城市軌道交通計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)研究

張九天

(太原鵬躍電子科技有限公司，山西 太原 030006)

0 引言

近年來，隨著城市人口日益增多以及城市規(guī)模的不斷擴大，日益惡化的交通狀況成為困擾城市發(fā)展和人民生活的一個難題，越來越多的地方政府意識到，要解決城市公共交通這個難題，必須依靠大力發(fā)展城市軌道交通公共事業(yè)。在國際上，隨著我國的綜合實力提升，城市軌道交通的發(fā)展最為迅速。截至2017年底,中國內地累計有30多個城市建成并投運的線路高達5 000多公里。

為了確保軌道交通車輛行車安全，在軌道交通的正線、車輛段等場所，必須配備聯(lián)鎖系統(tǒng)。聯(lián)鎖控制系統(tǒng)是軌道交通信號系統(tǒng)的基礎控制設備，通過控制和監(jiān)督道岔、信號機和軌道區(qū)段等信號設備的互鎖關系來實現(xiàn)行車安全，聯(lián)鎖系統(tǒng)必須保證長時間工作的可靠性，必須符合“故障-安全”原則，即發(fā)生故障時，必須保證安全?，F(xiàn)有的聯(lián)鎖系統(tǒng)分為兩種，分別是基于6502繼電器集中邏輯思路的聯(lián)鎖系統(tǒng)和基于計算機邏輯思維的新式計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)。

計算機聯(lián)鎖與6502繼電器集中聯(lián)鎖相比，不論在技術和經濟方面，同時在安全性、可靠性、處理速度、施工維修等方面，都具有較獨特的優(yōu)勢。

1 計算機聯(lián)鎖硬件結構[1]

城市軌道交通計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)是通過結構化、模塊化思路進行設計。計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)涉及到列車行車安全，在功能及性能方面都有很高要求。如，與操作人員直接相關的人機交互界面，不僅友好而準確，同時還要求具有很高的可靠性與安全性，不能出現(xiàn)故障，即使出現(xiàn)問題，也必須保證安全。

從聯(lián)鎖硬件控制層次而言，計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)主要設備存放在車站信號機械室內，可分為人機會話層、聯(lián)鎖計算機層和控制器層。人機會話層通過人機會話計算機實現(xiàn)；聯(lián)鎖計算機層通過核心聯(lián)鎖控制器來完成邏輯運算；控制器層通過接口繼電器控制電路來完成相應任務。車站值班室主要存放操作臺及圖形顯示器，用于顯示及操作信號系統(tǒng)；監(jiān)控現(xiàn)場的軌旁信號聯(lián)鎖設備主要包括轉轍機、信號機和軌道電路三種，用來輸入和輸出軌道的信號。硬件結構如圖1所示。

圖1 計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)硬件結構

1.1 人機會話計算機

車站值班室操作人員通過操作臺和圖形顯示器對聯(lián)鎖指令進行輸入，傳輸給人機會話計算機層。人機會話計算機會根據(jù)接收到的指令任務，進行判別是否形成有效的操作指令，如果形成，則將指令自動轉換成聯(lián)鎖計算機識別的操作指令，傳輸給聯(lián)鎖計算機；如不形成操作指令，只在本地進行交互顯示。同時人機會話計算機還要接收聯(lián)鎖計算機發(fā)送的信息，將該信息轉換成操作臺或圖形顯示器能夠識別的格式，并進行顯示。人機會話界面(HMI)為計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)操作員進行使用。

1.2 聯(lián)鎖計算機

計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)最為核心、關鍵的硬件設備是聯(lián)鎖計算機，該硬件設備主要用來實現(xiàn)軌旁信號設備狀態(tài)信息輸入輸出的高速邏輯運算，達到系統(tǒng)可靠性和安全性。人機會話計算機給該設備發(fā)送操作指令，同時，接收控制器信號設備的狀態(tài)信息，進行基于計算機邏輯思維的邏輯運算，同時，發(fā)出控制信號機、轉轍機、軌道電路的控制指令。聯(lián)鎖計算機核心控制器用來完成系統(tǒng)的核心邏輯運算。

1.3 控制器

接口繼電器控制電路(控制器)實現(xiàn)對軌旁設備的輸出控制和輸入采集。控制器是聯(lián)鎖計算機控制指令和軌旁設備狀態(tài)信息的中轉站。一方面，聯(lián)鎖計算機的控制指令傳輸給控制器，然后，控制器經過相應格式進行轉換，形成控制指令以驅動相應的控制電路；另一方面，還會接收來自軌旁監(jiān)控對象的狀態(tài)信息，經過相應編碼再傳輸給聯(lián)鎖計算機。

2 計算機聯(lián)鎖軟件結構[1]

通過對國內外城市軌道交通計算機聯(lián)鎖軟件分析，軟件結構如下：

1) 按照系統(tǒng)層次結構分類

從聯(lián)鎖系統(tǒng)軟件的層次結構分析，可劃分為人機會話層、聯(lián)鎖運算層和執(zhí)行層，層次結構如圖2所示。人機會話層實現(xiàn)與操作人員人機界面信息交互、顯示，并對信息進行簡單處理；聯(lián)鎖運算層主要完成信號設備狀態(tài)信息采集，并完成計算機邏輯思維的運算；執(zhí)行層實現(xiàn)聯(lián)鎖計算機的控制指令輸出以及對現(xiàn)場軌旁設備狀態(tài)信息的輸入。

圖2 計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)軟件層次結構

2) 按照冗余結構劃分

按照冗余結構，可分為二乘二取二冗余和三取二系統(tǒng)。冗余系統(tǒng)又分為單機軟件結構和雙機軟件結構。其中雙機軟件結構，如圖3所示。

圖3 雙機軟件結構

3 功能分析

計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)主要服務于對列車運營的管理，用來防護列車運營作業(yè)安全。在控制臺及圖形顯示器上，簡明直觀地顯示站場及正線平面，反映現(xiàn)場的信號、道岔和區(qū)間設備的實時狀態(tài)及聯(lián)鎖邏輯條件，具有語音報警指示及豐富的文字提示功能。用鼠標輸入指定區(qū)間進路指令，并且在圖形顯示器上顯示中文字符和圖像提示。

系統(tǒng)將按一定的聯(lián)鎖規(guī)則和條件控制軌旁的道岔轉轍機和信號機，建立列車運行進路，確保進路上軌道電路、道岔、信號機相互之間的安全聯(lián)鎖。對于涉及安全的操作應采取安全保證措施。

對于來自操作人員對設備的錯誤操作，能具備有效的安全防護能力。要求軌旁設備的控制電路的設計符合故障-安全原則，符合中華人民共和國鐵道部《計算機聯(lián)鎖技術條件》。

4 結束語

隨著當前城市軌道交通領域最新的移動閉塞式信號系統(tǒng)(CBTC)的要求，計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)需要進一步發(fā)展，應不斷拓展系統(tǒng)功能，提高系統(tǒng)安全性，如與ATS、ATC、ZC等系統(tǒng)接口的交互，以適應城市軌道交通的發(fā)展步伐[2]。

[1] 林瑜筠,呂永昌.計算機聯(lián)鎖[M].第3版.北京：中國鐵道出版社,2013.

[2] 胡超林.城市軌道交通CBTC計算機聯(lián)鎖子系統(tǒng)分析[J].機電信息，2014(21)：172-173.