千书站计算机联锁工程设计

千书站计算机联锁工程设计内容摘要：

...................................................................................................................................... 39 13 中 文 摘 要 计算机联锁系统是一种利用计算机技术取代继电技术构成的车站信号实时控制系统。 1978 年 ，瑞典首先在哥德堡车站将计算机联锁投入使用。 此后，日、 美、英、法、德等国都相继研制了各自 的计算机联锁系统。 我国自 20 世纪 80 年代开始研制由微型计算机构成的计算机联锁系统，并且很快取得了成果。 计算机联锁相比继电集中有显著的优势， 它功能完善，计算机工作速度快、信息容量大，所以计算机联锁很容易实现自动控制 功能， 还能安全地实现自动选录和存储进路等继电集中联锁无法完成的功能。 运行图变更时，能自动选择最佳方 案。 计算机联锁不仅可以扩大控制范围，适用于任何规模的车站（尤其是是大型枢纽及远离咽喉区的信号设备等），而且还可以利用计算机进行站内行车业务管理，以提高工作效率。 计算机联锁用彩色监视器的屏幕显示代替了继电集中联锁的表示盘，大大缩小了体积，丰富了显示内容，简化了结构，方便使用。 它方便设计、施工和维护，计算机联锁是用计算机软件构成的联锁关系，它将车站联锁逻辑编成程序，无论站场如何变化，只要补充和改变软件中的程序，即可满足联锁的要求，易于实现故障检测和分析，而且大大降低了工程造价。 由于施工、改建和故障修复时间的缩短 ，减少了对运输的干扰，其经济效益是显著的。 计算机联锁在实际应用中是有很大的意义的。 进入 20 世纪后，我国的计算机联锁发展迅速，已有上千个站场采用计算机联锁。 有的区段已发展了成段的计算机联锁。 在铁路快速发展的过程中，要加快计算机联锁的发展 . 由于本人还未到现场实习，所以对信号设备的了解，范围有限，所以还需要各位老师指正。 14 第一章 计算机联锁的概述 计算机联锁是以计算机技术为核心，采用通信技术、可靠性与容错技术以及“故障 — 安全”技术实现铁路车站联锁要求的实时控制系统。 在我国 20 世纪 80 年代，铁道科学研究院、通信 信号总公司研究设计院、北方交通大学等单位相继展开了计算机联锁控制系统的研发工作。 1984 年通信信号总公司研究设计院研制生产出了国内第一个车站计算机联锁控制系统，并成功应用于地方铁路，填补了我国计算机连锁控制系统的空白。 第一节 计算机联锁系统的结构 计算机联锁系统 的硬件部分可分为人机会话层（也可称人机对话层）、联锁层和监控层，相应的由人机会话计算机、联锁计算机和控制器来承担各层的任务。 人机会话计算机接收来自操作台的操作输入，判明能否构成有效的操作命令，并转成约定的格式，输送给联锁计算机。 另外接收来自联锁计算机的表示信息，将它们转换成显示器或控制台能够接受的格式。 联锁计算机接收来自人机会话计算机的操作命令以及室外监控对象的状态信息，进行联锁逻辑运算，包括选择进路、检查进路空闲、锁闭敌对进路等，然后发出控制道岔转换和开放信号的命令。 控制器用来实现控制对象与室内联锁计算机之间的联系。 它接收来自联锁计算机的控制码，经过变换形成控制命令以驱动相应的控制电路；它又接收监控对象的状态信息，经过编码再传送到联锁计算机。 与硬件系统对应，计算机联锁的软件分为人机会话处理、联锁逻辑处理、执行表示三个软件包。 至于室外设备，计算机联锁保留了电气集中所采用的现场设备。 第 二 节 计算机联锁的进路控制 计算机是执行程序来工作的。 要让计算机控制车站的联锁，即对进路进行 控制，必须制定一个完整程序，以便计算机按部就班的执行。 计算机联锁程序所处理的内容是多方面的，但其核心部分是进路控制。 计算机联锁的控制程序严格规定了联锁的执行步骤和条件，保证了系统工作的有条 15 不紊。 当然所有的联锁条件检查，还要通过计算机进行各种逻辑运算，检查各种联锁条件是否具备。 其实计算机联锁所要执行的联锁程序原则上同继电联锁是一样的，但比带有许多机 械点的继电器电路要快的多，而且是无声无息地进行完毕。 计算机联锁进路控制程序框图 第三节 有备无患的冗余结构 计算机联锁系统 采用冗余结构的实质在于用增加相同性能的模块来换取系统的可靠性和安全性。 冗余技术的发展 ， 最早出现的计算机联锁曾采用单机机构，其可靠性和安全性远远不能满足车站联锁的严格要求。 于是，改为双机热备结构，并由一个 CPU 执行两套功能相同而编码各异以及诊断程序，来提高计算机联锁的可靠性和安全性。 目前，我国大部分计算机联锁是双机热备系统。 但是，双机热备系统存在着双机切换的问题，切换失败将产生危险后果。 与此同时，开发了采用屏蔽比冗余技术三取二系统， 3个 CPU 运算结果两两进行比较，产生危险输出的可能性很小。 但是，存在着不能停机检修的问题。 近几年，又推出了二乘二取二系统，有两个 CPU 构成一个子系统（干线的技术改造都优先考虑采用二乘二取二系统）。 主机执行任务，另外两个 CPU处于热备状态（备机），这就大大提高了计算机联锁的可靠性和安全性，而且方便维修。 （ 1） 系统的 可靠性冗余结构 计算机联锁系统的可靠性冗余结构，就是指为了使系统的可靠性指标达到或者 超过目标值而采取的冗余结构。 系统的可靠性冗余结构往往采用双机热备二重系统。 16 图 双机热备冗余结构 1 双机热备系统由两台计算机组成，其中一个（模块 A）执行联锁，作为主机；另一个（模块 B）虽然也带电工作，但只作为热备（即开机运行状态下备用），它也进行联锁运算，却无控制输出，备而不用。 这种系统是靠单机自我测试和监督，不够安全，而且存在双机切换的问题，切换失败将产生危险后果，在国外不再发展，我国暂准在单 线、支线、非提速区段使用。 （ 2）系统的安全冗余结构 计算机联锁系统的安全性冗余结构就是指为了使系统的安全性指标达到或超过目标值而采取的冗余结构。 系统的安全性冗余结构往往采用双机同时工作并彼此间进行频繁比较的二 取 二二重结构。 其基本结构如图所示： 图 双机热备冗余结构 2 检测 模块 A 模块 B 检测 比 较 单 元 输入 输出 检测 模块 A 模块 B 检测 切 换 单 元 输入 输出 17 （ 3）计算机冗余结构的应用 计算机联锁系统既要求有比较高的可靠性指标，有要求有比较高的安全性能指标。 因此计算机联锁 系统的可靠性与安全性的系统结构需要结 合 ， 即 1 ） 二 乘 二 取 二 系 统。 二乘二取二系统图 这种系统由 4 台计算机系统，两两一对，组成两个子系统 I 和 II，每个子系统中有同样的两台计算机 A 和 B，执行联锁任务。 其中一个子系统作为主机，负责输出控制命令；另一个子系统处于热备状态。 子系统中两个计算机各执行一套编码相同的程序，然后对它们的运算结果进行比较，如果一致就输出；如果不一致就认为其中有一个计算机出了故障，立刻停止该子系统的输 出，切换到另一个子系统输出。 此系统中每一个子系统类似于双机热备制式中的一个单机，可称是双份的双机热备，虽说多用用了两台计算机，但保险系数也加大了，更加安全可靠。 2）三取二系统 这种系统用三台计算机组成联锁机构，各台计算机中执行同样的联锁软件，输出时运用多数表决器判断，少数服从多数，只要任何两台计算机运算结果一致（包括三台均一致），则认为联锁机构工作正常。 如果有一台计算机发生故障，其运算结果在表决器中就被屏蔽掉了，不会将其错误结果输出。 如果三台计算机中两台同时发生故障，则必须满足“故障 — 安全”的要求，不允许 输出导向危险的结果。 另外，各计算机之间采用了两个并行的传输网进行通信，即双网通信。 如果其中一个传输网中断或者发生故障，另一个传输网仍能保证系统正常工作，提高了系统的可靠性。 系统 A 系统 B 比较电路 比较电路 系统 A 系统 B 切换电路 18 三取二系统图 系统 A 系统 B 系统 C 异或 异或 异或 表 决 器 故障表示 输出 19 第二章 JD— IA 型计算机联锁系统 第一节 JD— IA 型计算机系统的体系结构 JDⅠ A 型计算机联锁系统包括人机对话层（也称操作表示层）、联锁运算层和执行层。 人机对话层与联锁运算层之间采用双通信网通信。 联锁运算层和执 行层之间采用外部控制总线实现与计算机总线的分离。 电务维修机通过电务维修网与操作表示机相连，电务维修网一般采用交换式以太网。 联锁机通过两套故障安全型动态采集电路采集组合架有关继电器接点的状态，通过两套动态驱动电路输出对执行继电器的控制信息，并由动态检测电路对输出电压进行回读检测。 操作表示计算机简称操作表示机，也称人机对话机、上位机。 它和联锁计算机构成上下分层结构。 其有以下功能： （ 1） 办理进路等功能。 它接收车站值班员操作按钮信息，将按钮信息通过网络通信传给联锁机。 （ 2） 站场及信息显示功能。 它接收来自联锁机的站场状态 数据和提示信息等，在显示器或控制台上显示站场情况、系统工作情况、报警信息等，对主要的错误或者故障提供的相应的语音报警。 （ 3） 信息转发功能。 将站场状态数据及提示信息、报警信息、系统状态信息等转发给电务维修机。 联锁机也称下位机，功能如下： （ 1） 接收操作表示机下发的操作命令。 （ 2） 通过接入口电路采集站场状态。 （ 3） 进行联锁运算。 （ 4） 根据运算结果，通过输出接口电路控制组合架继电器动作。 （ 5） 将站场状态信息、提示信息、故障信息等传给操作表示机。 接口电路：联锁机通过执行层的采集接口电路采集组合架继电器状态，通过输出驱动电路驱动组合架继电 器动作。 接口架配线、通道防雷：组合架继电器与采集、输出驱动电路一一对应，即接口信息表规定好了某套采集电路采集哪个继电器，某套输出驱动驱动哪个继电器。 从组合架室内分线盘到计算机联锁电路间通过32 芯电缆相连，在连接之间加装有通道防雷器件。 电务维修机功能如下： （ 1） 接收操作表示机传来的站场状态信息、操作信息、提示信息、故障信息等。 （ 2） 显示站场运行情况、车站值班员操作信息、故障信息、系统 20 运行情况。 （ 3） 记录一个月的历史信息，可查看一个月内站场运行情况、车站值班员操作信息、故障信息等。 （ 4） 为 CTC、 TDCS、 微机联锁等提供接口。 第二节 JD— IA 计算机联锁的主要特点 系统采用独特的外部控制型总线控制器，实现计算机总线和控制总线的分离，使系统抗干扰能力提高，兼容、扩展能力强。 联锁机、操作表示机之间采用双通信网进行通信，双网同时工作，一旦其中一网故障，另一网认可保证系统正常通信。 联锁计算机通过故障 — 安全型动态采集电路采集组合架继电器接点状态，每个采集接点通过两套电路同时采集，提高硬件自诊断功能。 动态驱动电路双套备份，更换备机驱动板时，不影响主机使用。 对输出电压进行回读检测，增加输出电路自诊断能力。 不仅电源引入联锁 控制系统前进行了防雷处理，组合架内分线盘引入联锁机柜的所有配线都进行了防雷处理。 联锁机柜中输入 /输出电路都采用了光电隔离器件，将外界信号与计算机系统隔离开，保证系统不受外界传导干扰。 联锁控制系统具有强大的故障诊断能力，并通过维修机记录下来，供电务维修人员参考。 系统采用双机热备的动态冗余结构，并设计有专业用的硬件诊断部件和诊断程序，提供尽量全面的软硬件自检测、互检测功能。 I/O 故障可精确定位到端口和数据位。 检测故障实时送往维修机显示、记录，并给出详细、清晰的故障报告，维修人员可方便的从维修集中得 到这些数据，根据这些数据可迅速排除故障。 系统的采集电路为安全输入电路，联锁机控制多功能匹配板产生方波脉冲，再经由继电器接点、输入电路，由联锁机回读。 联锁机只有回读到方波脉冲，才判定继电器接点闭合。 电路具有故障 — 安全性能，电路中任何器件发生故障，均可导致动态脉冲中断，从而使设备导向安全。 输出驱动板中的输出驱动电路根据联锁机控制命令产生动态脉冲，驱动电路根据动态脉冲、控制电路充放电，进而产生能动作继电器的直流电平。 32 路回读检测板用以检测驱动电路是否正常工作。 计算机联锁控制系统驱动的继电器均采用 JPXC— 1000 安全型继电器。 动态驱动电路的输出又通过回读检测电路进行检测，遵循闭环工作原理，保障系统的故障 — 安全性。 21 第三章 计算机联锁工程设计概况 第一节 站场平面布置图概述 千书站是半自动闭塞站场，单线双向，沈阳到吉林方面，东郊到长岭方面， 4 股道站场。 站场使用主要室外信号设备中，信号机。