【正文】 研究?jī)?nèi)容及技術(shù)路線(xiàn) 研究?jī)?nèi)容以計(jì)算機(jī)連鎖的概述和功能作為全文的理論基礎(chǔ)，系統(tǒng)的分析了計(jì)算機(jī)連鎖工作原理，在其中詳細(xì)的介紹了計(jì)算機(jī)連鎖系統(tǒng)的基本原理、硬件組成以及其可靠性和安全性；在這些理論基礎(chǔ)條件下，研究了計(jì)算機(jī)連鎖系統(tǒng)故障維護(hù)及其探究，其中有故障種類(lèi)及其故障分析；最后闡述了計(jì)算機(jī)連鎖系統(tǒng)的發(fā)展前景。 技術(shù)條件第一，計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖能滿(mǎn)足各種車(chē)站（場(chǎng)）規(guī)模和運(yùn)輸作業(yè)的需要，保證行車(chē)安全，提高運(yùn)輸效率，并具備大信息量和聯(lián)網(wǎng)能力。計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖采用硬件冗余結(jié)構(gòu)，如雙機(jī)熱備、三取二或二乘二取二的結(jié)構(gòu)。可靠度指標(biāo)：平均故障間隔時(shí)間（MTBF）大于或等于106h；安全度指標(biāo)：平均危險(xiǎn)側(cè)輸出間隔時(shí)間大于或等于1011h。第二，計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖使用涉及安全的電路符合故障安全原則；電路故障能即時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)故障會(huì)危及行車(chē)安全時(shí)，能切斷系統(tǒng)的危險(xiǎn)側(cè)輸出。計(jì)算機(jī)硬件體系結(jié)構(gòu)為層次結(jié)構(gòu)，如分為人及對(duì)話(huà)層、聯(lián)鎖運(yùn)用層和執(zhí)行表示層。計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖具有通過(guò)通信前置處理機(jī)和通信網(wǎng)與其他系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)通信能力，與調(diào)度指揮系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信符合有關(guān)規(guī)定。第三，計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖的軟件系統(tǒng)達(dá)到軟件制式檢測(cè)要求的可靠性和安全性，所有程序都具有模塊化，結(jié)構(gòu)化和標(biāo)準(zhǔn)化的特點(diǎn)。計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖的各種接口與通道能保證長(zhǎng)期使用的高穩(wěn)定性和高可靠性。計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖能通過(guò)外部數(shù)據(jù)通道或計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與其他自動(dòng)化或管理系統(tǒng)。第四，計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖設(shè)有兩路獨(dú)立電源供電，并且有自動(dòng)轉(zhuǎn)接功能，以保證不間斷供電。計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖采取了必要的防電磁干擾和防雷措施，以保證在規(guī)定嚴(yán)酷性等級(jí)的運(yùn)用環(huán)境中，設(shè)備都能正常工作。信號(hào)設(shè)備的接地電阻不大于10Ω，用于防護(hù)電子設(shè)備的安全保護(hù)地線(xiàn)的接地裝置，其接地電阻值不大于4Ω。對(duì)于重雷害地區(qū)，地線(xiàn)設(shè)置還采取了特殊措施。第五，監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)作為系統(tǒng)基本組成部分，為維護(hù)使用部門(mén)提供監(jiān)測(cè)、報(bào)警、統(tǒng)計(jì)、分析、管理、遠(yuǎn)程診斷及維護(hù)功能。根據(jù)需要設(shè)應(yīng)急盤(pán)，在計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖失效時(shí)控制道岔和引導(dǎo)信號(hào)。第二章 計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖工作原理 計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)硬件組成計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)采用的是工業(yè)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，用以實(shí)現(xiàn)對(duì)鐵路車(chē)站運(yùn)輸生產(chǎn)過(guò)程的監(jiān)測(cè)與控制。它由工業(yè)控制計(jì)算機(jī)和生產(chǎn)過(guò)程兩大部分組成，工業(yè)控制計(jì)算機(jī)是指按生產(chǎn)過(guò)程控制特點(diǎn)和要求而設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)，它包括硬件和軟件兩部分。對(duì)鐵路信號(hào)領(lǐng)域來(lái)說(shuō)，生產(chǎn)過(guò)程就是指工業(yè)控制計(jì)算機(jī)通過(guò)過(guò)程輸入\輸出通道和繼電結(jié)合電路對(duì)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控對(duì)象如道岔和信號(hào)機(jī)等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。典型的計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)硬件組成如圖21所示。CPURAMMMROM主機(jī)系統(tǒng)支持板人機(jī)對(duì)話(huà)設(shè)備人機(jī)接口其他計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通信接口外部設(shè)備內(nèi)部總線(xiàn)磁盤(pán)系統(tǒng)通用I\O接口開(kāi)關(guān)量輸入通道通用I\O接口開(kāi)關(guān)量輸出通道繼電結(jié)合電路現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控對(duì)象工業(yè)控制計(jì)算機(jī)圖21 計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)硬件組成框圖由于計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的綜合性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)繼電聯(lián)鎖系統(tǒng)，因此車(chē)站聯(lián)鎖系統(tǒng)由繼電裝置向計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)轉(zhuǎn)化已成為一種不可扭轉(zhuǎn)的趨勢(shì)。具體來(lái)說(shuō)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)在適時(shí)性、安全性、可靠性、可維護(hù)性及性?xún)r(jià)比等若干方面。計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)是利用目前已有的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，研制一套專(zhuān)用的硬件與軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)信號(hào)、進(jìn)路與道岔間的聯(lián)鎖關(guān)系，因此它實(shí)質(zhì)上是一個(gè)滿(mǎn)足故障——安全信號(hào)原則的聯(lián)鎖邏輯運(yùn)算系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)在系統(tǒng)中的作用是將操作命令與現(xiàn)場(chǎng)各種輸入的表示信息讀入，再根據(jù)計(jì)算機(jī)內(nèi)部狀態(tài)等條件進(jìn)行邏輯運(yùn)算，判斷后輸出控制信息至執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)多變量數(shù)字輸入和多變量數(shù)字輸出這樣一個(gè)復(fù)雜傳遞函數(shù)的變換，圖22是邏輯運(yùn)算系統(tǒng)的原理圖。 圖22 聯(lián)鎖邏輯運(yùn)算系統(tǒng)原理圖從計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)來(lái)看屬于二級(jí)集散式控制系統(tǒng)，突破了舊有的集中式信號(hào)系統(tǒng)模式，具有模塊化、層次化等特點(diǎn)。模塊化是指聯(lián)鎖機(jī)主模塊、PLC及信號(hào)結(jié)合模塊等，層次化是指系統(tǒng)具有操作表示層、聯(lián)鎖運(yùn)算層、復(fù)核驅(qū)動(dòng)層、結(jié)合電路層及監(jiān)控對(duì)象層等五個(gè)物理層次。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于可根據(jù)車(chē)站規(guī)模的大小、作業(yè)需求的不同，在不改變聯(lián)鎖軟件的基礎(chǔ)上通過(guò)修改站場(chǎng)靜態(tài)數(shù)據(jù)并增設(shè)相應(yīng)硬件模塊，即可滿(mǎn)足系統(tǒng)的擴(kuò)容要求，先進(jìn)的控制體系結(jié)構(gòu)結(jié)合工藝設(shè)計(jì)使得系統(tǒng)調(diào)試周期與現(xiàn)場(chǎng)施工、開(kāi)通周期均大為縮短，具有很好的經(jīng)濟(jì)與實(shí)用性。將來(lái)自鍵盤(pán)、鼠標(biāo)等操作輸入，經(jīng)串口送達(dá)聯(lián)鎖計(jì)算機(jī)，同時(shí)在圖形顯示器上顯示站場(chǎng)表示信息。在站場(chǎng)規(guī)模較大致使聯(lián)鎖計(jì)算機(jī)負(fù)擔(dān)較重或需要多終端操作的情況下，可設(shè)置操作命令采集機(jī)進(jìn)行操作命令輸入的有效性判別并轉(zhuǎn)換成約定格式傳送給聯(lián)鎖計(jì)算機(jī)。聯(lián)鎖微機(jī)是系統(tǒng)的核心部分，承擔(dān)著操作輸入的判別、聯(lián)鎖信號(hào)的調(diào)理及分析、邏輯運(yùn)算、控制命令生成、故障診斷等任務(wù)，其可靠性、安全性對(duì)系統(tǒng)的總體故障—安全性能有較大影響，HJ04A系統(tǒng)中設(shè)置了兩臺(tái)聯(lián)鎖微機(jī)，其中一臺(tái)為冷備機(jī)，可進(jìn)行人工切換。復(fù)核驅(qū)動(dòng)層由PLC組成，其承擔(dān)著采集表示信息并將聯(lián)鎖微機(jī)下達(dá)的操作命令轉(zhuǎn)化為故障—安全的控制信號(hào)的任務(wù)，作為系統(tǒng)安全性設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)之一，PLC還承擔(dān)著對(duì)聯(lián)鎖微機(jī)形成的操作命令進(jìn)行復(fù)核檢查的屏障作用。結(jié)合電路的任務(wù)之一是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控設(shè)備表示信息與PLC輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的安全邏輯轉(zhuǎn)換，使PLC的輸入、輸出信息均具有故障—安全性能。任務(wù)之二是用專(zhuān)用電路規(guī)范監(jiān)控設(shè)備的測(cè)控過(guò)程，即包括表示信息采集機(jī)制與設(shè)備驅(qū)動(dòng)流程。監(jiān)控設(shè)備是指聯(lián)鎖系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，即道岔、信號(hào)機(jī)與軌道電路。目前，國(guó)內(nèi)外進(jìn)行高可靠系統(tǒng)的容錯(cuò)設(shè)計(jì)多采用三模靜態(tài)冗余方案或二模動(dòng)態(tài)冗余方案。其中前者完全是靠硬件冗余來(lái)提升可靠性的，后者則不僅使用了硬件冗余資源，同時(shí)也使用了故障檢測(cè)技術(shù)與軟件冗余資源。這二種方案的共同特點(diǎn)是對(duì)硬件故障具有較強(qiáng)的屏蔽與糾錯(cuò)能力。然而這二種方案均存在一定的實(shí)現(xiàn)難度與缺陷，三模冗余系統(tǒng)必須實(shí)現(xiàn)三模的同步進(jìn)程及表決器的高可靠設(shè)計(jì)，尤其需要解決時(shí)鐘容錯(cuò)的問(wèn)題；二模動(dòng)態(tài)冗余系統(tǒng)則要求冗余管理機(jī)構(gòu)的高效與可靠性。目前這二類(lèi)系統(tǒng)的可靠性計(jì)算都是在設(shè)定表決器或冗余管理機(jī)構(gòu)的可靠度R(t)=1的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，同時(shí)由于設(shè)備直接投資成本過(guò)高，因而在非航天、通訊等可靠性要求很高的領(lǐng)域應(yīng)用不多。在鐵路信號(hào)領(lǐng)域，由于行車(chē)安全被認(rèn)為是超過(guò)效率的重要考慮，因此相應(yīng)對(duì)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的可靠性與安全性要求很高，針對(duì)這種情況，可以有二種方式供我們?cè)谠O(shè)計(jì)中進(jìn)行選擇。其一是強(qiáng)化系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)，這是基于可靠性理論包含了系統(tǒng)故障的屏蔽效應(yīng)，因而用高可靠性換取系統(tǒng)的低故障率，以此隱含了對(duì)安全性的相對(duì)提升。但可靠性技術(shù)總是受一定的條件所限制，如硬件冗余資源使用、采用高可靠器件等，這完全取決于系統(tǒng)的可靠性要求及財(cái)力許可。其次我們可以基于這樣一個(gè)思路來(lái)考慮問(wèn)題：如果計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)在保證一定可靠性要求基礎(chǔ)上并結(jié)合故障—安全技術(shù)來(lái)得以實(shí)現(xiàn)，實(shí)質(zhì)上也就是說(shuō)犧牲少量的效率來(lái)避免昂貴的成本并換取系統(tǒng)的高安全性，同樣也能滿(mǎn)足鐵路信號(hào)對(duì)聯(lián)鎖系統(tǒng)的性能要求。容錯(cuò)技術(shù)在計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)中的應(yīng)用：隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，尤其是高可靠性技術(shù)及容錯(cuò)理論與技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)在鐵路信號(hào)聯(lián)鎖設(shè)備的應(yīng)用也逐漸廣泛。由于計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)處理涉及安全的信息，而它主要是由大規(guī)模和超大規(guī)模的集成電路芯片組成，集成電路芯片具有對(duì)