【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 陷于癱瘓，整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)將遭受嚴(yán)重?fù)p失。從鐵路一開(kāi)始出現(xiàn)，人們就吧把鐵路信號(hào)中的故障 —— 安全技術(shù)作為一個(gè)專題進(jìn)行研究。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，特別是對(duì)可靠性和冗余容錯(cuò)技術(shù)的深入研究，車站信號(hào) 聯(lián)鎖 安全技術(shù)也正在不斷的更新和發(fā)展。 2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 國(guó)外 車站計(jì)算機(jī)連鎖系統(tǒng) 的 應(yīng)用現(xiàn)狀 1978年世界第一個(gè)計(jì)算機(jī) 聯(lián)鎖 系統(tǒng)在瑞典哥德堡問(wèn)世 , 從 20世紀(jì) 80年代起各國(guó)競(jìng)相研究開(kāi)發(fā)計(jì)算機(jī) 聯(lián)鎖 系統(tǒng) , 并取得了顯著的成績(jī) ,日本在 1980 年由鐵路綜合技術(shù)研究所、京三公司、日信公司合作開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)了由三重冗余微計(jì)算機(jī)組成的計(jì)算機(jī) 聯(lián)鎖 裝置 , 1985 年實(shí)際投入使用的 JR 東日本的南古谷車庫(kù)的計(jì)算機(jī) 聯(lián)鎖 裝置是日本第一臺(tái)計(jì)算機(jī)聯(lián)裝置 ,90 年代起很多國(guó)家已開(kāi)始大面積推廣微機(jī) 聯(lián)鎖 系統(tǒng) , 如日本、英國(guó)制定技術(shù)政策 , 不再發(fā)展繼電 聯(lián)鎖 , 而由計(jì)算機(jī) 聯(lián)鎖 取代 ,經(jīng)過(guò) 20 多年的發(fā)展 , 計(jì)算機(jī) 聯(lián)鎖 技術(shù)在發(fā)達(dá)國(guó)家已發(fā)展成為完善成熟的 技術(shù) , 計(jì)算機(jī) 聯(lián)鎖 由面向工程技術(shù)研究轉(zhuǎn)向以面向服務(wù)為中心 , 其應(yīng)用現(xiàn)狀總體上可歸納為以下幾方面 : 第一， 計(jì)算機(jī) 聯(lián)鎖 制式主要由三取二和二乘二取二兩種 , 通過(guò)軟件、硬件容錯(cuò)技術(shù)提高計(jì)算機(jī) 聯(lián)鎖 系統(tǒng)的可靠性、安全性、可維護(hù)性 , 雙機(jī)熱備系統(tǒng)已經(jīng)淘汰 。 第二， 計(jì)算機(jī) 聯(lián)鎖 系統(tǒng)的性能逐漸提高 , 比如 : 快速計(jì)算能力 , 高速率數(shù)據(jù)交換的通信能力 , 以適應(yīng)高速鐵路和綜合化信號(hào)控制系統(tǒng)的要求 。 第三， 面向工程和服務(wù) , 采用計(jì)算機(jī)軟、硬件技術(shù) , 開(kāi)發(fā)功能非常完善和強(qiáng)大的 CAD 系統(tǒng) , 并從制度和設(shè)備上建立完善的維修體系和仿真檢測(cè) 體系 。 第四， 積極發(fā)展、推廣使用全電子模塊化的計(jì)算機(jī) 聯(lián)鎖 系統(tǒng) , 使計(jì)算機(jī) 聯(lián)鎖 系統(tǒng)具有開(kāi)放式結(jié)構(gòu) ,并且更加小型化、智能化 。 第五， 以旅客營(yíng)業(yè)系統(tǒng)為中心 , 采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)通信技術(shù) , 成功發(fā)展分布式分層處理的綜合信號(hào)控制系統(tǒng)和運(yùn)營(yíng)管理系統(tǒng)，計(jì)算機(jī) 聯(lián)鎖 不僅僅是一個(gè)特定的車站的控制系統(tǒng) , 而逐漸演變成綜合行車指揮系統(tǒng)的一個(gè)重要的基礎(chǔ)設(shè)備 。 第六， 通過(guò)分布式結(jié)構(gòu)擴(kuò)大控制范圍 ,實(shí)現(xiàn)集中 聯(lián)鎖 分散控制的區(qū)域計(jì)算機(jī) 聯(lián)鎖 系統(tǒng) , 使計(jì)算機(jī) 聯(lián)鎖 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化 第七， 計(jì)算機(jī) 聯(lián)鎖 系統(tǒng)功能逐漸擴(kuò)大 ,實(shí)現(xiàn)信號(hào)機(jī)、道岔、軌道電路 聯(lián)鎖 關(guān)系而直 接控制信號(hào)設(shè)備是計(jì)算機(jī) 聯(lián)鎖 系統(tǒng)的基本功能 , 通過(guò)系統(tǒng)集成 , 將車站和區(qū)間設(shè)備一體化 , 由計(jì)算機(jī) 聯(lián)鎖 系統(tǒng)代替繼電器節(jié)點(diǎn)邏輯控制方式提供豐富的列車控制信息 。在車站由計(jì)算機(jī) 聯(lián)鎖 系統(tǒng)完成對(duì)電碼化控制信息的邏輯處理 , 通過(guò)計(jì)算機(jī) 聯(lián)鎖 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)站內(nèi)進(jìn)路電 3 碼化 , 由這兩種方式組合而成的 聯(lián)鎖 、列控一體化綜合系統(tǒng) , 在日本、德國(guó)、法國(guó)等國(guó)家均得到成功應(yīng)用。比如 : 2020 年 12 月開(kāi)通的日本東北新干線盛崗 八戶段數(shù)字 ATC地面設(shè)備 , 包括列控 聯(lián)鎖 一體化系統(tǒng)局域網(wǎng) (SAINT LAN )、列控 聯(lián)鎖 一體化系統(tǒng)邏輯部(SAINT)。 國(guó)內(nèi)車站計(jì)算機(jī)連鎖系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀 國(guó)內(nèi)對(duì)計(jì)算機(jī) 聯(lián)鎖 系統(tǒng)的研究開(kāi)始于 20世紀(jì) 80年代 , 進(jìn)入 90年代后 , 隨著與發(fā)達(dá)國(guó)家在計(jì)算機(jī) 聯(lián)鎖 技術(shù)上的交流增多和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展 , 計(jì)算機(jī) 聯(lián)鎖 進(jìn)入快速發(fā)展階段，鐵科院通號(hào)所、通號(hào)公司設(shè)計(jì)院、北京交大、卡斯柯等單位相繼開(kāi)發(fā)出具有不同特點(diǎn)的單機(jī)、雙機(jī)熱備、三取二和二乘二取二等計(jì)算機(jī) 聯(lián)鎖 系統(tǒng) , 至 “ 九五 ” 期末 , 全路共裝備了計(jì)算機(jī) 聯(lián)鎖 系統(tǒng) 438個(gè)車站 (場(chǎng) ) 。在鐵道部 “ 十五 ” 科技發(fā)展技術(shù)政策中明確規(guī)定要積極發(fā)展計(jì)算機(jī) 聯(lián)鎖 , 在此期間 , 車站計(jì)算機(jī) 聯(lián)鎖 系統(tǒng)獲得了更 快的發(fā)展 , 計(jì)算機(jī) 聯(lián)鎖 可靠性、安全性進(jìn)一步提高 , 進(jìn)入了以技術(shù)為依托 , 面向市場(chǎng)和服務(wù) , 從實(shí)現(xiàn)功能到完善拓展功能 , 從單站 聯(lián)鎖 到一體化、電碼化等擴(kuò)大應(yīng)用的新的發(fā)展階段。 第一， 隨著計(jì)算機(jī) 聯(lián)鎖 系統(tǒng)大面積推廣使用 , 鐵路相關(guān)人員和單位對(duì)計(jì)算機(jī) 聯(lián)鎖 的認(rèn)識(shí)逐漸深入 ,計(jì)算機(jī) 聯(lián)鎖 系統(tǒng)已經(jīng)被廣為接受 , 為計(jì)算機(jī) 聯(lián)鎖 系統(tǒng)的發(fā)展奠定了扎實(shí)的市場(chǎng)基礎(chǔ) 。 第二， 計(jì)算機(jī) 聯(lián)鎖 系統(tǒng)本身可靠性、安全性、可維護(hù)性、可用性等越來(lái)越高 , 性能逐漸增強(qiáng) , 功能逐漸完善 , 目前已能完全滿足中國(guó)鐵路各種站場(chǎng)規(guī)模和運(yùn)輸作業(yè)的需要。 第三， 計(jì)算機(jī) 聯(lián)鎖 系統(tǒng)向多制式方向發(fā)展 , 在路內(nèi)上道使用的計(jì)算機(jī) 聯(lián)鎖 系統(tǒng)有雙機(jī)熱備、三取二、二乘二取二等三種制式 , 能滿足不同線路、不同工程和不同用戶的需要。 第四， 各種型號(hào)的計(jì)算機(jī) 聯(lián)鎖 系統(tǒng)均配備有微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng) , 遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng) , 為計(jì)算機(jī) 聯(lián)鎖 正常穩(wěn)定運(yùn)行提供保障。 第五， 在繼承現(xiàn)有計(jì)算機(jī) 聯(lián)鎖 系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)、特點(diǎn)的基礎(chǔ)上 , 研究鐵路信號(hào)控制新技術(shù) , 積極開(kāi)發(fā)新一代計(jì)算機(jī) 聯(lián)鎖 系統(tǒng) , 努力拓展計(jì)算機(jī) 聯(lián)鎖 系統(tǒng)的功能 , 以適應(yīng)鐵路信號(hào)控制現(xiàn)代化、鐵路管理信息化建設(shè)、鐵路跨越式發(fā)展的需要。比如 : 具有區(qū)域控制能力的 4 計(jì)算機(jī) 聯(lián)鎖 系統(tǒng)的研究 , 聯(lián)鎖 、列控一體化安全控制系統(tǒng)的研究 ,車站進(jìn)路電碼化計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的研究 ,與 CTC 系統(tǒng)結(jié)合的現(xiàn)代化行車調(diào)度指揮系統(tǒng)的研究 , 高速鐵路計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖 系統(tǒng)的研究等。 第六， 建立了計(jì)算機(jī) 聯(lián)鎖 系統(tǒng)檢測(cè)制度。鐵道部電務(wù)局在原上海鐵道大學(xué)建立了計(jì)算機(jī) 聯(lián)鎖 檢驗(yàn)站 , 以技術(shù)手段加強(qiáng)計(jì)算機(jī) 聯(lián)鎖 系統(tǒng)軟件安全的檢測(cè)。 除此之外 , 對(duì)要投入使用的所有計(jì)算機(jī) 聯(lián)鎖 產(chǎn)品的 聯(lián)鎖 軟件 ,在出廠前均要經(jīng)過(guò)詳細(xì)完備的功能測(cè)試，通過(guò)制式測(cè)試和出廠測(cè)試 ,有效地保證了計(jì)算機(jī) 聯(lián)鎖 產(chǎn)品的質(zhì)量 [5]。 研究 內(nèi)容及技術(shù)路線 研究 內(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)鎖能滿足各種車站（場(chǎng)）規(guī)模和運(yùn)輸作業(yè)的需要，保證行車安全，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)。 5 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) 。 6 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。 圖 21 計(jì)算機(jī) 聯(lián)鎖 系統(tǒng)硬件組成框圖 CPU RAMMM ROM 主機(jī) 系統(tǒng)支持板 人機(jī)對(duì)話設(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 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) 7 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 性價(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 計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)基本原理 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)車站規(guī)模的大小、作業(yè)需求的不同， 8 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。 人機(jī)對(duì)話層 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)鎖運(yùn)算層 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 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)合電路層 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)控對(duì)象層 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 。 9 計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)可靠性及安全技術(shù) 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