浅谈轨道交通中计算机联锁技术

李华 刘效含

摘 要：本文主要简述了城市轨道交通中计算机联锁的相关技术特点，计算机联锁系统的层次结构及硬件构成，重点对比了当代轨道交通中三种类型的计算机联锁系统联锁机的核心技术及硬件构成，并阐明了每一种类型的联锁系统的优缺点，并对相应可靠性及安全性做出分析，简述我国铁路以及城轨中，主要使用的计算机联锁系统类型和计算机联锁技术的发展趋势。

关键词：计算机联锁 可靠性 安全性 全电子化

中图分类号：TP23 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）08（b）-0002-02

轨道交通系统发展至今，主要由计算机联锁系统保证其安全性。联锁是以一种技术手段在保证行车安全的前提下，控制铁路室外设备，即信号机、转辙机和轨道电路的故障安全技术[1]。

计算机联锁技术是随着计算机技术的发展而发展起来的，由最初的机械式联锁，发展到电气集中式联锁，我国电气集中式联锁系统的典型代表为6502电气集中联锁，这种联锁技术全部采用继电电路来实现信号、道岔和进路之间的联锁关系，虽然安全性满足要求，但在功能上，不够完善。随着计算机技术的迅速发展，特别是对于可靠性技术和容错技术的深入研究，计算机联锁技术逐渐趋于成熟，并且大力推广使用，1989年我国的联锁技术发展为计算机联锁，并且规定在高铁和客专上必须使用计算机联锁系统，在主干线上要求必须使用技术成熟的二乘二取二型计算机联锁系统[2]。

1 计算机联锁系统的层次结构

根据计算机联锁系统的主要构成、相应功能和设置地点不同，联锁系统可分为人机会话层、联锁层、执行层。

1.1 人机会话层

人机会话层，一般由2台双机热备的工控机构成，并配有相应的屏蔽电缆（一般不超过50m）。此层完成的工作为上位机的操作，接收值班员的操作指令，通过鼠标操作完成进路的操作，信号机的开放，道岔的转换，并且配备显示功能，能够通过网络与电务维修机连接，具有信息存储转发的功能。由于信息的处理并不涉及涉安信息，因此，不要求上位机具有故障安全性能，对该层次的设计应主要考虑其可靠性，可靠性要求达到106h即可。

1.2 联锁层

联锁层，不同的联锁系统根据要求配备联锁机的数量。该层主要完成接收上位机下发的操作命令，同时接收室外设备的状态信息，根据信息进行联锁运算，根据运算结果产生控制命令，将控制命令输出给执行层进行室外设备的控制；并将站场状态信息、提示信息、故障信息等传送给上位机显示出来。由于联锁机所处理的信息均是涉安信息，所以，对联锁机进行设计的时候，必须要考虑到其故障导向安全的性能，同时满足可靠性和安全性的标准。

1.3 执行层

执行层，设置在机械室内，主要由组合架、相应控制器构成，实现室外设备与室内联锁机之间连接。执行层中的控制器接收来自联锁机的控制命令以驱动相应的控制电路，由于部分型号的计算机联锁保持了6502电气集中联锁系统的执行组电路部分，控制室外设备的继电电路必须经由组合架通过电缆与室内设备连接。同时它又接收监控对象的状态信息，经过编码再传送到联锁计算机。由于控制器不具备联锁功能，但是它所处理的信息均属于涉及安全的信息，因此，必须具备故障安全的性能[3]。

2 各类型计算机联锁系统技术对比

2.1 双机热备型

联锁技术最初是以单机运行为主，虽然单机运行在人机会话层性能要优于电气集中式联锁，但单机运行的可靠性及安全性不能满足铁路的相关规定。随着国内的工控机技术的不断更新换代，我国对可靠性和安全性的要求不断提高，TYJL-2型计算机联锁系统是我国首台自主研发的双机热备型计算机联锁系统。

双机热备型计算机联锁系统的最大特点是硬件上采用双机热备结构，联锁层有2台联锁机，每个联锁机由各自CPU执行联锁逻辑运算，两个CPU执行两套功能相同而编码各异的系统，主机的结果作为控制命令输出，并控制相应的外部设备，并且將控制命令传给上位机显示，经过多年实际运行经验，双机热备系统简单实用，能够实现国家铁路要求的可靠性和安全性指标。

虽然双机热备系统可以实现动态无缝切换，并且可使在线检修。但是，涉安信息的处理一旦不及时，将产生严重的后果，因此，国内外已经停止了有关双机热备系统的研发工作。目前，我国仅准许支线、非提速区域以及地铁沿线使用此类型的计算机联锁系统[4]。

2.2 三取二型（容错型）

三取二型联锁系统中，主要的联锁机由3台完全相同的设备构成，配备了双路的电源回路，具有3条完全相同的输入通道分别采集信息，并将采集结果分别送入各自CPU，3个CPU各自执行联锁程序，进行联锁逻辑运算，将产生的数据送至输出模块，输出数据经过表决器表决后，输出为产生结果一致的信号，并由此控制相应继电器从而控制室外设备。

三取二型联锁系统，相对于双机热备型系统可靠性和安全性都有大幅度提高，但是由于存在着表决功能，因此，对于表决器的性能要求比较高，另外，故障机要及时切离，若没有及时切离故障机，极有可能导致错误的结果输出。自2000—2015年，在湖东站、哈尔滨站、临汐北站、新丰镇站、长春站等投入使用了三取二型计算机联锁系统[5]。

2.3 二乘二取二型

为了满足高速铁路的发展需要，针对于三取二型联锁系统不能够在线检修问题，近10年来研制出二乘二取二系统，目前，随着电子产品价格的下降，所有的主干线甚至于城市轨道交通中，均采用二乘二取二计算机联锁系统。

该计算机联锁系统一共由两系完全相同的联锁系统构成，但是与双机热备系统不同的是每套联锁机由双CPU同时运行完全相同的程序，双CPU共用一个时钟周期，能够实现完全同步，如果两个CPU运行结果不同，则输出安全侧信息，这就保证了整个系统的安全性能。如果该套联锁机不能正常运行，则由热备的联锁系统实现双机无缝切换，这就保证了系统的可靠性，可以说二乘二取二型计算机联锁系统，具备了高可靠性，高安全性，并且不存在表决功能，节省了工程造价，并且可以实现在线检修，故障机如果不及时检修也不会影响列车的正常运行，是当今铁路最为可靠安全的一种计算机联锁系统。

3 计算机联锁技术发展趋势

全电子执行单元代替了传统的继电器，主要设备采用模块化结构，便于维修和处理，部分硬件支持热插拔，并具有过载和负载短路自动保护的功能，避免熔丝导致的短路现象。并且新增了多种功能，不仅能够实时的监测电路，如果由于故障使得模块导向安全，能够通过第三通道向监控机发送维护信息，并且能够在电务维修机上实时的更新系统状态。

二乘二取二的全电子化技术，掀起了无触点技术的热潮，并把这项技术正式纳入正常设备运用和管理。最近推出的众多信号系统中，二乘二取二的全电子化技术，应用在众多的城市轨道交通中，也是至今为止，在轨道交通中能够保证可靠性和安全性的基础上，造价相对经济的系统，目前在建的成都地铁，长春地铁二号线用的正是卡斯柯公司的信号系统。

参考文献

[1] 林瑜筠，吕永昌.计算机联锁[M].3版.北京：中国铁道出版社，2013.

[2] 刘湘国.高速铁路计算机联锁系统[M].北京：中国铁道出版社，2011.

[3] 徐洪泽.车站信号计算机联锁控制系统[M].北京：中国铁道出版社，2005.

[4] 钱艺.车站信号自动控制系统维护[M].北京：中国铁道出版社，2014.

[5] 谢林.全电子计算机联锁信号控制模块设计[J].铁道通信信号，2016，52（9）：8-11.