计算机联锁概述、基本原理、技术和实现

1、计算机联锁概述、基本原理、技术和实现2022/8/51教材车站信号自动控制王永信 中国铁道出版社参考书：计算机联锁林瑜筠 中国铁道出版社车站信号计算机联锁控制系统徐洪泽 中国铁道出版社车站计算机联锁ABC赵志熙 中国铁道出版社计算机联锁系统技术赵志熙 中国铁道出版社2022/8/52主要内容 计算机联锁系统概述 计算机联锁系统的基本原理 双机热备型计算机联锁 二乘二取二计算机联锁 三取二计算机联锁 用于平面调车的计算机联锁计算机联锁工程设计2022/8/532022/8/54铁路信号： 指示列车及有关行车人员的一种信号或命令。信号或命令的形式： 以特定的物体的外表特征如：形状、颜色、位置、灯光

2、及状态的显示数目等。 2022/8/552022/8/562022/8/57铁路信号的功能： 保证列车或调车作业的行车安全； 提高运输效率； 实现运输管理自动化、列车运行自动控制；改善铁路员工的劳动条件。2022/8/58保证行车安全的措施： 起初以运营管理措施来保证行车安全； 随着科学技术的进步转变为以技术手段保证行车安全。铁路信号的分类：（按应用场所分类） 车站信号控制系统； 区间信号控制系统； 编组站调车控制系统； 铁路行车安全指挥系统以及列车运行自动控制系统。2022/8/59进路：列车或调车车列由某一指定地点运行至另一地点所经过的路段。平行进路：两条没有共同的路段的进路。两条进路可以

3、同时建立。敌对进路：用道岔位置不能间接控制的两条进路。两条进路不能同时建立。2022/8/510联锁定义：保证行车安全，信号、道路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保证行车安全的措施：保证列车或调车车列在其进路上运行的安全。 采取的措施： 当进路空闲 道岔位置正确 敌对进路未建立三个条件都满足时，防护进路的信号机才允许开放。2022/8/512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 进路选择 进路建立

4、进路锁闭 开放信号 正常解锁 自动解锁 调车中途返回解锁 进路解锁 取消进路 非自动解锁 人工解锁 故障解锁 进路控制过程2022/8/514各种技术及相应的器材： 进路空闲的检测技术。 DGJ进路空闲；DGJ进路占用。 道岔控制技术。 由动力转辙机及其控制电路实现。 信号控制技术。 XJ信号开放；XJ信号关闭。 联锁技术。 实现三项联锁条件的技术。 故障安全技术。 实现故障导向安全的技术。2022/8/515系统的安全性：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。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第一章 计算机联锁概述 计算机联锁是用

5、微型计算机和其他一些电子、继电器件以及各种计算机软件组成的具有故障-安全性能的实时控制系统。2022/8/517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层次结构第一节 车站联锁系统的基本结构2022/8/519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

6、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，其控制电路必须时故障安全的。2022/8/5212022/8/5222022/8/523二、操作表示机显示2022/8/524显示界面1站场图形系统状态信息栏功能菜单栏弹出窗口鼠标指针报警信息提示信息延时信息联机信息防护道岔位置提示信息2022/8/5252022/8/5262022/8/52

7、72022/8/5282022/8/5292022/8/5302022/8/531 联锁机构的输入和输出信息具有两种性质： 开关性和安全性。 开关性： 操作输入信息、状态输入信息 表示输出信息、控制输出信息安全性：根据信息与行车安全的关系界定。2022/8/532非安全信息：与安全无关的信息， 操作输入信息、表示输出信息。安全信息：与安全有关的信息， 状态输入信息、控制输出信息。2022/8/533 安全信息有两个状态： 一个状态允许车辆运行 危险侧信息； 一个状态禁止车辆运行 安全侧信息。 安全性信息必须遵守故障安全原则。2022/8/5342022/8/535 轨道电路的作用1、监督列车的

8、占用，反映线路的空闲状况，为开放信号，建立进路或构成闭塞提供依据；2、传递行车信息，如移频自动闭塞利用轨道电路传递不同的频率信息来反映列车的位置，决定通过信号机的显示或决定列车运行的目标速度，从而控制列车运行。 2022/8/536 轨道电路的应用 下行向IIIG接车 信号开放： 三项联锁条件满足（1DGJ、5-9DGJ；1、5、9道岔位置正确；敌对进路未建立）2022/8/5372022/8/538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

9、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，或可以被检测出第二节 计算机联锁的特点计算机联锁与继电集中联锁的主要区别 车站值班员的操作命令和现场监控设备的表示信息的逻辑运算的方式 信息传输通道 信息显示 积木式的模块化结构和硬件结构 2022/8/540二、计算机联锁系统和电气集中联锁系统的比较控制台记录电路表示灯电路选择组电路执行组电路道岔控制电路信号机点灯电路GJ电路联锁机（联锁层）输入、输出设备上位机（人机对话层）道岔控制电路信号机点灯电路GJ电路（控制层）也称监控机或操作表示机也称下位机2022/8/542显示界面1站场图形系统状态信息栏功能菜单栏弹出

10、窗口鼠标指针报警信息提示信息延时信息联机信息防护道岔位置提示信息2022/8/5432022/8/5442022/8/545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

11、换 计算机联锁的优越性 技术上：进一步完善了联锁控制功能；可靠性、安全性高；灵活性大；便于系统维护经济上：可以降低设备投资成本；重量轻、体积小，可节省基本建设费用 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

12、。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。 第三节 计算机联锁的发展 2022/8/5491、国内计算机联锁的发展-三个阶段第一阶段自主研发DS6-30、TYJL-I、TYJL-II、DS6-11、JD1A、TYJL-2000、CIS-1、TYJL-III；全套引进SSI、VPI、K5、ACC、 SIMENS-W、 EBILOCK850；第二阶段引进核心硬件进行系统集成TYJL-TR9、DS6-20、DS6-K5B、EI32-JD、TYJL-ECC、TYJL-ADX第三阶段-约自2004年开始，以列控中心等技术为标志502、国内计算机联

13、锁的发展-自主研发回顾通号公司研究设计院的DS6-30计算机联锁系统_1984年南京梅山矿井试验，1986年太钢配料站开通，国内第一个计算机联锁系统。铁科院通号所的TYJL-I计算机联锁系统_1989年郑州北编尾开通，国铁上第一个计算机联锁系统。铁科院通号所的TYJL-II计算机联锁系统_1993年哈尔滨平房站开通，我国第一个双机热备计算机联锁系统。2022/8/5512、国内计算机联锁的发展-自主研发回顾1995年南昌向塘客站应急_铁科院TYJL-II型计算机联锁系统，国内第一个枢纽客站的计算机联锁系统。1997年阜阳枢纽四个场应急工程 _铁科院TYJL-II型计算机联锁系统，国内第一个全部

14、采用计算机联锁系统的铁路枢纽。1999-2000年武广线_铁科院TYJL-II型计算机联锁系统，国内第一条采用计算机联锁系统的干线铁路。2004年广州北站_ TYJL-III型计算机联锁系统，第一个国产二乘二取二计算机联锁系统。2022/8/5523、国内计算机联锁的发展-全套引进回顾英国西屋公司的SSI计算机联锁系统-86年开始，原定郑州局小李庄。因系统只允许有五条长调车进路，若增加需扩展计算机容量，且所需甚巨。搁置数年后移至长调车进路不足五条的丁营站。美国GRS公司的VPI计算机联锁系统-91年广州局红海站开通，我国铁路干线上的第一个计算机联锁系统 。日本京三制作所的K5型二乘二取二计算机

15、联锁系统-96年济南局周村站开通。2022/8/5533、国内计算机联锁的发展-全套引进回顾意大利安萨尔多公司的ACC三重冗余计算机联锁系统-96年京九线南北两段共开通13个站。德国西门子公司的SIMENS-W型三重冗余计算机联锁系统-98年京九阜阳枢纽开通四个场。瑞典ABB公司的EBILOCK850型计算机联锁系统-96年开始引进，北京局百子湾，至今未能开通。2022/8/5545、国内计算机联锁的发展-第一阶段概括自主研发：双机热备计算机联锁系统TYJL-II、DJS6-11、JD-1A和CIS-1规模上道；计算机联锁研发单位逐步成熟，稳定发展；行政管理制度特许/行政许可、铁道部和路局的管

16、理制度等逐步完善；标准的制定与完善、检验检测机制和机构的建立与健全； 2022/8/555国内计算机联锁的发展-第一阶段概述特许制度4+4+1认定研发单位-铁科院、通号公司设计院、卡斯柯和北方交大认定生产工厂-上海通信工厂、沈阳信号工厂、北京信号工厂和成都信号工厂建立检验站-铁路车站计算机联锁检验站上海铁道学院产品特许证管理制式测试-标准站联锁软件测试电磁兼容及防雷测试铁道部鉴定/审查国内计算机联锁的发展-第一阶段概述特许证颁发2002年四月全路电务工作会议 国产双机热备制式：北方交大JD-1A、铁科院TYJL-II、通号公司DS6-11首批获证卡斯柯VPI/CIS-1获证软件测试制度出厂测试

17、年度抽检测试完善标准站测试5、国内计算机联锁的发展-第一阶段概括全套引进：完全由外商作为系统承包商，全套引进国外的软硬件系统，由我方配合外方实现应用程序的编制修改和系统的工程开通。ABB公司未能开通，西屋公司勉强开通后下道安萨尔多公司开通的京九13个站已被替换为国产联锁系统。红海站改造， GRS公司的VPI联锁下道；阜阳枢纽改造，西门子SIMENS-W联锁被替换为TYJL-II型联锁；周村站改造京三K5被替换为DJS6-K5B型联锁2022/8/558全套引进：此种方式未能取得进一步的发展，已开通系统几乎已全部下道。我国铁路联锁逻辑复杂 -站场复杂、运用情况复杂； -考虑防护人为错误因素多；

18、-联锁技术条件文字简练，很多关键细节实际以电路为准工程运作，特别是软件工程运作方式差异巨大 -需求描述缺失，表述不清、不完整；ABB -工期计划性差，时间紧；改造频繁，过渡工程多；国外公司改造费用昂贵，时间周期长。2022/8/5594、国内计算机联锁的发展-引进集成回顾铁科院通号所的TYJL-TR9核心硬件采用TRICON三重冗余容错控制器，1996年在哈尔滨铁路局密山车站首次开通使用。通号公司研究设计院的DS6-20采用美国GE公司的三重冗余GENIUS系统构成 ，曾开通了6个站场。通号公司研究设计院的DS6-K5B采用日本京三K5的核心硬件，2001年在兰州局陇西站开通了第一个车站。20

19、22/8/5604、国内计算机联锁的发展-引进集成回顾北京交通大学的EI32-JD _采用日本信号二乘二取二冗余结构的EI-32系统的核心硬件，2003年6月在北京局张辛车站开通了第一个车站 。铁科院通号所的TYJL-ECC _引进西门子最新的ECC三重冗余联锁系统的核心硬件 ，2003年8月在兰州交接站开通了第一个站场 。铁科院通号所的TYJL-ADX_引进日立公司的ADX二乘二取二计算机联锁系统的核心硬件，2004年11月在哈尔滨局桦南站开通了第一个车站 。2022/8/5615、国内计算机联锁的发展-第二阶段概括引进核心硬件二次开发：购买国外的核心硬件和系统平台软件进行二次开发，移植自主

20、开发的应用软件并配套辅助系统，完全由我方作为系统承包商，外方起供货商和技术支持的作用。参与了第一阶段全套引进的安萨尔多、西屋等公司选择退出；而西门子和日本京三等公司改变了合作方式，参与了第二阶段的引进合作。 国铁干线全面采用。2022/8/5625、国内计算机联锁的发展-第三阶段功能上列控中心技术发展契机站区一体化系统技术上借鉴引进系统，自主开发易于达到高安全性的、采用整体硬件安全冗余结构的高等级计算机联锁系统；采用安全信息传输技术及分布智能化技术；全电子化管理上进一步标准化和规范化、健全维护维修体制、完善测试检验制度；逐步建立认证体系2022/8/563起始标志：2004年在北京召开的国际铁

21、路联盟UIC大会，正式宣布确立CTCS体系2007年4月大提速顺利实施标志既有线列控系统集成创新成功客运专线列控中心的研发既有线列控系统的集成创新、列控中心的自主研发CTCS-2级列控系统 -基于轨道电路加点式应答器传输列车运行许可信息并采用目标距离模式监控列车安全运行 -系统主要由车站列控中心、轨道电路、应答器、车载设备等构成国内计算机联锁的发展第三阶段 - 既有线列控系统集成创新 应答器 -技术引进欧洲标准应答器 L E U -技术引进外国公司进行了“透明化”改造车载设备-技术引进外国公司进行集成和适应性改进轨道电路-ZPW-2000既有设备原型为UM71列控中心-自主研发关键结合部采用了

22、欧洲标准和国外企业标准报文定义-ERTMS/ETCS的报文结构；CTCS-2报文定义和编制原则欧标FFFS编码策略（Form Function Specification Coding Strategy）与LEU的安全通信协议：Alstom的FSFB/2(Fail Safe Field Bus） CSEE的SACEM二乘二取二硬件安全冗余结构的系统平台铁科、通号院、卡斯科、和利时均采用了自主研发的平台国内计算机联锁的发展第三阶段 - 客专列控中心的研发既有线列控中心-根据进路状态、线路参数、限速命令等产生进路及限速等相关控车信息，通过有源应答器传送给列车。主要实现对有源应答器报文的存储与控制客运专线列控中心-根据轨道电路、进路状态、线路参数、限速命令等信息产生行车许可，通过轨道电路及有源应答器将行车许可传送给列车。有源应答器报文的存储与控制轨道电路编码区间信号机点灯控制站间安全信息传输等国内计算机联锁的发展第三阶段 -站区一体化已进行的相关基础工作：铁科院ZQY-I站区一体化系统武九线葛店、新店、何刘三站三区间，2005年全面开通联锁区间一体化轨道电路编码区间信号机点灯控制站间安全信息传输试验通号公司武康线下辛店站2007年开通站内区间同制式轨道电路轨道电路编码概述 车站联锁系统的基本结构