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

王玉鳳

（中鐵十九局集團(tuán)電務(wù)工程有限公司，北京 100076）

0 引言

城市化進(jìn)程的加快對(duì)現(xiàn)有的鐵路信號(hào)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)提出了更高要求，當(dāng)前鐵路信號(hào)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的安全性與科學(xué)性還有很大的提升空間，鐵路信號(hào)故障所引發(fā)的安全事故頻有發(fā)生，對(duì)鐵路系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生了一定影響。鐵路計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)以計(jì)算機(jī)技術(shù)為支撐，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)的有效結(jié)合，不僅有效提升鐵路運(yùn)行效率與質(zhì)量，而且在降低調(diào)度人員工作強(qiáng)度、確保鐵路安全運(yùn)行中發(fā)揮著重要的作用?；诖耍瑢?duì)鐵路信號(hào)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)進(jìn)行深入的分析研究十分有必要。

1 計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)簡述

1.1 計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)定義

計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)簡稱CBI，是負(fù)責(zé)行車進(jìn)路建立鐵路行車控制的設(shè)備，是鐵路安全高效行車過程中必不可少的保障設(shè)備。從本質(zhì)上看，計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)是一種具有安全信號(hào)的聯(lián)鎖邏輯運(yùn)算系統(tǒng)，可以對(duì)操作命令進(jìn)行錄入，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的計(jì)算、判斷及分析，實(shí)現(xiàn)信息之間的傳輸[1]。具體來說，計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)具有以下功能：①可以按照列車運(yùn)行圖自行排列列車進(jìn)路；②監(jiān)測道岔轉(zhuǎn)換過程中轉(zhuǎn)轍機(jī)電流及設(shè)備供電狀態(tài)；③實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)機(jī)、軌道及道岔設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)測；④拒絕執(zhí)行錯(cuò)誤的操作指令，對(duì)錯(cuò)誤的指令及時(shí)發(fā)出警報(bào)；⑤對(duì)于運(yùn)行設(shè)備故障給出重要信息提醒或語音提示，確保運(yùn)行安全。

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

計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)本質(zhì)是一個(gè)聯(lián)鎖邏輯運(yùn)算系統(tǒng)，其邏輯系統(tǒng)可以有效實(shí)現(xiàn)信息傳輸運(yùn)送，也因此決定了計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)性、經(jīng)濟(jì)性、功能拓展、結(jié)構(gòu)模塊標(biāo)準(zhǔn)化與安全性等特點(diǎn)。

（1）實(shí)時(shí)性。計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)可以對(duì)所獲取到的信息進(jìn)行即時(shí)分析和處理，而后以安全信息的形式傳送信息，體現(xiàn)的是信息傳輸?shù)挠行耘c及時(shí)性。同時(shí)系統(tǒng)可以對(duì)各類信息的變化情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，能夠掌握信息的變化情況。

（2）經(jīng)濟(jì)性。之所以計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)可以廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，其主要的原因就是這種系統(tǒng)可以很大程度上降低運(yùn)行成本，可以為企業(yè)創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)效益。

（3）功能拓展。以往的鐵路信號(hào)繼電保護(hù)系統(tǒng)只有操作界面和對(duì)系統(tǒng)的解鎖功能，無法有效滿足鐵路運(yùn)行過程中多元化需求。與以往的系統(tǒng)不同，計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)除具備初始功能外，還擁有遠(yuǎn)程操作管理功能、系統(tǒng)運(yùn)行故障自行診斷功能與其他管理功能。

（4）結(jié)構(gòu)模塊標(biāo)準(zhǔn)化。計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)應(yīng)用上，其硬件與軟件均有統(tǒng)一的規(guī)范，有規(guī)范化設(shè)計(jì)，具有標(biāo)準(zhǔn)化的特征。

（5）安全性。鐵路系統(tǒng)運(yùn)行安全至關(guān)重要，要保證系統(tǒng)運(yùn)行的安全性，首先需要解決內(nèi)部信息傳遞的安全性與可靠性，而計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性能夠?qū)ο到y(tǒng)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行即時(shí)處理，很大程度上保證了系統(tǒng)的安全性與可靠性。

2 計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與工作原理

2.1 計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

與其他類型的聯(lián)鎖系統(tǒng)有很大的差異，計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)具有一定的層次化和模塊化特點(diǎn)。這里的層次化是指計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)具有人機(jī)對(duì)話層、聯(lián)鎖運(yùn)算層及執(zhí)行層三個(gè)物理層次，而模塊化是指計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)重點(diǎn)包括主模塊、信號(hào)結(jié)合模塊等多個(gè)模塊。計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)可以依據(jù)車站大小、系統(tǒng)運(yùn)行過程中的需求大小等因素對(duì)自身系統(tǒng)做出改變，可以在不影響和改變靜態(tài)數(shù)據(jù)的前提下實(shí)現(xiàn)硬件模塊的增加。這種優(yōu)勢與特點(diǎn)不僅可以滿足系統(tǒng)的高容性要求，而且能夠大大縮短計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的調(diào)試周期，讓鐵路運(yùn)行更加安全和經(jīng)濟(jì)。

2.2 計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的工作原理

計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的層次化決定其工作原理有所不同。

（1）人機(jī)對(duì)話層。當(dāng)數(shù)據(jù)信息錄入到系統(tǒng)后，可以使用鍵盤實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)信息的操作處理，并讓這些數(shù)據(jù)信息通過設(shè)備的傳輸功能進(jìn)入計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)內(nèi)部，當(dāng)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)接收到這些信息后便可以在圖形顯示器上顯示各個(gè)站點(diǎn)的相關(guān)信息。一旦因?yàn)檎緢鲂畔⒘窟^大而導(dǎo)致聯(lián)鎖計(jì)算機(jī)負(fù)重較大時(shí)，可以通過設(shè)置操作命令將數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)約定格式，進(jìn)而上傳至計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)。

（2）聯(lián)鎖運(yùn)算層。作為計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的核心部分，聯(lián)鎖運(yùn)算層的功能是識(shí)別和分析信息，并利用系統(tǒng)邏輯運(yùn)算功能對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行整合處理。此外，聯(lián)鎖運(yùn)算層還具有處理故障的功能，當(dāng)聯(lián)鎖運(yùn)算層出現(xiàn)故障時(shí)可以自行對(duì)故障進(jìn)行檢測與排除，其所擁有的自主修復(fù)功能可以在故障發(fā)生后的第一時(shí)間內(nèi)進(jìn)行故障維修，保證系統(tǒng)及時(shí)恢復(fù)運(yùn)行。長期的實(shí)踐應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，聯(lián)鎖運(yùn)算層的這種自主修復(fù)功能具有很強(qiáng)的應(yīng)用安全性，實(shí)踐應(yīng)用效果顯著。

（3）執(zhí)行層。如何實(shí)現(xiàn)信號(hào)與信號(hào)間的邏輯轉(zhuǎn)換是計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)安全運(yùn)行的重點(diǎn)與難點(diǎn)之一，只有有效建立信號(hào)間的邏輯轉(zhuǎn)換關(guān)系才可以確保邏輯控制器輸入和輸出的信息具有準(zhǔn)確性和有效性，而執(zhí)行層可以有效解決這一問題。執(zhí)行層通過監(jiān)督設(shè)備運(yùn)行情況，保證數(shù)據(jù)信息采集的有效性與全面性，還可以設(shè)置相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)流程。

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

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

鐵路信號(hào)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)主要由聯(lián)鎖計(jì)算機(jī)、接口部分、UPS 電源、監(jiān)控工作站、防雷設(shè)備、電務(wù)維護(hù)終端及聯(lián)鎖專用控制臺(tái)等組成[2]。如果在運(yùn)行過程中出現(xiàn)故障，聯(lián)鎖計(jì)算機(jī)可以自行轉(zhuǎn)換至備用機(jī)，此過程中不會(huì)對(duì)聯(lián)鎖系統(tǒng)當(dāng)前工作造成影響，可以確保系統(tǒng)正常工作。而電務(wù)維護(hù)終端設(shè)備主要的工作是對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)控和記錄，一旦系統(tǒng)運(yùn)行過程中出現(xiàn)故障可以第一時(shí)間形成診斷報(bào)告，為后期維修提供指導(dǎo)性意見。為了更好地發(fā)揮電務(wù)維護(hù)終端的功能，在設(shè)計(jì)過程中需要為其配置遠(yuǎn)程診斷接口和軟件。監(jiān)控工作站需要采用雙機(jī)熱備方式，既允許計(jì)算機(jī)自動(dòng)切換，也允許人工進(jìn)行切換。聯(lián)鎖輸入可以采用動(dòng)態(tài)采集技術(shù)，為了保證系統(tǒng)運(yùn)行安全，在電源、計(jì)算機(jī)、輸入輸出接口及地線設(shè)置中均要安裝防雷設(shè)備，而聯(lián)鎖輸出可以采用板級(jí)動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)技術(shù)進(jìn)行。

3.2 鐵路信號(hào)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容

（1）車站信號(hào)平面布置圖設(shè)計(jì)。①標(biāo)明信號(hào)樓及其位置，保證聯(lián)鎖區(qū)的所有線路與聯(lián)鎖區(qū)層次分明，聯(lián)系緊密；②表明聯(lián)鎖區(qū)內(nèi)的所有道岔至信號(hào)樓中心的距離；③信號(hào)機(jī)設(shè)置位置及每架信號(hào)機(jī)到信號(hào)樓中心的距離；④如果存在道岔及道口，則要對(duì)道口寬度及距離信號(hào)樓中心的距離做出標(biāo)注；⑤信號(hào)樓外墻至最近線路的中心位置；⑥正線，站線線路間距；⑦車站線路上以箭頭表示其接車方向。一并附有各個(gè)道岔及股道有效長度的統(tǒng)計(jì)表。

（2）聯(lián)鎖表的編制。聯(lián)鎖表實(shí)際上是對(duì)整個(gè)車站道岔、進(jìn)路基信號(hào)機(jī)之間關(guān)系的詳細(xì)說明，并以表格形式加以展示。在編制過程中，要始終遵循“以進(jìn)路為主體，由下行咽喉至上行咽喉”的原則[3]。

（3）組合排列及類型表。鐵路信號(hào)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)包括信號(hào)組合、道岔組合及軌道組合等，可以直接反映各個(gè)組合在組合柜上的位置及其所需繼電器的類型。就當(dāng)前鐵路信號(hào)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)繼電器應(yīng)用情況來看，最為常用且成熟的繼電器有二元二位繼電器JRJC1-70/240，AX 型繼電器種類較多，如JPXC-1000、JWXC-1700、JZXC-H18 等。

（4）其他設(shè)計(jì)工作。除上述提到的設(shè)計(jì)內(nèi)容，還需要進(jìn)行驅(qū)動(dòng)采集信息配置、設(shè)備室內(nèi)布置及聯(lián)鎖設(shè)備布置等設(shè)計(jì)工作，這些工作均是計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖設(shè)計(jì)的重要組成部分，值得特別重視。

3.3 鐵路信號(hào)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)條件

在鐵路信號(hào)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，要保證設(shè)計(jì)后各項(xiàng)功能正常、運(yùn)行有效，必須充分考慮影響鐵路信號(hào)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)設(shè)計(jì)的因素。滿足其運(yùn)行的基本條件，需要滿足以下條件：

（1）保證結(jié)構(gòu)模塊標(biāo)準(zhǔn)化特點(diǎn)。鐵路信號(hào)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)要可以應(yīng)用于不同站場規(guī)模，且滿足實(shí)際的功能需求。

（2）可以發(fā)揮系統(tǒng)診斷與安全導(dǎo)向功能。進(jìn)行鐵路信號(hào)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，為了最大限度減少系統(tǒng)運(yùn)行故障情況的出現(xiàn)，務(wù)必要確保系統(tǒng)本身具有強(qiáng)大的自行診斷能力，在故障狀態(tài)下可以快速維修。值得注意的一點(diǎn)是，聯(lián)鎖系統(tǒng)故障經(jīng)常發(fā)生于主機(jī)、控制器及結(jié)合電路模板之上，而這些故障發(fā)生原因錯(cuò)綜復(fù)雜，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致安全事故發(fā)生，因此要進(jìn)一步提升聯(lián)鎖系統(tǒng)故障診斷與維修的智能化與自動(dòng)化[4]。

（3）聯(lián)鎖信號(hào)邏輯表達(dá)形式變化。系統(tǒng)故障通常存在于安全側(cè)信息和危險(xiǎn)側(cè)信息兩大邏輯狀態(tài)，要求電子電路輸出必須有不對(duì)稱性，因此要求電路故障輸出安全側(cè)概率大于危險(xiǎn)側(cè)。

（4）算法冗余。鐵路信號(hào)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)故障原因眾多，多為錯(cuò)誤輸出控制命令，這些輸出錯(cuò)誤命令會(huì)對(duì)邏輯運(yùn)算產(chǎn)生較大的影響，為了盡量避免這種情況，可以采用雙份軟件判別機(jī)制進(jìn)行保護(hù)，以此減少故障問題，保證系統(tǒng)運(yùn)行安全。

4 結(jié)束語

作為一種被廣泛應(yīng)用的現(xiàn)代化系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)不僅可以有效提升鐵路運(yùn)行效率與質(zhì)量，而且可以提升鐵路現(xiàn)代化管理水平。鑒于此在計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，要重點(diǎn)從信號(hào)樓及其位置標(biāo)示、聯(lián)鎖表的編制、組合排列及類型表等方面著手推進(jìn)，并堅(jiān)持相關(guān)的設(shè)計(jì)原則，最大限度保證計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)規(guī)范性與安全性，為鐵路安全運(yùn)行奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。