第13讲(计算机联锁)

1、计算机联锁COMPUTER INTERLOCKING本章主要内容铁路运输及其信号系统铁路信号系统的安全性与可靠性车站联锁系统的发展历史计算机联锁系统的功能、特点及结构小结与思考1.1铁路运输及其信号系统铁路运输l定义：以机车车辆等移动设备和铁道线路、桥梁隧道、站场等固定设备为基本设备，以车站为运输生产基地的实现旅客和货物运输的系统。铁路信号l作用：保障各个部门能协调工作，指挥列车按计划安全有效的运行。1.1.1铁路技术设备的构成车站车站铁路线路机车铁路信号1.1.2行车安全与铁路信号区间l定义：在车站之间的铁路路段进路l定义：在车站内的铁路路段（或路径）信号机l定义：路段入口处的防护设备信号机

2、进路闭塞开放1.1.3车站联锁系统联锁l定义：保证行车安全，信号、道岔与进路之间以技术手段保持的一定制约关系和操作顺序。信号机信号机道岔道岔联锁系统进路1.1.4车站信号机保证安全的措施在进路始端设置信号机信号机开放的基本条件为：l防护进路在空闲状态；l进路中的道岔位置符合进路开通要求，而且锁在规定状态；l没有办理与本进路相冲突的进路（敌对进路），而且将敌对进路锁闭，不再办理；l信号必须在值班人员操纵下才能开放，而且每开放一次仅对一次列车或车列有效。1.1.5轨道电路目的l反映进路是否有车占用，同时当道岔区段有车占用时，区段内的道岔不能转换绝缘轨道继电器1.1.6继电器联锁轨道继电器岔道定位继

3、电器信号继电器1.1.7进路控制进路建立阶段l从车站值班人员开始办理进路到防护该进路的信号开放的整个过程。进路解锁阶段l从列车或车列驶入进路到越过进路中所有道岔区段的整个过程。进路建立进路解锁进路控制1.1.8进路建立进路选择道岔控制进路锁闭信号控制1、操作规范2、空闲状态3、征用标志4、状态记录1、为下一步开放信号创造条件2、万一信号不能开放，则可用其他方式指挥仍安全发生异常情况应及时关闭1.1.9进路解锁解锁的条件与时机取消进路中途折返解锁人工延时解锁正常解锁故障解锁1.2铁路信号系统的安全性与可靠性铁路信号系统的首要功能l保证行车安全保证行车安全的基本出发点l以技术手段尽可能取代安全措施

4、中的人的参与。影响安全因素路外因素路内因素洪水、塌方和地震车辆失控，列车相撞铁路设备的人为破坏钢轨断裂、车轴断裂制动设备失效工作人员违章1.2.1信号信息安全的要求信号显示应能反映所防护的线段是否在空闲状态。信号显示应能反映防护线段内是否存在危机行车安全的因素。信号显示应能指示安全运行速度。1.2.2故障安全系统的安全性：l功能安全，即系统在无故障地正常工作中用保证行车安全的功能。l技术安全，即系统发生故障后其后果仍能导致行车安全。铁路信号系统无故障故障安全1.3车站联锁控制系统历史发展概述 1825年9月7日第一条铁路在英国诞生，主要问题是安全和效率1830年出现铁路信号1856年第一套简单

5、的机械式车站联锁控制设备诞生1927年基于布线逻辑的继电器联锁控制系统问世，其联锁逻辑由继电器实现。我国的典型代表为6502电气集中联锁控制系统。1978年，由瑞典ABB公司研制的世界上第一套计算机联锁控制系统在瑞典哥德堡站成功应用1.3车站联锁控制系统各国发展概述【瑞典】计算机联锁发展三个阶段：l采用的典型产品为EBILOCK750系列，特点是信号机和道岔的控制器件仍由继电器来完成，保留轨道继电器；l采用无接点方式的电子器件控制信号机和道岔，仍保留轨道继电器；l实现全电子化控制，典型产品有EBILOCK850系统和EBILOCK950系统，控制电路、轨道继电器均采用无接点方式的功能块。安全性

6、与可靠性l采用分散控制方式，采取双机热备、单机运行双套软件1.3车站联锁控制系统各国发展概述【英国】计算机联锁又称为固体联锁（Solid State Interlocking，简称SSI）l1985年SSI系统首次在明斯顿车站正式应用，其采用分散三级控制方式，为保障安全性与可靠性，采用三取二表决的模式。参与表决的每个模块运行单套软件，每一模块与其他两个模块的运算结果相比较以检验自身的运算结果。 1.3车站联锁控制系统各国发展概述【德国】于1979年决定研制计算机联锁。l1985年西门子公司以SIMIS系统为核心构成车站联锁控制系统在慕尼黑米腾瓦尔特区段的穆尔脑（Mulmau）站交付使用。早期的

7、SIMIS-B型（8080 CPU）、SIMIS-C型（8085 CPU）、SIMIS3116、SIMIS3216、SIMISE型（80386）、SIMIS-W型，前几种为双机硬件比较，后两种为三中取二表决型。 1.3车站联锁控制系统各国发展概述【日本】于1985年开始使用计算机联锁，已经安装使用了200多个车站。主要产品为SMILE I、II、III型和K、N型五种类型。【美国】其产品主要有阿尔斯通信号公司（GPS）的VPI安全型系统和联合道岔与信号公司（USS）的Microlock系统两种。其大部分用在单机运行状态，系统的安全性由主机系统中的“安全逻辑”保证。 1.3车站联锁控制系统各国发

8、展概述【中国】计算机联锁研制始于1983年。l1第一套系统安装在南京梅山铁矿井下200m深处24组道岔的运输线路上，1984年投入运营。l2在1987年7月研制开发了适用于地面厂矿铁路的计算机联锁设备，并首先在太原钢铁厂配料站首先使用。l3而在正线甚至干线上，最早是由卡斯柯信号有限公司（CASCO）从美国阿尔斯通信号公司（GRS）引进，并结合我国铁路实际运营技术条件开发出VPI安全型计算机联锁系统。第一套系统安装在广深线的红海站上，于1991年11月投入运营，开创了我国计算机联锁技术在干线车站上运用的先例。l41993年10月由铁道科学研究院研制的车站计算机联锁系统在哈尔滨平房站正式使用。l5

9、1994年1月由通号总公司研制的车站计算机联锁控制系统在南京分局浦口到发场开通使用。 1.3.1CASCO安全型计算机联锁（VPI）系统 安全型计算机联锁（VPI）系统 l一种“故障-安全”的、以多处理器为基础的车站联锁信号控制系统 l该系统是中美合资卡斯柯信号有限公司从阿尔斯通信号（美国）公司（ALSTOM Signaling Inc.-即原美国GRS公司）引进，结合中国铁路运营技术条件，经过二次开发的一种安全型车站联锁设备。lVPI型计算机联锁系统具有综合的控制和管理功能，能确保行车安全，提高运输效率，改善劳动条件，并为实现管理和信息现代化创造条件。l在工程实施中，可以以计算机联锁系统（V

10、PI）为核心，构成包括计算机联锁和调度集中/调度监督、信号微机监测等子系统的综合信号系统。 安全型计算机联锁（VPI）系统结构图VPI系统区域计算机联锁站结构图1.3.2我国计算机联锁的典型系统铁科院研制lTYJLII型双机热备系统lTYJLTR9型三取二容错计算机联锁设备l1997年12月通过铁道部鉴定北京全路通信信号研究设计院研制lDS6-11型双机热备系统lDS6-20型三取二系统l1999年1月通过铁道部鉴定 1.4.1计算机联锁的功能联锁控制功能：进路控制；信号开放、关闭；道岔单独操作、锁闭、解锁显示功能：站场基本图形显示；现场信号设备状态显示；值班员按压按钮动作的确认显示；联锁系统

11、工作状态、故障报警显示；时钟显示、汉字提示等记录存储和故障检测与诊断功能：系统可按时间顺序自动记录和存储值班员按钮操作情况、现场设备动作情况和行车作业情况；提供图像再现功能；实现进路存储和自动办理；具有集中检测和报警功能结合功能：利用标准化通信接口板，网络接口板，可以直接与现代化信息处理系统相联结进行数据交换 1.4.2计算机联锁的优越性 技术上：l进一步完善了联锁控制功能；l可靠性、安全性高；l灵活性大；l便于系统维护经济上：l可以降低设备投资成本；l重量轻、体积小，可节省基本建设费用 1.4.3计算机联锁的技术实现特点 人机对话设备已经由传统的控制台、控制盘，改为数字化仪、鼠标、大屏幕显示

12、器等，使系统操作更简单，显示清晰、直观，显示内容更为丰富。系统软硬件设计全部都采用模块化结构，可根据需要灵活应变。采用高可靠、故障安全硬件结构联锁软件设计为双程序设计，两套程序采用分层结构，程序和数据运用冗余编码技术使得危险侧故障降到最低。信息传输方面，采用同步或异步通信方式，确保信道安全可靠。为了提高系统运行稳定性，采取了必要抗干扰措施。系统功能齐全，除联锁外，还要有显示、检错、诊断、存储记录等功能。预留有与其他自动化设备相连的接口。 1.4.4计算机联锁的定义计算机联锁用微型计算机对车站值班人员的操作命令与现场实际状态的表示信息进行逻辑运算，从而实现对信号机、道岔及进路进行集中控制和联锁的

13、车站联锁设备。微机联锁软硬件实现联锁的逻辑关系采用积木式的软硬件大量减少人为工作动作速度快，信息量大，可控性强通用性强，适应改扩建，修改容易节约成本，提高安全性和可靠性1.4.5计算机联锁系统的基本结构 层次结构l集中式控制结构l分散式控制结构冗余结构l可靠性冗余结构l安全性冗余结构1.4.6车站联锁的层次结构人机会话设备联锁机构人机会话层室外设备监控层联锁层1.4.6车站联锁的层次结构人机会话层操作人员通过操作向联锁机构输入操作信息并接受联锁机构输出的反映设备工作状态和行车作业的表示信息。联锁机构系统核心，实现联锁功能，必须具有故障安全性能。其根据联锁条件，对输入的操作信息和状态信息，以及联

14、锁机构的当前内部信息进行处理，改变内部信息，产生相应的输出信息，即控制命令，并交付监控层控制电路予执行。监控层接受上层信号控制命令和道岔控制命令，并向联锁层传输信号、道岔、轨道电路的状态信息，其控制电路必须是故障安全的。1.4.7计算机联锁的控制结构 集中式控制与分散式控制结构集中式控制系统由室内、室外两部分构成，特点是联锁系统的各层功能均由一台计算机完成 l控制台l联锁处理机l输入输出接口l电源设备l现场信号设备控制台联锁处理机输入输出接口室内室外操作信息表示信息状态信息控制命令1.4.7计算机联锁的控制结构分散式控制结构的特点是将联锁系统的功能按结构层次划分成若干相对独立又有一定联系的功能

15、模块，均由相应的计算机来处理。由于功能模块的划分并非唯一，所以具体结构形式是多种多样的 控制台监视控制机联锁机目标控制器与其他系统联系分散式控制结构监视控制机（上位机）信息管理计算机，人机会话功能，还用于实时记录信息及其再现，另外还有诊断功能；联锁机（下位机）实现信号设备的联锁逻辑处理功能，完成进路确选、锁闭、发出开放信号和动作道岔的控制命令，与执行层有两种方式：专线方式和总线方式 目标控制器控制命令和状态信息的转送站，一方面接收和校核来自联锁机的控制代码，经译码后形成控制命令，以驱动相应的设备控制电路；另一方面又接收监控对象的状态信息，经编码传送到联锁机。 联锁机输入输出接口监控对象室内室外

16、联锁机室内室外总线控制器控制器控制器总线方式总线方式专线方式专线方式监控对象监控对象监控对象1.4.8系统的冗余结构 可靠性冗余减少出现故障时系统停止工作的概率，采用逻辑上为“或”关系的二重结构，如下图：模块A模块B输入或门输出安全性冗余出现故障时，为了减少产生危险侧输出的概率，采用相互校核的逻辑上为“与”的二重结构，如下图： 模块A模块B输入与门输出1.4.8系统的冗余结构监控机的双机冗余系统结构人工切换控制较简单，当操作人员发现故障时，人工切换开关，将备用机投入使用，采用自动切换控制时，必须对工作机进行不间断的故障检测，一旦发现故障，立即切换，把备用机替上去。 监视控制机主机监视控制机备机

17、输入切换开关1.4.8系统的冗余结构联锁机双机冗余系统结构考虑到安全性在每一台联锁机内装配两套功能完全相同、但编程方法完全不同的独立版本的联锁程序，用单机顺序执行双份程序并对两者的运算结果进行比较（逻辑“与”），经比较器判断相同时，说明运行正常，可作为系统输出。不一致时，进行倒机，启用备机。 程序A程序A输入切换开关联锁备机程序B联锁备机程序B比较器比较器输出1.4.8系统的冗余结构联锁机三机冗余系统结构三套联锁计算机的性能相同并分别执行同一套联锁程序，输出由表决器进行表决，有两套输出相同，则表决有正确输出，也称为三取二结构。只有当任何两套计算机同时发生相同故障，并产生同样输出信息时，表决器无

18、法检测出错误，但这种情况概率很小。 联锁A机联锁B机输入联锁C机V输出1.4.9计算机联锁的故障安全因为通用电子器材本身并不具有故障状态的不对称性，所以要采取保障措施。故障安全保障措施涉及行车安全的信息代码可以在故障或干扰时能被检测出，或安全侧代码概率大代码畸变或迷路时，系统不得产生危险侧输出涉及行车安全的信息代码在传输中，不至于因故障到达错误目的地，或可以被检测出1.4.10计算机联锁系统的发展铁路行车的智能系统列车间隔调整系统调度专家系统调度管理信息系统计算机联锁系统铁路行车的控制与管理在全面向智能化发展1.4.10计算机联锁系统的发展计算机联锁系统应当能够直接接受调度计划并自动生成进路控制命令以及确定命令的执行时机，这样不仅减少了车站值班人员办理进路的工作，而且较彻底地防止了错办进