计算机联锁介绍

1、武汉职工教育培训基地武汉职工教育培训基地Wu Han Zhi Gong Jiao Yu Pei Xun Ji DiWu Han Zhi Gong Jiao Yu Pei Xun Ji Di崇德崇德博学博学创新创新育人育人计算机联锁系统的结构主讲主讲 张勇张勇2013.4武 汉 职 工 教 育 培 训 基 地武 汉 职 工 教 育 培 训 基 地Wu Han Zhi Gong Jiao Yu Pei Xun Ji DiWu Han Zhi Gong Jiao Yu Pei Xun Ji Di崇德|博学|创新|育人什么是信号？什么是信号？联锁的概念？联锁的概念？什么是计算机联锁系统？什么是计算机联

2、锁系统？武 汉 职 工 教 育 培 训 基 地武 汉 职 工 教 育 培 训 基 地Wu Han Zhi Gong Jiao Yu Pei Xun Ji DiWu Han Zhi Gong Jiao Yu Pei Xun Ji Di崇德|博学|创新|育人 目前的车站联锁系统是以转辙机、信号机和轨道电路作为基础设备，以继电设备或电子设备实现联锁功能，并集中控制信号机和转辙机的系统。 根据系统各主要组成部分的功能和设置的不同，可划分为人机会话层、联锁层、执行层和室外设备层。 武 汉 职 工 教 育 培 训 基 地武 汉 职 工 教 育 培 训 基 地Wu Han Zhi Gong Jiao Yu

3、Pei Xun Ji DiWu Han Zhi Gong Jiao Yu Pei Xun Ji Di崇德|博学|创新|育人车站联锁系统的发展车站联锁系统的发展 目前，车站联锁系统经历了从机械联锁继电联锁计算机联锁全电子计算机联锁的发展过程。随着微电子技术、计算机技术、信息技术、通信技术、容错技术的不断发展，计算机联锁技术不断走向成熟。武 汉 职 工 教 育 培 训 基 地武 汉 职 工 教 育 培 训 基 地Wu Han Zhi Gong Jiao Yu Pei Xun Ji DiWu Han Zhi Gong Jiao Yu Pei Xun Ji Di崇德|博学|创新|育人计算机联锁系统的特

4、点计算机联锁系统的特点 继电集中联锁的缺点：继电集中联锁的缺点：1功能不够完善，人机对话功能贫乏，也比较难于增加或扩展其他功能。2不便于和现代化的信息处理系统相连接。3造价高、占地面积大、维修量大、标准化程度低。 武 汉 职 工 教 育 培 训 基 地武 汉 职 工 教 育 培 训 基 地Wu Han Zhi Gong Jiao Yu Pei Xun Ji DiWu Han Zhi Gong Jiao Yu Pei Xun Ji Di崇德|博学|创新|育人计算机联锁系统的特点计算机联锁系统的特点 计算机联锁的优点：计算机联锁的优点：与继电集中联锁相比，计算机联锁具有以下显著优点：1体积小，可靠

5、性高，可实现无维修，为铁路信号技术结构的改革创造了条件。2计算机联锁系统功能更加完善。继电集中联锁虽然不断改进和完善，但受到继电器电路的限制或由于费用昂贵等原因，在联锁功能方面仍存在不足。例如，由于轨道电路的误动而造成进路错误解锁的可能性依然存在，以致妨碍进路的预排。3信息量大为丰富。4易于实现自身化管理。5投资越来越低。 武 汉 职 工 教 育 培 训 基 地武 汉 职 工 教 育 培 训 基 地Wu Han Zhi Gong Jiao Yu Pei Xun Ji DiWu Han Zhi Gong Jiao Yu Pei Xun Ji Di崇德|博学|创新|育人计算机联锁系统的安全性和可靠

6、性结构计算机联锁系统的安全性和可靠性结构 随着冗余技术的不断发展，使计算机联锁系统的可靠性和安全性结构得到不断完善。对于计算机联锁系统，即要求具有比较高的可靠性，又要求具有比较高的安全性。这是因为计算机联锁系统不仅需要昼夜不停地连续运转，而且一旦出现故障，就有可能导致重大损失或灾难。 武 汉 职 工 教 育 培 训 基 地武 汉 职 工 教 育 培 训 基 地Wu Han Zhi Gong Jiao Yu Pei Xun Ji DiWu Han Zhi Gong Jiao Yu Pei Xun Ji Di崇德|博学|创新|育人1 1避错技术与容错技术：避错技术与容错技术： 不管计算机系统多么可

7、靠，技术多么的先进，任何普通计算机都有在逻辑的对称性及系统瞬间运算出错的可能性，这就决定了普通计算机系统不符合故障安全原则。为此，我们就需要将这些万分之一、乃至十万分之一的可能性考虑到，依靠避错和容错技术使计算机系统满足故障安全原则。计算机联锁系统的安全性和可靠性结构计算机联锁系统的安全性和可靠性结构 武 汉 职 工 教 育 培 训 基 地武 汉 职 工 教 育 培 训 基 地Wu Han Zhi Gong Jiao Yu Pei Xun Ji DiWu Han Zhi Gong Jiao Yu Pei Xun Ji Di崇德|博学|创新|育人（1）避错技术避错技术，顾名思义就是通过技术手段来

8、避免系统发生故障。 在实际应用中，避错技术主要包括质量控制技术和环境防护技术。质量控制技术质量控制技术是在计算机系统的研制过程中，加强对元器件的选择、管理和使用，采用高可靠的部件和微机系统，并在工艺上实行严格的质量管理。环境防护技术环境防护技术是通过散热、抗振、化学防护、电磁兼容等设计，提高施工质量，并改善系统运行环境，采用各种抗干扰措施，提高系统运行的稳定性和环境适应性。 计算机联锁系统的安全性和可靠性结构计算机联锁系统的安全性和可靠性结构 武 汉 职 工 教 育 培 训 基 地武 汉 职 工 教 育 培 训 基 地Wu Han Zhi Gong Jiao Yu Pei Xun Ji DiW

9、u Han Zhi Gong Jiao Yu Pei Xun Ji Di崇德|博学|创新|育人（2 2）容错技术）容错技术容错容错，即当系统出现硬件或软件故障时，程序不会因系统中的故障而终止或被修改，并执行结果也不会包含系统中故障引起的差错。即容许某种失效的存在，而使其后果不致造成系统工作失效，或能及时发现而缩短修复时间。 容错技术主要依靠外加资源的方法来换取可靠性，其方法主要有：计算机联锁系统的安全性和可靠性结构计算机联锁系统的安全性和可靠性结构 武 汉 职 工 教 育 培 训 基 地武 汉 职 工 教 育 培 训 基 地Wu Han Zhi Gong Jiao Yu Pei Xun Ji

10、DiWu Han Zhi Gong Jiao Yu Pei Xun Ji Di崇德|博学|创新|育人硬件冗余硬件冗余 通过硬件的堆积冗余或待命储备冗余来达到容错。硬件的堆积冗余可以体现在物理级的元件重复，也可以体现在逻辑域的多数表决。待命储备冗余体现在具有N+1个模块并带有检错和切换装置的计算机系统中。我们平时常见的双机热备、N+1冗余等都属于硬件冗余的范畴。 计算机联锁系统的安全性和可靠性结构计算机联锁系统的安全性和可靠性结构 武 汉 职 工 教 育 培 训 基 地武 汉 职 工 教 育 培 训 基 地Wu Han Zhi Gong Jiao Yu Pei Xun Ji DiWu Han Z

11、hi Gong Jiao Yu Pei Xun Ji Di崇德|博学|创新|育人软件冗余软件冗余提高软件可靠性的良种方法，一是研究无错软件，二是研究容错软件。后者将具有设计差异、完成同一任务的不同软件组成一个有机整体，完成错误检测及系统恢复功能。我们平时使用的双机热备就是利用软件冗余来检测主机故障的。计算机联锁系统的安全性和可靠性结构计算机联锁系统的安全性和可靠性结构 武 汉 职 工 教 育 培 训 基 地武 汉 职 工 教 育 培 训 基 地Wu Han Zhi Gong Jiao Yu Pei Xun Ji DiWu Han Zhi Gong Jiao Yu Pei Xun Ji Di崇德

12、|博学|创新|育人时间冗余时间冗余 通过消耗时间资源来达到容错。信息冗余信息冗余 增加信息的多余度来提高可靠性。比如增加检错码、纠错码，附加位越多，检错纠错的能力就越强。 其中，更多采用的是硬件冗余和软件冗余。因此容错控制系统无论在硬件结构方面还是在软件结构方面均存在着一些明显的特点。 计算机联锁系统的安全性和可靠性结构计算机联锁系统的安全性和可靠性结构 武 汉 职 工 教 育 培 训 基 地武 汉 职 工 教 育 培 训 基 地Wu Han Zhi Gong Jiao Yu Pei Xun Ji DiWu Han Zhi Gong Jiao Yu Pei Xun Ji Di崇德|博学|创新|

13、育人 另外，根据故障处理方式不同，可以把容错技术分为动态冗余和屏蔽冗余。 动态冗余动态冗余指主机故障时，备机自动代替，采用动态冗余的系统需要具有故障检测和动态切换功能。目前在计算机联锁中普遍应用的双机热备系统和二乘二取二系统均是采用动态冗余技术。 屏蔽冗余屏蔽冗余，则将故障模块对系统的影响屏蔽掉。采用屏蔽冗余的系统具有表决功能。在计算机联锁中应用的三取二容错系统是采用屏蔽冗余技术。计算机联锁系统的安全性和可靠性结构计算机联锁系统的安全性和可靠性结构 武 汉 职 工 教 育 培 训 基 地武 汉 职 工 教 育 培 训 基 地Wu Han Zhi Gong Jiao Yu Pei Xun Ji

14、DiWu Han Zhi Gong Jiao Yu Pei Xun Ji Di崇德|博学|创新|育人2 2计算机联锁冗余结构计算机联锁冗余结构 为了提高系统的可靠性和安全性，计算机联锁系统大多采用了冗余结构。按故障处理的方式，冗余结构分为两大类，一类是故障切换结构，一类是故障屏蔽结构。 计算机联锁系统的安全性和可靠性结构计算机联锁系统的安全性和可靠性结构 武 汉 职 工 教 育 培 训 基 地武 汉 职 工 教 育 培 训 基 地Wu Han Zhi Gong Jiao Yu Pei Xun Ji DiWu Han Zhi Gong Jiao Yu Pei Xun Ji Di崇德|博学|创新|

15、育人（1 1）故障切换结构）故障切换结构 故障切换结构采用动态冗余技术。目前采用这种结构的有双机热备系统结构和二乘二取二系统结构。 （2 2）故障屏蔽结构）故障屏蔽结构 故障屏蔽结构采用屏蔽冗余技术。属于这种结构的目前只有三取二系统。 计算机联锁系统的安全性和可靠性结构计算机联锁系统的安全性和可靠性结构 武 汉 职 工 教 育 培 训 基 地武 汉 职 工 教 育 培 训 基 地Wu Han Zhi Gong Jiao Yu Pei Xun Ji DiWu Han Zhi Gong Jiao Yu Pei Xun Ji Di崇德|博学|创新|育人（3 3）计算机联锁系统的可靠性与安全性冗余结构

16、）计算机联锁系统的可靠性与安全性冗余结构 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指标。因此，计算机联锁系统的可靠性与安全性的系统结构将是以上两种结构的结合。计算机联锁系统的安全性和可靠性结构计算机联锁系统的安全性和可靠性结构 武 汉 职 工 教 育 培 训 基 地武 汉 职 工 教 育 培 训 基 地Wu Han Zhi Gong Jiao Yu Pei Xun Ji DiWu Han Zhi Gong Jiao Yu Pei Xun Ji Di崇德|博学|创新|育人系统A系统B比较电路系统A系统B比较电路切换电路系统I系统II 为了使系统既具有可靠性又具有安全性，

17、这就需要采用多重冗余构造，如二乘二取二系统，利用了四台计算机系统，其中的两个系统处于热备状态， 计算机联锁系统的安全性和可靠性结构计算机联锁系统的安全性和可靠性结构 武 汉 职 工 教 育 培 训 基 地武 汉 职 工 教 育 培 训 基 地Wu Han Zhi Gong Jiao Yu Pei Xun Ji DiWu Han Zhi Gong Jiao Yu Pei Xun Ji Di崇德|博学|创新|育人计算机联锁系统的安全性和可靠性结构计算机联锁系统的安全性和可靠性结构 也可采用三取二系统，即三台计算机同时工作，两两进行比较，当至少有两个结果相同时，则认为正确无误，如图所示。系统B系统C

18、系统A异或异或异或输出表决器武 汉 职 工 教 育 培 训 基 地武 汉 职 工 教 育 培 训 基 地Wu Han Zhi Gong Jiao Yu Pei Xun Ji DiWu Han Zhi Gong Jiao Yu Pei Xun Ji Di崇德|博学|创新|育人（三）现有的计算机联锁系统（三）现有的计算机联锁系统 纳入维规的9种计算机联锁系统，TYJL-（铁科研）、DS6-11（北京通号公司）、VPI（卡斯柯）CIS-1（卡斯柯）、JD-1A（北京交大）五种为双机热备结构，TYJL-ECC、TYJL-TR9两种为三取二容错结构，DS6-K5B、EI32-JD两种为二乘二取二结构，以

19、及维规公布实施后，取得“行政许可”的TYJL-ADX、TYJL-两种也为二乘二取二计算机联锁系统。 目前，高铁线路上运用的计算机主流产品为DS6-K5B型计算机联锁系统及EI32-JD型计算机联锁系统，我们将详细讲解这两种计算机联锁系统。 计算机联锁系统的安全性和可靠性结构计算机联锁系统的安全性和可靠性结构 武 汉 职 工 教 育 培 训 基 地武 汉 职 工 教 育 培 训 基 地Wu Han Zhi Gong Jiao Yu Pei Xun Ji DiWu Han Zhi Gong Jiao Yu Pei Xun Ji Di崇德|博学|创新|育人安全性和可靠性结构 按故障安全原则 避错技术

20、 容错技术 质量控制技术环境防护技术 硬件冗余 软件冗余 时间冗余 信息冗余 按故障处理的方式 故障切换结构 （双机热备、二乘二取二）故障屏蔽结构 （三取二系统 ）武 汉 职 工 教 育 培 训 基 地武 汉 职 工 教 育 培 训 基 地Wu Han Zhi Gong Jiao Yu Pei Xun Ji DiWu Han Zhi Gong Jiao Yu Pei Xun Ji Di崇德|博学|创新|育人武 汉 职 工 教 育 培 训 基 地武 汉 职 工 教 育 培 训 基 地Wu Han Zhi Gong Jiao Yu Pei Xun Ji DiWu Han Zhi Gong Jiao

21、 Yu Pei Xun Ji Di崇德|博学|创新|育人 控制台控制台(上位上位机）的主要任务是机）的主要任务是完成人机对话功能。完成人机对话功能。 武 汉 职 工 教 育 培 训 基 地武 汉 职 工 教 育 培 训 基 地Wu Han Zhi Gong Jiao Yu Pei Xun Ji DiWu Han Zhi Gong Jiao Yu Pei Xun Ji Di崇德|博学|创新|育人 计算机联锁系统的人机接口，接收信号值班员操作命令及提供图象显示 根据操作员的始终端按钮初选进路 与联锁机交换信息，发送操作命令给联锁机，接收联锁机发来的站场信息及微机设备工作状态信息 发送站场信息及操作

22、信息给维修机，接收维修机传来的时钟信息 构成局域网与其它信息系统接口武 汉 职 工 教 育 培 训 基 地武 汉 职 工 教 育 培 训 基 地Wu Han Zhi Gong Jiao Yu Pei Xun Ji DiWu Han Zhi Gong Jiao Yu Pei Xun Ji Di崇德|博学|创新|育人武 汉 职 工 教 育 培 训 基 地武 汉 职 工 教 育 培 训 基 地Wu Han Zhi Gong Jiao Yu Pei Xun Ji DiWu Han Zhi Gong Jiao Yu Pei Xun Ji Di崇德|博学|创新|育人 电务维护台设备包括：监测机、通信监测机

23、、键盘、显示器等。监测机和针对联锁系统的相关命令和操作进行记录。武 汉 职 工 教 育 培 训 基 地武 汉 职 工 教 育 培 训 基 地Wu Han Zhi Gong Jiao Yu Pei Xun Ji DiWu Han Zhi Gong Jiao Yu Pei Xun Ji Di崇德|博学|创新|育人维护台功能维护台功能 与上位机交换信息，实时反映主备联锁系统的运行状态，校准上位机时钟 记录设备运行状态信息和站场变化信息等（自动存盘和人工存盘） 与远程维修中心建立拨号网络，实现远程诊断 与调监系统、微机监测系统等信息管理系统接口 注意维修机的正常关机武 汉 职 工 教 育 培 训 基

24、地武 汉 职 工 教 育 培 训 基 地Wu Han Zhi Gong Jiao Yu Pei Xun Ji DiWu Han Zhi Gong Jiao Yu Pei Xun Ji Di崇德|博学|创新|育人 实现信号设备的联锁逻辑处理功能，完成进路确选、锁闭、解锁，发出开放关闭信号和动作道岔的控制命令 与上位机交换信息，接收上位机的操作命令，给上位机发送信号设备的状态信息以及联锁机的工作状态信息 与采集、驱动单元交换信息，接收采集单元发来的信号设备的状态信息，给驱动单元执表机发送设备动作信息 控制联锁机的自动切换、联机、同步与脱机联锁机联锁机( (下位机）功能下位机）功能武 汉 职 工 教

25、 育 培 训 基 地武 汉 职 工 教 育 培 训 基 地Wu Han Zhi Gong Jiao Yu Pei Xun Ji DiWu Han Zhi Gong Jiao Yu Pei Xun Ji Di崇德|博学|创新|育人软件结构软件结构 上位机软件（初选进路、操作显示、记录等） 联锁软件（调度、管理、采集控制、选路、锁闭、开放信号、关闭信号、解锁、溜放、非进路、推峰等） 维修机软件（维护界面）武 汉 职 工 教 育 培 训 基 地武 汉 职 工 教 育 培 训 基 地Wu Han Zhi Gong Jiao Yu Pei Xun Ji DiWu Han Zhi Gong Jiao Yu

26、 Pei Xun Ji Di崇德|博学|创新|育人执行层执行层 （机械室）（机械室） 执行层执行层 （微机室）（微机室） 人机对话层人机对话层2网操作表示机（ A机）1网操作表示机（ B 机）联锁机（ A机）联锁机（ B机）总线转换电路（ A ） 总线转换电路（ B ）采集电路（A） 输出电路（A） 采集电路（B） 输出电路（B） 机械室组合架继电器接口配线、通道防雷 联锁运算层联锁运算层（微机室）（微机室） 按照软件的层次结构按照软件的层次结构电务维修机10101010101010101010101010101010武 汉 职 工 教 育 培 训 基 地武 汉 职 工 教 育 培 训 基 地Wu Han Zhi Gong Jiao Yu Pei Xun Ji DiWu Han Zhi Gong Jiao Yu Pei Xu