铁路信号计算机联锁系统的研究与设计

那仁满都拉 郎元宾

中国铁路呼和浩特局集团有限公司呼和浩特电务段 内蒙古呼和浩特 010000

1 铁路信号计算机联锁系统概述

1.1 铁路信号计算机联锁系统的含义和组成

铁路信号计算机联锁系统是在计算机技术发展和信号技术改进基础上的一种新型铁路信号系统，使车站各个信号设备之间产生紧密联系和制约，从而实现对车站道岔、进路与信号的有效控制，避免铁路信号在运行中因受外界因素影响而出现故障失误，从而保证铁路行车信号的可靠性，使铁路运行更加安全[1]。计算机联锁系统综合性能远远超过继电联锁系统，其以计算机为核心，将研制的专用硬软件系统集合在一起实现信号之间的联锁关系，计算机的作用是将操作命令和现场各种输入信息读入，然后根据计算机内部状态进行逻辑运算，再将输出控制信息到执行机构，实现数据的复杂变换。

1.2 铁路信号计算机联锁系统的特点

首先，计算机联锁系统的可靠性很强，采用工业级别的控制计算机和容错技术，系统内传递信息的设备抗辐射和抗各种故障干扰的能力得到增强，减少了逻辑运算的错误，因此对于提高铁路信号的安全可靠性，保障铁路行车和进路安全具有十分重要的作用。其次，计算机联锁系统能满足实时性的要求，即可以实时采集输入系统变量的变化，及时掌握车站各类信息，及时对输出道岔和信号下达控制命令，保证各种和安全有关的控制命令执行到位。再次，计算机联锁系统具有明显的经济优势，在经过不断完善和改进之后其性价比更高，虽然设备改进的前期需要投入大量的资金，但是在后期却规避了许多技术问题，能有效提高铁路信号的准确性和安全性，降低联锁设备故障发生的概率，在后期可以减少很多技术成本。此外，既有的铁路信号联锁系统只能提供基本的联锁功能与操作界面，而计算机联锁系统还具有故障诊断分析、远程通信和其他管理功能，能针对铁路车站规模和不同作业的需求，系统内的硬软件具有结构模块化和标准化的特征，能实现真正的程序和数据的分离处理。

2 总体设计方案和关键技术

2.1 系统结构和工作原理

采用二级集散式控制系统，对原有集中式信号系统模式进行改进，使新的联锁系统具有模块化、标准化和层次化的特点[2]。其中模块化指的是联锁机主模块、信号结合模块，层次化指的是系统包含操作层、联锁运算层、复核驱动层和结合电路层。该结构能够结合车站的大小、不同作业的需要在不改变联锁软件前提下对车站静态数据进行修正，或通过增加相应的硬件模块来满足更多功能需求，使系统容量得到扩充。采用先进的控制体系和工艺设计，使系统整体施工调试周期缩短，经济性得到提升。具体系统结构如下：

（1）人机对话层。在计算机联锁系统内，人机对话层的作用是将信息传输到计算机，然后在显示器上将车站各种信息显示出来。对于车站规模较大和联锁计算机系统运行负荷较大的，应设置操作命令采集机，提高操作命令输入的有效性，并通过有效的识别将操作命令转化为相应的格式再传输给联锁计算机。

（2）联锁运算层。微机是计算机联锁系统的核心，对操作输入进行识别、对联锁信号进行调理分析，另外还具有逻辑运算、命令生成控制和故障诊断等功能。爱联锁运算成的安全可靠性对于整体系统的安全可靠性具有深远的影响。

（3）复核驱动层。复核驱动层由自动化控制系统组成，具有采集信息并将操作命令转化为安全控制信号的功能，也是计算机联锁系统安全设计中的关键，对于联锁系统形成的操作命令进行复核检查。

（4）结合电路层。结合电路成是对现场监控设备、表示信息和自动化控制系统输出的驱动信号之间的安全逻辑转化，从而提高了输入和输出信息的安全可靠性，另外采用专门的电路对监控设备施测过程进行控制，对信息采集机和设备驱动的过程进行规范。

2.2 安全性设计

在铁路信号方面，关于计算机联锁系统安全可靠性的设计，第一强化系统的可靠性设计，即应用系统故障屏蔽的原理，采用更高可靠性的系统来降低故障发生的概率[3]。但是若受到资金和技术的限制，无法采用高可靠设备时，应在保证计算机联锁系统安全可靠的基础上结合故障安全技术来设计，即一方面要满足系统安全，铁路信号对联锁系统性能的要求，另一方面可适当降低运行效率来减少运行故障产生的成本。具体来说，第一在联锁软件和结合电路设计时采用标准化设计方法，使系统功能得到扩展，满足不同车站规模和作业的要求，而结合电路则更具有通用性和兼容性，能满足室外设备不同类型的需要。第二，在系统故障方面，针对联锁主机、PLC和结合电路模块以及工作电源等不同设备和不同层次的故障，采用不同的故障诊断方法，在明确故障类型和原因后采用针对性的故障处理措施以保证系统导向性安全。此外，当系统产生了不正确的输出控制命令就会影响系统整体的安全性，所以在算法冗余设计方面，应根据不同技术设备使用的物理空间、编程语言和参与运算逻辑变量的不同，采用不同的运算判别机制，提高运算的准确性，解决因兄硬软件故障而影响系统的安全可靠性。

3 结语

综上所述，铁路信号系统是为了保障铁路运行安全而设置的，铁路信号技术的水平直接关系到铁路运行安全控制的效率和质量。为实现对列车运行全过程的有效控制，必须对现有的信号联锁系统进行改进和完善，结合计算机技术构建全方位立体化的计算机联锁信号控制系统，实现对列车运行的实时集中化控制。在铁路信号系统未来发展中，利用先进的技术和新型设备，是提高铁路信号安全可靠性，进一步保障铁路运行安全的有效途径。