系統主板由8088CPU升級為386EX，使運行速度大大提高，實時性得到加強，可對更大的范圍和更多的變量進展測控，便于進一步增加并完善系統功能。同時由于386主板增加了系統的集成度，簡化了系統構造，因而提高了系統的可靠性，并使開發手段變得簡單。2．系統為適應鐵路現場環境分散的特點，采用光纜通信實現遠程控制。1996年在合肥東I、Ⅲ場，1997年在湖東工、Ⅱ場均采用光纜延伸執表機的控制，節約了大量的干線電纜。2000年在哈爾濱站，采用以太網通過光纜將原有的3個控制區相連，既可以分區在現場控制，也可以在一個控制中心集中控制。上述工程的順利開通，為進一步開展區域性計算機聯鎖系統進展了有益的嘗試。3．1998，年電務人員維修機操作系統由Win32升級為WinNT，進一步增加并完善了系統的功能，并提供了與調度監視等相關系統的豐富網絡接口，使聯網更為方便。在維修機中還增加了微機監測系統的界面，方便了現場人員的使用。4．為了確保計算機聯鎖系統安全可靠地工作，根據大量現場應用積累的經歷，在原有軌道等信息進展前后接點校核的根基上，又增加了信號等信息的前后接點校核，這不但可以提高系統接口的安全性，而且可以發現一些隱蔽故障并進展報警，有利于現場人員及時進展維修，從而提高了整個系統的可靠性。5．為適應鐵路沿線的惡劣環境，系統改進了防雷措施。系統原來用電源屏提供的KZ，KF作為切換電源，使用中發現其中有大量的雜波信號，也是導致系統遭雷擊的重要通道，現已改為設立單獨的24V切換電源，有效地防止了干擾的侵入。在系統的輸入輸出接口板上，改進了電路，提高了防雷能力。標準系統的安裝施工，確保系統地線符合要求。通過上述措施，極大地改善了系統的防雷性能，進一步提高了抗電磁干擾的能力。三、TYJL—TR9型計算機聯鎖系統TYJL—TR9型計算機聯鎖系統分4局部，它們是操作顯示機、監視控制機、容錯聯鎖機和維修機。除聯鎖主機外，其余局部的構造和功能與TYJL—Ⅱ計算機聯鎖控制系統完全一樣。TYJL—TR9計算機聯鎖系統采用美國TRICONEX公司的TRICON容錯計算機，它是一種工業用控制計算機，并通過了TUV關于IEC安全標準的認證。圖6—3—11是容錯計算機的主機示意圖。容錯計算機分兩類機箱，即主機箱和擴展機箱。系統最多可承受一個主機箱和14個擴展機箱。容錯計算機內部有3個獨立的系統，而且每個I／O模塊也有2個獨立的電路，它們單獨完成采集任務，通過3個獨立的I／0總線傳給相應的主處理器，主處理器間比較輸入數據進展表決然后執行聯鎖運算，將結果傳給輸出模塊，經表決后控制室外設備。另外，所有I／0模塊支持熱備功能，當主模塊故障時，系統能自動切換至熱備模塊，以保證系統的不連續工作。同樣，TYJL—TR9型計算機聯鎖系統也采用了一系列提高可靠性和安全性的措施。(一)系統采用冗余和容錯技術操作顯示機采用數字化儀輔以鼠標方式，監視控制機是雙機熱備的，系統電源也是由兩路分別捉供的，互為備用。容錯主機那么是包括輸入、處理器和輸出的完全三冗余。因此，系統不會因單點故障而停機．容錯主機在無故障時工作在三取二方式，在一個CPU故障時也可工作在二取二方式。輸入、輸出局部也是這樣。同時，所有模塊均可在線更換。可見，任何單點故障將不影響系統的正常工作，并可通過自檢測來保證系統的故障一安全特性。當系統中有熱備模塊時，系統能自動切換，切斷故障板的工作并給出提示。如果沒有備板或維修人員不在，通過遠程診斷發現故障后，可派員攜帶相關備品前往處理故障。所有這些使得TYJL—TR9型計算機聯鎖系統成為一個無單點故障的高可靠性和高安全性的系統。盡管系統是完全的三重系統，但它全部是在內部實現的，對用戶而言僅是一個系統，僅需一套I/O電纜，無需切換設備。和雙機熱備相比，系統設備數量減少，設計簡單。系統的故障點也相應減少，維修簡便。由于高可靠，高安全，容錯主機已通過許多機構的安全認證，如TUV、CSA、FM、CE等。根據IEC61508標準中的MIL—STD故障率計算，其無故障工作時間高達200年，根據TRICONIX公司1994年的計算，其平均無故障工作時間高達1000年。可見，完善的軟，硬件保證了系統安全可靠。(二)系統采用可靠的聯鎖軟件設計方式根據系統硬件構造，系統軟件分為3個軟件包，即人機接口軟件包、聯鎖邏輯軟件包和執行表示軟件包。通信軟件將這3局部有機地結合起來。人機接口軟件包不涉及安全因素，主要完成操作命令處理、進路預選、圖形顯示和記錄信息的存儲和打印。聯鎖軟件根據IECll31標準，采用冗余編碼方式編制，經過嚴格的自檢測，且數據由CAD自動生成，大大減少了人為因素的錯誤。執行表示軟件提供200多個錯誤監測出口，給出相應的錯誤提示，并指明根據不同的錯誤類型應采取的不同的維護措施。執行表示軟件減輕了維修人員的負擔，使得他們僅需根據指示更換相應模塊即可，不需特殊的專業知識和工具，也無需改線。聯鎖邏輯軟件是模塊化的。軟件數據的構造與站場圖形相適應，每一個道岔、信號、軌道電路都有相應的數據模塊，相鄰的模塊通過上下鏈表連接，站場不同數據不同，但程序一樣。程序包括選路、鎖閉、開信號等幾局部，程序間的連接與6502電氣集中的網絡線相似，因此程序的層次相當清晰且獨立性較強。由于在每一層間傳送信息時都要校驗，提高了系統的安全性。上述的種種措施使得計算機聯鎖系統完全滿足鐵道部公布的技術條件，在最大限度上保證了系統安全可靠。該系統首套于1996年底在密山站投入使用。四、TYJL—TR2000型計算機聯鎖系統TYJL—TR2000型容錯計算機聯鎖系統是建設在完全硬件冗余的根基上的計算機聯鎖系統。它由聯鎖機、監控機、車務控制臺、電務維修機和微機監測系統5局部構成。聯鎖機采用三取二的冗余構造，由3套完全一樣構造的嵌入式微機組成。三重冗余的聯鎖控制模塊、聯鎖控制總線、智能采集驅動模塊，在完成聯鎖邏輯運算的同時，進一步提高了系統的可靠性和安全性。監控機由兩套互為備用的工業控制機組成，主要完成人機接口功能，并通過局域網與聯鎖機進展通信。車務控制臺具有光帶按鈕控制臺、監視器輔以按鈕控制臺、監視器輔以數字化儀控制臺和監視器輔以鼠標控制臺等多種可選方式，提供不同的值班員操作手段和站場狀態顯示方式。電務維修機由一臺工業控制機組成，完成與監控機的通信，記錄系統的運行狀態、故障狀態、操作命令，以及記錄的再現、打印等功能。同時還可以通過撥號上網，實時傳送站場狀態和記錄信息，實現遠程診斷功能。從功能上講，整個系統主要分兩局部，即安全控制區域和非安全控制區域。其中：安全控制區域包括聯鎖邏輯控制層、執行控制層和聯鎖安全總線：非安全控制區域主要包括本地操作表示層和車站控制局域網。總的層次構造如圖6—3—12所示。(一)聯鎖邏輯控制層聯鎖邏輯控制層包括聯鎖邏輯模塊、系統調度模塊和通信管理模塊．其中：聯鎖邏輯模塊根據站場構造和操作要求進展聯鎖邏輯處理和控制：系統調度模塊實現系統間的通信和同步處理：通信管理模塊為聯鎖系統與其他安全系統(如列控系統、場間聯系)提供安全通信信道。(二)執行控制層執行控制層包括智能輸入模塊和智能輸出模塊。智能輸入模塊采集現場設備的狀態信息，具有強大的自檢功能，同時完成三取二處理。智能輸出模塊執行聯鎖的輸出，驅動繼電器并動作信號設備。聯鎖命令經過3條獨立的聯鎖總線送到智能輸出模塊各自的CPU處理器，經過表決后，執行輸出命令。(三)本地操作表示層本地操作表示層包括操作表示模塊、電務維護模塊和遠程通信模塊。其中，操作表示模塊采集值班員的操作命令并進展處理，實現進路的初選，并把執行的結果顯示在控制臺上，同時還提供站場狀態的圖形顯示和系統錯誤提示。電務維護模塊記錄值班員操作命令、站場變化信息、系統錯誤，實現記錄的存儲、打印和再現，完成與微機監測接口和遠程數據傳輸功能。遠程通信模塊提供與車站綜合局域網、廣域網的通信接口，連接各種輔助行車系統。該系統首套于2000年1月在北京東郊環行線車站投入使用，在完全滿足用戶要求的前提下，系統以其良好的性能價格比，為國產容錯計算機聯鎖系統的進一步推廣運用創造了條件。第三節DS6系列計算機聯鎖系統一、研制過程及運用通號總公司研究設計院在20世紀80年代中期開發成功第一臺計算機聯鎖系統，在廠礦及地方鐵路車站得到推廣應用之后，從90年代初開場，根據鐵道部1990年科技開展方案90—X—04B號合同，進展新型計算機聯鎖系統的研究開發。1993年開發成功采用網絡通信技術構成的雙機熱備系統。1995年開發成功具有三取二構造的容錯系統。1996年研究設計院對本院開發的計算機聯鎖統一命名為DS6系列。其中，DS6—11型為雙機熱備系統；DS6—20型為三取二系統；DS6—30型為早期開發在路外應用的系統。1997年1月，DS6—11型系統在路內應用的第一個車站——沈陽局鳳凰城站建成開通。1997年10月，DS6—20型系統應用的第一個車站——上海局蘇州西站建成開通。1999年1月，DS6—11、DS6—20兩種型號同時通過鐵道部的技術鑒定。至2000年12月底，DS6系列計算機聯鎖在全國11個鐵路局路和路外專用鐵路線共開通90個車站。其中DS6—11型55個車站；DS6—20型6個車站；DS6—30型29個車站。為了滿足路內對計算機聯鎖安全性和可靠性不斷提高的要求，從2000年初開場，研究設計院同國內的和利時公司合作，開發擁有自主產權的三取二系統，命名為DS6—50型。同日本京三制作所合作，采用引進K5B型故障一安全型聯鎖計算機硬件，從DS6—11系統移植聯鎖軟件的方法，構成新系統，命名為DS6—K5B型。這兩種新系統都將在2001年投入應用。參與DS6系列計算機聯鎖系統的主要研制人員有：秦兆爽、黃衛中、傅世善、李孝芳、李民等。二、DS6—11型計算機聯鎖系統(一)DS6—11系統的主要特點1．機型采用PC總線工業控制控制微機，可靠性高、兼容性好。整機構造考慮工業現場惡劣環境應用要求，防塵、防震、屏蔽、抗干擾性能好。2．運用網絡通信技術構成層次化構造的分布式系統。有良好的可擴展性和可維護性。3．聯鎖微機采取動態冗余的雙機系統。設計自監測程序，實現雙機自動切換，滿足系統可用性要求。4．表示信息的輸入采用動態編碼技術，控制信息的輸出采取動態驅動方式。滿足故障導向安全要求。5．安全信息采用冗余編碼。運用軟件冗余技術，單機執行雙套聯鎖程序，運算結果軟件比較，提高系統安全性。6．軟件開發貫徹運用了軟件工程方法和管理措施，執行軟件工程標準文檔編制和審查制度，為保證軟件開發質量，做到系統構造化、程序模塊化、文檔標準化。7．編程語言為C語言，可維護性，可移植性好。8．系統綜合采用了多種安全保證措施。包括軟、硬件冗余，容錯，自診斷技術和各種抗干擾措施。系統可靠性和故障一安全性能指標均到達部頒標準要求。9．系統操作方式有按鈕盤、數字化儀和鼠標等多種形式供用戶選擇。站場顯示采用圖形顯示器，配合漢字及語音提示．10．系統具有較完善的診斷和瀾g試功能。對系統的全部輸入輸出、值班員的操作、信號設備動作和系統診斷、故障報警信息具有實時記錄、查詢、圖形再現、打印輸出功能。為查找故障，分析事故提供幫助。人機界面全部為漢字顯示，選單操作，使用方便。11．系統配有遠程監視接口，可提供遠程在線監視和診斷。系統維修中心對在用設備提供終身保修。(二)系統的硬件構造DS6—11型計算機聯鎖硬件系統為多機分布式構造。由控制臺子系統、監測子系統、聯鎖子系統和繼電器接口電路組成。DS6—11型計算機聯鎖系統的構成如圖6—3—13所示。1．控制臺子系統。控制臺子系統由操縱臺、圖形顯示器、語音發生器、控制顯示雙機及控顯機轉換箱組成。行車控制臺的操作方式可選按鈕盤、數字化儀或鼠標。可同時提供兩種操作手段，一種為主用，一種為備用。2．監測子系統。監測子系統由監測分機、通信分機、模擬量采集電路組成。監測分機配備鍵盤、顯示器和打印機，供電務維護人員查詢和打印監測信息。監測分機通過通信分機從控顯機接收控制臺按鈕操作信息，從聯鎖機接收現場信號設備狀態，微機輸出命令，以及系統自檢測的各種診斷信息和故障報警信息。監測分機通過串行通信從模擬量采集接口取得模擬量檢測信息。所有檢測信息都可以在顯示器上實時顯示，同時記錄到數據庫中，供事后查詢，顯示和打印輸出，并能夠以圖形方式再現信號設備的動作過程。3．聯鎖子系統。聯鎖子系統由聯鎖機雙機和各自的輸入／輸出接口組成。聯鎖機內安裝有雙重網絡接口和并行輸入／輸出接口板。兩臺聯鎖機通過網絡交換同步信息，構成動態冗余的熱備系統。輸入／輸出接口電路是微機系統與繼電器接口電路之間的界面。輸入接口的設計采用閉環工作方式和動態編碼信號。輸出接口采用動態輸出方式。輸入輸出／接口均采用光電隔離電路。4．繼電器接口電路。計算機系統通過繼電器接口電路與室外信號設備連接。繼電器接口保存了信號點燈電路、道岔控制電路、軌道電路以及與區間閉塞聯系、場站間聯系等聯系電路。(三)系統的軟件構造應用軟件由站場數據庫和應用程序兩局部組成。站場數據庫包括聯鎖數據庫和顯示數據庫。站場數據庫包含參與聯鎖運算和站場圖形顯示的根基數據，數據庫構造設計綜合了各種站場情況，保證聯鎖程序具有通用性。專門開發的計算機輔助設計軟件能夠自動生成站場數據庫。應用程序由5個軟件包組成：控制顯示軟件包、監測軟件包、網絡通信軟件包、聯鎖軟件包、輸入／輸出軟件包，如圖6—3—14所示。系統的聯鎖軟件采取兩套程序。兩套程序采用不同的設計方法進展聯鎖運算，運算結果在輸出命令級進展比較，比較一致時執行輸出；比較不一致，輸出導向安全側，同時給出報警提示。三、DS6—20型計算機聯鎖系統DS6—20型系統的聯鎖機采用美國通用電氣公司生產的具有容錯和故障安全性能的GMR(GeniusModularRedundancy)系統。GMR系統的主要技術特點如下：1．高可靠性和高安全性。具備三重冗余構造和較強故障診斷能力，具備故障一安全性能，安全性能通過國際認證機構TUV六級認證。2．高可用性。系統在正常情況下三取二工作。任一系故障時可降級三取二工作。3．故障診斷功能。GMR系統中任何單元故障，能獨立隔離，可在不中斷系統運行條件下，修復故障單元。輸入模塊、控制模塊、輸出模塊，均具有較強自診斷功能。4．系統信息處理從信息輸入到中央處理器運算和信息傳輸都采取三重冗余。輸出模塊進展三取二表決，保證系統高安全性。在二取二模式工作時，缺省的一系以安全態的邏輯值參與表決。5．可擴展性好。分布式網絡構造，系統可擴展能力強，分布式I／O模塊構造，便于現場施工，節省電纜造價，更適合于現場控制。6．具有在線測試和遠程修改和監視功能。DS6—20系統的設計在GMR系統的根基上，結合了DS6—11系統的成果。人機界面層的軟件和硬件與DS6—11系統一樣。聯鎖運算軟件的所有程序模塊全部從DS6—11系統移植。因此DS6—20系統具有與DS6—11系統完全一樣的聯鎖功能。DS6—20系統構造如圖6—3—15所示。第四節JD—IA型計算機聯鎖系統一、研制過程及運用從20世紀80年代初起，北方交通大學就開展了計算機聯鎖系統的科研和教學工作。十幾年來，北方交通大學培養了數十名研究生，研究內容涉及計算機聯鎖系統構造、數據構成、基本算法、安全性輸入輸出、安全性數據通道、人機界面等理論與應用的許多方面，解決了計算機聯鎖大局部的可靠性、安全性方面的理論課題。在積累多年科研成果的根基上，1990年，北方交通大學開場研制計算機聯鎖的實用系統1992年，第一套計算機聯鎖系統在首鋼企業內部鐵路煉鋼東樓站開通使用，并于1993年通過了冶金部的技術鑒定。截至1999年底，北方交通大學已有近40套計算機聯鎖系統在國內干線、支線鐵路及地方鐵路車站得到應用。從1998年上半年開場，北方交通大學開場研制基于新型控制總線的新一代計算機聯鎖系統，定名為JD—IA型計算機聯鎖系統，1998年10月，鐵道部組織審查組對JD—IA型計算機聯鎖樣機進展了審查，肯定了樣機的總體構造、機型選用、安全輸入／輸出原理及雙接口輸入電路的優點，肯定了系統總體的安全性和可靠性，同時提出了改進的意見。在對聯鎖系統的網絡通信、同步校核、上電跟蹤、硬件備份、故障檢測等技術性能做了大幅度改進和提高之后，1999年5月，JD—IA型計算機聯鎖系統通過了鐵道部審查組的第二次技術審查和嚴格的測試。其軟件也通過了鐵道部計算機聯鎖檢驗站的測試。該套系統于1999年7月在哈爾濱鐵路局管內對青山車站開通使用，并于2000年5月通過了鐵道部的技術鑒定。參與JD—IA型計算機聯鎖系統的主要研制人員有：王文輝、單冬、于拓華等。二、系統構造(一)系統的硬件構造JD—IA型計算機聯鎖系統屬于雙機熱備型系統。在構造上主要有以下特點：1．系統的核心局部采用由外部控制型總線構成的聯鎖機，如圖6—3—16所示。它的特點是把計算機內部的高速總線和供I／O接口使用的控制總線分開設置，再經由總線轉換電路實現連接。這樣做的好處是利用電流環原理提高了控制總線的負荷能力，便于I／O接口的擴展，較大地減弱了由I／O接口竄入計算機內部總線的外來干擾，提高了計算機的抗干擾能力，另外，當更換不同類型的CPU主機時，不影響控制總線上I／O模板的使用。2．系統采用聯鎖網和監控網兩層構造，如圖6—3—17所示。聯鎖網由兩套并聯的CAN網組成。它僅用來實現聯鎖機間以及聯鎖機與上位機之間的數據交換與通信．采用雙聯鎖網的目的在于提高網絡的可靠性。任一網絡斷線或任一網絡通信口發生故障時，均不影響聯鎖系統的正常運行。聯鎖網是封閉型的，以防止聯鎖軟件遭外部的入侵。監控網目前也由CAN網組成，它是開放型的。通過該網可將聯鎖系統的數據傳輸紿系統的監測機或其他系統。3．系統具有較完善的冗余構造。為了提高系統的可靠性，除了操作臺和雙機電路外，系統的其他資源均采用雙份構造，其中包括人機對話機(上位機)、聯鎖機、電源、輸入電路、輸出電路、動態驅動電路以及通信網絡等。在JD—工A系統中不采用電子驅動電路與電磁機構合一的動態繼電器，而是將電子驅動電路劃入聯鎖機內部的組成局部。考慮到驅動電路所采用的電容器相對來說易老化，可靠性相對較低，因而采用雙套電路并實時檢測它們的輸出電平有利于狀態修和及時切換。(二)系統的軟件構造JD-IA系統采用的雙份聯鎖軟件是較嚴格地按照功能一樣，版本各異的原那么編制的。對于各聯鎖程序所有的數據不僅分別設置在不同的物理區，而且對于每一數據都賦給一個鑒別值和不同的數據項，使數據具有較大的碼距，較嚴密地防止了地址出錯和讀寫出錯。萬一出錯那么導向安全側，并能及時檢出，從而提高了軟件功能的可靠性和系統的故障一安全性。三、系統特點(一)系統具有較強的故障檢測和診斷能力雙機熱備系統必須在強有力的故障檢測和診斷能力的支持下才能發揮其備件的功能前所述，JD—IA系統采用了較完善的雙份構造，因此在故障檢測和診斷方面的設計較為細致。對于每一硬件模塊和網絡都能直接或間接地實時檢測，一且出現故障可及時發現，通過切換措施保證系統繼續正常運行，并給出報警信號。在JD—IA系統中，設有驅動繼電器的電子電路輸出電平(即繼電器的工作電壓)的檢測點，當聯鎖機有控制信息輸出時，假設驅動的輸出電平雖然能使繼電器勵磁但達不到工作值時，也可立即檢出并報警，以便及早維護。如果輸出電平達不到繼電器吸起值，那么由備份電路自動頂替。(二)系統具有較完善的雙機切換機理和性能雙機熱備式聯鎖系統的切換(倒機)技術不僅要保障系統的可靠性和可用性，而且還必須保障系統的安全性。JD-IA系統的兩臺聯鎖機A和B是基于自律原那么設計的，系統的安全性是由單機保障的，單機自身及相關接口電路等的故障原那么上也是由單機自身檢測的。這樣可以減少由于自檢和互檢的結果不一致而造成故障真實性判斷上的失誤。由于采取了自律機制，A和B兩機的地位平等，沒有主從之分。在第一次開機時，假設先啟動A機進人丁作狀態，那么A機就成為對外部設備有控制權的主控機，而B機那么自動地成為備機(假設同時啟動兩機，那么存在競爭狀態，硬件邏輯保證勝者優先為主控機)。如果主控機A發生了故障，那么備機自動頂替上去成為主控機。此后，A機修復投入運行后，它只能處于備機地位，除非人工有意切換或主控機發生了故障，A機才可能擔當主控機。這樣做的目的在于減少雙機切換次數，提高系統的穩定性和可靠性。當主控機在正常運行時，另一臺單機無論是故障修復后還是脫機試驗后上電，都將在自檢后十余秒內自動從主控機取得所需數據，自動地進展聯鎖運算，校核取得數據的正確性，驗證雙機數據一致后，即與上位機取得通信聯系，到達與主控機同步的運行狀態，即自動進入備機狀態，實現熱備。這一過程不需人工參與，現場作業照常進展，對車站值班員的操作不受影響，對主控機的運行毫無干擾，提高了系統的可用性。在備機發生故障尚未修復前，理論上主控機也有發生故障的可能。盡管這種可能性微乎其微，但也應給予考慮。在這種情況下，JD—IA系統讓主控機繼續維持工作，只要主控機發生的不是致命性故障(例如CPU關鍵部位故障)，那么仍能完成一定的聯鎖功能而不致造成整個系統癱瘓。由于單機工作是自律型的，所以在故障下運行仍能保證安全。JD—IA系統聯鎖機A和B的切換、上電或單機的電路板的插拔過程，均不影響現場的正常作業和值班人員的正常操作，做到了無擾動切換。第五節VPI型計算機聯鎖系統一、研制過程及運用卡斯柯信號早在凹世紀90年代初期引進阿爾斯通集團信號公司(ALSTOMSIGNALINGINC)的VPI(VitalProcessorInterlocking)專利技術，結合中國鐵路運營技術要求進展二次開發生產的適應我國鐵路要求的車站計算機聯鎖系統。該系統屬于單機系統，1991年11月以來，已經在國內干線和支線鐵路車站、樞紐、城市輕軌、地下鐵道、地方港口鐵路等工程中應用。“九五嗍間，開通了16個站。為了進一步提高聯鎖系統的可靠性和可用性，在上述單機系統的根基上，卡斯柯信號公司研制了雙機熱備式計算機聯鎖系統，定名為VPI型計算機聯鎖系統(以下簡稱VPI系統)。參加研制的人員有：凌祝軍、黃鴻等。2000年8月3日，VPI型計算機聯鎖系統通過了鐵道部的技術鑒定。鑒定意見指出：“一、VPI型計算機聯鎖系統是以從國外引進的VPI專用聯鎖機為根基構成的多微機系統。二、該系統主要以VPI專用聯鎖機的安全技術監視正確的聯鎖邏輯表達式的運算，以保障系統的安全運行。三、該系統具有以下優點：1。聯鎖層和人機對話層的計算機均采用雙機熱備構造，提高了系統的可靠性。2。雙機熱備聯鎖機采用同步跟蹤技術，使系統具有無擾動切換性能，提高了系統的穩定性。3。計算機之間采用多通道重組技術，系統重組靈活，提高了系統的可用性。4。維護終端機具備微機檢測功能。〞二、系統構造一個典型的VPI系統，包括人機接口(MMl)、聯鎖機和系統維護臺(SM)，較大車站可增設值班員臺(GPC)。VPI系統的構造如圖6—3—18所示。聯鎖機采用阿爾斯通集團(ALSTOM)信號公司的計算機聯鎖核心技術，原版引進國外VPI各型印制板電路圖、元器件(含接插件)、非標關鍵元器件制造和測試技術以及印制板布線圖(膠片)等；聯鎖機所有安全型電路板的各導線間及各導線與地之間都能承受交流3000V(有效值)的高壓沖擊，有很強的抗干擾和抗雷害能力；VPI印制電路板上的器件符合美國MIL—HDBK—217和REV．D—1關于大規模集成電路器件軍用標準的強制條款的規定，并保證在-40°C—+70°C環境溫度下正常工作。MMI、SM、GPC等均采用工業控制計算機。性能穩定，抗惡劣環境能力強，技術支持有保證，硬件升級方便靈活。上述子系統通過冗余網絡構成Client／Server(客戶機／服務器)體系構造，實現硬件資源的合理配置，信息資源的充分共享，整個系統工作協調統一，保證控顯功能正確實施。(一)人機接口(MMl)采用0S／2(或WINDOWSNT)操作系統，兩套配置完全一樣的MMI形成特有的雙機熱備人機對話層，提高了系統的可靠性。主MMI為系統的服務器，用于辦理進路等操作控制，并向MMI等客戶機提供共享信息。MMI還可提供語音提示和報警。MMI的主要功能有：辦理進路、取消進路、人工解鎖進路、重復開放信號、區段事故解鎖、辦理引導進路、引導總鎖閉、辦理封鎖、解除封鎖、道岔單操、道岔單鎖、道岔解鎖、聯鎖功能預檢查等。(二)系統維護臺(SM)SM采用WINDOWSNT操作系統，其主要功能有：記錄系統的操作與控制：診斷系統各模塊工作；與調度監視／DMIS系統聯網接口；作為微機監測的車站機，完成對室內外信號設備的監測、記錄和報警。(三)值班員臺(GPC)GPC采用-0S／2(或WINDOWSNT)操作系統，界面與MMI完全一樣，為車站值班員提供車站作業情況的實時顯示。(四)VPI聯鎖機(VPl)1．VPI聯鎖機的硬件圖6—3—19為VPI聯鎖機硬件框圖。圖中CPU／PD板是聯鎖機的核心，它通過CPU總線(MAINCPUBUS)與安全型繼電器驅動器板(VRD)、輸入輸出總線接口板(I／OBUS)、安全型串行控制器板(VSC)、電碼系統模擬器擴展板CSEX(用于非安全型通信和邏輯處理)進展數據交換：安全型輸入板(D1)和安全型單斷輸出板(SBO)經VRD板實時安全校驗后，接收CPU／PD板的輸入、輸出命令：VSC板用于與相鄰的VPI系統進展安全型通信，而非安全輸入／輸出板(NVI／NVO)那么承受CSEX板的采集、驅動命令。CSEX板可與調度集中／調度監視接口。VPI系統聯鎖機各型印制電路板簡介如下：(1)．CPU／PD。CPU／PD板執行所有與聯鎖有關的邏輯運算。包括I／O選址、聯鎖運算和輸入／輸出的安全檢查等。(2)．VRD(安全型繼電器驅動器板)。VRD板是VPI系統的安全型監視機構，獨立于CPU／PD，面向系統進展全面的安全檢查。它以一定的間隔接收編碼校驗信息，如校驗信息正確，那么勵磁一個安全型繼電器(VRD)，用以證明系統自檢正常。在發現系統出錯的情況下，安全型繼電器VRD將切斷VPI接口繼電器勵磁電源。(3)．VSC(安全型串行控制器)。VSC板為2個安全型計算機聯鎖系統間相互交換安全型信息提供通信媒介。對位于同一信號樓內的安全系統間通信，可采用RS—422標準接口，而對位于不同信號樓的安全系統，可在VSC板上插一塊光調制解調器板；另外，VSC有—對多點版本的MVSC板，每塊MVSC板可以與15個分機接口。(4)．I／OB?輸入／輸出總線接口板?。I／OB板提供地址譯碼和VPI的CPU／PD與安全型輸入／輸出板之間的總線擴展。它協助進展安全型輸出口的狀態檢查和把串行數據流轉換成并行信息。所有的安全型輸入／輸出板DI和SBO均通過I／OB板與CPU／PD板進展通信。(5)．DI(安全型輸入板)。每塊安全型輸入板DI有16個輸入口。DI板上的電路能使VPI系統安全地檢測輸入狀態。每個輸入端口都有一個指示燈，當某端口有輸入信號時，相應的指示燈點亮。(6)．SBO(安全型單斷輸出板)。每塊安全型單斷輸出板SBO有8個輸出口。輸出板上的電路能使VPI系統安全地判斷與當前聯鎖邏輯條件有關的任何輸出端口的狀態。每個輸出端口都設有一個指示燈。當端口有輸出時，相應的指示燈點亮。(7)．CSEX／CSEXⅡ(電碼系統模擬器擴展板I型／Ⅱ型)。CSEX／CSEXⅡ用以進展非安全通信(如與調度集中／調度監視系統接口)，進展非安全層邏輯運算，并與非安全型輸入／輸出板接口。(8)．NVI(非安全型輸入板)。每塊非安全型輸入NVI有32個輸入口，并有相對應的輸入指示燈。通過非安全型輸入板將有關非安全型監測報警信息送入聯鎖處理模塊之中。(9)．NVO(非安全型輸出板)。每塊非安全型輸出板NVO有32個輸出口，并有相對應的輸出指示燈。如果車站選用傳統的控制臺方式，那么可用非安全型輸出板來點亮控制臺上的光帶或表示燈。2．VPI聯鎖機的軟件VPI的軟件采用構造化、模塊化設計方法設計，主要組成局部有：(1)安全型子任務軟件。安全型子任務軟件駐留在VPI的CPU／PD板的EPROM內，不隨具體的應用環境而變化。這一軟件實際上是VPI的安全型操作系統。(2)診斷軟件。診斷軟件駐留在VPI聯鎖機CPU／PD板的EPROM內，不隨具體的應用環境而變化。(3)安全型應用軟件。通過鐵道部計算機聯鎖軟件制式測試的安全型應用軟件(聯鎖軟件)以及描述站型特征的軟件，經VPI—CAA軟件包編譯后，形成兩個不同版本的軟件，分別被同化在CPU／PD板的兩個EPROM內。相異版本軟件、經安全認證的編譯和固化技術，符合有關的國際標準。3．聯鎖機的故障一安全設計VPI是ALSIDM信號公司設計的專用于鐵路信號聯鎖控制的專利產品，采用了多重故障一安全技術，獲得了國際上的安全認證。根據歐洲標準EN50129的定義，VPI綜合運用了“組合故障一安全〞、“反響故障一安全〞和“固有故障一安全〞技術。其構造如6—3—20所示。(1)聯鎖機從硬件上分通道A和通道B兩局部進展聯鎖運算。對同一信號設備，在通道A和通道B中采用了獨立相異的兩組編碼來表示，運行各自獨立的軟件，使聯鎖機從硬件到軟件均構成二取二的“組合故障一安全〞體系構造。(2)在聯鎖運算采用二取二模式的根基上，通道A和通道B每執行一行程序，均分別構成校核字的一局部被實時地送到以VRD板為核心的獨立的安全檢測防護局部進展校核，以監視系統完好，且每行程序均得到正確執行。VRD板還對各安全型輸出端口進展實時動態校核(校核周期為50ms)，確保防護電路在系統可能發生錯誤輸出之前即切斷輸出通道的電流，以實現故障一安全目的。在這里，VPI系統應用了“反響故障一安全〞技術。(3)VPI系統中的VRD板、DI板、SBO板以及SBO板中的AOCD(無電流檢測器)等元器件，都像安全型繼電器一樣具有“固有故障一安全〞特性。參照EN50129標準，VPI是局部采用了“固有故障一安全〞電路，局部采用了二取二的“組合故障一安全〞技術，又采用了“反響故障一安全〞技術的綜合安全系統。在此根基上，卡斯柯公司經過二次開發所提供的VPI系統為雙套冗余熱備，滿足了鐵道部的技術要求，提高了系統的可靠性和可用性。4．聯鎖機的可靠性設計VPI印制電路板上的器件符合MIL—HDBK—217和REV．D—1關于大規模集成電路器件美國軍用標準強制條款的規定，因此，~PI系統聯鎖機可以在—40°C—+70°C情況下正常工作。安全型輸入板(D1)由一個金屬氧化物變阻器MOV和一個56Ω/lW的電阻器提供瞬時保護。這個MOV可以處理1700V、3．6W、峰值電流為30A的瞬態干擾。MOV通常與輸入電路并聯，使MOV能為瞬態過程提供通路從而使電路板上的其他局部免受損壞；安全型輸入和安全型輸出的每一種狀態都用32bit來表達，大大增強了系統的抗干擾能力：在安全型輸出板(SBO)上也裝有MOV，對各端口提供瞬態保護；抗供電電源干擾方面，分設了多個濾波器，以防止電源噪聲和外部電磁干擾(EMI)進入VPI系統。在采用了綜合措施以后，VPI單機系統的指標到達：雙通道不可檢出錯誤概率為5．43X10-20系統不可檢出不安全間隔(MTBUF)為5．8X1010年。(五)VPI系統的雙機熱備設計VPI的雙機熱備機制按以下原那么設計：1．聯鎖機雙機熱備；2．MMI雙機熱備；3．雙網冗余；4．任一聯鎖機和MMI正常，應保證系統自動重組，使系統仍可繼續工作；5．可手動或自動切換。三、系統特點綜合VPI系統的特點，簡要說明如下：1．高安全性。VPI型安全計算機聯鎖系統采用“數字集成安全保證邏輯(NISAL)〞、“I／O端口50ms周期獨立相異校核字動態測試〞、“獨立計時器〞、“雙通道相異軟件〞、“固有故障一安全〞、“組合故障一安全)x(反響故障一安全〞等獲得國際認證的可編程安全系統設計技術，保證了系統的安全性。聯鎖軟件通過了鐵道部計算機聯鎖檢驗站的測試。2．高可靠性和高可用性。與行車指揮及控制相關的設備(MMI)采用全熱備(冗余)的Client／Server體系構造，該系統的聯鎖機同步跟蹤技術、系統局部故障自動重組技術，在系統設計中組合應用的多媒體技術、CAN現場總線技術，該系統聯鎖機采用的滿足信號設備大修周期要求、正常工作溫度為—40°C—+70°C的軍標元器件和接插件等，提高了系統的可靠性和可用性。3．高防雷性能和高抗干擾能力。系統采用多處理器、相互獨立的計算機電源、防浪涌和雙重電源防雷、機箱屏蔽接地、分區濾波等技術，使設備具有較高的防雷和抗干擾能力，并通過了鐵道部的防雷和抗電磁干擾檢測。系統優異的防雷和抗干擾性能，在電氣化區段使用VPI系統不需要對信號樓進展增設屏蔽裝置的改造，節約了綜合投資。4．接口電路簡單，系統適用面廣，維護手段全面。系統與室外設備的接口采用普通安全型繼電器，全面簡化電路設計，降低接口電路造價：VPI系統支持單點和多點安全型串行通信，系統組態靈活，能很方便地構成車站或區域計算機聯鎖，并具有與DMIS、DSS／CTC、微機監測等系統優化硬件配置的特點，有利于減少系統綜合投資：同時，VPI自診斷功能比較完善，故障定位到板級，輸入／輸出板故障定位到端口，遠程診斷接口可接至用戶主管單位和卡斯柯公司VPI專用網管中心。第六節國外計算機聯鎖技術簡介自1987年世界上第一個計算機聯鎖控制系統問世以來，各國的計算機聯鎖技術開展相當迅速。這一節僅就幾個典型的系統，著重從系統的構造及故障一安全實現技術這兩個方面作一概括的介紹，以使讀者對它有一個初步的了解。一、瑞典EBILOCK850型計算機聯鎖系統(一)EBILOGK850型系統的構成如圖6—3—21所示，整個系統采用分層控制構造，由控制和監視系統、聯鎖處理系統、數據傳輸系統和控制信號機、道岔等現場設備用的目標控制器組成。1．控制和監視系統在基本型的EBILOCK850系統中，控制和監視功能的處理是由設在聯鎖計算機內的程序系統完成，不再單獨設置專用的微處理系統。因此，操作員終端設備在配置上是和聯鎖處理機連接在一起的，如圖6—3—21所示。基本型的EBILOCK850系統可供兩個值班員共用，他們有各自的鍵盤和一臺或兩臺彩色顯示器。該設備可使值班員建設列車或調車進路，控制各信號設備，并監視列車運行狀況。此外，系統設有各種告警功能，告警信息可在監視器顯示或由打印機輸出。系統還可記錄設備動作過程，目的是為檢查列車通過時刻，調查事故和方便維修服務。在較大的系統中，控制和監視功能是由一臺別離式EBILOCK715系統進展處理的，如圖6—3—21虛框所示。這樣，整個系統可以通過別離式EBILOCK715系統連接更多的操作、維護鍵盤，并提供較全的功能，例如列車描述系統，更先進的自動編排列車進路等。2．聯鎖處理系統聯鎖處理系統采用Ericson公司的UACl610P控制用微機。它的主要目的是確保行車安全，一旦為某一列車建設起列車進路，必須防止其他列車進入，該列車進路的所有道岔也必須全部鎖閉，并確保不能轉換。一套聯鎖系統的控制和監視范圍為400個目標(包括信號機、道岔和其他信號目標)。兩套或更多套系統互連，