铁路信号计算机联锁系统的研究与设计

王玉凤

（中铁十九局集团电务工程有限公司，北京 100076）

0 引言

城市化进程的加快对现有的铁路信号计算机联锁系统提出了更高要求，当前铁路信号计算机联锁系统的安全性与科学性还有很大的提升空间，铁路信号故障所引发的安全事故频有发生，对铁路系统可持续发展产生了一定影响。铁路计算机联锁系统以计算机技术为支撑，可以实现对硬件系统和软件系统的有效结合，不仅有效提升铁路运行效率与质量，而且在降低调度人员工作强度、确保铁路安全运行中发挥着重要的作用。基于此，对铁路信号计算机联锁系统进行深入的分析研究十分有必要。

1 计算机联锁系统简述

1.1 计算机联锁系统定义

计算机联锁系统简称CBI，是负责行车进路建立铁路行车控制的设备，是铁路安全高效行车过程中必不可少的保障设备。从本质上看，计算机联锁系统是一种具有安全信号的联锁逻辑运算系统，可以对操作命令进行录入，以此实现对数据的计算、判断及分析，实现信息之间的传输[1]。具体来说，计算机联锁系统具有以下功能：①可以按照列车运行图自行排列列车进路；②监测道岔转换过程中转辙机电流及设备供电状态；③实现对信号机、轨道及道岔设备的实时监测；④拒绝执行错误的操作指令，对错误的指令及时发出警报；⑤对于运行设备故障给出重要信息提醒或语音提示，确保运行安全。

1.2 计算机联锁系统特点

计算机联锁系统本质是一个联锁逻辑运算系统，其逻辑系统可以有效实现信息传输运送，也因此决定了计算机联锁系统具有实时性、经济性、功能拓展、结构模块标准化与安全性等特点。

（1）实时性。计算机联锁系统可以对所获取到的信息进行即时分析和处理，而后以安全信息的形式传送信息，体现的是信息传输的有效性与及时性。同时系统可以对各类信息的变化情况进行实时监控，能够掌握信息的变化情况。

（2）经济性。之所以计算机联锁系统可以广泛应用于各行各业，其主要的原因就是这种系统可以很大程度上降低运行成本，可以为企业创造良好的经济效益。

（3）功能拓展。以往的铁路信号继电保护系统只有操作界面和对系统的解锁功能，无法有效满足铁路运行过程中多元化需求。与以往的系统不同，计算机联锁系统除具备初始功能外，还拥有远程操作管理功能、系统运行故障自行诊断功能与其他管理功能。

（4）结构模块标准化。计算机联锁系统应用上，其硬件与软件均有统一的规范，有规范化设计，具有标准化的特征。

（5）安全性。铁路系统运行安全至关重要，要保证系统运行的安全性，首先需要解决内部信息传递的安全性与可靠性，而计算机联锁系统的实时性能够对系统的数据信息进行即时处理，很大程度上保证了系统的安全性与可靠性。

2 计算机联锁系统的结构与工作原理

2.1 计算机联锁系统结构

与其他类型的联锁系统有很大的差异，计算机联锁系统结构具有一定的层次化和模块化特点。这里的层次化是指计算机联锁系统具有人机对话层、联锁运算层及执行层三个物理层次，而模块化是指计算机联锁系统重点包括主模块、信号结合模块等多个模块。计算机联锁系统可以依据车站大小、系统运行过程中的需求大小等因素对自身系统做出改变，可以在不影响和改变静态数据的前提下实现硬件模块的增加。这种优势与特点不仅可以满足系统的高容性要求，而且能够大大缩短计算机联锁系统的调试周期，让铁路运行更加安全和经济。

2.2 计算机联锁系统的工作原理

计算机联锁系统的层次化决定其工作原理有所不同。

（1）人机对话层。当数据信息录入到系统后，可以使用键盘实现对数据信息的操作处理，并让这些数据信息通过设备的传输功能进入计算机联锁系统内部，当计算机联锁系统接收到这些信息后便可以在图形显示器上显示各个站点的相关信息。一旦因为站场信息量过大而导致联锁计算机负重较大时，可以通过设置操作命令将数据格式转化为系统约定格式，进而上传至计算机联锁系统。

（2）联锁运算层。作为计算机联锁系统的核心部分，联锁运算层的功能是识别和分析信息，并利用系统逻辑运算功能对数据信息进行整合处理。此外，联锁运算层还具有处理故障的功能，当联锁运算层出现故障时可以自行对故障进行检测与排除，其所拥有的自主修复功能可以在故障发生后的第一时间内进行故障维修，保证系统及时恢复运行。长期的实践应用发现，联锁运算层的这种自主修复功能具有很强的应用安全性，实践应用效果显著。

（3）执行层。如何实现信号与信号间的逻辑转换是计算机联锁系统安全运行的重点与难点之一，只有有效建立信号间的逻辑转换关系才可以确保逻辑控制器输入和输出的信息具有准确性和有效性，而执行层可以有效解决这一问题。执行层通过监督设备运行情况，保证数据信息采集的有效性与全面性，还可以设置相应的驱动流程。

3 铁路信号计算机联锁系统设计

3.1 铁路信号计算机联锁系统设计原理

铁路信号计算机联锁系统主要由联锁计算机、接口部分、UPS 电源、监控工作站、防雷设备、电务维护终端及联锁专用控制台等组成[2]。如果在运行过程中出现故障，联锁计算机可以自行转换至备用机，此过程中不会对联锁系统当前工作造成影响，可以确保系统正常工作。而电务维护终端设备主要的工作是对系统运行情况进行监控和记录，一旦系统运行过程中出现故障可以第一时间形成诊断报告，为后期维修提供指导性意见。为了更好地发挥电务维护终端的功能，在设计过程中需要为其配置远程诊断接口和软件。监控工作站需要采用双机热备方式，既允许计算机自动切换，也允许人工进行切换。联锁输入可以采用动态采集技术，为了保证系统运行安全，在电源、计算机、输入输出接口及地线设置中均要安装防雷设备，而联锁输出可以采用板级动态驱动技术进行。

3.2 铁路信号计算机联锁系统设计内容

（1）车站信号平面布置图设计。①标明信号楼及其位置，保证联锁区的所有线路与联锁区层次分明，联系紧密；②表明联锁区内的所有道岔至信号楼中心的距离；③信号机设置位置及每架信号机到信号楼中心的距离；④如果存在道岔及道口，则要对道口宽度及距离信号楼中心的距离做出标注；⑤信号楼外墙至最近线路的中心位置；⑥正线，站线线路间距；⑦车站线路上以箭头表示其接车方向。一并附有各个道岔及股道有效长度的统计表。

（2）联锁表的编制。联锁表实际上是对整个车站道岔、进路基信号机之间关系的详细说明，并以表格形式加以展示。在编制过程中，要始终遵循“以进路为主体，由下行咽喉至上行咽喉”的原则[3]。

（3）组合排列及类型表。铁路信号计算机联锁系统包括信号组合、道岔组合及轨道组合等，可以直接反映各个组合在组合柜上的位置及其所需继电器的类型。就当前铁路信号计算机联锁系统继电器应用情况来看，最为常用且成熟的继电器有二元二位继电器JRJC1-70/240，AX 型继电器种类较多，如JPXC-1000、JWXC-1700、JZXC-H18 等。

（4）其他设计工作。除上述提到的设计内容，还需要进行驱动采集信息配置、设备室内布置及联锁设备布置等设计工作，这些工作均是计算机联锁设计的重要组成部分，值得特别重视。

3.3 铁路信号计算机联锁系统设计实现条件

在铁路信号计算机联锁系统设计过程中，要保证设计后各项功能正常、运行有效，必须充分考虑影响铁路信号计算机联锁系统设计的因素。满足其运行的基本条件，需要满足以下条件：

（1）保证结构模块标准化特点。铁路信号计算机联锁系统要可以应用于不同站场规模，且满足实际的功能需求。

（2）可以发挥系统诊断与安全导向功能。进行铁路信号计算机联锁系统设计时，为了最大限度减少系统运行故障情况的出现，务必要确保系统本身具有强大的自行诊断能力，在故障状态下可以快速维修。值得注意的一点是，联锁系统故障经常发生于主机、控制器及结合电路模板之上，而这些故障发生原因错综复杂，严重时会导致安全事故发生，因此要进一步提升联锁系统故障诊断与维修的智能化与自动化[4]。

（3）联锁信号逻辑表达形式变化。系统故障通常存在于安全侧信息和危险侧信息两大逻辑状态，要求电子电路输出必须有不对称性，因此要求电路故障输出安全侧概率大于危险侧。

（4）算法冗余。铁路信号计算机联锁系统故障原因众多，多为错误输出控制命令，这些输出错误命令会对逻辑运算产生较大的影响，为了尽量避免这种情况，可以采用双份软件判别机制进行保护，以此减少故障问题，保证系统运行安全。

4 结束语

作为一种被广泛应用的现代化系统，计算机联锁系统不仅可以有效提升铁路运行效率与质量，而且可以提升铁路现代化管理水平。鉴于此在计算机联锁系统系统设计过程中，要重点从信号楼及其位置标示、联锁表的编制、组合排列及类型表等方面着手推进，并坚持相关的设计原则，最大限度保证计算机联锁系统规范性与安全性，为铁路安全运行奠定坚实基础。