计算机联锁(上)

2010-01-2415:59计算机联锁（铁道信号）（论文）目录绪论1第一章计算机联锁系统的概述2第一节计算机联锁的特点2一、计算机联锁与继电集中联锁的主要区别2二、计算机联锁的优点2第二节车站计算机联锁系统应用现状2一、国外车站计算机联锁系统的应用现状2二、国内车站计算机联锁系统的应用现状3第二节计算机联锁系统的发展4一、向高可靠性与高安全性方向发展4二、向全电子化方向发展5三、向站区一体化、区域化的方向发展6四、向信息化、智能化和综合自动化的方向发展6第二章计算机联锁系统的硬件结构8第一节系统的硬件结构8一、系统的可靠性冗余结构8二、系统的安全性冗余结构9三、系统的可靠性与安全性冗余结构9四、系统的层次结构11五、系统的分布式结构12第二节系统的硬件构成12一、系统的技术要求12二、一般计算机联锁系统的硬件构成13第三章计算机联锁系统的软件结构15第一节计算机联锁系统软件的功能与总体结构15一、计算机联锁系统软件的功能15二、本软件具有的功能16三、本软件所用到的函数及其功能23四、计算机联锁系统软件的总体结构25第二节联锁数据与数据结构26一、联锁数据27二、数据结构27三、结构体定义28四、动态数据及其结构30第三节联锁控制程序的基本模块31第四节进路处理程序33一、操作命令类型及功能33二、进路处理模块33结论38致谢38参考文献39附录40绪论铁路信号联锁系统是行车安全的技术保障系统，就技术方面而言，铁路信号系统已经历了机械联锁、电气联锁（继电联锁）等两个阶段，目前我国干线铁路或企业自备铁路上所使用的联锁系统绝大多数仍为继电联锁系统。受技术条件的限制，继电联锁系统存在着设计与维护工作量大、综合投资费用高、管理能力弱等缺陷。随着计算机技术的迅速发展，尤其是对于可靠性技术和容错技术的深入研究，计算机联锁技术已日趋成熟，在大力推广使用。根据各国对计算机联锁的研究和使用情况来看，由于计算机在逻辑功能和信息处理方面具有很强的功能，它非常适用于车站联锁。计算机联锁是用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。随着计算机技术的迅速发展，尤其是对于可靠性技术和容错技术的深入研究，计算机联锁技术已日趋成熟，在大力推广使用。根据各国对计算机联锁的研究和使用情况来看，由于计算机在逻辑功能和信息处理方面具有很强的功能，它非常适用于车站联锁。计算机联锁是信号设备采用微机的重要突破口，它的研制成功和推广使用使铁路信号自动控制进入了一个新的阶段[4]。第一章计算机联锁系统的概述为了保证行车安全和必要的通过能力，信号、道岔与进路之间必须以必要的技术手段保持一定的制约关系和操作顺序，称这种制约关系和操作顺序为联锁，用计算机技术来实现的系统成为计算机联锁系统。第一节计算机联锁的特点计算机联锁，通常采用通用的工业控制微机，由一套专用的软件来实现车站信号、进路、道岔间的联锁关系，进行联锁关系的逻辑运算和判断。这就使得计算机联锁与继电集中联锁有明显的区别，也使得计算机联锁具有显著的优点。一、计算机联锁与继电集中联锁的主要区别1、利用计算机对车站值班员的操作命令和现场监控设备的表示信息进行逻辑运算后，完成对信号机、道岔及进路的联锁和控制；2、计算机发出的控制信息和现场发回的表示信息，均能由传输通道串行传送，可节省大量的干线电缆，并使得采用电缆成为可能；3、用CRT、LCD屏幕显示代替继电联锁的表示盘，大大缩小了体积，简化了结构，方便了使用，提供了比较友好的人机交互环境，可提供比继电集中更丰富的信息和表现形式（例如光带、图形、音响和语音等）；4、采用积木式的模块化软件和硬件结构，便于站场变更，并容易实现故障控制、分析等功能。二、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优点：1、进一步提高了安全性、可靠性；2、增加和完善了功能；3、方便设计；4、省工省料，降低造价。最重要的是，计算机联锁为铁路信号向智能化和网络化方向发展创造了条件[4]。第二节车站计算机联锁系统应用现状一、国外车站计算机联锁系统的应用现状1978年世界第一个计算机联锁系统在瑞典哥德堡问世,从20世纪80年代起各国竞相研究开发计算机联锁系统,并取得了显著的成绩,日本在1980年由铁路综合技术研究所、京三公司、日信公司合作开发、生产了由三重冗余微计算机组成的计算机联锁装置,1985年实际投入使用的JR东日本的南古谷车库的计算机联锁装置是日本第一台计算机联装置,90年代起很多国家已开始大面积推广微机联锁系统,如日本、英国制定技术政策,不再发展继电联锁,而由计算机联锁取代,经过20多年的发展,计算机联锁技术在发达国家已发展成为完善成熟的技术,计算机联锁由面向工程技术研究转向以面向服务为中心,其应用现状总体上可归纳为以下几方面:（一）计算机联锁制式主要由三取二和二乘二取二两种,通过软件、硬件容错技术提高计算机联锁系统的可靠性、安全性、可维护性,双机热备系统已经淘汰；（二）计算机联锁系统的性能逐渐提高,比如:快速计算能力,高速率数据交换的通信能力,以适应高速铁路和综合化信号控制系统的要求；（三）面向工程和服务,采用计算机软、硬件技术,开发功能非常完善和强大的CAD系统,并从制度和设备上建立完善的维修体系和仿真检测体系；（四）积极发展、推广使用全电子模块化的计算机联锁系统,使计算机联锁系统具有开放式结构,并且更加小型化、智能化；（五）以旅客营业系统为中心,采用先进的计算机通信技术,成功发展分布式分层处理的综合信号控制系统和运营管理系统，计算机联锁不仅仅是一个特定的车站的控制系统,而逐渐演变成综合行车指挥系统的一个重要的基础设备；（六）通过分布式结构扩大控制范围,实现集中联锁分散控制的区域计算机联锁系统,使计算机联锁系统网络化；（七）计算机联锁系统功能逐渐扩大,实现信号机、道岔、轨道电路联锁关系而直接控制信号设备是计算机联锁系统的基本功能,通过系统集成,将车站和区间设备一体化,由计算机联锁系统代替继电器节点逻辑控制方式提供丰富的列车控制信息;在车站由计算机联锁系统完成对电码化控制信息的逻辑处理,通过计算机联锁系统实现站内进路电码化,由这两种方式组合而成的联锁、列控一体化综合系统,在日本、德国、法国等国家均得到成功应用。比如:2002年12月开通的日本东北新干线盛岗-八户段数字ATC地面设备,包括列控联锁一体化系统局域网(SAINT-LAN)、列控联锁一体化系统逻辑部(SAINT)。二、国内车站计算机联锁系统的应用现状国内对计算机联锁系统的研究开始于20世纪80年代,进入90年代后,随着与发达国家在计算机联锁技术上的交流增多和计算机技术的发展,计算机联锁进入快速发展阶段，铁科院通号所、通号公司设计院、北京交大、卡斯柯等单位相继开发出具有不同特点的单机、双机热备、三取二和二乘二取二等计算机联锁系统,至“九五”期末,全路共装备了计算机联锁系统438个车站(场)。在铁道部“十五”科技发展技术政策中明确规定要积极发展计算机联锁,在此期间,车站计算机联锁系统获得了更快的发展,计算机联锁可靠性、安全性进一步提高,进入了以技术为依托,面向市场和服务,从实现功能到完善拓展功能,从单站联锁到一体化、电码化等扩大应用的新的发展阶段。（一）随着计算机联锁系统大面积推广使用,铁路相关人员和单位对计算机联锁的认识逐渐深入,计算机联锁系统已经被广为接受,为计算机联锁系统的发展奠定了扎实的市场基础；（二）计算机联锁系统本身可靠性、安全性、可维护性、可用性等越来越高,性能逐渐增强,功能逐渐完善,目前已能完全满足中国铁路各种站场规模和运输作业的需要。（三）计算机联锁系统向多制式方向发展,在路内上道使用的计算机联锁系统有双机热备、三取二、二乘二取二等三种制式,能满足不同线路、不同工程和不同用户的需要。（四）各种型号的计算机联锁系统均配备有微机监测系统,远程诊断系统,为计算机联锁正常稳定运行提供保障。（五）在继承现有计算机联锁系统优点、特点的基础上,研究铁路信号控制新技术,积极开发新一代计算机联锁系统,努力拓展计算机联锁系统的功能,以适应铁路信号控制现代化、铁路管理信息化建设、铁路跨越式发展的需要。比如:具有区域控制能力的计算机联锁系统的研究,联锁、列控一体化安全控制系统的研究,车站进路电码化计算机控制系统的研究,与CTC系统结合的现代化行车调度指挥系统的研究,高速铁路计算机联锁系统的研究等。（六）建立了计算机联锁系统检测制度。铁道部电务局在原上海铁道大学建立了计算机联锁检验站,以技术手段加强计算机联锁系统软件安全的检测。除此之外,对要投入使用的所有计算机联锁产品的联锁软件,在出厂前均要经过详细完备的功能测试，通过制式测试和出厂测试,有效地保证了计算机联锁产品的质量[5]。第二节计算机联锁系统的发展随着新型技术的不断涌现以及现代化铁路的发展需求，车站计算机联锁系统将朝着以下几个方面发展。一、向高可靠性与高安全性方向发展当前的计算机联锁系统虽然已经处于可用阶段，但是在可靠性和安全性方面都有待提高。就拿双机热备计算机系统来说，它在长期应用和发展中已经逐步成熟和稳定，但由于其先天的不足，仍然暴露出许多软、硬件设计上的缺欠。随着提速、客运专线、大型客运站、重点车站、重载线路的建设和改造，它们对计算机联锁系统的可靠性、安全性提出了更高的要求，以适应铁路跨越式发展形式的需要。我国目前的研究成果主要为三取二冗余系统，但国外更多的是四机冗余系统，多为二乘二取二冗余结构。在国内，由于有现场脱机模拟联锁测试的需求，造成三取二冗余系统不适应于这种模式，因而有其发展的局限性。因此实现计算机联锁在双机热备上的突破，向多重冗余/校核方向发展，采取二乘二取二模式是一个必然。目前国内还没有自主知识产权的二乘二取二冗余系统。鉴于这种现状，在努力利用自身力量的同时，应积极引进国外先进技术。基于这种理念，2000年，铁道部通信信号总公司研究设计院与京三公司合作，采用K5B故障-安全型硬件，结合本院自行开发的计算机联锁软件，成功研制开发出了适合我国铁路运输的DS6-K5B型计算机联锁系统。2001年，北京交大微联科技有限公司、北京铁路局与日信公司进行了合作，他们利用日信公司的故障——安全二取二CPU单板（EI-32单元）的先进技术，结合在中国国内已成功应用的JD-1A型计算机联锁软件，成功开发了EI32-JD型计算机联锁系统。二乘二取二系统的核心设备就是故障——安全计算机，目前这项设备都是从国外引进，因此我们要积极探索并力争开发出达到国际先进水平的故障——安全计算机。同时，我们还要为系统建立一个高水平的实时操作系统（RTOS）平台；RTOS是当今流行的嵌入式系统的软件开发平台，也是安全计算机系统的软件核心；它能提高系统的安全性，满足系统实时性的要求，缩短新产品的开发周期以及充分发挥实时操作系统可移植性、可维护性强等优势。我们相信，与国际上的技术交流与合作，将会大大加快我国高可靠性与高安全性计算机联锁系统的研制进程。二、向全电子化方向发展就目前广泛使用的计算机联锁系统来说，其执行部分，也就是信号机和道岔的控制器件仍然是由继电器来完成的且保留了轨道电路。而电子单元具有体积小、功能强大等特点，便于组网、远程管理和远程诊断，还可以为铁路自动化、信息化提供基础信息。因此，取消继电器，实现全电子化控制，是我国计算机联锁系统发展的一个方向。在国外，只有西门子、ABB京山、瑞典等少数国家有全电子计算机联锁技术。国产车站全电子计算机联锁系统研制始于1996年，1999年纳入铁道部《铁路科技发展计划项目》，“计算机联锁智能型全电子信号道岔控制一体化的研究”，由兰州交通大学主持，铁道科学研究院、郑州铁路局参与该项目的研究，并于2000年1月通过铁道部技术审查。全电子计算机联锁系统2002年通过甘肃省技术成果鉴定；2003年列入科技部国家科技成果重点推广项目计划。该系统从2001年开始，就先后在信阳电厂、襄樊北机务段整备场投产使用。2003年11月，区域全电子计算机联锁系统在洛阳石化工业站及装卸站开通投产使用。可以认为，随着技术的