【文章內(nèi)容簡介】 ...................................................................................................................................... 39 13 中 文 摘 要 計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)是一種利用計(jì)算機(jī)技術(shù)取代繼電技術(shù)構(gòu)成的車站信號(hào)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)。 1978 年 ，瑞典首先在哥德堡車站將計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖投入使用。此后，日、 美、英、法、德等國都相繼研制了各自 的計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)。我國自 20 世紀(jì) 80 年代開始研制由微型計(jì)算機(jī)構(gòu)成的計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)，并且很快取得了成果。 計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖相比繼電集中有顯著的優(yōu)勢， 它功能完善，計(jì)算機(jī)工作速度快、信息容量大，所以計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖很容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制 功能， 還能安全地實(shí)現(xiàn)自動(dòng)選錄和存儲(chǔ)進(jìn)路等繼電集中聯(lián)鎖無法完成的功能。運(yùn)行圖變更時(shí)，能自動(dòng)選擇最佳方 案。計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖不僅可以擴(kuò)大控制范圍，適用于任何規(guī)模的車站（尤其是是大型樞紐及遠(yuǎn)離咽喉區(qū)的信號(hào)設(shè)備等），而且還可以利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行站內(nèi)行車業(yè)務(wù)管理，以提高工作效率。計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖用彩色監(jiān)視器的屏幕顯示代替了繼電集中聯(lián)鎖的表示盤，大大縮小了體積，豐富了顯示內(nèi)容，簡化了結(jié)構(gòu)，方便使用。 它方便設(shè)計(jì)、施工和維護(hù)，計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖是用計(jì)算機(jī)軟件構(gòu)成的聯(lián)鎖關(guān)系，它將車站聯(lián)鎖邏輯編成程序，無論站場如何變化，只要補(bǔ)充和改變軟件中的程序，即可滿足聯(lián)鎖的要求，易于實(shí)現(xiàn)故障檢測和分析，而且大大降低了工程造價(jià)。 由于施工、改建和故障修復(fù)時(shí)間的縮短 ，減少了對(duì)運(yùn)輸?shù)母蓴_，其經(jīng)濟(jì)效益是顯著的。 計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖在實(shí)際應(yīng)用中是有很大的意義的。 進(jìn)入 20 世紀(jì)后，我國的計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖發(fā)展迅速，已有上千個(gè)站場采用計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖。有的區(qū)段已發(fā)展了成段的計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖。在鐵路快速發(fā)展的過程中，要加快計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖的發(fā)展 . 由于本人還未到現(xiàn)場實(shí)習(xí)，所以對(duì)信號(hào)設(shè)備的了解，范圍有限，所以還需要各位老師指正。 14 第一章 計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖的概述 計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖是以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心，采用通信技術(shù)、可靠性與容錯(cuò)技術(shù)以及“故障 — 安全”技術(shù)實(shí)現(xiàn)鐵路車站聯(lián)鎖要求的實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)。 在我國 20 世紀(jì) 80 年代，鐵道科學(xué)研究院、通信 信號(hào)總公司研究設(shè)計(jì)院、北方交通大學(xué)等單位相繼展開了計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制系統(tǒng)的研發(fā)工作。 1984 年通信信號(hào)總公司研究設(shè)計(jì)院研制生產(chǎn)出了國內(nèi)第一個(gè)車站計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制系統(tǒng)，并成功應(yīng)用于地方鐵路，填補(bǔ)了我國計(jì)算機(jī)連鎖控制系統(tǒng)的空白。 第一節(jié) 計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng) 的硬件部分可分為人機(jī)會(huì)話層（也可稱人機(jī)對(duì)話層）、聯(lián)鎖層和監(jiān)控層，相應(yīng)的由人機(jī)會(huì)話計(jì)算機(jī)、聯(lián)鎖計(jì)算機(jī)和控制器來承擔(dān)各層的任務(wù)。 人機(jī)會(huì)話計(jì)算機(jī)接收來自操作臺(tái)的操作輸入，判明能否構(gòu)成有效的操作命令，并轉(zhuǎn)成約定的格式，輸送給聯(lián)鎖計(jì)算機(jī)。另外接收來自聯(lián)鎖計(jì)算機(jī)的表示信息，將它們轉(zhuǎn)換成顯示器或控制臺(tái)能夠接受的格式。 聯(lián)鎖計(jì)算機(jī)接收來自人機(jī)會(huì)話計(jì)算機(jī)的操作命令以及室外監(jiān)控對(duì)象的狀態(tài)信息，進(jìn)行聯(lián)鎖邏輯運(yùn)算，包括選擇進(jìn)路、檢查進(jìn)路空閑、鎖閉敵對(duì)進(jìn)路等，然后發(fā)出控制道岔轉(zhuǎn)換和開放信號(hào)的命令。 控制器用來實(shí)現(xiàn)控制對(duì)象與室內(nèi)聯(lián)鎖計(jì)算機(jī)之間的聯(lián)系。它接收來自聯(lián)鎖計(jì)算機(jī)的控制碼，經(jīng)過變換形成控制命令以驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的控制電路；它又接收監(jiān)控對(duì)象的狀態(tài)信息，經(jīng)過編碼再傳送到聯(lián)鎖計(jì)算機(jī)。 與硬件系統(tǒng)對(duì)應(yīng)，計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖的軟件分為人機(jī)會(huì)話處理、聯(lián)鎖邏輯處理、執(zhí)行表示三個(gè)軟件包。 至于室外設(shè)備，計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖保留了電氣集中所采用的現(xiàn)場設(shè)備。 第 二 節(jié) 計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖的進(jìn)路控制 計(jì)算機(jī)是執(zhí)行程序來工作的。 要讓計(jì)算機(jī)控制車站的聯(lián)鎖，即對(duì)進(jìn)路進(jìn)行 控制，必須制定一個(gè)完整程序，以便計(jì)算機(jī)按部就班的執(zhí)行。計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖程序所處理的內(nèi)容是多方面的，但其核心部分是進(jìn)路控制。 計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖的控制程序嚴(yán)格規(guī)定了聯(lián)鎖的執(zhí)行步驟和條件，保證了系統(tǒng)工作的有條 15 不紊。當(dāng)然所有的聯(lián)鎖條件檢查，還要通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行各種邏輯運(yùn)算，檢查各種聯(lián)鎖條件是否具備。其實(shí)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖所要執(zhí)行的聯(lián)鎖程序原則上同繼電聯(lián)鎖是一樣的，但比帶有許多機(jī) 械點(diǎn)的繼電器電路要快的多，而且是無聲無息地進(jìn)行完畢 。 計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖進(jìn)路控制程序框圖 第三節(jié) 有備無患的冗余結(jié)構(gòu) 計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng) 采用冗余結(jié)構(gòu)的實(shí)質(zhì)在于用增加相同性能的模塊來換取系統(tǒng)的可靠性和安全性。 冗余技術(shù)的發(fā)展 ， 最早出現(xiàn)的計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖曾采用單機(jī)機(jī)構(gòu)，其可靠性和安全性遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足車站聯(lián)鎖的嚴(yán)格要求。于是，改為雙機(jī)熱備結(jié)構(gòu)，并由一個(gè) CPU 執(zhí)行兩套功能相同而編碼各異以及診斷程序，來提高計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖的可靠性和安全性。目前，我國大部分計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖是雙機(jī)熱備系統(tǒng)。 但是，雙機(jī)熱備系統(tǒng)存在著雙機(jī)切換的問題，切換失敗將產(chǎn)生危險(xiǎn)后果。與此同時(shí)，開發(fā)了采用屏蔽比冗余技術(shù)三取二系統(tǒng)， 3個(gè) CPU 運(yùn)算結(jié)果兩兩進(jìn)行比較，產(chǎn)生危險(xiǎn)輸出的可能性很小。但是，存在著不能停機(jī)檢修的問題。 近幾年，又推出了二乘二取二系統(tǒng)，有兩個(gè) CPU 構(gòu)成一個(gè)子系統(tǒng)（干線的技術(shù)改造都優(yōu)先考慮采用二乘二取二系統(tǒng)）。主機(jī)執(zhí)行任務(wù)，另外兩個(gè) CPU處于熱備狀態(tài)（備機(jī)），這就大大提高了計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖的可靠性和安全性，而且方便維修。 （ 1） 系統(tǒng)的 可靠性冗余結(jié)構(gòu) 計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的可靠性冗余結(jié)構(gòu)，就是指為了使系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)達(dá)到或者 超過目標(biāo)值而采取的冗余結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)的可靠性冗余結(jié)構(gòu)往往采用雙機(jī)熱備二重系統(tǒng)。 16 圖 雙機(jī)熱備冗余結(jié)構(gòu) 1 雙機(jī)熱備系統(tǒng)由兩臺(tái)計(jì)算機(jī)組成，其中一個(gè)（模塊 A）執(zhí)行聯(lián)鎖，作為主機(jī)；另一個(gè)（模塊 B）雖然也帶電工作，但只作為熱備（即開機(jī)運(yùn)行狀態(tài)下備用），它也進(jìn)行聯(lián)鎖運(yùn)算，卻無控制輸出，備而不用。這種系統(tǒng)是靠單機(jī)自我測試和監(jiān)督，不夠安全，而且存在雙機(jī)切換的問題，切換失敗將產(chǎn)生危險(xiǎn)后果，在國外不再發(fā)展，我國暫準(zhǔn)在單 線、支線、非提速區(qū)段使用。 （ 2）系統(tǒng)的安全冗余結(jié)構(gòu) 計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的安全性冗余結(jié)構(gòu)就是指為了使系統(tǒng)的安全性指標(biāo)達(dá)到或超過目標(biāo)值而采取的冗余結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)的安全性冗余結(jié)構(gòu)往往采用雙機(jī)同時(shí)工作并彼此間進(jìn)行頻繁比較的二 取 二二重結(jié)構(gòu) 。 其基本結(jié)構(gòu)如圖所示： 圖 雙機(jī)熱備冗余結(jié)構(gòu) 2 檢測 模塊 A 模塊 B 檢測 比 較 單 元 輸入 輸出 檢測 模塊 A 模塊 B 檢測 切 換 單 元 輸入 輸出 17 （ 3）計(jì)算機(jī)冗余結(jié)構(gòu)的應(yīng)用 計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)既要求有比較高的可靠性指標(biāo)，有要求有比較高的安全性能指標(biāo)。因此計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖 系統(tǒng)的可靠性與安全性的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)需要結(jié) 合 ， 即 1 ） 二 乘 二 取 二 系 統(tǒng) 。 二乘二取二系統(tǒng)圖 這種系統(tǒng)由 4 臺(tái)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，兩兩一對(duì)，組成兩個(gè)子系統(tǒng) I 和 II，每個(gè)子系統(tǒng)中有同樣的兩臺(tái)計(jì)算機(jī) A 和 B，執(zhí)行聯(lián)鎖任務(wù)。其中一個(gè)子系統(tǒng)作為主機(jī)，負(fù)責(zé)輸出控制命令；另一個(gè)子系統(tǒng)處于熱備狀態(tài)。子系統(tǒng)中兩個(gè)計(jì)算機(jī)各執(zhí)行一套編碼相同的程序，然后對(duì)它們的運(yùn)算結(jié)果進(jìn)行比較，如果一致就輸出；如果不一致就認(rèn)為其中有一個(gè)計(jì)算機(jī)出了故障，立刻停止該子系統(tǒng)的輸 出，切換到另一個(gè)子系統(tǒng)輸出。此系統(tǒng)中每一個(gè)子系統(tǒng)類似于雙機(jī)熱備制式中的一個(gè)單機(jī)，可稱是雙份的雙機(jī)熱備，雖說多用用了兩臺(tái)計(jì)算機(jī)，但保險(xiǎn)系數(shù)也加大了，更加安全可靠。 2）三取二系統(tǒng) 這種系統(tǒng)用三臺(tái)計(jì)算機(jī)組成聯(lián)鎖機(jī)構(gòu)，各臺(tái)計(jì)算機(jī)中執(zhí)行同樣的聯(lián)鎖軟件，輸出時(shí)運(yùn)用多數(shù)表決器判斷，少數(shù)服從多數(shù)，只要任何兩臺(tái)計(jì)算機(jī)運(yùn)算結(jié)果一致（包括三臺(tái)均一致），則認(rèn)為聯(lián)鎖機(jī)構(gòu)工作正常。如果有一臺(tái)計(jì)算機(jī)發(fā)生故障，其運(yùn)算結(jié)果在表決器中就被屏蔽掉了，不會(huì)將其錯(cuò)誤結(jié)果輸出。如果三臺(tái)計(jì)算機(jī)中兩臺(tái)同時(shí)發(fā)生故障，則必須滿足“故障 — 安全”的要求，不允許 輸出導(dǎo)向危險(xiǎn)的結(jié)果。 另外，各計(jì)算機(jī)之間采用了兩個(gè)并行的傳輸網(wǎng)進(jìn)行通信，即雙網(wǎng)通信。如果其中一個(gè)傳輸網(wǎng)中斷或者發(fā)生故障，另一個(gè)傳輸網(wǎng)仍能保證系統(tǒng)正常工作，提高了系統(tǒng)的可靠性。系統(tǒng) A 系統(tǒng) B 比較電路 比較電路 系統(tǒng) A 系統(tǒng) B 切換電路 18 三取二系統(tǒng)圖 系統(tǒng) A 系統(tǒng) B 系統(tǒng) C 異或 異或 異或 表 決 器 故障表示 輸出 19 第二章 JD— IA 型計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng) 第一節(jié) JD— IA 型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu) JDⅠ A 型計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)包括人機(jī)對(duì)話層（也稱操作表示層）、聯(lián)鎖運(yùn)算層和執(zhí)行層。人機(jī)對(duì)話層與聯(lián)鎖運(yùn)算層之間采用雙通信網(wǎng)通信。聯(lián)鎖運(yùn)算層和執(zhí) 行層之間采用外部控制總線實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)總線的分離。電務(wù)維修機(jī)通過電務(wù)維修網(wǎng)與操作表示機(jī)相連，電務(wù)維修網(wǎng)一般采用交換式以太網(wǎng)。 聯(lián)鎖機(jī)通過兩套故障安全型動(dòng)態(tài)采集電路采集組合架有關(guān)繼電器接點(diǎn)的狀態(tài)，通過兩套動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)電路輸出對(duì)執(zhí)行繼電器的控制信息，并由動(dòng)態(tài)檢測電路對(duì)輸出電壓進(jìn)行回讀檢測。 操作表示計(jì)算機(jī)簡稱操作表示機(jī)，也稱人機(jī)對(duì)話機(jī)、上位機(jī)。它和聯(lián)鎖計(jì)算機(jī)構(gòu)成上下分層結(jié)構(gòu)。其有以下功能： （ 1） 辦理進(jìn)路等功能。它接收車站值班員操作按鈕信息，將按鈕信息通過網(wǎng)絡(luò)通信傳給聯(lián)鎖機(jī)。 （ 2） 站場及信息顯示功能。它接收來自聯(lián)鎖機(jī)的站場狀態(tài) 數(shù)據(jù)和提示信息等，在顯示器或控制臺(tái)上顯示站場情況、系統(tǒng)工作情況、報(bào)警信息等，對(duì)主要的錯(cuò)誤或者故障提供的相應(yīng)的語音報(bào)警。 （ 3） 信息轉(zhuǎn)發(fā)功能。將站場狀態(tài)數(shù)據(jù)及提示信息、報(bào)警信息、系統(tǒng)狀態(tài)信息等轉(zhuǎn)發(fā)給電務(wù)維修機(jī)。 聯(lián)鎖機(jī)也稱下位機(jī)，功能如下： （ 1） 接收操作表示機(jī)下發(fā)的操作命令。 （ 2） 通過接入口電路采集站場狀態(tài)。 （ 3） 進(jìn)行聯(lián)鎖運(yùn)算。 （ 4） 根據(jù)運(yùn)算結(jié)果，通過輸出接口電路控制組合架繼電器動(dòng)作。 （ 5） 將站場狀態(tài)信息、提示信息、故障信息等傳給操作表示機(jī)。 接口電路：聯(lián)鎖機(jī)通過執(zhí)行層的采集接口電路采集組合架繼電器狀態(tài)，通過輸出驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)組合架繼電 器動(dòng)作。 接口架配線、通道防雷：組合架繼電器與采集、輸出驅(qū)動(dòng)電路一一對(duì)應(yīng)，即接口信息表規(guī)定好了某套采集電路采集哪個(gè)繼電器，某套輸出驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)哪個(gè)繼電器。從組合架室內(nèi)分線盤到計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖電路間通過32 芯電纜相連，在連接之間加裝有通道防雷器件。 電務(wù)維修機(jī)功能如下： （ 1） 接收操作表示機(jī)傳來的站場狀態(tài)信息、操作信息、提示信息、故障信息等。 （ 2） 顯示站場運(yùn)行情況、車站值班員操作信息、故障信息、系統(tǒng) 20 運(yùn)行情況。 （ 3） 記錄一個(gè)月的歷史信息，可查看一個(gè)月內(nèi)站場運(yùn)行情況、車站值班員操作信息、故障信息等。 （ 4） 為 CTC、 TDCS、 微機(jī)聯(lián)鎖等提供接口。 第二節(jié) JD— IA 計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖的主要特點(diǎn) 系統(tǒng)采用獨(dú)特的外部控制型總線控制器，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)總線和控制總線的分離，使系統(tǒng)抗干擾能力提高，兼容、擴(kuò)展能力強(qiáng)。 聯(lián)鎖機(jī)、操作表示機(jī)之間采用雙通信網(wǎng)進(jìn)行通信，雙網(wǎng)同時(shí)工作，一旦其中一網(wǎng)故障，另一網(wǎng)認(rèn)可保證系統(tǒng)正常通信。 聯(lián)鎖計(jì)算機(jī)通過故障 — 安全型動(dòng)態(tài)采集電路采集組合架繼電器接點(diǎn)狀態(tài)，每個(gè)采集接點(diǎn)通過兩套電路同時(shí)采集，提高硬件自診斷功能。 動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)電路雙套備份，更換備機(jī)驅(qū)動(dòng)板時(shí)，不影響主機(jī)使用。對(duì)輸出電壓進(jìn)行回讀檢測，增加輸出電路自診斷能力。 不僅電源引入聯(lián)鎖 控制系統(tǒng)前進(jìn)行了防雷處理，組合架內(nèi)分線盤引入聯(lián)鎖機(jī)柜的所有配線都進(jìn)行了防雷處理。 聯(lián)鎖機(jī)柜中輸入 /輸出電路都采用了光電隔離器件，將外界信號(hào)與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)隔離開，保證系統(tǒng)不受外界傳導(dǎo)干擾。 聯(lián)鎖控制系統(tǒng)具有強(qiáng)大的故障診斷能力，并通過維修機(jī)記錄下來，供電務(wù)維修人員參考。 系統(tǒng)采用雙機(jī)熱備的動(dòng)態(tài)冗余結(jié)構(gòu)，并設(shè)計(jì)有專業(yè)用的硬件診斷部件和診斷程序，提供盡量全面的軟硬件自檢測、互檢測功能。 I/O 故障可精確定位到端口和數(shù)據(jù)位。檢測故障實(shí)時(shí)送往維修機(jī)顯示、記錄，并給出詳細(xì)、清晰的故障報(bào)告，維修人員可方便的從維修集中得 到這些數(shù)據(jù)，根據(jù)這些數(shù)據(jù)可迅速排除故障。 系統(tǒng)的采集電路為安全輸入電路，聯(lián)鎖機(jī)控制多功能匹配板產(chǎn)生方波脈沖，再經(jīng)由繼電器接點(diǎn)、輸入電路，由聯(lián)鎖機(jī)回讀。聯(lián)鎖機(jī)只有回讀到方波脈沖，才判定繼電器接點(diǎn)閉合。電路具有故障 — 安全性能，電路中任何器件發(fā)生故障，均可導(dǎo)致動(dòng)態(tài)脈沖中斷，從而使設(shè)備導(dǎo)向安全。 輸出驅(qū)動(dòng)板中的輸出驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)聯(lián)鎖機(jī)控制命令產(chǎn)生動(dòng)態(tài)脈沖，驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)動(dòng)態(tài)脈沖、控制電路充放電，進(jìn)而產(chǎn)生能動(dòng)作繼電器的直流電平。 32 路回讀檢測板用以檢測驅(qū)動(dòng)電路是否正常工作。計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)的繼電器均采用 JPXC— 1000 安全型繼電器。動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)電路的輸出又通過回讀檢測電路進(jìn)行檢測，遵循閉環(huán)工作原理，保障系統(tǒng)的故障 — 安全性。 21 第三章 計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖工程設(shè)計(jì)概況 第一節(jié) 站場平面布置圖概述 千書站是半自動(dòng)閉塞站場，單線雙向，沈陽到吉林方面，東郊到長嶺方面， 4 股道站場。 站場使用主要室外信號(hào)設(shè)備中，信號(hào)機(jī)