計算機聯鎖基于通信的跨邊界控制模式分析

聶志國

（北京全路通信信號研究設計院有限公司，北京 100073）

1 概述

在地鐵項目中，地鐵線路信號設備設置有以下特點。

*?線路連續，每站的規模較小；

*?站間無閉塞電路，無明確站界；

*?聯鎖集中站設置的IO控制邊界與聯鎖邏輯邊界不對等；

圖1所示為具有3個聯鎖集中站的地鐵項目。

當需要辦理X5至X6進路、F1至Z1進路時，由于進路涉及的信號設備分屬于不同的聯鎖集中站，進路的辦理、解鎖與常規進路均有所不同，在處理此類跨邊界問題時，需要采取符合其特性的控制模式。

目前的地鐵項目中，聯鎖系統已經擁有比較完善的安全傳輸網絡，聯鎖集中站與集中站、集中站與OC、集中站與遠程控制單元均能可靠的通信。聯鎖網絡的存在，使得本地設備與遠程設備在采集、控制方面基本無差異，聯鎖集中站的控制范圍得到了極大的擴展，從而使得跨邊界控制問題得以有效解決。

本文討論的是跨邊界控制模式的一種方案，該控制模式基于聯鎖安全傳輸網絡，以分層管理的方式對跨邊界操作進行控制。

2 控制層次概述

根據跨邊界操作需要，將控制層劃分為物理層與邏輯層。物理層側重于實體單元的管理，邏輯層側重于邏輯關系整合，層次關系如圖2所示。

1）元件

一個獨立的控制單位稱為元件，元件的基本特性為元件是可以獨立接受命令、反應狀態的控制單位，道岔、信號機、區段、照查繼電器均可視為元件。

元件可以是一個獨立的繼電器如照查繼電器，也可以是關系緊密的一組繼電器集合如道岔、信號機等。當道岔以集合的方式作為元件時，道岔的DCJ、DBJ等相關繼電器不再單獨區分為元件。

元件具有全局的ID，ID的設計方式：域ID（8?bit）+ 站 ID（8?bit）+ 內部 ID（16?bit）。

2）物理區

物理區指聯鎖集中站的IO控制范圍（區域控制器、OC均歸屬于聯鎖集中站），對應如圖1所示,1域1站、1域2站、2域2站均為物理區。

物理區由元件構成，每個元件必須有明確且唯一的歸屬物理區。物理區是元件的直接控制區，物理區對本區域內的元件具有完全的控制權。

簡單邏輯操作如單操道岔、信號按鈕封閉等操作直接由物理層進行管理。

物理區的集合稱為物理層。

3）邏輯單元

當運營模式要求跨邊界控制時，如辦理F1至Z1進路，分別涉及3個物理區的元件，當進路需要檢查的條件明確后，該進路的控制范圍就完全界定了。類似于進路控制這類邏輯操作，其控制邊界明確，參與邏輯運算的元件數量確定，具有良好的邏輯關系封閉性，稱為邏輯單元。

邏輯單元對應一組邏輯操作，邏輯單元通過物理區控制元件，邏輯單元不直接控制元件。邏輯單元的元件控制范圍由邏輯操作的需求確定，與實際物理區域劃分無關。

與元件相似，邏輯單元具有全區域唯一標識ID。

4）邏輯區

邏輯區是邏輯單元的集合，邏輯區的控制范圍由當前生效的邏輯單元控制范圍確定。

邏輯區的集合稱為邏輯層。

3 層次控制方式

在實際應用中，邏輯區為本區域內的邏輯單元提供接口服務，主要包括以下內容。

*?邏輯單元相關運算條件收集。

*?相關運算條件包括元件狀態、相關邏輯單元狀態。

*?邏輯單元操作命令接收。

*?邏輯運算結果輸出。

邏輯單元經過運算后產生運算結果，運算結果包括元件邏輯與元件控制命令。邏輯單元不對元件進行直接控制，運算結果生成后，通過邏輯區服務接口將元件邏輯與控制命令分發給元件所在物理區，由物理區控制元件執行并反饋結果。

邏輯單元的控制以邏輯層、物理層交互反饋為基礎，以進路辦理為例，一個典型的邏輯單元操作過程如下。

1）邏輯區通過服務接口獲取各物理區相關元件當前的采集狀態、邏輯狀態。

2）邏輯區通過服務接口獲取邏輯單元進路辦理命令。

3）邏輯單元根據進路辦理命令執行選路操作。

4）邏輯單元產生運算結果，邏輯區通過服務接口將運算結果分發至元件所在物理區。運算結果包括以下內容。

*?區段元件鎖閉邏輯。

*?道岔元件轉換命令。

*?信號元件控制命令。

*?其他繼電器元件控制命令。

5）物理區控制元件執行并將結果反饋，反饋內容如下。

*?區段元件鎖閉成功/區段元件鎖閉失敗。

*?道岔元件已經接受控制/道岔元件未接受控制。

*?信號機元件已經接受控制/信號機元件未接受控制。

*?繼電器元件已經接受控制/繼電器元件未接受控制。

6）邏輯區根據反饋結果確認邏輯執行狀況。

*?道岔元件接受控制，延時等待道岔轉換到位。

*?所有區段元件反饋鎖閉成功，進路鎖閉成功。

*?信號機元件接受控制，延時等待信號控制結果。

*?繼電器元件接受控制，延時等待繼電器控制結果。

*?若元件反饋執行失敗狀態，則終止本次邏輯操作。

進路控制邏輯單元負責進路全部生命周期控制，由選路命令登記起，至進路完全解鎖時終止。在進路成功鎖閉后，邏輯單元仍需通過控制—反饋過程對進路相關元件進行邏輯管理，直至進路完全解鎖。

4 沖突控制

采取邏輯單元控制方式時存在兩種常見的沖突：邏輯單元沖突、邏輯單元與元件的沖突。

邏輯單元沖突來自同邏輯區不同的邏輯單元或不同邏輯區邏輯單元的敵對沖突。以進路控制單元為例，不同的進路可能互相重疊或存在邏輯上的敵對關系，由此造成邏輯單元在操作上可能存在沖突。

部分元件具有物理區操作功能，如道岔單操，為了提高控制效率，類似道岔單操這種對元件的直接控制，可以由物理區本地直接進行操作。當邏輯單元與物理單元同時對同一元件產生操作命令時，沖突就產生了。

由于通信傳輸時延的特性，沖突很難在邏輯層解決，更難以在根本上消除。一個解決沖突的方案是在物理層解決沖突。物理區對元件擁有最終控制權，因此可以通過先入先出原則或預設優先級原則解決沖突。

當同一元件存在多個操作命令時，物理區根據元件預設控制規則進行命令沖突管理，元件采取先進先出原則時，執行第一條命令，同時丟棄后續命令；元件采取優先級控制時，選取優先級最高的命令執行，同時丟棄其他命令，相同優先級命令仍采取先入先出原則。以道岔為例，道岔預設單操優先級高于選路操作，當同時存在道岔單操與選路操作時，物理區采取道岔單操作命令，不執行邏輯區的選路操作命令。

5 總結

在地鐵項目進行跨邊界控制時，采取基于網絡傳輸的層次控制方式，可以實現邏輯控制的連續性與完整性；邏輯關系管理集中統一，避免了分散控制的協調問題。

層次控制模式在實際應用中可以衍生一種新的控制方式：全線路邏輯控制，這種控制方式使得聯鎖可以在全線路內對所有聯鎖關系進行邏輯控制與歷史狀態管理，優化自動觸發、接近延長、自動折返、全自動折返等功能。