兼容3种闭塞制式的通用联锁系统

张娜敏

兼容3种闭塞制式的通用联锁系统

张娜敏

研究一种兼容固定闭塞、准移动闭塞和移动闭塞3种闭塞制式的高安全通用联锁系统。该联锁系统采用3取2安全计算机平台，处理列车自动防护（ATP）发送的关于信号机的强制命令信息和虚拟区段的ATP空闲状态，完成物理区段与虚拟区段的状态信息映射，实现对进路3种控制级别的自动切换，实现多列车进路的排列与解锁功能。

3取2安全计算机平台；联锁系统；控制级别；闭塞

1 背景

随着计算机技术、故障-安全技术、数字信号处理技术、网络技术和通信技术的发展，列车自动控制（ATC）系统设备也在不断地更新和变化。目前国内在建的ATC系统制式逐步由准移动闭塞向移动闭塞过渡，传统的以轨道电路作为信息传输媒体的列车运行控制系统已转变成以无线通信技术为传输媒体的移动闭塞控制方式。伴随着制式的变化，计算机联锁的信号和控制方法也发生了很大的变化，为适应当前城市轨道交通而研究的新一代通用计算机联锁系统处理轨旁列车自动防护（ATP）系统发送的虚拟闭塞分区（即虚拟区段）的ATP空闲状态以及ATP对信号机发出的强制命令信息，能够根据当前进路条件实现对进路3种控制级别的自动切换，兼容固定闭塞、准移动闭塞以及移动闭塞3种制式，满足ATC系统在不同运行模式下对联锁控制的要求。

本文研究的计算机联锁系统硬件平台采用3取2冗余容错结构，在此平台嵌入联锁应用软件，形成完整的3取2计算机联锁系统。对于3取2计算机联锁系统，3块逻辑运算板同步采集且同步进行逻辑运算，只要2块逻辑运算板正常，系统就能正常工作，可以自动切除故障板卡。在1块逻辑运算板卡故障情况下系统可自动降级为2取2工作状态。当带电更换故障板卡后，通过教育学习功能系统可再次恢复3取2工作状态。因此，3取2计算机联锁系统比双机热备或2乘2取2计算机联锁系统具有更高的安全性和可靠性。

2 联锁系统概述

系统硬件由主处理板、中继扩展板、通信板、采集板、驱动板以及状态监控板组成。主处理板主要执行运算、数据交换及比较表决、软件同步、安全自关断等功能；通信板完成系统外部数据的转发（数据发送与接收）；安全状态监测板负责产生同步信号、系统安全策略管理以及板内系统监控；采集板实现通用的采集功能；驱动板实现通用的驱动功能；中继扩展板提供主处理板控制扩展机框采集板和驱动板的中继功能。

联锁系统通过采集板卡采集室外设备（包括信号机、道岔、轨道区段、屏蔽门、紧急停车按钮、防淹门以及折返按钮）的状态，经联锁逻辑运算后通过驱动板卡实现对信号机、道岔、屏蔽门以及防淹门的控制功能；通过安全计算机平台的安全数据通信完成与列车自动监控（ATS）系统、轨旁ATP系统、相邻联锁系统以及维护监测系统（MMS）系统的接口功能。

联锁系统结构如图1所示。

图1 联锁系统结构图

3 兼容3 种闭塞制式

为兼容固定闭塞、准移动闭塞以及移动闭塞3种制式，满足ATC系统在不同运行模式下对联锁控制的要求，采取如下解决方案。

（1）对于区段空闲检测功能，联锁软件处理轨旁ATP系统发出的虚拟闭塞分区的出清/占用信息，并将采集到的物理区段（计轴区段或轨道电路）的出清/占用信息与ATP发送的虚拟区段的出清/占用信息相结合，分析得出虚拟区段的出清/占用信息作为联锁逻辑处理的输入。

通常，使用ATP发送的虚拟区段的出清/占用信息作为联锁逻辑处理的输入，如果ATP发送的虚拟区段的状态为受干扰或未定义，则会将采集到的物理轨道区段的出清/占用信息映射到虚拟区段的出清/占用信息，作为联锁逻辑处理的输入，该种映射方式使得联锁系统兼容3种闭塞制式成为可能。

（2）对于进路排列功能，为兼容3种闭塞制式，首先将进路划分为3种控制级别：引导信号控制级、移动闭塞信号控制级以及主信号控制级别，在固定闭塞情况下可以排列引导进路以及主信号级别进路，在准移动闭塞以及移动闭塞下可以排列引导、移动闭塞控制级和主信号控制级别进路；其次排列进路过程中若进路满足锁闭条件则同时锁闭进路中的虚拟区段和物理区段。

进路排列功能实现对进路3种控制级别的自动切换（图2）。

图2 进路控制级别切换状态示意图

将进路排列过程划分为4个阶段：征用、锁闭、开放及开放保持阶段。为减少排列进路时的检查条件，提高程序运行效率，在排列进路各阶段，首先检查引导进路条件是否满足，引导进路条件满足，再检查由引导进路升级到移动闭塞级别进路的增量检查条件是否满足，移动闭塞条件满足再检查由移动闭塞进路升级到主信号控制级别进路的增量条件是否满足。只要进路元素条件满足，联锁软件总是按照当前进路能够满足的最高控制级别进行控制，以保证行车安全，但信号开放保持阶段不再进行3种控制级别的切换。对于移动闭塞信号控制级别，除相应的进路元素要满足排路条件外，联锁软件必须要收到ATP对信号机发出的强制命令信息“自动列车接近”为“真”的状态信息才能开放移动闭塞级别信号。

（3）对于进路正常解锁功能，由于排列进路时同时锁闭进路中的虚拟区段和物理区段，故可采取按物理区段解锁和按虚拟区段解锁2种解锁方式，以提高效率。如果为自动列车进入进路且与ATP通信正常则按虚拟区段解锁，否则按物理区段解锁。只要进路监控区段出清且已解锁，则可为后续自动列车排列移动闭塞级别进路允许后续自动列车进入，以缩短列车运行间隔。进路再次被锁闭后，前行列车的运行将不再解锁通过区段，该情况下只有进路内的最后1列车进行列车通过解锁。当多列车进路办理进路取消时，只能解锁到最后1列车的尾部，即只能解锁始端信号机到最后1列车所在虚拟区段之间的所有区段，进路剩余未解锁区段由进路内最后1列车通过后正常解锁。

（4）在准移动闭塞情况下，前行列车本身也具有移动定位的能力，只是因为没有将移动定位的结果传给地面，不能供后续列车使用，因此，只要在准移动闭塞的基础上增加车对地的安全数据通信，将前行列车的移动定位信息安全地传给后续列车即可构成移动闭塞。准移动闭塞和移动闭塞下的联锁核心逻辑处理是相同的。只要在接口处理模块稍作处理即可兼容准移动闭塞，为此，采用如下解决方案。

首先根据进路内轨道数量设置进路表中的多列车进路，联锁上电时，系统默认列车均为非自动车，1条进路只能进1列车，联锁上位机根据人工检查情况，某一进路需要进入多列车时，对进路的始端信号机下发多列车命令（设置为安全命令），联锁逻辑根据该命令排列移动闭塞控制级别进路，允许后方列车进入。

采用以上解决方案，联锁系统能够兼容固定闭塞、准移动闭塞以及移动闭塞3种制式。对于基于通信的列车控制（CBTC）信号系统，当局部CBTC故障，自动车降级为非自动车时，系统自动降级为固定闭塞模式，可以排列引导进路以及主信号控制级别进路。

4 总结

综上所述，本通用联锁系统采用3取2安全计算机平台作为硬件平台，具有高可靠性和安全性，能够兼容固定闭塞、准移动闭塞以及移动闭塞3种制式，满足ATC系统在不同运行模式下对联锁控制的要求，且能够减少排路的检查条件，提高程序运行效率，缩短列车运行间隔。该系统已于2013年3月通过由国际独立第三方进行的SIL4级安全评估，于2013年9月通过了中铁检验认证中心的评估审核，并于2014年4月通过了江苏省经信委组织的产品技术鉴定。本系统已具备在城市轨道交通正线示范应用和上道试验条件。此外，在该联锁系统基础上开发的有轨电车道岔控制系统和车辆段联锁系统均已上道运行。道岔控制系统应用于广州海珠区环岛新型有轨电车试验段，已于2014年12月正式开通，至今该系统运行稳定可靠；车辆段联锁系统应用于南京宁天城际大厂东车辆段，已于2014年4月正式开通，到目前为止系统一直运行稳定可靠。

[1] 林瑜筠. 城市轨道交通信号[M]. 2版. 北京：中国铁道出版社，2010.

[2] 林瑜筠，吕永昌. 计算机联锁[M]. 2版. 北京：中国铁道出版社，2010.

[3] 李红侠. 城市轨道交通移动闭塞ATC系统的运用分析[J]. 城市轨道交通研究，2004（3）：38-41.

[4] 赵明. 移动自动闭塞系统基本理论的研究[D]. 北京：北方交通大学，1996.

责任编辑 冒一平

General Interlocking System Compatible with 3 Kinds of Block Modes

Zhang Namin

The paper studies a high safety and general interlocking system which is compatible with 3 kinds of block modes, namely fi xed block, quasi moving block and moving block. The interlocking system take 2 from 3 safety computer platform, ATP sends a signal mandatory command information and ATP occupation state of virtual section, completes information mapping of status of physical section and virtual section, realizes the automatic switching of 3 kinds of train routing control levels.

take 2 from 3 safety computer platform, interlocking system, control level, blocking

U231.7

2014-12-09

张娜敏：南京恩瑞特实业有限公司轨道交通部，工程师，江苏南京 210016