鐵路信號(hào)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)

李鑫

摘 要：計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)具有的優(yōu)勢(shì)性使其應(yīng)用越來(lái)越廣泛，鐵路信號(hào)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的應(yīng)用成為必然。文章主要介紹了計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的特點(diǎn)，然后就鐵路信號(hào)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：鐵路信號(hào)；計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)；設(shè)計(jì)

隨著鐵路事業(yè)的不斷發(fā)展，鐵路運(yùn)輸也朝著高速、高密的方向發(fā)展，隨之而來(lái)的是鐵路運(yùn)輸?shù)陌踩浴Ｔ械蔫F路信號(hào)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)已無(wú)法適應(yīng)這種安全性的要求，在這種情形下，鐵路信號(hào)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的應(yīng)用勢(shì)在必行。

1 計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的特點(diǎn)

計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)是利用現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，將硬件系統(tǒng)與軟件系統(tǒng)相結(jié)合，從在實(shí)現(xiàn)信號(hào)、進(jìn)路與道岔之間的聯(lián)鎖關(guān)系，計(jì)算機(jī)連鎖系統(tǒng)本質(zhì)上是一個(gè)具有安全信號(hào)的聯(lián)鎖邏輯運(yùn)算系統(tǒng)。在連鎖系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)將操作命令與信息讀入，然后利用邏輯系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)算，然后進(jìn)行判斷分析，將信息輸入到執(zhí)行機(jī)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)信息之間的傳輸運(yùn)送。計(jì)算機(jī)連鎖系統(tǒng)具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

1.1 實(shí)時(shí)性

實(shí)時(shí)性指的是計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)對(duì)信息的輸入和輸出必須及時(shí)，通過(guò)對(duì)輸入信息的分析判斷及時(shí)將各類信息進(jìn)行更新，然后以一種安全信息的形式將信息輸出。計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各類信息的變化情況，及時(shí)的輸出信號(hào)，這體現(xiàn)了連鎖系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性特征。

1.2 經(jīng)濟(jì)性

計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用其中一個(gè)很重要的原因就是系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，聯(lián)鎖系統(tǒng)的應(yīng)用使很多行業(yè)、很多程序都能夠很大程度上降低成本。

1.3 結(jié)構(gòu)模塊標(biāo)準(zhǔn)化

計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)應(yīng)用到不同的領(lǐng)域，其功能要求也不盡相同，就鐵路上的應(yīng)用來(lái)說(shuō)，因各個(gè)鐵路站場(chǎng)大小不一，因此，結(jié)構(gòu)模塊的標(biāo)準(zhǔn)化也就不同。因此，在計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的應(yīng)用上，其硬件和軟件都具有標(biāo)準(zhǔn)化的特征。

1.4 功能擴(kuò)展

之前的繼電聯(lián)鎖系統(tǒng)，提供給客戶的僅僅是操作界面和對(duì)系統(tǒng)的解鎖功能，而后續(xù)的其他功能都沒(méi)有涉及，而計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)很大程度解決了這個(gè)缺點(diǎn)，使系統(tǒng)除了具備之前的功能外，還具有了遠(yuǎn)程通信、故障診斷以及其他管理功能。

1.5 安全性

由于計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)性，因此，必須要保證系統(tǒng)的安全性和可靠性。計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)必須要解決兩個(gè)方面的問(wèn)題，內(nèi)部信息傳遞的安全性和可靠性，但是由于計(jì)算機(jī)本身具備的不安全特性，因此，計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的應(yīng)用要解決安全隱患問(wèn)題。

2 鐵路信號(hào)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 鐵路聯(lián)鎖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理

2.1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

鐵路信號(hào)連鎖系統(tǒng)具有模塊化、層次化等特點(diǎn)。模塊化指的聯(lián)鎖系統(tǒng)分為主模塊、信號(hào)結(jié)合模塊等多個(gè)模塊，層次化指的是聯(lián)鎖系統(tǒng)具有人機(jī)對(duì)話層、聯(lián)鎖運(yùn)算層、執(zhí)行層三個(gè)物理層次。鐵路信號(hào)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)可以根據(jù)車站的大小以及需求的不同，在不修改靜態(tài)數(shù)據(jù)的前提下相應(yīng)的增加硬件模塊，不僅滿足了系統(tǒng)的高容性要求，而且使得系統(tǒng)的調(diào)試周期大為縮短，經(jīng)濟(jì)性與實(shí)用性兼具。

2.1.2 工作原理

（1）人機(jī)對(duì)話層。將信息輸入系統(tǒng)中，然后通過(guò)鍵盤進(jìn)行操作，信息通過(guò)內(nèi)部至達(dá)的設(shè)備到達(dá)聯(lián)鎖計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，通過(guò)這種信息傳輸，就可以在圖形顯示器上將站點(diǎn)信息顯示出來(lái)，從而更好的進(jìn)行信息顯示。如站場(chǎng)信息量過(guò)大，可能會(huì)導(dǎo)致聯(lián)鎖計(jì)算機(jī)負(fù)擔(dān)較重，這時(shí)可以通過(guò)設(shè)置操作命令并轉(zhuǎn)換程約定格式將信息傳輸給聯(lián)鎖計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。（2）聯(lián)鎖運(yùn)算層。聯(lián)鎖運(yùn)算層中的聯(lián)鎖微機(jī)作為系統(tǒng)的核心部分，其承載著信息判別、分析以及系統(tǒng)的邏輯運(yùn)算能力，如發(fā)生故障，還具有修復(fù)的功能，主要特點(diǎn)就是安全性功能。（3）執(zhí)行層。計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的一個(gè)很重要的任務(wù)就是實(shí)現(xiàn)信息與信號(hào)之間的邏輯轉(zhuǎn)換，使得PLC的輸入與輸出信息均能保障系統(tǒng)的安全性。執(zhí)行層的另一個(gè)重要任務(wù)就是監(jiān)測(cè)設(shè)備的運(yùn)行情況，確保信息的采集與驅(qū)動(dòng)流程的設(shè)置。

2.2 鐵路信號(hào)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)設(shè)計(jì)

當(dāng)前，常用的計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)模型見(jiàn)圖1。

當(dāng)前，利用率較高的容錯(cuò)設(shè)計(jì)主要采用三模靜態(tài)冗余技術(shù)和二模動(dòng)態(tài)冗余技術(shù)兩個(gè)方案，三模靜態(tài)冗余利用硬件冗余來(lái)進(jìn)行可靠性和安全性保障，來(lái)提升可靠性的，二模動(dòng)態(tài)冗余在利用硬件保障安全性的基礎(chǔ)上還使用了故障檢測(cè)技術(shù)。這兩種技術(shù)均具有屏蔽與與軟件冗余資源。這二種方案的共同特點(diǎn)是對(duì)硬件故障具有很強(qiáng)的修復(fù)與屏蔽能力，但是這兩種技術(shù)均存在一定的缺陷，三模冗余需要解決技術(shù)容錯(cuò)的問(wèn)題，二模動(dòng)態(tài)冗余則要求提高系統(tǒng)的可靠性。而鐵路信號(hào)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：（1）結(jié)構(gòu)模塊標(biāo)準(zhǔn)化。鐵路信號(hào)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)模塊標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)主要體現(xiàn)在聯(lián)鎖機(jī)上，通過(guò)這種設(shè)計(jì)，可以更好的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性特點(diǎn)。（2）系統(tǒng)故障診斷。鐵路信號(hào)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)采用容錯(cuò)結(jié)構(gòu)技術(shù)，其實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)就是該系統(tǒng)具有的強(qiáng)大的修復(fù)診斷功能，只有這樣，才能有效保證系統(tǒng)在出現(xiàn)故障的情況下實(shí)現(xiàn)快速的修復(fù)診斷功能。（3）變換聯(lián)鎖信號(hào)的邏輯表達(dá)形式。在鐵路信號(hào)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)中，信息的安全性是通過(guò)硬件設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)體現(xiàn)出來(lái)的，這些硬件設(shè)備存在二個(gè)邏輯狀態(tài)，一個(gè)代表安全信息，而另一個(gè)則代表危險(xiǎn)信息。根據(jù)故障——安全原則，凡是參與安全信息的硬件設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，會(huì)出現(xiàn)概率導(dǎo)向狀態(tài)，從而使得輸出故障呈現(xiàn)不對(duì)稱性，也就是在系統(tǒng)內(nèi)部的電路發(fā)生故障時(shí)安全性信息占據(jù)了絕對(duì)性的優(yōu)勢(shì)地位。（4）算法冗余。鐵路信號(hào)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)在輸入了不正確的控制命令時(shí)表現(xiàn)為系統(tǒng)層故障，聯(lián)鎖系統(tǒng)在進(jìn)行信息的傳輸和存貯中可能會(huì)導(dǎo)致邏輯信息發(fā)生變化，從而產(chǎn)生邏輯錯(cuò)誤，而基于這種錯(cuò)誤出現(xiàn)的信息就出現(xiàn)了一種程序性錯(cuò)誤。鐵路信號(hào)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)通過(guò)輸送控制命令使系統(tǒng)生成二級(jí)運(yùn)算結(jié)果即雙層軟件判別機(jī)制。在這種情況下，由于聯(lián)鎖系統(tǒng)、復(fù)核二級(jí)軟件所處的物理空間不同，語(yǔ)言編程使用不一致，從而使得其使用的技術(shù)條件也不同，這樣可以在一定程度上解決了系統(tǒng)因故障或而引起的安全性問(wèn)題。

3 結(jié)束語(yǔ)

計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)可以說(shuō)是當(dāng)前最先進(jìn)的一種聯(lián)鎖設(shè)備，其具有的信息量大、速度快，操作簡(jiǎn)便且同時(shí)兼具經(jīng)濟(jì)性與安全性的優(yōu)勢(shì)使其近幾年的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。隨著鐵路事業(yè)的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)在鐵路信號(hào)的應(yīng)用勢(shì)在必行。

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