【文章內(nèi)容簡介】 進入90年代后, 隨著與發(fā)達國家在計算機聯(lián)鎖技術(shù)上的交流增多和計算機技術(shù)的發(fā)展, 計算機聯(lián)鎖進入快速發(fā)展階段，鐵科院通號所、通號公司設計院、北京交大、卡斯柯等單位相繼開發(fā)出具有不同特點的單機、雙機熱備、三取二和二乘二取二等計算機聯(lián)鎖系統(tǒng), 至“九五”期末, 全路共裝備了計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)438個車站(場) 。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)展計算機聯(lián)鎖, 在此期間, 車站計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)獲得了更快的發(fā)展, 計算機聯(lián)鎖可靠性、安全性進一步提高, 進入了以技術(shù)為依托, 面向市場和服務, 從實現(xiàn)功能到完善拓展功能, 從單站聯(lián)鎖到一體化、電碼化等擴大應用的新的發(fā)展階段。第一，隨著計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)大面積推廣使用, 鐵路相關(guān)人員和單位對計算機聯(lián)鎖的認識逐漸深入,計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)已經(jīng)被廣為接受, 為計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的發(fā)展奠定了扎實的市場基礎。第二，計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)本身可靠性、安全性、可維護性、可用性等越來越高, 性能逐漸增強, 功能逐漸完善, 目前已能完全滿足中國鐵路各種站場規(guī)模和運輸作業(yè)的需要。第三，計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)向多制式方向發(fā)展, 在路內(nèi)上道使用的計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)有雙機熱備、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，各種型號的計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)均配備有微機監(jiān)測系統(tǒng), 遠程診斷系統(tǒng), 為計算機聯(lián)鎖正常穩(wěn)定運行提供保障。第五，在繼承現(xiàn)有計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)優(yōu)點、特點的基礎上, 研究鐵路信號控制新技術(shù), 積極開發(fā)新一代計算機聯(lián)鎖系統(tǒng), 努力拓展計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的功能, 以適應鐵路信號控制現(xiàn)代化、鐵路管理信息化建設、鐵路跨越式發(fā)展的需要。比如: 具有區(qū)域控制能力的計算機聯(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,車站進路電碼化計算機控制系統(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, 高速鐵路計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的研究等。第六，建立了計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)檢測制度。鐵道部電務局在原上海鐵道大學建立了計算機聯(lián)鎖檢驗站, 以技術(shù)手段加強計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)軟件安全的檢測。 除此之外, 對要投入使用的所有計算機聯(lián)鎖產(chǎn)品的聯(lián)鎖軟件,在出廠前均要經(jīng)過詳細完備的功能測試，通過制式測試和出廠測試,有效地保證了計算機聯(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)容以計算機連鎖的概述和功能作為全文的理論基礎，系統(tǒng)的分析了計算機連鎖工作原理，在其中詳細的介紹了計算機連鎖系統(tǒng)的基本原理、硬件組成以及其可靠性和安全性；在這些理論基礎條件下，研究了計算機連鎖系統(tǒng)故障維護及其探究，其中有故障種類及其故障分析；最后闡述了計算機連鎖系統(tǒng)的發(fā)展前景。 技術(shù)條件第一，計算機聯(lián)鎖能滿足各種車站（場）規(guī)模和運輸作業(yè)的需要，保證行車安全，提高運輸效率，并具備大信息量和聯(lián)網(wǎng)能力。計算機聯(lián)鎖采用硬件冗余結(jié)構(gòu)，如雙機熱備、三取二或二乘二取二的結(jié)構(gòu)?？煽慷戎笜耍浩骄收祥g隔時間（MTBF）大于或等于106h；安全度指標：平均危險側(cè)輸出間隔時間大于或等于1011h。第二，計算機聯(lián)鎖使用涉及安全的電路符合故障安全原則；電路故障能即時發(fā)現(xiàn)，當故障會危及行車安全時，能切斷系統(tǒng)的危險側(cè)輸出。計算機硬件體系結(jié)構(gòu)為層次結(jié)構(gòu)，如分為人及對話層、聯(lián)鎖運用層和執(zhí)行表示層。計算機聯(lián)鎖具有通過通信前置處理機和通信網(wǎng)與其他系統(tǒng)實現(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，計算機聯(lián)鎖的軟件系統(tǒng)達到軟件制式檢測要求的可靠性和安全性，所有程序都具有模塊化，結(jié)構(gòu)化和標準化的特點。計算機聯(lián)鎖的各種接口與通道能保證長期使用的高穩(wěn)定性和高可靠性。計算機聯(lián)鎖能通過外部數(shù)據(jù)通道或計算機網(wǎng)絡與其他自動化或管理系統(tǒng)。第四，計算機聯(lián)鎖設有兩路獨立電源供電，并且有自動轉(zhuǎn)接功能，以保證不間斷供電。計算機聯(lián)鎖采取了必要的防電磁干擾和防雷措施，以保證在規(guī)定嚴酷性等級的運用環(huán)境中，設備都能正常工作。信號設備的接地電阻不大于10Ω，用于防護電子設備的安全保護地線的接地裝置，其接地電阻值不大于4Ω。對于重雷害地區(qū)，地線設置還采取了特殊措施。第五，監(jiān)測子系統(tǒng)作為系統(tǒng)基本組成部分，為維護使用部門提供監(jiān)測、報警、統(tǒng)計、分析、管理、遠程診斷及維護功能。根據(jù)需要設應急盤，在計算機聯(lián)鎖失效時控制道岔和引導信號。第二章 計算機聯(lián)鎖工作原理 計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)硬件組成計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)采用的是工業(yè)控制計算機系統(tǒng)，用以實現(xiàn)對鐵路車站運輸生產(chǎn)過程的監(jiān)測與控制。它由工業(yè)控制計算機和生產(chǎn)過程兩大部分組成，工業(yè)控制計算機是指按生產(chǎn)過程控制特點和要求而設計的計算機，它包括硬件和軟件兩部分。對鐵路信號領域來說，生產(chǎn)過程就是指工業(yè)控制計算機通過過程輸入\輸出通道和繼電結(jié)合電路對現(xiàn)場監(jiān)控對象如道岔和信號機等進行實時監(jiān)控。典型的計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)硬件組成如圖21所示。CPURAMMMROM主機系統(tǒng)支持板人機對話設備人機接口其他計算機系統(tǒng)通信接口外部設備內(nèi)部總線磁盤系統(tǒng)通用I\O接口開關(guān)量輸入通道通用I\O接口開關(guān)量輸出通道繼電結(jié)合電路現(xiàn)場監(jiān)控對象工業(yè)控制計算機圖21 計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)硬件組成框圖由于計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的綜合性能遠遠超過繼電聯(lián)鎖系統(tǒng)，因此車站聯(lián)鎖系統(tǒng)由繼電裝置向計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)轉(zhuǎn)化已成為一種不可扭轉(zhuǎn)的趨勢。具體來說計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的優(yōu)勢主要表現(xiàn)在適時性、安全性、可靠性、可維護性及性價比等若干方面。計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)是利用目前已有的工業(yè)控制計算機，研制一套專用的硬件與軟件系統(tǒng)實現(xiàn)信號、進路與道岔間的聯(lián)鎖關(guān)系，因此它實質(zhì)上是一個滿足故障——安全信號原則的聯(lián)鎖邏輯運算系統(tǒng)，計算機在系統(tǒng)中的作用是將操作命令與現(xiàn)場各種輸入的表示信息讀入，再根據(jù)計算機內(nèi)部狀態(tài)等條件進行邏輯運算，判斷后輸出控制信息至執(zhí)行機構(gòu)，實現(xiàn)多變量數(shù)字輸入和多變量數(shù)字輸出這樣一個復雜傳遞函數(shù)的變換，圖22是邏輯運算系統(tǒng)的原理圖。 圖22 聯(lián)鎖邏輯運算系統(tǒng)原理圖從計算機系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)來看屬于二級集散式控制系統(tǒng)，突破了舊有的集中式信號系統(tǒng)模式，具有模塊化、層次化等特點。模塊化是指聯(lián)鎖機主模塊、PLC及信號結(jié)合模塊等，層次化是指系統(tǒng)具有操作表示層、聯(lián)鎖運算層、復核驅(qū)動層、結(jié)合電路層及監(jiān)控對象層等五個物理層次。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點在于可根據(jù)車站規(guī)模的大小、作業(yè)需求的不同，在不改變聯(lián)鎖軟件的基礎上通過修改站場靜態(tài)數(shù)據(jù)并增設相應硬件模塊，即可滿足系統(tǒng)的擴容要求，先進的控制體系結(jié)構(gòu)結(jié)合工藝設計使得系統(tǒng)調(diào)試周期與現(xiàn)場施工、開通周期均大為縮短，具有很好的經(jīng)濟與實用性。將來自鍵盤、鼠標等操作輸入，經(jīng)串口送達聯(lián)鎖計算機，同時在圖形顯示器上顯示站場表示信息。在站場規(guī)模較大致使聯(lián)鎖計算機負擔較重或需要多終端操作的情況下，可設置操作命令采集機進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)鎖計算機。聯(lián)鎖微機是系統(tǒng)的核心部分，承擔著操作輸入的判別、聯(lián)鎖信號的調(diào)理及分析、邏輯運算、控制命令生成、故障診斷等任務，其可靠性、安全性對系統(tǒng)的總體故障—安全性能有較大影響，HJ04A系統(tǒng)中設置了兩臺聯(lián)鎖微機，其中一臺為冷備機，可進行人工切換。復核驅(qū)動層由PLC組成，其承擔著采集表示信息并將聯(lián)鎖微機下達的操作命令轉(zhuǎn)化為故障—安全的控制信號的任務，作為系統(tǒng)安全性設計的重要環(huán)節(jié)之一，PLC還承擔著對聯(lián)鎖微機形成的操作命令進行復核檢查的屏障作用。結(jié)合電路的任務之一是實現(xiàn)現(xiàn)場監(jiān)控設備表示信息與PLC輸出的驅(qū)動信號的安全邏輯轉(zhuǎn)換，使PLC的輸入、輸出信息均具有故障—安全性能。任務之二是用專用電路規(guī)范監(jiān)控設備的測控過程，即包括表示信息采集機制與設備驅(qū)動流程。監(jiān)控設備是指聯(lián)鎖系統(tǒng)的現(xiàn)場設備，即道岔、信號機與軌道電路。目前，國內(nèi)外進行高可靠系統(tǒng)的容錯設計多采用三模靜態(tài)冗余方案或二模動態(tài)冗余方案。其中前者完全是靠硬件冗余來提升可靠性的，后者則不僅使用了硬件冗余資源，同時也使用了故障檢測技術(shù)與軟件冗余資源。這二種方案的共同特點是對硬件故障具有較強的屏蔽與糾錯能力。然而這二種方案均存在一定的實現(xiàn)難度與缺陷，三模冗余系統(tǒng)必須實現(xiàn)三模的同步進程及表決器的高可靠設計，尤其需要解決時鐘容錯的問題；二模動態(tài)冗余系統(tǒng)則要求冗余管理機構(gòu)的高效與可靠性。目前這二類系統(tǒng)的可靠性計算都是在設定表決器或冗余管理機構(gòu)的可靠度R(t)=1的基礎上進行的，同時由于設備直接投資成本過高，因而在非航天、通訊等可靠性要求很高的領域應用不多。在鐵路信號領域，由于行車安全被認為是超過效率的重要考慮，因此相應對計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的可靠性與安全性要求很高，針對這種情況，可以有二種方式供我們在設計中進行選擇。其一是強化系統(tǒng)的可靠性設計，這是基于可靠性理論包含了系統(tǒng)故障的屏蔽效應，因而用高可靠性換取系統(tǒng)的低故障率，以此隱含了對安全性的相對提升。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)的可靠性要求及財力許可。其次我們可以基于這樣一個思路來考慮問題：如果計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)在保證一定可靠性要求基礎上并結(jié)合故障—安全技術(shù)來得以實現(xiàn)，實質(zhì)上也就是說犧牲少量的效率來避免昂貴的成本并換取系統(tǒng)的高安全性，同樣也能滿足鐵路信號對聯(lián)鎖系統(tǒng)的性能要求。容錯技術(shù)在計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)中的應用：隨著計算機技術(shù)的迅速發(fā)展，尤其是高可靠性技術(shù)及容錯理論與技術(shù)的發(fā)展，計算機在鐵路信號聯(lián)鎖設備的應用也逐漸廣泛。由于計算機聯(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稱的錯誤特性，即芯片的短路故障和斷路故障的概率是相同的，因此必須使采用集成電路芯片電路的計算機聯(lián)鎖具有故障安全特性。一般來講，計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)是采用避錯技術(shù)和容錯技術(shù)來提高系統(tǒng)的可靠性。（如圖23所示為容錯技術(shù)示意圖）。避錯技術(shù)采用高可靠性芯片，以減少故障概率。但是不能保證系統(tǒng)絕對可靠，因為芯片可靠性的提高是有限度的，越過這個限度將付出巨大的代價。在這種情況下，要想進一步提高系統(tǒng)的可靠性，就要用到容錯技術(shù)。容錯技術(shù)的基本 發(fā)點是承認故障不可避免的事實，進而考慮解除故障影響的措施。為實現(xiàn)這一目的，主要手段就是投入更多的所需資源，如硬件冗余、軟件冗余、時間冗余等，主要是硬件和軟件冗余。圖23計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)容錯技術(shù)靜態(tài)冗余為什么是最高追求? 從安全的角度確實他有自己的優(yōu)點,但是靜態(tài)冗余也有自己的不足,比如他消耗的資源大,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜從而降低了可靠性,所以