计算机联锁基于通信的跨边界控制模式分析

聂志国

（北京全路通信信号研究设计院有限公司，北京 100073）

1 概述

在地铁项目中，地铁线路信号设备设置有以下特点。

* 线路连续，每站的规模较小；

* 站间无闭塞电路，无明确站界；

* 联锁集中站设置的IO控制边界与联锁逻辑边界不对等；

图1所示为具有3个联锁集中站的地铁项目。

当需要办理X5至X6进路、F1至Z1进路时，由于进路涉及的信号设备分属于不同的联锁集中站，进路的办理、解锁与常规进路均有所不同，在处理此类跨边界问题时，需要采取符合其特性的控制模式。

目前的地铁项目中，联锁系统已经拥有比较完善的安全传输网络，联锁集中站与集中站、集中站与OC、集中站与远程控制单元均能可靠的通信。联锁网络的存在，使得本地设备与远程设备在采集、控制方面基本无差异，联锁集中站的控制范围得到了极大的扩展，从而使得跨边界控制问题得以有效解决。

本文讨论的是跨边界控制模式的一种方案，该控制模式基于联锁安全传输网络，以分层管理的方式对跨边界操作进行控制。

2 控制层次概述

根据跨边界操作需要，将控制层划分为物理层与逻辑层。物理层侧重于实体单元的管理，逻辑层侧重于逻辑关系整合，层次关系如图2所示。

1）元件

一个独立的控制单位称为元件，元件的基本特性为元件是可以独立接受命令、反应状态的控制单位，道岔、信号机、区段、照查继电器均可视为元件。

元件可以是一个独立的继电器如照查继电器，也可以是关系紧密的一组继电器集合如道岔、信号机等。当道岔以集合的方式作为元件时，道岔的DCJ、DBJ等相关继电器不再单独区分为元件。

元件具有全局的ID，ID的设计方式：域ID（8 bit）+ 站 ID（8 bit）+ 内部 ID（16 bit）。

2）物理区

物理区指联锁集中站的IO控制范围（区域控制器、OC均归属于联锁集中站），对应如图1所示,1域1站、1域2站、2域2站均为物理区。

物理区由元件构成，每个元件必须有明确且唯一的归属物理区。物理区是元件的直接控制区，物理区对本区域内的元件具有完全的控制权。

简单逻辑操作如单操道岔、信号按钮封闭等操作直接由物理层进行管理。

物理区的集合称为物理层。

3）逻辑单元

当运营模式要求跨边界控制时，如办理F1至Z1进路，分别涉及3个物理区的元件，当进路需要检查的条件明确后，该进路的控制范围就完全界定了。类似于进路控制这类逻辑操作，其控制边界明确，参与逻辑运算的元件数量确定，具有良好的逻辑关系封闭性，称为逻辑单元。

逻辑单元对应一组逻辑操作，逻辑单元通过物理区控制元件，逻辑单元不直接控制元件。逻辑单元的元件控制范围由逻辑操作的需求确定，与实际物理区域划分无关。

与元件相似，逻辑单元具有全区域唯一标识ID。

4）逻辑区

逻辑区是逻辑单元的集合，逻辑区的控制范围由当前生效的逻辑单元控制范围确定。

逻辑区的集合称为逻辑层。

3 层次控制方式

在实际应用中，逻辑区为本区域内的逻辑单元提供接口服务，主要包括以下内容。

* 逻辑单元相关运算条件收集。

* 相关运算条件包括元件状态、相关逻辑单元状态。

* 逻辑单元操作命令接收。

* 逻辑运算结果输出。

逻辑单元经过运算后产生运算结果，运算结果包括元件逻辑与元件控制命令。逻辑单元不对元件进行直接控制，运算结果生成后，通过逻辑区服务接口将元件逻辑与控制命令分发给元件所在物理区，由物理区控制元件执行并反馈结果。

逻辑单元的控制以逻辑层、物理层交互反馈为基础，以进路办理为例，一个典型的逻辑单元操作过程如下。

1）逻辑区通过服务接口获取各物理区相关元件当前的采集状态、逻辑状态。

2）逻辑区通过服务接口获取逻辑单元进路办理命令。

3）逻辑单元根据进路办理命令执行选路操作。

4）逻辑单元产生运算结果，逻辑区通过服务接口将运算结果分发至元件所在物理区。运算结果包括以下内容。

* 区段元件锁闭逻辑。

* 道岔元件转换命令。

* 信号元件控制命令。

* 其他继电器元件控制命令。

5）物理区控制元件执行并将结果反馈，反馈内容如下。

* 区段元件锁闭成功/区段元件锁闭失败。

* 道岔元件已经接受控制/道岔元件未接受控制。

* 信号机元件已经接受控制/信号机元件未接受控制。

* 继电器元件已经接受控制/继电器元件未接受控制。

6）逻辑区根据反馈结果确认逻辑执行状况。

* 道岔元件接受控制，延时等待道岔转换到位。

* 所有区段元件反馈锁闭成功，进路锁闭成功。

* 信号机元件接受控制，延时等待信号控制结果。

* 继电器元件接受控制，延时等待继电器控制结果。

* 若元件反馈执行失败状态，则终止本次逻辑操作。

进路控制逻辑单元负责进路全部生命周期控制，由选路命令登记起，至进路完全解锁时终止。在进路成功锁闭后，逻辑单元仍需通过控制—反馈过程对进路相关元件进行逻辑管理，直至进路完全解锁。

4 冲突控制

采取逻辑单元控制方式时存在两种常见的冲突：逻辑单元冲突、逻辑单元与元件的冲突。

逻辑单元冲突来自同逻辑区不同的逻辑单元或不同逻辑区逻辑单元的敌对冲突。以进路控制单元为例，不同的进路可能互相重叠或存在逻辑上的敌对关系，由此造成逻辑单元在操作上可能存在冲突。

部分元件具有物理区操作功能，如道岔单操，为了提高控制效率，类似道岔单操这种对元件的直接控制，可以由物理区本地直接进行操作。当逻辑单元与物理单元同时对同一元件产生操作命令时，冲突就产生了。

由于通信传输时延的特性，冲突很难在逻辑层解决，更难以在根本上消除。一个解决冲突的方案是在物理层解决冲突。物理区对元件拥有最终控制权，因此可以通过先入先出原则或预设优先级原则解决冲突。

当同一元件存在多个操作命令时，物理区根据元件预设控制规则进行命令冲突管理，元件采取先进先出原则时，执行第一条命令，同时丢弃后续命令；元件采取优先级控制时，选取优先级最高的命令执行，同时丢弃其他命令，相同优先级命令仍采取先入先出原则。以道岔为例，道岔预设单操优先级高于选路操作，当同时存在道岔单操与选路操作时，物理区采取道岔单操作命令，不执行逻辑区的选路操作命令。

5 总结

在地铁项目进行跨边界控制时，采取基于网络传输的层次控制方式，可以实现逻辑控制的连续性与完整性；逻辑关系管理集中统一，避免了分散控制的协调问题。

层次控制模式在实际应用中可以衍生一种新的控制方式：全线路逻辑控制，这种控制方式使得联锁可以在全线路内对所有联锁关系进行逻辑控制与历史状态管理，优化自动触发、接近延长、自动折返、全自动折返等功能。