【文章內容簡介】 件及導線狀態(tài)。（2）基于單機采取軟件冗余的故障安全計算機構造方法在一臺計算機內配置兩套功能相同、版本不同的程序，這兩套程序按照獨立的格式一次對輸入數據進行處理，并對結果進行比較。其中，這兩個版本的程序采用：不同指令序列；具有相異數據定義的獨立的數據資料；不同數據結構和寄存器。在正常情況下，兩套獨立程序處理的結果應該是相同的，比較一致后接通控制電路；發(fā)生軟硬件故障時，由于兩個版本程序的獨立性，致使處理結果不一致，則切斷控制電路供電，保障系統(tǒng)故障安全性。（3）基于多機采取硬件冗余的故障安全計算機構造方法目前，基于多機硬件冗余的故展安全計算機系統(tǒng)是微機聯鎖系統(tǒng)最受關注的保障技術。其中應用比較多的是 3 取 2 表決系統(tǒng)和 2 乘 2 取 2 表決冗余系統(tǒng)。用三臺或者兩臺構造相同、彼此獨立的計算機組成計算機表決系統(tǒng)。它們運行相同功能的程序，接收相同的輸入信息，并行的對數據進行處理，并且對各個階段的信息進行兩兩比較。當至少其中兩臺計算機的結果一致時，則產生控制命令并輸出，從而實現表決系統(tǒng)。對于 3 取 2 表決系統(tǒng)，如果一臺計算機出現故障，則整個系統(tǒng)轉換為 2 取 2 系統(tǒng)，并不影響系統(tǒng)使用；當兩臺或兩臺以上計算機出現故障后，系統(tǒng)就鎖住控制命令，并切斷控制電流，從而實現故障安全。對于 2 乘 2 取 2 冗余系統(tǒng)，如果其中一個 2 取 2 計算機出現故障，則系統(tǒng)切換到另一個 2 取 2 計算機系統(tǒng)，并不影響系統(tǒng)使用；兩臺計算機都出項故障時，系統(tǒng)就鎖住控制命令，切斷控制電流，從而實現故障安全。設備級保障技術設備級別的故障安全保障技術需要考慮以下三個方面的問題——數據保障、軟件故障、輸入輸出故障。（1）數據故障安全保障技術計算機聯鎖系統(tǒng)中參與聯鎖運算的數據被稱為聯鎖數據，它可能會應為硬件故障、外 12 / 44界干擾而產生錯誤，也可能因為程序出錯而派生錯誤。聯鎖數據的錯誤可以導致聯鎖運算的失效和錯誤，并導致危險的產生。因此，微機聯鎖系統(tǒng)必須采取相應措施，使系統(tǒng)數據出錯后導向安全側，主要有以下幾種方法：1）采用不對稱編碼表示涉及安全的信息；2）關鍵數據異地多份存儲；3）規(guī)范化數據結構與數據生成方式；4）數據完好的正確性檢驗。（2）軟件故障安全保障技術在計算機系統(tǒng)中，軟件系統(tǒng)扮演著十分重要的作用。如果軟件出現差錯，則可能通過接口使硬件發(fā)生失效或者誤動，嚴重者會產生安全事故，并造成災難性的后果。因此，計算機系統(tǒng)的故障安全還需要軟件系統(tǒng)來近一步保證。軟件故障安全性的主要研究內容包括：1）軟件故障安全性需求分析；2）軟件故障安全性設計；3）軟件故障安全性驗證；4）軟件故障安全性評估。在軟件系統(tǒng)程序的設計階段，必須要遵循以下措施，從而實現軟件系統(tǒng)的故障安全性：1）編制正確的規(guī)格說明書，并按照說明書進行高可靠性和高安全性軟件的開發(fā)；2）采用模塊化程序設計原則，從而實現研制工作的簡化；3）采用結構化程序設計原則；4）采用正確的數據結構和良好的設計風格。（3）輸入/輸出故障安全保障技術該保障技術又稱為輸入/輸出數據去向正確性保障，其考察重點在于計算機內所用的各種地址譯碼器。這里主要存在兩個問題：1）最終驅動輸入輸出接口電平變化以形成動作命令的軟件程序無法用雙套程序比較等辦法實現安全性保障；2）處于輸出口位置的地址譯碼器故障將導致數據去向錯誤，而數據由于對應一個標準的驅動對象，因而起對象錯誤將導致危險的結果。I/O 通道級保障技術微機聯鎖控制系統(tǒng)涉及安全的信息必須要由故障安全接口輸出，并完成對現場設備的狀態(tài)采集和控制。而由于常規(guī)的接口電路一般不具備故障 安全特性，因此必須在軟件和硬件兩個方面采取相應措施，使當接口電路及其前端邏輯電路出現任何故障時，系統(tǒng)不能讀入錯誤的危險側信息，或者輸出危險側的驅動信號。對于故障安全的輸入接口，其任務時將室外設備的狀態(tài)安全的采集并傳送進來，因此故障 安全的輸入接口要做到采用靜態(tài)輸入或動態(tài)輸入方式，或者采用編碼輸入或者過程輸入的方式，來有效的實現故障 安全原則。對于故障安全的輸出接口，為了避免因某些電路故障而導致輸出?！?”狀態(tài)，其設計一般采用動/靜態(tài)變換電路實現安全輸出。這樣的電路總處于某種穩(wěn)定狀態(tài)，都不會引起繼電器的錯誤動作，從而做到故障導向安全。 13 / 44信息傳輸的保障技術在微機聯鎖控制系統(tǒng)中，通信網絡擔負著鐵路信號安全信息的傳輸使命。因為傳輸設備的故障或者傳輸通路的噪聲使傳輸的信息發(fā)生錯誤是不可避免的，所以計算機聯鎖控制系統(tǒng)的安全信息通信網絡必須是故障導向安全的。為此，首先要采用避錯技術和冗余技術提高安全信息通信網絡的可靠性，并盡可能檢測出傳輸設備和通路所發(fā)生的傳輸錯誤。然后，采取軟件和硬件容錯措施，確保在傳輸設備故障或者傳輸通路的噪聲使傳世的信息發(fā)生錯誤的情況下，確保通信信息的安全性。三、市場現有聯鎖系統(tǒng)及其配置我國的微機聯鎖系統(tǒng)經過多年的發(fā)展，目前已經成為鐵路信號領域的重要設備，也是關系到列車安全穩(wěn)定運行的關鍵設備。目前國內市場上各種類型的微機聯鎖系統(tǒng)有很多種，從事微機聯鎖領域研究工作的廠家也有很多。為此，鐵道部自 1998 年起加強了項目管理，開始對各種產品設備進行嚴格的技術質量評估，并制定了諸多規(guī)章制度來規(guī)范微機聯鎖系統(tǒng)領域的研究。從系統(tǒng)配置的角度來講，目前市場上應用最為廣泛的有三種，分別是雙機熱備配置、三取二冗余配置、二乘二取二冗余配置，屬于這三種配置的產品也有很多種。本章將以這三種配置為框架，系統(tǒng)介紹各種微機聯鎖控制系統(tǒng)產品的原理和應用，并對各種產品的特點和優(yōu)勢進行了詳細介紹。（一）雙機熱備配置的微機聯鎖系統(tǒng)雙機熱備配置是目前技術比較成熟的硬件冗余配置方式，同時也是我國鐵路使用的計算機聯鎖系統(tǒng)較多采用的硬件配置方式。這里將重點介紹具有雙機熱備配置特點的微機聯鎖系統(tǒng)，主要包括 TYJLII 型、 DS611 型、JDIA 型、CIS1 型等等。TYJLII 型微機聯鎖系統(tǒng)TYJLII 型微機聯鎖系統(tǒng)是由鐵道部科學研究院通號所研制開發(fā)的微機聯鎖系統(tǒng)，也是第一個在我國鐵路投入使用、第一個實現雙機熱備、第一個通過鐵道部科技成果鑒定的國產計算機聯鎖系統(tǒng)。該系統(tǒng)全面采用高可靠性的工業(yè)控制產品，其關鍵核心部分采用專門研發(fā)的高可靠專用控制系統(tǒng)，全面和多層次的故障－安全設計，再加上多年積累的經驗和堅持不懈的努力確保了系統(tǒng)的高安全性。TYJLII 型系統(tǒng)采用可靈活配置的系統(tǒng)結構，具有遠程和區(qū)域控制能力?？蓾M足從特大型樞紐站場到城市軌道交通等不同規(guī)模和不同功能的需求。具有優(yōu)良的性能價格比。符合鐵道行業(yè)標準和各項，管理規(guī)范，首批獲得鐵道部頒發(fā)的生產特許證，被列為國家重點新產品。TYJLII 型微機聯鎖系統(tǒng)集信號聯鎖、計算機、網絡通信和數字信號處理等先進技術于一體，可以在城市快速軌道交通的新線建設和舊線改造中替代進口設備，實現聯鎖設備的故障在線診斷和狀態(tài)維修，大大減少了故障恢復時間和維修工作量，降低運營成本。該項目的研制為我國城市軌道交通行車指揮和列車運行提供了必不可少的先進基礎設備保障， 14 / 44從而進一步推動了城市軌道交通國產信號設備的技術進步。TYJLII 型微機聯鎖系統(tǒng)為分布式多微機系統(tǒng)，其主要設備包括監(jiān)控機（上位機） 、控制臺、聯鎖機、執(zhí)行表示機、繼電接口電路、維修機、電源屏、人機接口設備和室外設備等，其中監(jiān)控機、聯鎖機和執(zhí)行表示機均為雙機熱備結構，具有自動切換和保護功能，并具備脫機試驗維修使用的能力。TYJLII 型微機聯鎖系統(tǒng)的結構框圖如圖 31 所示，從中可以看到系統(tǒng)硬件設備的組成與關系。TYJLII 型微機聯鎖系統(tǒng)的系統(tǒng)軟件包括人機對話層、聯鎖邏輯運算層和執(zhí)行層三個層次，并采用 C 語言和匯編預言進行程序編寫，采用通信軟件進行數據的傳輸，實現微機控制聯鎖的功能。控制臺監(jiān)控機 A 監(jiān)控機 A 維護終端遠程診斷執(zhí)表機A聯鎖機A執(zhí)表機B聯鎖機B綜合柜電源屏 組合架接口柜軌旁設備操縱室微機房機械室室外圖 31：TYJLII 型微機聯鎖系統(tǒng)的結構框圖圖 32 是 TYJLII 型微機聯鎖系統(tǒng)的設備布置示意圖，從中可以看出該系統(tǒng)的實際設備在現場的實際分布。此外，不僅僅是 TYJLII 型微機聯鎖系統(tǒng)，其他 TYJL 系列的微機聯鎖系統(tǒng)的設備分布都是按照這種方式來設計的，在后面的該系列產品介紹時就不再贅述。操 作 室 遠 端機 房機 械 室現 場數字化儀器控制臺電務維修機監(jiān)控機 A 監(jiān)控機 BU P S微機檢測系統(tǒng)雙機熱備聯鎖機繼電組合 電源屏遠程診斷調度監(jiān)督天線 15 / 44圖 32：TYJLII 型微機聯鎖系統(tǒng)的設備布置示意圖TYJLII 型微機聯鎖系統(tǒng)的硬件優(yōu)勢主要包括以下幾點：（1）為地鐵行車組織和安全運營提供了先進、可靠的設備保障；（2）提高了城市快速軌道交通國產信號聯鎖設備的技術水平；（3）為提高地鐵信號聯鎖系統(tǒng)設備管理和檢修作業(yè)水平創(chuàng)造了必要條件；（4）減少了地鐵信號聯鎖設備安裝、調試和維護的工作強度；（5）為城市快速軌道交通新線建設和舊線改造在聯鎖設備上節(jié)約大量外匯和資金；（6）可節(jié)約聯鎖設備維修備品和功能擴展軟、硬件修改所需經費；（7）降低了運營成本，為近一步降低信號系統(tǒng)的設備投入創(chuàng)造了條件。TYJLII 型微機聯鎖系統(tǒng)的軟件按照硬件的結構劃分為三個層次：人機對話層、聯鎖邏輯運算層和執(zhí)行層，各個層次又可以根據功能劃分為幾個模塊。其系統(tǒng)軟件的結構如圖33 所示，各種軟件包之間由專用通信軟件實現溝通。人機接口模塊 通信模塊 信息提示模塊基本聯鎖模塊 自診斷模塊 特殊聯鎖模塊 與替他系統(tǒng)聯鎖模塊調度系統(tǒng)按優(yōu)先級實時調度現場設備狀態(tài)輸入模塊 現場設備控制命令輸出模塊現 場 設 備人機對話層聯鎖運算層執(zhí)行層圖 33：TYJLII 型微機聯鎖系統(tǒng)的軟件層次結構此外，TYJLII 型微機聯鎖系統(tǒng)還可以與 ATS、試車線和正線聯鎖等設備良好的結合，并可以向 ATS 中央系統(tǒng)提供進路、信號機、道岔、軌道電路、股道等狀態(tài)信息，并采用可靠的隔離措施確保不影響聯鎖設備的正常工作。在市場應用方面，國內特大型樞紐站場（如沈陽、長春、哈爾濱等）全部采用 TYJLII 型計算機聯鎖系統(tǒng)，該系統(tǒng)在大型復雜站場方面具有絕對的優(yōu)勢。同時，TYJLII 型計算機聯鎖系統(tǒng)也是第一個在國內城市軌道交通投入使用的微機聯鎖系統(tǒng)。1999 年開通北京地鐵四惠車輛段，2022 年開通北京西直門－東直門快速軌道交通全線 16 個車站，重慶輕軌較新線全線也采用了該制式的計算機聯鎖系統(tǒng)。目前 TYJLII 型計算機聯鎖系統(tǒng)已在全國鐵路、地方鐵路、城市軌道交通以及廠礦專用線 500 多個站場開通使用，市場占有率全國第一。DS611 型微機聯鎖系統(tǒng)DS611 型計算機聯鎖系統(tǒng)是根據鐵道部科技發(fā)展計劃的要求，由通號總公司設計研究院研究開發(fā)取得的成果。該系統(tǒng)是雙機熱備計算機聯鎖系統(tǒng)，采用具有高可靠性的工業(yè)控制計算機，運用網絡通信技術構成多機分布式控制系統(tǒng)。DS611 型計算機聯鎖系統(tǒng)在我國的國鐵和城軌系統(tǒng)都有了比較廣泛的應用。 16 / 44DS611 型計算機聯鎖系統(tǒng)具有如下特點：1）聯鎖子系統(tǒng)采用動態(tài)冗余的雙機熱備結構，具有故障自動切換和人工切換功能，滿足系統(tǒng)高可用性要求；2）聯鎖軟件采用雙份編碼，模塊化和結構化設計，程序設計標準化；3）安全輸出采用動態(tài)驅動方式，表示信息輸入采用動態(tài)編碼方式，滿足故障倒向安全要求；4）系統(tǒng)具有完善的自檢測和故障診斷功能，并可提供遠程監(jiān)視，為設備維護提供及時有效的技術支持；5）系統(tǒng)人機界面全部為漢字顯示，具有多種可選擇的操作方法和表示方式；6）系統(tǒng)設置統(tǒng)一的標準時鐘，可通過統(tǒng)一控制段的微機監(jiān)測網絡實現時鐘的統(tǒng)一校正；7）系統(tǒng)具有遠程通信接口，具備與其他信息系統(tǒng)聯網交換信息的能力。DS611 型計算機聯鎖系統(tǒng)為多機分布式結構。系統(tǒng)由控制臺子系統(tǒng)、網絡通信子系統(tǒng)、聯鎖子系統(tǒng)、監(jiān)測子系統(tǒng)、輸入輸出接口電路組和繼電器接口電路組成，如圖 34 所示。其中，控制臺子系統(tǒng)是調度集中（CTC）分機接口和車站值班人員的人機界面，由控制顯示分機、行車控制臺、站場顯示設備、控制顯示機轉換機箱、CTC 通信接口設備等組成；聯鎖子系統(tǒng)由熱備的聯鎖雙機組成，通過網絡接受控制顯示機發(fā)來的控制臺操作命令，進行聯鎖和 ATP 速度控制邏輯運算，并通過采集接口驅動繼電器工作，實現對道岔、信號機和 ATP 速度的控制；監(jiān)測子系統(tǒng)的作用在于幫助系統(tǒng)管理和維護人員分析事故原因，查找設備故障，以實現故障設備的及時修復；網絡通信系統(tǒng)是一個局域網絡，實現各個子系統(tǒng)之間的信息傳輸與交換；輸入輸出接口是微機系統(tǒng)與繼電器接口電路之間的界面，其設計采用閉環(huán)工作方式和動態(tài)編碼信號；繼電器接口電路是微機系統(tǒng)與室外設備之間的接口，主要由信號點燈電路、道岔控制電路等等，采用 AX 系列繼電器。 17 / 44道岔 、 信號 、 A T P 接口電路 備 機大屏幕圖形顯示器控制臺分機列車運行控制臺大屏幕圖形顯示器鼠標監(jiān) 測分 機鼠標鍵盤打印機遠程監(jiān)視接口控制臺子系統(tǒng) 監(jiān)控子系統(tǒng)