计算机联锁系统设计

计算机联锁系统设计（通用10篇）

计算机联锁系统设计 篇1

井亭站离北京站739公里, 离上海站724公里, 现为五等站。井亭站站场为半自动闭塞单线4股道站场。设计只针对集中联锁区。上下行咽喉共布置信号机24架, 道岔13个。本次设计的计算机联锁控制系统采用由北京交通大学研制的J D-1 A型车站信号控制系统。系统包括人机对话层, 联锁运算层, 执行层, 体系结构如图1所示。本次工程设计主要完成了执行层的硬件设计工作。

1 设计站场平面图

1.1 设计的井亭站信号平面布置图包括以下内容

(1) 信号楼及其设置位置, 联锁区的全部线路以及与联锁区有密切联系的非联锁区线路; (2) 联锁区内的全部道岔, 并标明每组道岔岔尖距信号楼中心的距离; (3) 信号机的布置及每架信号机至信号楼中心的距离; (4) 分割轨道区段的全部轨道绝缘节; (5) 标明道口宽度及其距信号楼的距离; (6) 正线, 站线线路间距; (7) 信号楼外墙至最近线路中心的距离; (8) 咽喉区内, 与信号机有关的及侵入限界的绝缘节处的警冲标位置; (9) 对集中道岔、股道、色灯信号机及道岔和无道岔轨道电路区段均标出编号和名称; (1 0) 车站线路上以箭头表示其接车方向; (1 1) 附有道岔类型及股道有效长度的统计表。

1.2 确定联锁区范围

确定计算机联锁工程设计的范围需要先确定联锁区的范围。凡列车进路以及与列车进路有联系的调车进路上的道岔都应划入联锁区内。

1.3 确定道岔定位位置并编号

(1) 确定道岔定位位置的原则如下: (1) 单线区段车站正线上的进站道岔, 以由车站两端向不同线路开通的位置为定位。 (2) 双线区段车站正线上的进站道岔, 以向各该正线开通的位置为定位。 (3) 所有区间及站内正线上的其它道岔, 除引向安全线和避难线外, 均向各该正线开通的位置为定位。 (4) 引向安全线, 避难线的道岔, 为向各该安全线和避难线开通的位置为定位。 (5) 侧线上的道岔除引向安全线和避难线者外, 为向列车进路开通的位置或靠近站舍进路开通的位置为定位。 (6) 在确定道岔定位位置时, 可以划成双动道岔的, 应尽量划成双动道岔。

(2) 道岔的编号方法 (1) 在下行列车进站的一端, 从外向内顺序编为单号。在上行列车进站的一端, 从外向内顺序编为单号。并以站的中心线作为划分单双数编号的分界线。 (2) 位于同一坐标的道岔先编靠近信号楼的道岔。 (3) 双动道岔要连续编号。

1.4 布置信号机并命名

(1) 进站信号机, 为了对由区间驶向车站内方的接车进路进行防护, 在每一方向的进站口道岔外方, 列车运行前进方向的线路左侧, 均应设置进站信号机。进站信号机应设于距进站道岔尖轨尖端 (顺向为警冲标) 不少于5 0米的地点。鉴于井亭站是半自动闭塞区段, 进站信号机与正线同方向出站信号机的距离不得小于列车的制动距离800米。

(2) 预告信号机, 对主体信号机起预告作用, 一般安装在非自动闭塞区段进站信号机前方, 与主体信号机间距不得少于8 0 0米。

(3) 出站信号机, 为了禁止或准许列车由车站开往区间, 在车站的正线和到发线上均应设出站信号机。在不侵入限界的条件下, 主要应从最大限度地利用股道有效长度考虑。

(4) 调车信号机, 是为在联锁区内进行调车作业而设置的。下面结合调车作业中信号机的作用, 说明设置时考虑的情况: (1) 在尽头线, 机待线, 牵出线及编组线向集中区处都设置调车信号机进行防护。 (2) 咽喉区对向道岔岔尖前应设置调车信号机, 满足调车折返转线作业。 (3) 为满足平行作业, 设置起阻挡作用的调车信号机。 (4) 在向股道进行调车作业时, 为减少走行距离, 使车列中途折返, 设置调车信号机。 (5) 在不设专用牵出线的中间车站或小型区段站上, 在进站信号机内方设一无岔区段和供调车折返作用的调车信号机。 (6) 信号机上装设调车灯光显示。

1.5 划分轨道电路区段并命名

(1) 轨道电路区段的划分方法: (1) 凡是有信号机的地方都要用钢轨绝缘将其内外方划分成不同的轨道电路区段。 (2) 牵出线, 机待线, 尽头线, 专用线等处的调车信号机外方应设一段不小于2 5 m长度的轨道电路, 作为接近区段。 (3) 凡是能构成平行进路的地点, 都应设置钢轨绝缘把它们隔开。 (4) 每个道岔区段一般不超过三组单开道岔或者两组交分道岔。

(2) 轨道区段的命名: (1) 单线铁路股道的编号方法是:从靠近站舍起向远离站舍方向顺序编号, 正线用罗马数字, 站线用阿拉伯数字, 依次编号为1G, IIG, 3G, 4G。 (2) 道岔轨道区段D G前冠以道岔编号。 (3) 无岔区段用两端相邻道岔编号以分数形式表示。 (4) 接发车口处因设置调车信号机而形成的线路区段, 根据股道的编号再加以A或B表示。 (5) 货物线, 专用线等区段的编号, 阿拉伯数字应写在中间。

1.6 编制联锁表

联锁表是说明车站信号设备之间联锁关系的图表。车站信号平面布置图是编制联锁表的依据。本次设计的联锁表列出了上下行咽喉的列车进路, 以及下行咽喉的基本调车进路。 (1) 方向栏:填写进路性质及运行方向和进路的始端信号机名称。 (2) 进路号码栏:按全站列车进路和调车进路顺序编号。 (3) 进路栏:逐条列出联锁范围内的全部列车和调车的基本进路。 (4) 按钮栏:顺序填写排列进路时应按下的按钮名称。 (5) 确定运行方向道岔栏:应填写区别开通进路中起关键作用的对向道岔位置。 (6) 道岔栏:顺序填写所排进路中的全部道岔以及有关防护和带动道岔的编号和位置。 (7) 敌对信号栏:填写所排列进路的全部敌对信号, 填写敌对信号时有条件敌对和无条件敌对之分。 (8) 轨道区段栏:填写排列进路时应检查的轨道区段名称。超限绝缘处应注意检查。 (9) 信号机栏:填写排列进路时应写已开放信号机的名称和显示。 (10) 其他联锁栏:单线半自动闭塞区段只有在办理完闭塞手续取得发车权后才能开放出站信号。

1.7 设计室外设备的继电接口电路

(1) 进站信号机点灯电路, 本站场中的进站信号机有五个灯泡, 从上到下依次为:黄 (U) , 绿 (L) , 红 (H) , 黄 (2U) , 月白 (YB) 。点灯电路中共用到7个继电器:列车信号继电器, 正线信号继电器, 通过信号继电器, 引导信号继电器, 绿黄信号继电器, 第二灯丝继电器, 灯丝继电器。

(2) 出站兼调车信号机点灯电路, 由于本站是半自动闭塞两方向出站, 因此出站信号机采用四灯位显示, 从上到下依次是绿 (L) , 红 (H) , 绿 (2L) , 月白 (YB) 。信号机点灯时的意义及逻辑关系如下: (1) 点一个绿灯:L X J↑+Z X J↑。 (2) 点两个绿灯:L X J↑+ZXJ↓。 (3) 点一个红灯:LXJ↓+DXJ↓。 (4) 点一个白灯:L X J↓+D X J↑。

(3) 调车信号机点灯电路, 在通常状态下, 调车信号继电器D X J落下, 点亮蓝灯。当D X J励磁后点亮月白灯。

(4) 四线制直流单动道岔控制电路, 本次设计的道岔均采用Z D 6型电动转辙机。道岔继电接口电路采用四线制道岔控制电路, 它可以分为道岔启动电路和道岔接口电路两部分。

(5) 交流连续式轨道电路。轨道电路是把一段铁路线路的两根钢轨作为导线, 其间的轨缝用接续线连接起来, 两端的轨缝装上绝缘物, 一端送电, 一端受电形成的电路。轨道电路用来检查轨道区段内有无车辆占用, 并监督钢轨线路是否良好。轨道电路区段无车时, 电流流经轨道继电器GJ的线圈, 构成闭合回路, 使GJ励磁吸起, 表示轨道电路设备完好, 没有被列车占用, 允许列车进入该区段。

1.8 设计驱动采集信息表

(1) 驱采设备硬件配置。本次设计的计算机联锁控制系统采集板采用V D I B-3 2位采集板, 驱动板采用V D O B-3 2位采驱动板, 双机热备冗余机制, 双机采集 (A C和BC) , 双机驱动 (AQ和B Q) 。

(2) 采集板驱动板的功能, 采集板采集继电器组合架上继电器的接点信息, 提供联锁运算所需要的数据, 通过采集层的电源板送到联锁下位机。驱动板将联锁下位机运算的结果通过该层的电源板, 送到驱动层输出, 直接驱动继电器的线圈。

1.9 设备的配线

(1) 室外分线盘的配线, 本设计的分线盘采用6柱端子板。分线盘构架上安装1 0个端子框, 其中零层为电源端子层, 其余9层为6柱端子板层, 每层可设13块6柱端子板。室外电缆引入后, 经过电缆柜, 固定在分线盘的电缆架上, 将电缆芯线按配线图接到分线盘端子上。组合架侧面端子, 电源屏端子引来的线经走线架按配线图与分线盘相应的端子连接, 从而使室内外电路连通。

(2) 组合架侧面端子的配线, 本次设计中两块侧面端子板的6列端子的用途如下:0 1和02列分别接A机和B机的采集板, 03和04列分别接A机和B机的驱动板, 0 5列给组合与分线盘之间的连线用, 0 6列作电源端子。

(3) 组合内部配线, 下面以道岔组合D Z的内部配线为例说明:配线表左边先列出了组合内部的1 0个继电器插座板, 在插座板的上方写上其编号

1.10 设计室内设备的布置

(1) 室内设备的平面布置, 设计的信号楼为一层结构, 有6个房间。各个房间布置的设备如下:1号房间为值班员休息室。2号房间为控制室。在控制室设置一弧形落地窗。窗前放置控制用的电脑 (上位机) 。3号房间放置4个组合架, 并放置室内分线盘。4号房间为设备维修室, 放置了一些修复计算机联锁常见故障所需的工具。5号房间放置联锁机A机和B机, 用来实现联锁功能。6号房间放置电源屏。

(2) 室内设备之间的连接, 室外设备的各条控制线先连接至室外分线盘, 然后再由室外分线盘连接至组合架侧面端子的0 5列上。侧面端子上的各条配线经过室内分线盘, 连接至联锁机内的驱采电路板。驱采电路板对组合架上的继电器状态进行采集, 并驱动继电器的工作。

2 结语

计算机联锁控制系统与传统的继电集中联锁控制系统相比, 不仅具有优越的安全性和可靠性, 而且拓展了继电联锁功能。利用计算机的强有力处理能力和快速运算特点可以进一步开发和扩展新功能。综合经济指标也比继电联锁系统便宜。微机联锁系统是车站联锁系统的发展方向。计算机联锁控制系统是一个大的系统, 包括软件系统, 硬件系统等等各个方面。本次工程设计主要完成了计算机联锁控制系统的执行层的设计工作, 对于联锁软件的设计方面则没有涉及, 系统的安全性可靠性也没有进行分析。

计算机联锁系统设计 篇2

常规的联锁车站控制台都设有电流表，车站值班员在控制台排列进路时，通过这些电流表就能了解室外道岔动作情况。如道岔发生卡阻、挤岔、锁闭异常等情况，电流表可以直观反映出来，减少了由于室外情况不明而产生的误操作。区域联锁主控站的道岔由主控站联锁系统控制，被控站的道岔由被控站联锁执行设备控制。因被控站无人值守，故需要主控站值班员来查看被控站道岔动作情况。通常的做法是通过电缆将被控站的电流表连接到主控站，但因为距离较长效果不是很好，这给运输带来了不安全因素，也容易造成值班员误操作。为解决此问题，设计了控制台电流表远程监测系统，该系统在不改变区域联锁的情况下，实现了让主控站值班员实时查看到被控站道岔动作情况，解除了影响运输的不安全因素。

1系统结构设计

区域联锁系统一般有一个主控站和一个或多个被控站。根据这种特点，在每个被控站设置一台大电流采集器，用来采集被控站电流表的动作情况;在主控站设一台光纤/CAN通信转换集中器，与各个被控站的CAN/光纤通信转换器进行通信，收集各个被控站的电流表监测数据。被控站道岔电流表的数值在主控站电流显示屏上显示，也可以接入联锁上位机，在联锁控制台上显示。

大电流采集器和CAN/光纤通信转换器的通信采用CAN总线通信方式，CAN总线是可靠性很高的现场总线，同时扩展性也很强;主控站采用光纤/CAN通信转换集中器，接收各站电流采集单元的数据，处理、存储数据并发送至电流显示屏进行显示;被控车站较多时，可以通过联锁上位机进行软件接口，在联锁控制台进行集中显示;主控站和被控站之间通过光纤连接。

2系统功能及核心部分设计

控制台电流表远程监测系统实现了对区域联锁系统被控站道岔动作情况的实时监测，具有测试精度高、反应速度快的特点。系统主要由电流采集、通信传输、电流显示等几部分组成。其中电流采集是核心部分，主要由CPU 控制器、电流传感器、模拟输入、数字输入、数字输出、隔离通信总线及电源等部分组成，测试精度可以达到±2%。

软件结构中，输入信号的零点修正及参数模型建立是2个关键部分：

1.输入信号的零点修正。2、3、4、5单元模块，主要是自主学习信号放大过程中零点漂移和信号自身白噪声及被测信号带外干扰的情况，并由此建立干扰参数模型9。运用此参数模型完成对信号的误差运算、反馈等闭环控制，以此达到对输入信号的零点修正。

2.参数模型的建立。的7、8单元分别为直流参数模型和交流参数模型。根据转辙机的型号不同，道岔动作电流也有直流和交流2种，不同的信号源由不同的模型来处理。9为干扰参数模型，道岔动作电源回线由室外传输回来，由于走线距离等因素影响，会受到外界电磁信号干扰。在进行模数转换放大处理时，放大电路自身产生了白噪声和信号零点漂移，加上外部无信号时的强干扰信号一同被送入处理单元，造成了此模型输入参数多，并且参数变化范围大，使每一应用地点干扰参数模型也不同，为此，建立了干扰模型参数的默认值，在实际使用中，采用自学习方法或自动、手动修改参数进行存储。

3.电流采集软件处理流程。从如图4所示的软件处理流程可以看出设备的主要工作过程及处理方法。当没有被测电流信号输入时，处理器读到的信号为干扰信号，包括噪声及外部干扰，同时存在由信号放大带来的零点漂移。考虑到这些及其他因素后，处理器可通过学习并建立相应的模型，在默认的干扰参数模型下，有尺度地动态调整干扰参数模型，并保存相应的参数，待有被测信号时，修正被测信号，使之测量精准。

当有被测电流信号输入时，通过上述方法测量比较精准的电流信号，经过干扰参数模型完成反馈、修正，使测量精度进一步提升，并根据信号源判断是采用直流参数模型、还是交流参数模型进行处理。

3结束语

计算机联锁系统设计 篇3

【关键词】计算机联锁系统；CAN总线；实时数据通信

1.引言

铁路信号计算机联锁系统是一种以计算机为主要技术手段实现车站联锁的系统，是保障行车安全的基础设备之一。

全电子化连锁系统把现代最新技术，如计算机硬软件技术、网络通信技术、电力电子控制技术、现场总线等融为一体。通过监测并记录信号设备的主要运状态，为电务部门掌握设备的当前状态和进行事故分析提供科学依据。鉴于此系统对安全性、可靠性、实时性的高要求。CAN总线具有通信速率高、可靠性强、连接方便、性能价格比高等诸多特点，此系统采用了CAN总线作为现场总线进行联锁系统数据间的通信。

2.CAN总线

CAN（Controller Area Network）即控制器局域网，属于总线式串行通信网络，与一般通信总线相比，CAN总线的数据通信具有突出的性能，可靠性、实时性和灵活性好。其特点可以概括如下：

(1)通信方式灵活。CAN为多主方式工作，网络上任一节点均可在任意时刻主动的向网络上其他节点发送信息，而不分主从，且无需占地址等节点信息。利用这一点可以方便的构成多机备份系统。

(2)CAN网络上的节点信息分成不同的优先级，可满足不同的实时要求。

(3)CAN采用非破坏性总线仲裁技术，当多个节点同时向总线发送信息时，优先级较低的节点会主动地推出发送，而最高优先级的节点可不受影响的继续传输数据，从而大大节省了总线冲突仲裁时间，尤其是在网络负载很重的情况下也不会出现网络瘫痪情况。

(4)CAN总线通信格式采用短帧格式，传输时间短，受干扰概率低，每帧信息都有都有CRC校验及其他校验措施，保证了数据通信的可靠性。

(5)CAN总线通信接口中集成了CAN协议的物理层和数据链路层功能，可完成对通信数据的成帧处理，包括位填充、数据块编码、循环冗余校验、优先级判别等多项工作。

3.CAN总线协议的实时性

CAN通信协议是建立在国际标准组织的开放系统互联模型基础上，只包含其中的物理层和数据链路层。物理层主要是网络上节点间的物理数据传输，数据链路层又分为逻辑链路控制子层（LLC）和媒体访问控制子层（MAC）。MAC子层主要完成传送的功能，可进行消息成帧、总线仲裁、帧应答、错误检错与标定。LLC子层的主要功能是消息的逻辑管理，如帧滤波、超载通知和恢复管理等。

当总线上同时出现多条报文竞争发送的情况时，CAN总线协议将逐位进行比较，根据显性位和隐性位的仲裁原则，显性位得到发送。这样，高优先级的报文可以在仲裁的过程中一边比较一边进行传输，而不需要等到仲裁完成后才决定哪条报文能够发送。与其他总线相比，这种机制大大提高了CAN总线通讯系统的实时性。

4.CAN总线在全电子计算机联锁通信系统中的应用

4.1 计算机联锁通信系统结构

CAN总线通过安全型协议实现与联锁计算机和电子执行单元之间的通信，主要实现将联锁计算机下达的联锁命令向电子执行单元下发和将电子执行单元采集到的铁路信号设备的状态上传至联锁计算机，如果通信传输发生错误引起数据畸变，使执行机错误输出造成道岔错误动作或信号机错误开放，就会危及到行车的安全，故采用双机热备方式进行工作，联锁计算机与电子执行单元之间采用两路CAN总线通信。联锁计算机主系与电子执行单元之间通信故障但联锁计算机备系与电子执行单元之间通信正常时应实现主备切换。

全电子计算机联锁通信网络结构图如图1：

4.2 联锁通信系统传输的数据

在计算机联锁系统中，计算机联锁通信系统数据传输内容如图2：

信号设备状态信息包括信号机、道岔、区段、进路的状态信息，其中信号机的状态信息包括信号显示，灯丝状态，道岔的状态信息有定位、反位、四开、挤岔、封锁、单锁，区段的状态信息为占用状态，进路为锁闭状态。

联锁控制命令包括道岔转换命令、道岔单锁命令、道岔单解命令、道岔封锁命令、道岔封解命令、信号显示改变命令。

4.3 系统硬件设计

联锁机采用研华CPCI高可靠工业计算机，CAN通信协议主要由CAN控制器完成，本系统的CAN控制器采用SJA1000，是由Philips公司生产的高集成度的总线通信控制器。SJA1000具有BasicCAN和PeliCAN两种工作方式。其中PeliCAN工作方式支持具有很多新特性的CAN2.0b协议。它可以和多种CPU接口构成CAN节点，并利用CAN通信协议控制局域网的通信。

4.4 系统软件设计思想及实现

操作系统采用Wind River公司的嵌入式实时操作系统VxWorks5.5.1，该操作系统可靠性好，实时性高。

系统通信要求：联锁计算机能够及时的接收电子执行单元的状态信息，定时向电子执行单元发送联锁控制命令。电子执行单元能够及时的接收联锁机的控制命令，定时向联锁机发送信号设备状态信息。系统通信周期为250ms。

系统软件主要完成各种通信参数、任务、定时器等初始化后实现三方面的功能：与联锁机的CAN通信接口实现联锁命令的接收和执行单元状态的发送，与电子执行单元的CAN通信接口实现执行单元联锁命令的发送和执行单元状态的接收功能，双机热备的同步和切换功能。因此系统的主要功能模块有：

(1)联锁计算机通信接口模块：接收联锁计算机命令和发送执行单元状态；

(2)电子执行单元通信接口模块：向执行单元发送联锁命令和接收并校核来自执行单元的状态；

(3)双机热备同步与切换模块：实现双机热备的同步与切换。

系统工作采用多任务实现：

联锁命令发送任务(tCmdSend)：实现对接收到的联锁计算机的安全数据进行解析；然后根据系统主备工作状态判断是否向执行单元发送联锁命令，若发送则将解析后的命令，生成安全CAN命令帧，利用两路CAN通道逐个下发到电子执行单元。

执行单元状态接收任务(tStatRcv)：对两路CAN通道分别建立一个任务实现对执行单元状态的接收，并将接收到的数据进行安全校核，校核通过的状态数据写入执行单元状态数据区。

系统数据的使用和转换如图3所示。

5.结束语

综上所述，在全电子计算机联锁系统中利用CAN总线进行通信系统的设计满足其高可靠性和实时性的要求。为铁路信号产品的升级提供了技术基础。

参考文献

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作者简介：马龙珠，兰州交通大学在读研究生，研究方向：通信与信息系统。

计算机联锁系统设计 篇4

1 背景

轨道电路是以一段铁路线路的钢轨为导体构成的电路,用于自动、连续检测这段线路是否被机车车辆占用,也用于控制信号装置或转辙装置,以保证行车安全的设备。轨道电路范围内,无轮对占用时的状态称为轨道电路调整状态,有轮对占用时的状态称为轨道电路的分路状态。

传统的交流连续式轨道电路采用480轨道电路,如图1所示,480轨道电路一般采用干线供电方式,即由信号楼内引出一对或两对供电干线(使用电缆芯线),向各轨道电路区段的送电端轨道电源变压器BG1-50供电,轨道继电器GJ采用JZXC-480型继电器,设在信号楼内,通过电缆与受电端的电缆盒(中继变压器)BZ4相连。该480轨道电路存在着分路灵敏度低、防雷性能差等缺点,并且不能避免共模干扰,影响了计算机联锁系统以及列车运行的安全性。

本设计的目的在于提供一种二取二的交流连续式轨道电路,以解决现有技术中存在的问题。

2 电路特征

1)二取二的交流连续式轨道电路,其特征包括:

阻抗调整电路,用于模拟传统的480继电器阻抗特征;以及分别与所述阻抗调整电路的输出端连接的第一运算单元和第二运算单元;

第一运算单元包括第一隔离器、第一电压调整电路、第一AD转换器和第一CPU;

第二运算单元包括第二隔离器、第二电压调整电路、第二AD转换器和第二CPU;

阻抗调整电路的输出端依次通过第一隔离器、第一电压调整电路和第一AD转换器与第一CPU的输入端连接,依次通过第二隔离器、第二电压调整电路和第二AD转换器与第二CPU的输入端连接;

第一CPU与第二CPU通过第三隔离器交互连接。CPUCPU

2)二取二的交流连续式轨道电路,其特征在于,第一运算单元还包括第一自检电路,第一自检电路用于在第一CPU的控制下切短第一电压调整电路的输入;

第二运算单元还包括第二自检电路,第二自检电路用于在第二CPU的控制下切短第二电压调整电路的输入。

第一隔离器具体为电流型隔离变压器,第二隔离器具体为电压型隔离变压器。

第一电压调整电路和第二电压调整电路具体为两个种类相同而型号不同的集成运算放大器。

第一自检电路和第二自检电路具体为低导通阻抗N型MOS管。

第三隔离器具体为数字隔离器或者光耦。

3 工作原理

轨道电压由电缆盒升压,经保险丝F1防护通过阻抗调整电路1输入第一隔离器21和第二隔离器22;第一隔离器21采用电流型隔离变压器,以电流耦合的方式将轨道电压传输至第一电压调整电路41,第二隔离器22采用电压型隔离变压器,以电压耦合的方式将轨道电压传输至第二电压调整电路42;第一电压调整电路41和第二电压调整电路42采用集成运算放大器,分别对输入其中的轨道电压进行调整,将轨道电压调节到AD转换器的输入电压范围,输出脉动直流信号;第一AD转换器51对第一电压调整电路41的输出信号进行采样并转换后传输至第一CPU61,第二AD转换器52对第二电压调整电路42的输出信号进行采样并转换后传输至第二CPU62;第一CPU61和第二CPU62分别对各自接收到的轨道电压信号进行运算,若轨道电压的数值高于预设的阈值,则判定为轨道调整状态,若轨道电压的数值低于预设的阈值,则判定为轨道分路状态;第一CPU61和第二CPU62分别将各自的判定结果通过第三隔离器7交换比较,若判定结果一致,则将判定结果上报至联锁系统,若判定结果不一致,则上报故障并输出导向安全测;第一自检电路31和第二自检电路32采用低导通阻抗N型MOS管,第一CPU61通过第一自检电路31定时切短第一电压调整电路41的输入信号,第二CPU62通过第二自检电路32定时切短第二电压调整电路42的输入信号,分别判断第一电压调整电路41和第二电压调整电路42是否处于正常的工作状态,保证对低压的可靠检测。

本设计采用二取二结构,将一路输入轨道电压转换为两路输出,分别送至两个微处理器,任意单个元器件的任意故障模式都不会导致微处理器输出导向危险侧。此外,两个微处理器CPU对各自接收到的轨道电压信号的波形分析比较后,可初步判断前级电路中隔离器的失效模式,提高电路故障定位和维修效率。对于两个及两个以上元器件同时故障,根据EN50126和IEC61508标准,计算得到的失效率远小于欧标中对铁路安全完整性等级4的要求,即该电路符合欧标中最高安全完整性等级要求。

具体考虑的元器件故障模式包括:1)电阻:短路、短路、阻值随机变化;2)隔离变压器:单边线圈断路、输入/输出端短路、初级和次级线圈短路、有效匝比变化;3)集成运算放大器:输入端短路、输入端开路、输出寄生震荡、固有失效等;4)电容:短路、短路、容值随机变化;5)NMOS管:任意两极间短路、任意两极间断路、导通电压变化。

一种二取二的交流连续式轨道电路,包括:阻抗调整电路,用于模拟传统的480继电器阻抗特征;以及分别与所述阻抗调整电路的输出端连接的第一运算单元和第二运算单元;第一运算单元包括第一隔离器、第一电压调整电路、第一AD转换器和第一CPU;所述第二运算单元包括第二隔离器、第二电压调整电路、第二AD转换器和第二CPU;阻抗调整电路的输出端依次通过第一隔离器、第一电压调整电路和第一AD转换器与第一CPU的输入端连接,依次通过第二隔离器、第二电压调整电路和第二AD转换器与第二CPU的输入端连接;所述第一CPU与第二CPU通过第三隔离器交互连接。

第一运算单元还包括第一自检电路,所述第一自检电路用于在第一CPU的控制下切短第一电压调整电路的输入;第二运算单元还包括第二自检电路,第二自检电路用于在第二CPU的控制下切短第二电压调整电路的输入。

二取二的交流连续式轨道电路,第一隔离器具体为电流型隔离变压器,第二隔离器具体为电压型隔离变压器。

第一电压调整电路和第二电压调整电路具体为两个种类相同而型号不同的集成运算放大器。

二取二的交流连续式轨道电路,第一自检电路和第二自检电路具体为低导通阻抗N型MOS管。

二取二的交流连续式轨道电路,第三隔离器具体为数字隔离器或者光耦。

本设计的阻抗调整电路模拟传统的480继电器阻抗特征,设计阻抗为480欧,保证了与传统的交流连续式轨道电路的兼容性;采用二取二结构,具有两个独立且隔离的运算通道,提高分路灵敏度的检测水平;本实用新型可以取代传统的480继电器,有效提高轨道电路的防雷性和安全性。

两个隔离器分别采用电流型隔离变压器和电压型隔离变压器设计,提高了电路抗共模干扰的能力,同时也提高了级间隔离度。

两个电压调整电路采用具有相同功能而性能不同的集成运算放大器,使电压范围满足AD转换器电压采样要求,提高了电路抗共模干扰能力。

通过设计自检电路,可定时对电压调整电路的工作状态进行自检,提高了电路的安全性。

4 实例说明

如图2所示,一种二取二的交流连续式轨道电路,包括阻抗调整电路1,第一隔离器21、第二隔离器22、第一自检电路31、第二自检电路32、第一电压调整电路41、第二电压调整电路42、第一AD转换器51、第二AD转换器52、第一CPU61、第二CPU62和第三隔离器7。第一隔离器21、第一自检电路31、第一电压调整电路41、第一AD转换器51和第一CPU61构成第一运算通道,第二隔离器22、第二自检电路32、第二电压调整电路42、第二AD转换器52、第二CPU62构成第二运算通道,两个运算通道之间独立且隔离。

阻抗调整电路1的输出端依次通过第一隔离器21、第一自检电路31、第一电压调整电路41和第一AD转换器51与第一CPU61的输入端连接,阻抗调整电路1的输出端依次通过第二隔离器22、第二自检电路32、第二电压调整电路42和第二AD转换器52与第二CPU62的输入端连接。第一CPU61与第二CPU62通过第三隔离器7交互连接。第一自检电路31设置在第一电压调整电路41的输入端,在第一CPU61的控制下切短第一电压调整电路41的输入;第二自检电路32设置在第二电压调整电路42的输入端,在第二CPU62的控制下切短第二电压调整电路42的输入。

阻抗调整电路1等效输入阻抗480欧,模拟传统的交流连续式轨道电路接收端JZXC-480继电器阻抗特征。第一隔离器21采用电流型隔离变压器,第二隔离器22采用电压型隔离变压器,采用两种不同工作模式的隔离器可以提高电路抗共模干扰的能力。第一电压调整电路41和第二电压调整电路42采用两个功能相同而性能不同的集成运算放大器,具体如通用型运算放大器、高阻型运算放大器、低温漂型运算放大器、高速型运算放大器、低功耗型运算放大器等同类运算放大器中不同型号的运算放大器,运算放大器正端接地,输出脉动直流信号。第一自检电路31和第二自检电路32采用低导通阻抗N型MOS管。用于第一CPU61和第二CPU62交换数据的第三隔离器7采用数字隔离器或者光耦。第一CPU61和第二CPU62包括单片机、含有AD转换的单片机、DSP处理器以及含有AD转换的DSP处理器等。

图3中的电阻R1、R2、R3、R4构成阻抗调整电路1,变压器T1及其外围电路构成第一隔离器21,变压器T2及其外围电路构成第二隔离器22,MOS管Q1及其外围电路构成第一自检电路31,MOS管Q2及其外围电路构成第二自检电路32,负反馈运算放大器U1及其外围电路构成第一电压调整电路41,负反馈运算放大器U2及其外围电路构成第二电压调整电路42。

5 结束语

计算机联锁系统设计 篇5

【关键词】铁道信号 ； 计算机联锁 ； 教学改革

【中图分类号】TP3-4 【文献标识码】B 【文章编号】2095-3089（2015）23-0041-01

1.引言

计算机联锁课程属于铁道信号专业的一门专业核心课。开设该课程，可以使学生了解目前国铁常用的计算机联锁系统的类型、结构功能及基本原理，掌握各种类型计算机联锁系统之间的异同以及故障处理的流程及方法。该课程的特点是抽象、枯燥，同时与前面的电气集中联锁课程联系较紧密。尽管采用了先进的教学手段如多媒体教学，但授课的效果仍然不理想。

2.计算机联锁课程的教学改革

2.1计算机联锁课程的主要内容

计算机联锁课程是6502电气集中联锁课程的后续课程。该课程的内容主要包含两大部分，一是计算机联锁系统共性的内容，即所有型号的计算机联锁协调应该具备的特点，包括层次结构、总线结构、基本功能等相关内容；二是各种型号计算机联锁系统的结构、特点、功能及维护方法等内容。不同于6502电气集中，该课程基本没有具体的电路可讲，内容抽象、枯燥。

2.2计算机联锁课程教学改革的几点看法

为了提高计算机联锁课程的教学效果，从多次教授该课程的经历来看，个人认为可以从以下几个方面做起：

1）采用理实一体化方式进行教学

由于该门课程内容枯燥、抽象，在授课过程中很难激发学生的学习兴趣，尤其是6502电气集中相关知识掌握不够好的同学更是难上加难。通过多次的授课及参加相关的培训后，意识到一个问题：课程的内容尽管枯燥、抽象，但如果采用恰当的授课方式，授课效果可以其实是可以大大改善的。以前，绝大多数时候都采用传统的填鸭式讲授或者先讲完全部理论再集中实践的方式进行，前者老师讲学生听，尽管老师讲的很用心，但学生听课的效果其实并不好；大部分学生因为每学期的理论学习任务较重，学了后面忘了前面，造成理论学完之后再集中实训的效果并不好。采用边讲边做的理实一体化方式进行授课，可以让学生学的轻松，学的实在，达到较好的学习效果。

2）理论教学采用引导方式进行

专业核心课本身就较难理解，碰到纯理论的内容，采用传统的教学方式很难提高学生的学习积极性。如何提高学生的学习积极性，提高教学效果是摆在任课教师面前的一道难题。引导方式教学是个不错的选择。通过课前分组布置学习任务，课堂上请各组的代表上台讲解自学的内容，教师当堂给出评价。评价方式还可以采用教师评价、学生自评和互评等多种方式的加权成绩之和。这样，可以最大限度地提高学生得到学习积极性，改善教学效果，达到教学目标。

3）实践教学宜将课堂搬至企业实训基地或实训室进行

受实训条件的影响，以往我校的计算机联锁课程的实践教学，大部分实训时间会放在机房进行，用一套模拟软件对计算机联锁的相关操作进行训练，这种模拟训练只是训练了学生的模拟操作能力，对计算机联锁系统的结构与功能无法亲身感受，其实训效果离教学目标相差甚远。因此，为了提高实践教学的效果，除了要注意实践教学的时间不能与理论教学的时间隔得太长之外，更重要的是要保证实践环节必须在有实物的场所进行。

3.结论

计算机联锁课程由于它自身的特点以及我校的实训条件缺乏的影响，导致了以往课堂教学的效果不佳，通过多年的教学实践及去年的国培学习，提出了几点教学建议，期望对改善计算机联锁课程的教学效果起到一定的帮助作用。

参考文献

[1]利用专业基础课激发学生的学习兴趣[J].学园，2013（34）：49-50.

[2]王海峰.构建铁路“车站信号自动控制”课程新体系思考[J].西南交通大学学报，2003年11月，第4卷第6期.

[3]喻喜平.高职车站信号控制设备维护课程教学改革尝试[J].职业教育研究，2012.7.

[4]信号工车站与区间信號设备维修[M].中国铁道出版社.

[5]赵志熙.计算机联锁系统技术[M].北京：中国铁道出版社，1999.

计算机联锁系统设计 篇6

分布式计算机联锁系统设计,更具注重于信息传输的“分布式”这一发展特征,通过利用“分布式”计算机联锁系统,可以更好地保证信息传输的可靠性和安全性。分布式计算机联锁系统注重“站站为主”,从部分对整体发展情况实现有效把握。在进行设计过程中,能够更好地突出资源发展优势,并且能够对工作人员工作条件进行有效改善。同时,基于安全信息传输网的分布式计算机联锁系统设计,能够在很大程度上降低投资,节约成本,更好地提升经济效益。本文在对基于安全信息传输网的分布式计算机联锁系统设计问题探究过程中,注重对系统设计的技术性和可靠性进行把握,从而实现安全性目标。

1 关于分布式计算机联锁系统情况概述

分布式计算机联锁系统在应用过程中,具有较强的实用性和可推行性,能够将系统与实际工作进行紧密结合,从而帮助人们更好地解决实际问题。分布式计算机联锁系统设计过程中,要注重立足于安全信息传输网,保证信息传输能够准确、可靠,这样一来,才能够真正发挥计算机联锁系统作用。

1.1 计算机联锁系统构成

计算机联锁系统在当下应用过程中,主要由人机交换层、收集层、控制连锁层、外室装备层四个层次构成,这四个层次在进行系统设计过程中,要注重对每一个层次的功能进行有效把握,使四个结构处于统一整体,这样一来,才能够更好地发挥作用。关于计算机联锁系统构成,具体内容我们可以从图1 中看出。

如图1 所示,我们可以看出,计算机联锁层在应用过程中,实现了人机会话设备、联锁机构、外界设备的有效联系,从而实现对各个部分的有效控制,使系统在实际应用过程中,能够更好地发挥功能[1]。

1.2 分布式计算机联锁系统构成

分布式计算机联锁系统在现阶段铁路、公路车站应用过程中,注重采取了“分布式”的发展模式,更好地帮助人们对实际工作进行解决。在应用过程中,分布式计算机联锁系统主要由控制台、监控机、联锁计算机、智能通信单元等部门构成。关于分布式计算机联锁系统结构,我们可以从图2中看出。

分布式计算机联锁系统在应用过程中,其系统结构相对于一般联锁计算机结构更为复杂,并且具有较高的智能化特征。在应用时,计算机联锁信息系统设计,必须要注重考虑到安全性和可靠性问题。在设置信息传输网过程中,信息传输网负责联锁计算机、智能通信单元等相关设备的信号传输,这样一来,就需要对各个部分的信号传输情况和质量进行有效控制,保证信息传输具有较高的安全性和可靠性。

1.3 分布式联锁计算机系统应用形式

分布式联锁计算机系统在应用过程中,采取了一种“分布集中”的控制模式,通过对各个子单元的有效控制,实现集中控制模式。这一模式下,能够适应车站小型站、大型站的控制,帮助车站从整体上实现有效控制。在进行分布式联锁计算机控制过程中,要注重各个系统模块的有效配合,使系统各个分部能够发挥整体效应。一般来说,利用分布式计算机联锁系统过程中,主要涉及到了数据备份软件的应用,在中心机房采取磁盘阵列方式,实现数据备份的目标。这种数据控制方式,能够更好的降低数据丢失几率,使数据备份更加安全和可靠。

2 基于信息安全传输网的分布式计算机联锁系统应用的必要性分析

随着社会经济的发展,交通运输行业在促进国民经济建设过程中起到了越来越重要的作用。在这样的背景环境下,应用信息安全传输网进行分布式计算机联锁系统设计,可以更好地解决铁路部门对于站点的有效监控和管理,使站点管理具有更高的智能化发展特征[2]。

目前来看,基于信息安全传输网的分布式计算机联锁系统设计,主要解决以下问题:

第一,在铁路运输过程中,传统的计算机联锁系统设计采取双环网络,当双环网络出现断线情况,会导致系统控制范围较大,并且控制点较多,使控制难度变大,不利于保证系统运行的安全性和可靠性;

第二,在对故障位置寻找过程中,由于无法对站点进行有效地监控,在出现故障过程中,寻找故障点成为一个较大的问题。基于这一点,在进行分布式计算机联锁系统设计过程中,要加强故障点的寻找,为故障解决创造有利条件;

第三,随着双环网系统的快速发展,信息传输速度加快,这样一来,在进行信息传输和接收过程中,需要做出快速反应,基于这一点,加强新的集成方式的应用,成为铁路智能信息网建设必须考虑的一个关键性问题。分布式计算机联锁系统设计,能够有效地解决这一问题,更好地提升信息传输速度。

由此可见,基于信息安全传输网的分布式计算机联锁系统设计和应用,在当下铁路运输以及公路运输过程中,对于实现智能化发展目标,起到了日益重要的作用。针对于这一问题,如何加强相关技术手段应用,提升设计的智能性、可靠性以及安全性,是现阶段分布式计算机联锁系统设计必须考虑的一个关键问题。

3 信息安全传输网的分布式计算机联锁系统结构

在对信息安全传输网模式下的分布式计算机联锁系统结构设计过程中,要注重保证通信网络在系统设计过程中发挥有效作用。同时,信息传输网结点必须具有智能化特征,能够满足分布式计算机联锁系统结构的基本要求。本文在对基于信息安全传输网的分布式计算机联锁系统结构研究过程中,网络通信模块设计,主要以总线通信单元、光保护自动切换系统两大部分,探究了信息安全传输网模式下的分布式计算机联锁系统结构设计。

3.1 系统结构

本文在进行通信网络模块设计过程中,应用到了CPCICAN总线通信单元、CPCI-RS422 总线通信单元和光保护自动切换系统。关于系统构成,我们可以从图3 中看出。

如图3 所示,在进行信息传输网节点结构设计过程中,必须要保证对信息采集的及时性和可靠性,这样一来,才能够保证信息进行有效传输。一般来说,以CPCI-CAN总线通信单元进行信息传输,使之进入联锁机上。若是CAN总线控制出现故障,则由光保护自动切换系统进行性能切换,使CPCI-RS422 通信单元负责信号传输。这种模式下,能够保证在总线传输出现故障后,设置的备用单元进行补充,保证信号传输的可靠性和持续性。同时,在该系统中,利用光保护自动切换系统,能够实现冗余备份,对主线路故障问题进行有效解决,保证信息传输具有较高的可靠性。

3.2 通信单元硬件设计

基于安全信息传输网的分布式计算机联锁系统设计过程中,通信单元硬件设计以及选用情况,对整体性能有着重要影响,如何对这一问题进行有效把握,将直接影响到系统整体性能。通信单元硬件选择,本文主要以CPCI-CAN通信模块硬件为主,具体情况我们可以从图4 中看出。

综合图4 所示内容来看,在进行通信模块硬件选择过程中,必须要注重对执行机终端、光接收机、光保护自动切换系统、光发射机等相关系统设备进行有效考虑,保证硬件构成能符合系统设计整体需要,这样一来,在实际发展过程中,才能够更好地保证设计符合实际需要,从而促进分布式计算机联锁系统更好地发挥功能。

3.3 系统功能调试

基于安全信息传输网的分布式计算机联锁系统设计过程中,系统功能调试,是保证系统设计具有可靠性的关键。在进行调试过程中,主要针对于智能单元的调试,使其具有较为可靠的性能,更好地满足系统发展需要。一般来说,在进行系统设计过程中,由于智能通信模块与系统软件有着紧密的关联性,在调试过程中,数据输入较为困难。这样一来,为了保证调试的可靠性,我们可以采用JTAC仿真机和C++ 语言对上位程序进行编写,搭建测试平台,对系统进行调试。就以智能通信单元的信息采集功能为例,在进行调试过程中,可从以下几点进行考虑:

首先,对主机的应用软件进行调试,根据CAN通信协议发送数据采集命令,在收到采集信息后,智能单元会向CAN检测发送数据采集命令,对采集的信息进行反馈,并传输到主机中,对主机收集到的信息可靠性进行检测;

其次,在对主机中的智能通信单元测试过程中,采取发送帧和接收帧的方式,查看帧信息是否具有一致性,从而判断智能模块运行是否处于正常状态;

最后,在进行主机测试过程中,可以对主机接受的数据信息进行有效分析,查看数据信息的真实性和可靠性。

智能通信单元是分布式计算机联锁系统设计的一个重要组成部分,它关系到了整个系统设计是否具有智能性特征。同时,智能通信单元设计时,与整个系统对信息传输和接收的可靠性和安全性也有着重要的影响。现阶段车站系统智能化管理过程中,分布式计算机联锁系统能够对车站采取细节化管理,并且这种细节化管理具备更高的可靠性,能够帮助车站进行更好地智能化管理,并有效地解决管理过程中遇到的问题。

结束语:

总之,在进行计算机联锁系统设计过程中,要注重把握系统设计的出发点,对实际问题进行有效解决。基于现阶段我国公路交通以及铁路交通发展情况来看,在进行计算机联锁系统系统设计过程中,必须考虑到对各个站点的智能化管理,并要加强信息安全建设。基于这种环境下,安全信息传输网的分布式计算机联锁系统得到了日益广泛地应用。在对分布式计算机联锁系统设计过程中,要注重把握智能通信单元设计以及总线通信单元设计,提升信息传输的安全性和可靠性,从而满足系统设计实际需要。

参考文献

[1]李建伟.基于安全信息传输网的区域计算机联锁系统研究[J].电子技术与软件工程,2015,07:31-32.

计算机联锁系统设计 篇7

1 电子计算机联锁系统

1.1 电子计算机联锁系统结构以及工作原理

1.1.1 联锁系统结构

我国传统的信号控制主要是通过6502电子集中联锁系统或者传统电子计算机联锁系统控制重力继电器来完成信号控制,这种控制方法占地面积大,维修难度大,机械的寿命周期短等。随着通信技术与计算机技术的快速发展,新的电子计算机联锁系统采用全电子化控制,取消了重力继电器,这将使信号控制以及数据传输更加科学与准确。

全电子计算机作为新的控制系统,其主要利用电子开关技术、计算机技术,通信技术、自动监测技术以及数字化技术对铁路信号的控制。全电子计算机主要有上位机,联锁机和执行单元构成,其硬件采用了冗余结构形式。电子执行单元主要是由信号、岔道模块以及其他不同的电子单元构成。

1.1.2 联锁系统工作原理

全电子计算机联锁系统主要的工作原理是命令-执行与信息反馈。电子计算机上位机发出命令,通过联锁机将命令信息发送给电子执行单元。电子单元采集室外设备信息,将信息传送到联锁机,联锁机将设备信息进行处理,发送到上位机与显示存储上,维修人员通过检查显示存储内容,就可以准确的找到设备的机械故障,这样可以减少工作人员的时间。

1.2 联锁主机与控制模块之间的信息传输

控制模块主要包括信号机模块、转辙机模块以及轨道电路模块,通过联锁主机下发命令控制模块的运行,从而控制整个铁路系统。以信号机模块为例,信号机模块向联锁机上传17种状态信息,连锁主机向信号机模块下达16种命令信息。列车信号机模块有8个灯位,每个等位有三种状态:灭灯,闪灯,稳定灯。如图1所示。

根据连锁机下达的命令不同,信号机模块通过命令信息控制不同的灯位,以此来达到信号的效应,保证列车的安全运输。

2 电子计算机联锁系统通信协议设计以及安全性分析

2.1 电子计算机联锁系统通信协议设计

铁路系统要求电子计算机联锁系统安全性高,安全等级必须达到SIL4级。这就要求电子计算机联锁系统必须采用内部封闭式的信息传输系统,避免信息在传输的过程中受到截取或者破坏,因此系统通信协议的设计必须注意其安全性与实时性。

在计算机联锁系统的设计中要关注重重复、插入、错序、删除、损坏、延时这六种隐患。因此,在设计中要充分考虑计算机联锁系统的可靠性与负载能力,保证联锁主机能够准确,及时的控制三个子系统,能够保证从命令下达到信息执行到信息反馈这一周期的时间不大于250毫秒,保证系统运行的及时性,才能确保运输系统的安全性。在上位机与三个状态模块之间都要设计8bit的源地址和16bit的目标地址。在上位机的指令帧上,指令序号设为8bit,每完成一个指令周期,记录模块就会自动记录,指令帧序号就会自动加一。当指令序号小于上一次的指令序号,模块机就会将指令序号错误的信息发送于显示记录器,机组维修人员就可以及时维修指令机。如果指令序号和上一次序号一样,就说明指令机在重发。根据联锁机传递给各个模块的信息量以及帧的大小、长度不同,需要将状态帧设为3bit。此外,为了确保系统的安全性与及时性,状态帧和指令帧都应用了复杂的验证码。如果一个模块一小时连续接受一百帧以内的错误验证码,这个连锁系统依旧可以安全运行,如果一个模块一小时内连续接收到接收到1千帧的错误密码,联锁系统就会直接输出安全指令,避免由于错误验证码对整个系统造成的损坏。如果状态帧接收到信息实践超过了250毫秒,那么就表明出现了通信延迟现象,该数据直接被视为无效数据。

2.2 电子计算机联锁系统通信协议安全性分析

如果在铁路运输过程中,电子计算机联网系统信息传递发生误传、延时甚至信息传递错误等情况,这将直接导致铁路运输出现安全隐患,严重的情况下将会威胁人民的生命、财产安全。在系统信息传输的过程中,主要导致信息传输错误的有三种情况:

(1)控制器硬件发生损坏,最常见的损坏部位是隔离光栅和接口芯片。硬件损坏会导致基础设备的参数的丢失,在没有参数的基础下,信息就无法辨认对错,这将导致错误信息的发送,影响整体的网络的安全。

(2)外部电磁对电子计算机系统的影响,这要求技术人员要加强对电子计算机的保护,避免电磁对计算机准确性形成不利影响。

(3)控制器局域网络发生故障,这就要求技术人员要积极地应用现代数字信息技术,加强计算机网络结构的严谨性与安全性。

3 结束语

综上所述,电子计算机联锁系统通信协议的设计对于信息的传送有着重要的作用,因此,要加强安全协议设的安全性与科学性。在设计的过程中,要保证实时性仿真,构建科学的仿真场景以及准确的分析仿真结果,从而来确保通信协议设计的科学性与安全性。

参考文献

[1]许丽,苏思琦,旷文珍.全电子计算机联锁系统的通信协议设计及安全性分析[J].中国铁道科学,2012(06):83-87.

[2]钦斌.全电子计算机联锁系统的通信协议设计及安全性分析[J].经营管理者,2013(18):268.

计算机联锁系统设计 篇8

系统构成

全电子化计算机联锁系统如图1所示, 由TYJL-ECC三取二容错联锁计算机系统和LDJLZ-Ⅱ型全电子智能化模块执行机两大部分组成, 相互之间采用网络总线互联。

计算机联锁系统特点及优势

1. 联锁模块采用三取二容错方式, 任意一个CPU故障通过三取二比较能被立即发现, 并被屏蔽, 发送到联锁总线的控制命令始终是正确和一致的。各环节通过自诊断功能, 将错误控制在各环节内部, 保证整个系统具有高度的安全性。

2.全面采用硬件冗余, 提高了系统的可靠性。联锁控制CPU板、联锁总线、电源等关键模块采用三重冗余结构, 任何的单点故障不影响系统工作。控制机采用双机同时工作的方式, 取消了双机切换电路, 从而减少了故障点。电路出现故障后, 能自动切换到备用板, 保证系统连续工作, 提高了整套系统的可靠性。

3.具有全面的自诊断功能, 能迅速诊断到故障点, 每块模板由工作状态显示。所有模块包括电源可以带电拔插而不影响系统的正常工作, 缩短故障恢复时间。单点故障不影响系统的正常运行, 系统具有带故障运行的能力。如果有热备板存在, 系统能完成自动切换, 作出故障报警并停止故障板工作。

4.故障——安全功能方面采用新的技术达到安全的目的。

(1) 执行模块控制总线和控制电路采用双路逻辑“与”电路, 任何一路控制总线或控制电路发生错误都不会产生错误的输出。

(2) 执行模块采用动态控制技术, 当两路微控制器 (MCU) 中任一路故障或控制电路中任一开关器件故障都会自动切除控制电源, 保证不产生错误的输出。

(3) 信号执行模块在通讯故障、MCU故障和开关故障时自动转为禁止信号。

5.电路防护功能方面执行机根据现场情况作了特殊设计。

(1) 电子短路防护电路, 执行模块对设备在维修、施工和故障状态下产生的线间短路可以迅速切断电源, 现场恢复后自动复原。解决了现场熔断器频繁更换的问题, 也对室外信号设备和执行模块做到了有效防护, 执行机因此取消了所有熔断器。

(2) 道岔表示电路的防护, 执行模块由于采用了MCU的逻辑判断功能和监测功能, 对道岔表示电路混线、开路、表示二极管的反接都能作出判断、给予警告, 并及时上传给联锁机。

6.执行模块内单独设立了第三个MCU和第三通道专门负责信号设备开关量及模拟量的监测并上传至监测计算机。可以监测控制网络、道岔状态、道岔电流、轨道电源、电源屏开关状态以及电源的各种开关量和模拟量参数。

与继电器联锁相比较的劣势

1.计算机联锁系统性强, 与继电器联锁相比较, 局部问题影响更大。联锁机故障会造成全站信号设备瘫痪;执行机柜故障可造成半个站场瘫痪;执行机单个模块故障可造成多台室外设备瘫痪。信号机模块控制8个灯位, 轨道模块控制4个区段。

2. 全电子计算机联锁系统全部采用微电子器件, 对防雷的要求提高。继电器联锁的接地电阻值要求不大于10Ω, 计算机联锁的接地电阻值要求不大于4Ω。

3. 对电源的要求也有较高的要求。计算机联锁电源要求必须有信号电源屏单独一路供给, 在接入计算机前必须经过净化, 并采用不间断供电电源 (UPS) 。UPS应设双套, 互为备用。

计算机联锁的维护、检修要点

1.日常巡检中, 加强对联锁机、执行机、电源各种板块、模块状态灯的检查, 通过状态灯的变化及时发现处理设备存在的问题。例如执行机道岔执行模块状态灯的变化及表示意义:

(1) POWER指示灯:电源指示灯。通电亮, 断电灭 (绿灯) 。

(2) TX1指示灯:联锁A通道通信状态指示灯。闪烁表示通信正常, 否则表示通信故障 (绿灯) 。

(3) TX2指示灯:联锁A通道通信状态指示灯。闪烁表示通信正常, 否则表示通信故障 (绿灯) 。

(4) DB指示灯:道岔定位表示指示灯 (绿灯) 。

(5) FB指示灯:道岔反位表示指示灯 (黄灯) 。

(6) ERROR指示灯:道岔模块故障报警指示灯 (红灯) 。此灯亮表示模块已经故障。

(7) 道岔转动状态:DB灯和FB灯以1HZ的频率同时闪动。

(8) 道岔四开状态:DB灯和FB灯以2HZ的频率交替闪动。

2.加强对电源、UPS监控, 每日对电源电压、电流进行在线实时测试, 每季度对UPS进行充放电及容量检查。

通过对电源的实时测试, 发现了二路电源的不稳定性, 出现停电次数较多。为避免单电源运行可能带来的对现场运输作业的安全威胁, 制订了《信号电源停电应急预案》, 提出了突发停电状态下现场运输作业的注意事项等建议。

3. 定期进行上位机、电源、UPS、通讯板等切换试验。

为避免长期运行造成死机、通讯异常等问题, 在尽量减少对现场作业影响的情况下, 定期进行切换试验、重新起机测试等工作, 保证设备长周期运行。

4. 充分利用计算机联锁系统的电务维修机和监测机的数据记录, 通过站场运行情况回放、各种电流电压值的记录检索, 准确分析电源供电状态, 联锁机、执行机模块状态, 通讯状态等, 把握系统的整体运行趋势。

重点对执行机模块状态进行分析, 找出执行模块发生问题时的状态、发生的原因, 提出对执行模块维修的建议。

5. 用计算机联锁记录分析数据, 指导室外设备的调整、维修, 解决部分时有时无的疑难问题。

轨道电路调整状态值和分路状态值作为室外轨道电路调整的依据, 转辙机工作电流和调整状态电流作为室外转辙机调整的依据, 为下一阶段将轨道电路、转辙机由计划修转为状态修提供技术依据。

计算机联锁系统设计 篇9

自上世纪80年代, 第一个计算机联锁系统问世后, 经过三十多年的发展, 计算机联锁系统在世界各地得到广泛应用。随着网络技术、控制技术以及人工智能技术等的发展, 计算机联锁系统不仅仅是孤立的信号控制系统, 其功能得到丰富和拓展, 已经超出车站信号安全控制系统的范畴。我国铁路系统要提高列车行车效率及安全性, 必须要着重发展铁路信号安全综合控制系统, 计算机联锁系统将发挥重要作用。然而, 计算机联锁系统在铁路通信方面的应用还需要解决其安全可靠、效率、服务等问题, 以适应新时期现代化铁路的发展需要。本文对有关计算机联锁系统在铁路通信方面的运用进行分析和探讨。

2 计算机联锁系统概述及功能

计算机联锁系统利用计算机技术来确保铁路行车安全及通过能力, 通过一些技术手段, 保证铁路信号、岔道及进路之间的制约关系以及操作顺序, 我们将这种制约关系和操作顺序称之为“联”, 这个系统也就是计算机联锁系统。对计算机联锁系统和继电集中联锁进行比较, 计算机联锁系统具有以下优点:首先是在安全性和稳定可靠性方面有所提升;其次是功能更加丰富, 设计方便;最后, 省工省料, 造价经济, 并且为铁路信号未来智能化、网络化发展提供基础条件。

计算机联锁系统的功能主要有几个方面: (1) 联锁逻辑运算, 接收ATS信号或者车站值班人员的进路命令, 从而开始联锁逻辑运算, 实现通信控制; (2) 轨道电路信息处理, 对列车检测功能的输出信息进行处理, 从而促进列车监测信息完整性的提高; (3) 进路控制, 进路相关操作, 设定、锁闭及解锁; (4) 道岔控制, 道岔相关操作, 解锁、转换及锁闭; (5) 信号机控制, 对信号机显示进行控制。

3 计算机联锁系统结构组成

3.1 计算机联锁系统硬件组成

3.1.1 技术要求

按照相关技术标准, 计算机联锁系统涉及到的主要技术包括几个方面。 (1) 功能方面———系统要实现的功能包括人机会话功能, 也就是可以接受操作, 并且表示系统的实时状态;联锁控制功能;对系统中装置设备的状态进行检测;可以和上一级网络进行通信。 (2) 性能方面———系统的温度可靠性, 系统的平均故障间隔时间MTBF不小于106h;系统的安全性 , 可以表示为系统的平均非安全性输出间隔时间不小于1011h, 系统的运行周期小于或者等于250ms。

3.1.2 硬件构成

目前, 采用双机热备是应用最为广泛的系统结构, 我们以此为例对计算机联锁系统的硬件构成进行介绍。 (1) 系统的层次结构方面可以从其功能上划分 , 一般为双层结构, 也就是人机会话层和联锁层。其中, 人机会话层为人工控机, 连锁层是工业控制总线进行控制。 (2) 系统的安全可靠性结构, 为确保系统的可靠度, 连锁计算机硬件结构选用的是双机热备的二重冗余系统, 一个作为主机, 一个是备用机, 主机出现故障则备用机顶替, 故障维修时间小于等于8h。

3.2 软件结构

计算机联锁系统离不开软件的支持才可以实现诸多功能, 其软件结构主要划分为结构软件和应用软件。系统软件包括标准程序库、语言处理模块、服务行程序、网络软件等, 系统软件的功能是对计算机系统进行管理和监控, 确保系统资源得以充分调度和利用, 始终处于高效运行的状态。应用软件是按照不同任务需求编制的程序, 系统软件的基本结构应当设计成实时操作和调度的多任务实时系统。系统中每一个计算机都配备独立的软件, 让不同的计算机之间协调工作, 而且还必须有相关调度软件, 开发时要注意其稳定可靠性及可扩展性。

4 计算机联锁系统通信方式

计算机联锁系统的系统通信方式包括以太网通信、串口通信以及现场总线通信等。其中, 串口通信的使用线路少, 而且成本较低, 因此得到最为广泛的应用。以太网通信是在现阶段局域网中最常规的通信协议标准, 在计算机联锁系统中常被应用于各功能模块的通信。现场总线通信具有传输速度快、响应时间短的优点, 为远程操作及区域联锁系统提供技术支持。

5 日常注意事项及设备维护措施

5.1 iLOCK 计算机联锁系统

i LOCK连锁系统, 又称之为智能安全型计算机联锁系统, 具有联锁功能、稳定可靠、可维护性, 其带载能力及抗干扰能力满足我国铁道部标准和需要, 并且其仿真测试接口、版本校验、防雷及电磁兼容性等各个方面均已通过铁道部技术审查。实际上, i LOCK系统即是在普通的双系热冗余的结构基础上增添了“故障 - 安全”校验CPU功能模块, 从而构成智能安全型计算机联锁系统。i LOCK连锁系统主要包括几个部分:联锁处理子系统、人机界面子系统、值班员台子系统、诊断维护子系统 (SDM) 、冗余网络子系统、电源子系统。

5.2 日常维护措施

(1) i LOCK连锁系统的日常维护工作包括每天对系统状态进行检查, 联锁机上各种指示灯是否正常, 对车务询问其操作是否正常。 (2) 检查i LOCK连锁系统的维护台, 其中有联锁机诊断记录, 检查其故障记录。 (3) 对控显机的显示状态进行检查, 有没有报警灯, 鼠标动作是不是正常。 (4) 对各个工控机时钟进行校核, 特别是对维修机时钟的检查, 要确保其和车站的时钟保持一致。 (5) 对手动切换手柄的位置进行检查, 确认是否在中间的位置。 (6) 在一定周期内对计算机内部电源电压进行检查, 可以一周一次。其中, 联锁机的工作电源为5V, 确保其系统板子上测量在4.9V~5.25V的范围内;联锁机采集电源为24V, 要求在接 口架处进 行测量时 在22V~26V;联锁机24V电源, 要求在SYSA/SYSB线圈处进行 测量时为22V~25V; 联锁机驱 动电源KZ/KF-VRDA/B-Q, 要求在接 口架处进 行测量时 为22V~26V。

除此之外, 还需要定期对配电柜、电源插头、主备机切换、显示器、工控机等进行检查, 确保其可以正常工作。如果出现故障按照i LOCK故障处理流程进行处理, 具体处理流程如图2所示。

6 结束语

总而言之, 计算机联锁是现阶段最先进的车站联锁装置, 具有操作简便、安全稳定以及便于维修调试等优点, 从而极大地促进铁路运输效率和安全性的提高。随着通信技术、网络技术以及计算机技术等的发展, 未来计算机联锁系统正逐渐走向智能化发展的道路, 应当大力推广。

参考文献

[1]刘运昆.关于计算机联锁车站信号设备的改扩建[J].铁路通信信号工程技术, 2005 (02) .

[2]杨文涛, 国文焕.计算机联锁系统供电电源探讨[J].铁道通信信号, 2006 (06) .

[3]李民.DS6-20型计算机联锁系统通信子系统的设计及实现[J].铁路通信信号工程技术.2001 (04)

[4]黄翌虹, 张源, 段东.计算机联锁系统的通信可靠性研究[J].北方交通大学学报, 2004 (02) .

[5]魏敏.计算机联锁远程故障诊断浅析[J].铁路通信信号工程技术, 2007 (01) .

[6]喻喜平.基于二乘二取二结构的EI32-JD型计算机联锁系统[J].消费导刊, 2007 (04) .

计算机联锁系统设计 篇10

但在日常运用、维护中, 仍会出现信号不能开放、道岔不转动等故障, 为了保证计算机联锁铁路信号系统的正常稳定运行, 通过对计算机联锁设备结构特点进行分析, 探讨确定计算机联锁系统日常维护以及根据常见故障进行的研究、分析。

1 MCIS模块化计算机联锁系统设备介绍

1.1 概述。

MCIS模块化计算机联锁系统是针对目前计算机联锁系统的安全、硬件结构、软件开放、系统维护、站场改造等诸多问题, 利用目前最先进的计算机控制技术从铁路信号总体角度统筹考虑系统的软硬件设计, 使该系统集联锁控制、监测、监督、信息化、免维护、免二次开发于一身的新一代计算机联锁系统。

MCIS计算机联锁系统采用三层结构, 上层为上位机与控制台的人机接口、维修机通信接口、向下通过通信网络与联锁机通信。第二层为联锁机, 第三层以模块为执行单元。联锁机可以采用双机热备联锁计算机、三取二容错联锁计算机、二乘二取二联锁计算机, 通过联锁通信总线向模块执行单元下达执行命令。

1.2 系统组成。

MCIS计算机联锁系统由电源屏、控制台、主机柜、扩展机柜、系统主机笼、主机柜电源系统、IO组合、IO模块、CPU模块等组成。根据选用不同的联锁机, MCIS计算机联锁系统可以实现双机热备、三取二或二乘二取二计算机联锁。辽河石化铁路信号计算机联锁系统使用的是三取二计算机联锁制式。

MCIS模块化计算机联锁系统三取二制式是三取二容错计算机联锁, 它采用了分布式多表决器进行三取二表决, 实现联锁机的三重系, 以保证联锁单机永久性故障或瞬间故障发生时, 系仍能无差错、不间断地工作。

2 MCIS计算机联锁系统的维护

2.1 日常维护。

MCIS模块化计算机联锁系统具有完善的自检测和自诊断功能, 因此, 对它的维护可采用故障维修方式, 即通过“日常巡视”进行维护, 并根据系统的提示、报警信息进行维修: (1) 系统UPS电源工作检查。通过对UPS电源面板指示灯的状态进行判断; (2) IO模块工作检查。可以直接看机柜组合模块面板的状态, 也可以通过维修的模块状态进行观察; (3) CPU模块工作检查。联锁机工作主要通过电务维修机里的“联锁机”状态进行观察;上位机可以从车务操作台的显示器可以观察联锁机的工作状态, 可以清楚的了解到联锁机“主控”、“同步”、“中断”工作状态; (4) 机械室系统工作环境检查。MCIS系统主要是电子器件产品, 为了保证系统能稳定可靠工作, 要求室温控制在25℃以下, 防尘。

2.2 定期维护:

(1) UPS电源断电检查。每季度要对UPS电源断电检查一次。检查方法, 断开UPS电源的220V输入电源, 观察UPS电源的电池工作是否正常。一般电池工作持续时间要大于5分钟。如果时间太短, 要考虑更换UPS电池; (2) 24V电源模块检查。每季度要对24V电源检查一次。检查方法:用万用表直流档量24V电源模块的24V直流输出是否正常; (3) 交换机检查。每半年要对交换机检查一次。检查方法:交换机工作电源是否正常;将网线都倒到备用交换机上看是否能正常工作; (4) 联锁机切换检查。每季度要对联锁机切换检查一次。检查方法:将“主控”机转换成“同步”机、“同步”机转换成“主控”机, 看是否能正常工作; (5) 上位机切换检查。每季度要对上位机切换检查一次。检查方法:利用切换器进行切换, 看是否能正常工作; (6) 联锁设备接地电阻要定期检查。每季度要对接地电阻值检查一次。接地电阻要达到规定的阻值。正常防雷地要≤4Ω;安全地≤10Ω。

3 常见故障分析

3.1 上位机鼠标不动。

上位机鼠标不动有以下几种原因: (1) 鼠标受到电磁干扰; (2) 鼠标线接触不良; (3) 上位机死机; (4) 上位机或鼠标故障。

3.2 控制台显示器黑屏:

(1) 控制台显示器电源指示灯灭灯; (2) 控制台显示器间断黑屏; (3) 控制台显示器有电源, 提示“NO INPUT SIGNAL”等字样。

3.3 控制台没有语音报警提示:

(1) 检查音响电源、音响是否良好; (2) 检查语音报警线是否完好; (3) 检查上位机声卡接口是否完好。

3.4 进路不能正常解锁。

轨道区段分路不良会使进路不能正常解锁。

3.5 上位机信号闪烁:

(1) 相应信号的电源是否送出; (2) 如果分线端子电源已送出, 检查室外电缆和信号机灯泡是否正常。

3.6 信号不能开放:

(1) 认真仔细的分析上位机提示和维修记录; (2) 检查相应信号的灯丝是否完好; (3) 检查相应信号组合配线和模块的好坏。

3.7 道岔不转动:

(1) 检查相应道岔的断路器是否合上; (2) 驱动道岔点, 到分线端子测量是否有动作电源送出。

3.8 道岔无表示:

(1) 检查相应道岔的断路器是否合上; (2) 相应道岔的表示分线端子上是否有表示电源送出。

3.9 轨道区段故障:

(1) 看相应区段的轨道电压是否正常; (2) 检查相应的轨道组合配线、轨道模块好坏。

结语

在MCIS模块化计算机联锁系统的投用过程中, 运用故障处理分析与思考的方法, 确保各部分功能模块之间更稳定, 有效地提高了运输效率, 适应了铁路发展的需要, 确保了铁路运输安全, 辽河石化铁路与先进的国铁接轨打下了坚实的基础。

参考文献

[1]赵志熙.计算机联锁系统技术[M].北京:中国铁道出版社, 2008.