車站信號自動控制(第二版)-4-計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)

車站信號自動控制系統(tǒng)北京交通大學智能學院教師/岳強2024.12

目錄|

CONTENTS信號集中監(jiān)測系統(tǒng)概述

車站信號理論技術基礎01.

車站室外設備接口電路02.

6502電氣集中聯(lián)鎖系統(tǒng)03.

計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)04.

北京交通大學自動化與智能學院計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)

04本篇的主要內(nèi)容

1系統(tǒng)的體系結構與構建方法

2

計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)硬件

3計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)軟件

4可靠性安全性保障技術第三篇計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)3

鐵路車站信號控制設備的發(fā)展歷程發(fā)展歷程鐵路信號（臂板信號機）機械式車站聯(lián)鎖繼電電氣聯(lián)鎖電子聯(lián)鎖控制系統(tǒng)計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)知識擴展51978年，由瑞典研制的世界上第一套計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)在瑞典哥德堡站的成功應用

90年代不少國家已開始大面積推廣計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)

1984年南京梅山礦井試驗，1986年太鋼配料站開通，國內(nèi)第一個計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)。1989年鐵道科學研究院研制生產(chǎn)的計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)在鄭州北編組站開通使用，使計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)首次應用于國有鐵路

1994年鐵道科學研究院、鐵道部通信信號總公司研究設計院研制的計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)分別在哈爾濱局平房站和上海局交通站開通使用，這是我國鐵路首次將國產(chǎn)的計算機聯(lián)鎖設備用于鐵路客貨列車通過的正線車站。

國內(nèi)計算機聯(lián)鎖的發(fā)展-回顧61982~1989起步階段 1984.1DS6-30南京煤山井下 1989TYJL鄭州北1990~1996平穩(wěn)發(fā)展階段

開通53個站，1997~1998無序發(fā)展階段

開通153個站，出現(xiàn)11家生產(chǎn)廠家，12種制式

1999~2001整頓、規(guī)范階段我國處于實用階段的聯(lián)鎖系統(tǒng)7(1)鐵道科學研究院通號所研制的TYJL-II型、TYJL-III型和TYJL-ADX型；(2)北京全路通信信號研究設計院研制的DS6-11（改進型）和DS6-K5B系統(tǒng),DS6-60；(3)北京交通大學開發(fā)的JD-1A和EI32-JD型系統(tǒng)；(4)卡斯柯信號有限公司開發(fā)的CIS、VPI和ILOCK系統(tǒng)。一、計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)的功能二、計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)的層次結構三、基于功能實現(xiàn)的系統(tǒng)構建方法四、基于高可靠高安全實用計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)架構五、計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)的接口第10章系統(tǒng)體系結構與構建方法8與6502系統(tǒng)比較：（1）聯(lián)鎖功能更加完善（2）可靠性安全性更高（3）操作方便、信息豐富（4）方便站場施工和改造（5）豐富的接口與通信能力（6）維修維護更加方便計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的特點（優(yōu)點）9一、計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)層次結構10上位機和維修機/操作輸入、狀態(tài)顯示聯(lián)鎖安全計算機/信息匯總、聯(lián)鎖運算輸入輸出接口設備/信息采集、安全輸出控制1.聯(lián)鎖運算功能聯(lián)鎖運算是系統(tǒng)的核心功能，其主要功能包括以下三類：第一類是進路控制功能，也是整個計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)最重要的功能，包括選排進路、鎖閉進路、開放信號、關閉信號、解鎖進路等；第二類是道岔操作功能，包括單獨操作（定操/反操）、單獨鎖閉/單獨解鎖、封鎖/解封操作等；第三類是引導信號控制功能，包括進路式引導和引導總鎖閉兩類。高安全高可靠需求，二乘二取二，雙系熱備提高可靠性，二取二提高安全性設備，安全計算機平臺，設于車站信號樓的機械室內(nèi)

是以計算機或微處理器實現(xiàn)聯(lián)鎖邏輯運算功能的車站聯(lián)鎖控制系統(tǒng)。 二、計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)的功能112.輸入/輸出功能輸入功能是指采集信號機、道岔以及軌道電路等現(xiàn)場設備的狀態(tài)信息，反饋給聯(lián)鎖運算主機，作為聯(lián)鎖運算的實時動態(tài)數(shù)據(jù)。輸出功能是指根據(jù)聯(lián)鎖運算結果，控制信號機顯示，驅(qū)動道岔轉(zhuǎn)換。高可靠高安全需求，二取二提高安全性，雙系并聯(lián)或熱備提高可靠性設備兩種，一是主流的驅(qū)采電子單元+繼電器接口，二是新型的全電子化執(zhí)行單元1.人機交互功能（也稱為操作表示功能）操作功能，是指行車指揮人員通過操作人機交互設備（如鼠標、鍵盤等）向聯(lián)鎖機構輸入操作指令，如按壓按鈕、排列進路、操縱道岔等。表示功能，是將站場信號設備狀態(tài)和行車作業(yè)情況的表示信息通過顯示屏等人機交互設備表示出來?？煽啃砸蟾撸２捎秒p機熱備模式設備，操作表示設備，設于車站值班室二、計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)的功能121.基于并行總線擴展的計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)系統(tǒng)的主要特點：上下位機間采用通信總線交互聯(lián)鎖主機與輸入輸出板通過并行總線交互。輸入輸出板通過繼電器接口電路與室外設備交互。輸入輸出板無CPU處理器。三、基于功能實現(xiàn)的系統(tǒng)構建方法13地址線控制線數(shù)據(jù)線2.基于串行總線擴展的計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)-繼電接口系統(tǒng)的主要特點：上下位機間采用通信總線交互。聯(lián)鎖主機與I/O執(zhí)行機通過串行總線交互，易于規(guī)模擴展。I/0執(zhí)行機配置智能處理單元與聯(lián)鎖主機間進行通信交互，對內(nèi)一般采用并行總線與驅(qū)采板交互。I/O執(zhí)行機通過繼電器接口電路與室外設備交互。

三、基于功能實現(xiàn)的系統(tǒng)構建方法142.基于串行總線擴展的計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)-全電子化接口系統(tǒng)的主要特點：上下位機間通信總線交互。輸入輸出采用全電子化I/O接口單元。聯(lián)鎖主機與電子化接口單元通過串行總線交互。全電子化I/O接口單元直接通過電纜與室外設備連接。全電子化I/O接口單元為帶CPU處理器的邏輯控制單元。電子化接口單元一般分為道岔模塊、信號模塊、軌道模塊、零散模塊與對應的室外設備相連接。

三、基于功能實現(xiàn)的系統(tǒng)構建方法151.計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)的接口--系統(tǒng)內(nèi)部接口人機交互層與聯(lián)鎖運算層之間的接口

工業(yè)總線：比如RS485串行總線、CAN總線、工業(yè)以太網(wǎng)等聯(lián)鎖層與輸入輸出層之間的接口

工業(yè)總線：串行總線也可以采用并行總線輸入輸出層與現(xiàn)場設備之間的接口

采用繼電器接口或全電子化接口完成系統(tǒng)驅(qū)動命令轉(zhuǎn)換為對室外設備的強電輸出以及狀態(tài)采集四、計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)的接口16一、人機交互層硬件組成二、聯(lián)鎖運算層硬件組成三、輸入輸出接口層硬件組成第11章計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)硬件17光分路器DS6-K5B型二乘二取二計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的現(xiàn)場實物18JD-1A型雙機熱備計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的現(xiàn)場實物19操作表示工業(yè)控制計算機電務維修工業(yè)控制計算機調(diào)度員操作顯示平臺上位機子系統(tǒng)組成一、上位機（操作表示單元）的硬件組成20對內(nèi)：聯(lián)鎖機電務維修機對外：調(diào)度指揮CTC/TDCS微機監(jiān)測CSM人機交互層接口一、上位機（操作表示單元）的硬件組成21電務維修機：記錄操作站場狀態(tài)變化聯(lián)鎖診斷信息用途：區(qū)分責任協(xié)助維護記錄查詢系統(tǒng)聯(lián)鎖邏輯運算單元采集輸入單元驅(qū)動輸出單元通信單元聯(lián)鎖電源二、聯(lián)鎖下位機的硬件組成22聯(lián)鎖單元的機箱原理架構23無線閉塞中心RBC列控中心TCC鄰站聯(lián)鎖對外接口二乘二取二計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)機籠24輸入—采集繼電器節(jié)點狀態(tài)輸出—驅(qū)動控制繼電器線圈典型的繼電接口電路：信號機繼電器接口電路道岔轉(zhuǎn)轍機繼電器接口電路軌道區(qū)段繼電器接口電路三、室外信號設備的硬件接口電路

1、繼電接口電路

把聯(lián)鎖運算的控制命令轉(zhuǎn)換為對室外設備的驅(qū)動輸出（弱電轉(zhuǎn)強電)25計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)各層次接口關系示意圖2627ⅠⅡ～↓178ⅠⅡ～↓178ⅠⅡ～↑178ⅠⅡ～↓178ⅠⅡ～↓178XJZ220XJZ220XJF220RD10.5ARD30.5A0.5ARD2DJ2DJ↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↑↑↑↑2DJ2DJLXJLXJFZXJLUXJTXJZXJLUXJTXJYXJYXJUDZJLDZJHDZJ2UDZJYBDZJUBLBHB2UBYBB45682232567714766LXZLXZYXULH2UYB進站信號機點燈電路LXJ信號變壓器燈泡燈絲轉(zhuǎn)換室內(nèi)繼電組合信號機的繼電接口：進站信號機繼電器接口電路出站信號機繼電器接口電路調(diào)車信號機繼電器接口電路進站及進路信號組合包括：LXJ、TXJ、ZXJ、LUXJ、YXJ、1DJ、2DJ，7個繼電器，每架進站及進路信號機設一個信號組合。其中驅(qū)動LXJ、ZXJ、YXJ、TXJ、LUXJ；采集LXJ、TXJ、ZXJ、YXJ、LUXJ、1DJ、2DJ。(1)進站信號機繼電器接口電路28信號機的繼電接口：進站信號機繼電器接口電路出站信號機繼電器接口電路調(diào)車信號機繼電器接口電路多方向出站信號機共設4個繼電器：LXJ、ZXJ、DXJ、DJ，其中驅(qū)動LXJ、DXJ、ZXJ；采集LXJ、ZXJ、DXJ、DJ(2)出站信號機繼電器接口電路29(3)調(diào)車信號機繼電器接口電路30信號機的繼電接口：進站信號機繼電器接口電路出站信號機繼電器接口電路調(diào)車信號機繼電器接口電路每架調(diào)車信號機共設2個繼電器：DXJ、DJ，每4架信號機設一個組合，其中驅(qū)動DXJ；采集DXJ、DJ（三）四線制直流道岔接口電路分析道岔位置：定位13231(4)道岔轉(zhuǎn)轍機繼電器接口電路32以四線制道岔結合電路為例。共設7個繼電器：FCJ、DCJ、DBJ、FBJ、SJ、1QDJ、2QDJ，其中驅(qū)動FCJ、DCJ、SJ；采集DBJ、FBJ、SJ(5)軌道區(qū)段繼電器接口電路只采不驅(qū)，一般采集GJ的前后節(jié)點狀態(tài)。2、全電子化接口電路33全電子化接口：對上基于CAN通信與聯(lián)鎖交互對內(nèi)完成安全輸入輸出運算對外采集狀態(tài)與模擬量，大功率電子控制模塊分類：信號控制模塊-進站、出站、調(diào)信道岔控制模塊-直流四線、交流五線軌道采集模塊-工頻、25Hz相敏零散模塊-（開關量驅(qū)采、場聯(lián)、半自閉結合等）（1）道岔轉(zhuǎn)轍機全電子化執(zhí)行模塊設計要點34要點說明：二取二表決機制的設計道岔接口的聯(lián)鎖條件實現(xiàn)（參見繼電道岔接口電路-6條）強電大電流電子開關的設計道岔動作電流監(jiān)測采集各級功能電路的狀態(tài)檢測故障導向安全的設計強電開關短路的安全防護設計各種混線混電的檢測（2）信號機全電子化執(zhí)行模塊設計要點35要點說明：二取二表決機制的設計信號機點燈接口的聯(lián)鎖條件實現(xiàn)（參見繼電信號機接口電路）交流強電電子開關的設計點燈狀態(tài)采集與燈絲監(jiān)測各級功能電路的狀態(tài)檢測故障導向安全的設計各部件的故障檢測與安全防護設計各種混線混電的檢測（3）軌道全電子化執(zhí)行模塊設計要點36要點說明：二取二表決機制的設計交流軌道信號的隔離與采樣軌道電壓的交流頻率與電壓判定設計故障導向安全的設計各部件的故障檢測與安全防護設計（4）零散模塊全電子化執(zhí)行模塊設計要點37要點說明：二取二表決機制的設計站內(nèi)信號設備監(jiān)測的開關量采集電路設計安全驅(qū)動的接口設計照查、場聯(lián)的電量采集設計帶功率輸出的接口設計各種混線混電的檢測38全電子化聯(lián)鎖工程實物圖2.計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)的接口--系統(tǒng)外部接口與CTC的接口（一般采用標準串行總線接口）

CIS(站場狀態(tài)、命令回執(zhí)行)CTC(車站自律機)

CIS CTC(進路控制命令、設備操作)與列控系統(tǒng)的接口（標準RS422串行總線連接）

CIS(聯(lián)鎖狀態(tài)、軌道占用)

列控中心(或RBC)

CIS

列控中心(或RBC)(進站信號機點燈發(fā)碼控制信息)

與微機監(jiān)測的接口（標準串行方式，包括RS-232、RS-485）

CIS(站場狀態(tài)與作業(yè))

微機監(jiān)測

防止系統(tǒng)間混電措施：采用光電隔離四、計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)的接口39典型的計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)外部接口示意圖40第12章計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)軟件41一、人機交互層軟件二、聯(lián)鎖運算層軟件三、輸入輸出層軟件四、聯(lián)鎖數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)結構五、聯(lián)鎖軟件的設計方法一、計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的軟件結構劃分與功能42站場狀態(tài)與操作信息的視圖文字顯示操作輸入接收與命令形成重要操作的記錄與查詢------------------------------------聯(lián)鎖邏輯運算驅(qū)動命令的形成信息的傳遞------------------------------------輸入接口采集設備狀態(tài)輸出接口控制設備動作功能：（與硬件層次結構相對應)

層次劃分43計算機聯(lián)鎖軟件-應用程序文件聯(lián)鎖邏輯軟件上位機軟件44聯(lián)鎖邏輯軟件執(zhí)行界面上位機軟件執(zhí)行界面第1節(jié)人機交互層軟件451.操作表示軟件功能（1）操作功能

接收值班員的操作命令并進行處理，形成命令后傳給聯(lián)鎖邏輯運算軟件。（2）顯示功能

顯示站場圖形、各種按鈕及文字信息，實時反映站場設備的狀態(tài)。（3）提示功能

針對值班員操作信息及聯(lián)鎖系統(tǒng)診斷信息給出語音、圖形或文字提示。（4）記錄功能

對于安全等級較高的操作或需人工防護的操作進行記錄，以便查詢。（5）數(shù)據(jù)接口功能

為了實現(xiàn)調(diào)度集中和遠程監(jiān)督功能，預留了相應的軟件通信接口。2.車站計算機聯(lián)鎖設備操作顯示規(guī)范46構成操作顯示界面的畫面元素應比例協(xié)調(diào)、布局合理、界面友好。操作顯示界面按顯示區(qū)域可劃分為站場圖區(qū)、常用功能按鈕區(qū)、提示信息窗、報警信息窗、時鐘信息窗和設備狀態(tài)信息窗等。第1節(jié)人機交互層軟件一種國鐵聯(lián)鎖上位機軟件界面示例圖47第1節(jié)人機交互層軟件483.軟件模塊劃分（1）操作輸入處理模塊

完成操作輸入的響應、按鈕的處理。（2）顯示輸出處理模塊

包括信號機設備顯示、道岔設備顯示、軌道區(qū)段設備顯示、按鈕顯示、提示信息顯示。（3）數(shù)據(jù)組包與解包處理模塊

根據(jù)約定的通信協(xié)議對數(shù)據(jù)進行組包和解包處理。第1節(jié)人機交互層軟件491.操作表示軟件功能操作功能、顯示功能、提示功能、記錄功能、數(shù)據(jù)接口功能2.操作表示軟件數(shù)據(jù)靜態(tài)數(shù)據(jù)：信號機、道岔、軌道區(qū)段、功能按鈕動態(tài)數(shù)據(jù)：操作輸入數(shù)據(jù)、表示輸出數(shù)據(jù)、其他輔助數(shù)據(jù)3.軟件模塊劃分操作輸入處理模塊、顯示輸出處理模塊、通信模塊4.編程環(huán)境與編程工具基于WINDOWS平臺，采用面向?qū)ο蟮目梢暬幊陶Z言VC++等第2節(jié)聯(lián)鎖軟件基本功能模塊50選排進路功能模塊鎖閉進路功能模塊

開放信號功能模塊信號開放保持功能模塊

正常解鎖進路功能模塊取消進路功能模塊

進路控制的核心模塊聯(lián)鎖軟件其他功能模塊51道岔單獨操作1人工延時解鎖2區(qū)段故障解鎖3調(diào)車中途折返解鎖4重復開放信號5引導總鎖閉6非進路調(diào)車7下坡道延續(xù)進路控制8到發(fā)線出岔控制9站(場)間聯(lián)系10（1）選排進路功能模塊52計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)軟件設計—選排模塊的程序流程

53①確認進路是否可用計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)軟件設計—選排模塊的程序流程

54②征用進路③轉(zhuǎn)動道岔（2）鎖閉進路功能模塊55階段編號階段名稱聯(lián)鎖條件備注信號機區(qū)段道岔1鎖閉敵對信號未開放空閑（相鄰的超限區(qū)段也空閑）未鎖閉位置正確未鎖閉未被封鎖調(diào)車進路時，不檢查最后一個無岔區(qū)段的占用情況針對選排成功的進路，鎖閉進路中的道岔、區(qū)段，然后清除其征用標志。56鎖閉進路的流程圖（3）開放信號功能模塊

57對已鎖閉成功的進路，開放其防護信號機。階段編號階段名稱聯(lián)鎖條件備注信號機區(qū)段道岔1開放信號敵對信號未開放紅燈燈絲狀態(tài)良好空閑（相鄰的超限區(qū)段也空閑）鎖閉位置正確鎖閉調(diào)車進路不檢查最后一個無岔區(qū)段的占用情況58信號開放功能模塊的流程圖（4）信號開放保持功能模塊

59針對已經(jīng)開放的信號機，檢查其保持開放的條件。如果條件不滿足，立刻關閉該信號機編號分類聯(lián)鎖條件備注信號機區(qū)段道岔正常關閉列車正常駛入列車信號機內(nèi)方第一區(qū)段調(diào)車車列正常駛入進路且全部越過防護信號機調(diào)車進路的接近區(qū)段留有車輛或未設軌道電路時，調(diào)車車列正常駛入進路且出清信號機內(nèi)方第一區(qū)段進行總取消/總人工解鎖操作時異常關閉允許燈絲斷絲非正常占用非正常解鎖不在規(guī)定位置非正常解鎖60信號關閉模塊的流程圖(5)正常解鎖進路功能模塊61滿足相關條件后，系統(tǒng)自動順序或一次性解除進路中設備的鎖閉狀態(tài)編號分類聯(lián)鎖條件備注信號機區(qū)段道岔1分段解鎖信號已關閉滿足三點檢查條件所在區(qū)段解鎖2一次解鎖信號已關閉所有區(qū)段按進路方向被順序占壓所在區(qū)段解鎖分段解鎖軟件的流程圖62(6)取消進路功能模塊63接收到總取消命令時，系統(tǒng)首先關閉信號機，滿足取消進路的聯(lián)鎖條件后，一次性解除進路中各種設備的鎖閉狀態(tài)。

編號分類聯(lián)鎖條件備注信號機/進路區(qū)段道岔

1取消進路信號已關閉/進路完整且處于預先鎖閉狀態(tài)空閑鎖閉狀態(tài)位置正確鎖閉正線發(fā)車要檢查接車進路的接近鎖閉情況取消進路的流程圖64第3節(jié)輸入輸出層軟件功能模塊65信號設備驅(qū)動功能模塊信號設備采集功能模塊驅(qū)動軟件驅(qū)動電路24V電平控制轉(zhuǎn)換線圈電纜接點采集電路數(shù)字電平控制轉(zhuǎn)換采集軟件電纜硬件硬件

0、聯(lián)鎖數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)結構的定義66動態(tài)數(shù)據(jù)用來表征設備狀態(tài)的數(shù)據(jù)、操作輸入變量、表示輸出變量等在聯(lián)鎖運算時都是變化的靜態(tài)數(shù)據(jù)

用來表征設備基本屬性和基于進路定義聯(lián)鎖關系的數(shù)據(jù)在聯(lián)鎖運算時是固定不變的聯(lián)鎖數(shù)據(jù)結構聯(lián)鎖數(shù)據(jù)在聯(lián)鎖軟件中的組織形式作用描述進路、道岔、信號機、區(qū)段等設備屬性及其相互關系含義在聯(lián)鎖計算機中，所有參與聯(lián)鎖運算的數(shù)據(jù)第4節(jié)計算機聯(lián)鎖數(shù)據(jù)一、人機交互層數(shù)據(jù)-靜態(tài)數(shù)據(jù)67第4節(jié)計算機聯(lián)鎖數(shù)據(jù)序號屬性說明1編號信號機的唯一編號2類型列車或調(diào)車信號機3位置信號機在圖形界面中的二維坐標4方向信號機顯示方向（左向、右向等）5柱型高柱或矮柱6燈位數(shù)目單燈位或雙燈位顯示7名稱信號機名稱8名稱位置信號機名稱在圖形界面中的二維坐標1、信號機的靜態(tài)屬性一、人機交互層數(shù)據(jù)-靜態(tài)數(shù)據(jù)68第4節(jié)計算機聯(lián)鎖數(shù)據(jù)序號屬性說明1編號道岔的唯一編號2類型直股定位或彎股定位3位置道岔在圖形界面中的二維坐標4方向道岔岔尖的朝向5名稱道岔名稱6名稱位置道岔名稱在圖形界面中的二維坐標7所屬區(qū)段道岔隸屬于的軌道區(qū)段,根據(jù)軌道狀態(tài)設置道岔的顯示顏色2、道岔的靜態(tài)屬性一、人機交互層數(shù)據(jù)-靜態(tài)數(shù)據(jù)69第4節(jié)計算機聯(lián)鎖數(shù)據(jù)序號屬性說明1編號軌道區(qū)段的唯一編號2類型無岔區(qū)段或有岔區(qū)段3位置軌道區(qū)段在圖形界面中的二維坐標4方向有岔區(qū)段所含道岔岔尖的方向5長度軌道區(qū)段在圖形界面中的像素數(shù)6名稱軌道區(qū)段名稱7名稱位置軌道區(qū)段名稱在圖形界面中的二維坐標8約束道岔有岔區(qū)段根據(jù)道岔位置確定連通方向3、區(qū)段的靜態(tài)屬性一、人機交互層數(shù)據(jù)-動態(tài)數(shù)據(jù)70第4節(jié)計算機聯(lián)鎖數(shù)據(jù)（1）操作輸入數(shù)據(jù)操作表示界面上輸入的操作指令（2）表示輸出數(shù)據(jù)反映有關站場設備的狀態(tài)、進路狀態(tài)、操作人員的操作情況以及聯(lián)鎖設備工作狀況的數(shù)據(jù)（3）其他輔助數(shù)據(jù)聯(lián)鎖數(shù)據(jù)信息及處理按鈕命令過程中還需要其他一些輔助數(shù)據(jù)一種國鐵聯(lián)鎖上位機軟件界面示例圖71二、聯(lián)鎖運算層數(shù)據(jù)-定義與分類72第4節(jié)計算機聯(lián)鎖數(shù)據(jù)聯(lián)鎖數(shù)據(jù)是指在聯(lián)鎖軟件中，所有參與聯(lián)鎖邏輯運算的數(shù)據(jù)，其作用是描述進路、道岔、信號機、區(qū)段等設備屬性及其相互關系。聯(lián)鎖數(shù)據(jù)在聯(lián)鎖軟件中的組織形式，稱為聯(lián)鎖數(shù)據(jù)結構。分類：（1）描述設備屬性的數(shù)據(jù)聯(lián)鎖設備的靜態(tài)屬性及設備間的相互約束和相互關聯(lián)關系（2）描述基于進路的聯(lián)鎖關系的數(shù)據(jù)聯(lián)鎖表型數(shù)據(jù)（3）描述設備狀態(tài)的數(shù)據(jù)現(xiàn)場信號設備的狀態(tài)（4）其他輔助數(shù)據(jù)控制變量及中間變量2.聯(lián)鎖軟件的設計-聯(lián)鎖數(shù)據(jù)731、進路空閑：檢查ⅢAG、1-7DG、7/11WG、11DG、IIIG是否空閑2、道岔位置正確：檢查道岔1/3、5/7、11/13是否在定位3、敵對信號未開放（敵對進路未建立）：檢查D1、D5、D9、SIII是否開放4、迎面敵對進路未建立：檢查由上行咽喉向IIIG的敵對進路是否存在上述聯(lián)鎖關系如何轉(zhuǎn)換為計算機可以識別的數(shù)據(jù)？以由X至IIIG的接車進路為例，需要檢查的聯(lián)鎖條件表述為：742.聯(lián)鎖軟件的設計-聯(lián)鎖數(shù)據(jù)聯(lián)鎖數(shù)據(jù)的定義編號進路中設備關系說明11/3定位約束道岔1/3道岔鎖閉在定位時，X才能開放。25/7定位約束道岔5/7道岔鎖閉在定位時，X才能開放。311/13定位約束道岔11/13道岔鎖閉在定位時，X才能開放。4SIII敵對信號SIII開放后，則本進路不能建立5D1敵對信號D1開放，則本進路不能建立6D5敵對信號D5開放，則本進路不能建立7D9敵對信號D9開放，則本進路不能建立8IIIAG檢查的軌道區(qū)段IIIAG空閑時，進路才能建立。91-7DG檢查的軌道區(qū)段1-7DG空閑時，進路才能建立。107/11WG檢查的軌道區(qū)段7/11WG空閑時，進路才能建立。1111DG檢查的軌道區(qū)段11DG空閑時，進路才能建立。12IIIG檢查的軌道區(qū)段、迎面敵對IIIG空閑且無迎面敵對照查時，進路才能建立。752.聯(lián)鎖軟件的設計-聯(lián)鎖數(shù)據(jù)(一)、靜態(tài)數(shù)據(jù)1、描述設備屬性的靜態(tài)數(shù)據(jù)信號機靜態(tài)數(shù)據(jù)、道岔靜態(tài)數(shù)據(jù)、區(qū)段靜態(tài)數(shù)據(jù)2、聯(lián)鎖表型靜態(tài)數(shù)據(jù)3、其他靜態(tài)數(shù)據(jù)(按鈕數(shù)據(jù))(二)、動態(tài)數(shù)據(jù)1、信號設備動態(tài)數(shù)據(jù)（信號機、道岔、軌道區(qū)段）2、操作輸入數(shù)據(jù)3、驅(qū)動控制數(shù)據(jù)4、動態(tài)進路控制數(shù)據(jù)5、模塊調(diào)度控制數(shù)據(jù)6、其他輔助數(shù)據(jù)（中間過程變量數(shù)據(jù)）3.聯(lián)鎖靜態(tài)數(shù)據(jù)76（1）信號機靜態(tài)數(shù)據(jù)編號屬性說明1信號機編號信號機在聯(lián)鎖程序中的設備編號2信號機類型調(diào)車信號機、列車信號機還是列兼調(diào)信號機3信號機性質(zhì)進站信號機、出站信號機4信號機方向信號機的防護方向（接車方向、發(fā)車方向）5信號防護區(qū)段號信號機內(nèi)方第一區(qū)段編號6信號機按鈕號信號機按鈕編號3.聯(lián)鎖靜態(tài)數(shù)據(jù)77（2）道岔靜態(tài)數(shù)據(jù)編號屬性說明1道岔編號道岔在聯(lián)鎖程序中的設備編號2道岔類型單動道岔、雙動道岔3雙動道岔號如是雙動道岔時，其對應的雙動道岔編號4所屬軌道區(qū)段道岔所在的軌道區(qū)段編號5所屬咽喉區(qū)道岔所屬咽喉區(qū)編號6道岔按鈕號道岔按鈕編號3.聯(lián)鎖靜態(tài)數(shù)據(jù)78（3）區(qū)段屬性表編號區(qū)段屬性說明1區(qū)段編號區(qū)段在聯(lián)鎖程序中的設備編號2區(qū)段類型有岔區(qū)段、無岔區(qū)段3區(qū)段性質(zhì)站內(nèi)區(qū)段、站外區(qū)段4左相鄰區(qū)段區(qū)段的左相鄰區(qū)段號、防護信號機與道岔約束條件5右相鄰區(qū)段區(qū)段的右相鄰區(qū)段號、防護信號機與道岔約束條件6區(qū)段按鈕號區(qū)段按鈕編號3.聯(lián)鎖靜態(tài)數(shù)據(jù)-聯(lián)鎖表79編號屬性說明1進路編號進路在聯(lián)鎖表中的編號2進路類型列車進路、調(diào)車進路3進路性質(zhì)正線接車、側線接車、主要方向發(fā)車、次要方向發(fā)車4始端按鈕排列進路時要按下的始端按鈕5變更按鈕排列進路時要按下的變更按鈕6終端按鈕排列進路時要按下的終端按鈕7信號機號防護進路的信號機編號8敵對信號機數(shù)敵對信號機的個數(shù)9敵對信號機號敵對信號機編號10敵對條件敵對條件11道岔數(shù)進路中的道岔數(shù)量12道岔號進路中的道岔編號13道岔位置道岔約束位置14防護道岔數(shù)防護道岔數(shù)量編號屬性說明15防護道岔號防護道岔編號16防護道岔位置防護道岔約束位置17軌道區(qū)段數(shù)進路中的軌道區(qū)段數(shù)18軌道區(qū)段號進路中的軌道區(qū)段編號19超限區(qū)段數(shù)超限區(qū)段數(shù)量20超限區(qū)段號超限區(qū)段編號21超限條件超限條件22一接近區(qū)段號進路的第一接近區(qū)段編號23二接近區(qū)段號進路的第二接近區(qū)段編號24三接近區(qū)段號進路的第三接近區(qū)段編號25一離去區(qū)段號進路的第一離去區(qū)段編號25二離去區(qū)段號進路的第二離去區(qū)段編號27三離去區(qū)段號進路的第三離去區(qū)段編號28閉塞類型與發(fā)車進路相關的閉塞類型（4）進路聯(lián)鎖表數(shù)據(jù)4.聯(lián)鎖動態(tài)數(shù)據(jù)80（1）信號機動態(tài)數(shù)據(jù)編號屬性說明1信號機編號信號機的編號2信號點燈狀態(tài)信號機點燈狀態(tài)3燈絲狀態(tài)信號機燈絲狀態(tài)4征用標志信號機征用狀態(tài)5鎖閉標志信號機鎖閉標志6曾開放信號機曾開放標志7信號控制點燈命令控制標志3.計算機聯(lián)鎖結構定義方法81編號屬性變量符號說明1信號機編號SignalID信號機的編號2信號點燈狀態(tài)SignalStatus信號機點燈狀態(tài)3燈絲狀態(tài)FilamentStatus信號機燈絲狀態(tài)4征用標志UsedFlag信號機征用狀態(tài)5鎖閉標志LockFlag信號機鎖閉標志6曾開放OpenedFlag信號機曾開放標志7信號控制SignalControl點燈命令控制標志信號機動態(tài)數(shù)據(jù)表4.聯(lián)鎖動態(tài)數(shù)據(jù)82（2）道岔

動態(tài)數(shù)據(jù)編號屬性說明1道岔編號道岔的編號2道岔狀態(tài)道岔開通位置狀態(tài)3征用標志道岔征用標識4鎖閉標志道岔進路鎖閉標識5功能鎖閉標志道岔單鎖或封鎖標識6引導鎖閉標志道岔引導鎖閉標識7道岔控制道岔動作命令控制輸出8延時參數(shù)道岔動作或狀態(tài)采集延時參數(shù)4.聯(lián)鎖動態(tài)數(shù)據(jù)83（3）區(qū)段狀態(tài)表編號區(qū)段屬性說明1區(qū)段編號區(qū)段的編號2區(qū)段狀態(tài)區(qū)段占用或空閑狀態(tài)3征用標志區(qū)段征用標識4鎖閉標志區(qū)段鎖閉標識5曾占用標志區(qū)段曾占用標識第5節(jié)聯(lián)鎖軟件的兩種設計思路84（1）參考成熟的6502電氣集中聯(lián)鎖系統(tǒng)

核心聯(lián)鎖邏輯模擬6502十五條網(wǎng)絡線設計思路，定義相關數(shù)據(jù)結構，以計算機數(shù)據(jù)變量定義各種繼電器，模擬繼電器的相關參數(shù)和動作時序，完成進路的控制。（2）以計算機聯(lián)鎖技術條件為依據(jù)，以進路的控制過程為主線，設計進路控制的相關數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)結構，以任務進程作為調(diào)度和控制的主要標識，完成各種作業(yè)進路的控制。前述內(nèi)容即為此思路。第5節(jié)模擬6502的聯(lián)鎖軟件設計方法85（1）數(shù)據(jù)繼電器：定義為編號、類型等整形數(shù)據(jù)繼電器電路：定義為結構數(shù)據(jù)網(wǎng)絡線：定義為進路控制數(shù)據(jù)（2）數(shù)據(jù)結構繼電器電路：按照功能每個定義為一種通用數(shù)據(jù)結構網(wǎng)絡線：定義為通用進路控制數(shù)據(jù)結構組合類型：定義為通用數(shù)據(jù)結構例：按鈕繼電器AJ表型數(shù)據(jù)結構86變量類型變量名稱說明整型ID繼電器編號字符型Type繼電器型號:無極、偏極、有極、緩放等結構類型JA與繼電器相匹配的按鈕結構類型JXJ進路選擇繼電器結構類型FKJ輔助開始繼電器結構類型QJ取消繼電器結構類型XJ信號繼電器例：DX組合表型數(shù)據(jù)結構87變量類型變量名稱說明整形ID信號機編號字符型Type繼電組合類型號：1~12字符型JLLC進路流程(選路、鎖閉、開放信號、關閉信號、解鎖)結構類型AJ按鈕繼電器結構類型JXJ進路選擇繼電器結構類型FKJ輔助開始繼電器結構類型ZJ終端繼電器結構類型XJJ信號檢查繼電器結構類型XJ信號繼電器結構類型DJ燈絲監(jiān)督繼電器結構類型QJ取消繼電器結構類型JYJ接近預告繼電器結構類型1AJ輔助組合中的1按鈕繼電器結構類型2AJ輔助組合中的2按鈕繼電器結構類型JXJ2輔助組合中的進路選擇繼電器（3）聯(lián)鎖軟件的主程序結構88軟件的模塊關系89第13章計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)可靠性安全性保障技術90一、可靠性保障技術二、故障安全保障技術三、典型雙機熱備模式計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)四、典型二乘二取二模式計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)第1節(jié)可靠性保障技術910、基本概念可靠性：產(chǎn)品在規(guī)定條件下，規(guī)定的時間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力，是對產(chǎn)品持續(xù)工作能力的度量。兩類基本技術：避錯技術和容錯技術(1)避錯技術:防止和減少故障發(fā)生的技術

高可靠性元部件的選擇和降額使用環(huán)境防護設計:抗氣候環(huán)境設計、抗機械環(huán)境設計、電磁兼容性設計質(zhì)量控制:老化實驗和篩選(2)容錯技術:當系統(tǒng)的某一部分發(fā)生故障時仍使系統(tǒng)保持正常工作的技術故障掩蔽技術(靜態(tài)冗余技術)-故障包容系統(tǒng)重組技術(動態(tài)冗余技術)-故障復位第1節(jié)可靠性保障技術921、硬件可靠性保障技術(1)部件級可靠性保證技術避錯技術：質(zhì)量控制、環(huán)境保護和減載容錯技術：故障屏蔽技術(2)設備級可靠性保障技術動態(tài)冗余技術：雙機熱備結構靜態(tài)冗余技術：三取二結構（1）雙機熱備動態(tài)冗余系統(tǒng)技術93基本思想：單機保證安全，雙機提高可靠性單機提高安全性手段（1）閉環(huán)自診斷（安全條件電源電路、輸出口的閉環(huán)檢驗和輸入電路的閉環(huán)校驗）（2）軟件冗余（2）三取二結構系統(tǒng)技術94用三臺構造相同、彼此獨立的計算機和表決器組成的計算機表決系統(tǒng)，又稱TMR系統(tǒng)，是故障掩蔽系統(tǒng)（2）三取二結構系統(tǒng)技術95關鍵技術：(1)表決技術

硬件表決

(速度快)、軟件表決(速度慢)(2)同步處理

共同時鐘方式時鐘反饋調(diào)節(jié)方式

事件調(diào)節(jié)的同步方式技術措施：三模緊密同步和三模松散同步962、聯(lián)鎖軟件的可靠性保障技術聯(lián)鎖數(shù)據(jù)的可靠性保障技術（1）糾錯技術：常用的可靠性編碼有奇偶校驗碼、漢明碼、循環(huán)碼、剩余碼等。（2）數(shù)據(jù)復核：對關鍵數(shù)據(jù)及代碼定期復核（3）數(shù)據(jù)固化：關鍵不變的原始數(shù)據(jù)固化在ROM程序的可靠性保障技術

1、程序設計避錯技術 可靠性管理、優(yōu)化程序設計、程序驗證技術

2、程序設計容錯技術

(1)容錯的基本技術（恢復塊技術）

(2)容錯算法設計(數(shù)值運算容錯設計和邏輯運算容錯設計)(3)減少程序失控的編程技術(單字節(jié)指令、指令冗余、雙重化、復執(zhí)、程序卷回) (4)程序冗余設計第1節(jié)可靠性保障技術973、通信層的可靠性保障技術環(huán)形網(wǎng)冗余技術總線網(wǎng)冗余技術

第1節(jié)可靠性保障技術主備網(wǎng)并行第2節(jié)故障安全保障技術98（1）鐵路信號的安全包括兩重含義

功能安全：即在沒有發(fā)生故障時，設備能準確無誤地工作。功能安全作為整體安全的一部分，是以系統(tǒng)功能的可靠執(zhí)行來確保系統(tǒng)安全，是一種本質(zhì)安全。鐵路信號的功能安全就是鐵路信號系統(tǒng)本身做的運算和輸出都具有安全特性，系統(tǒng)只有可靠地完成其功能才能保證行車的安全。故障-安全：即在故障時，設備應導向安全狀態(tài)。本節(jié)將介紹計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的故障-安全保障技術一、硬件故障-安全性技術991.部件級故障-安全保障技術（一）元器件選取選用具有故障安全特性的元器件，安全型繼電器、四頭電容（二）故障-安全電路設計故障-安全輸入接口靜態(tài)故障-安全輸入接口動態(tài)故障-安全輸入接口故障-安全輸出接口2.設備級故障-安全保障技術二取二技術（主流）三取二技術（國內(nèi)不用）部件級故障-安全保障技術100J落下：1010 J吸起：0101靜態(tài)故障-安全輸入電路靜態(tài)故障安全采集電路分析：工作原理：（1）當繼電器J吸起時，12V電通過第1路光耦T1前級，T1前級導通，則次級導通，對應第1路的計算機采集到低電平0；（2）同理分析可得，對于第2-4路的光耦T2-T4前級導通，次級分別得到電平1、0、1；

因此，當J吸起時，對于采集位4321得到編碼信號1010（3）同理分析可得，當繼電器落下時，對應采集位4321得到編號0101.

故障安全原理：

當繼電器落下或者任何元件及線路故障時，在采集端都無法采集到編號信號1010.因此，把其他任意編號作為安全側信息，則電路都會導向安全側，符合故障安全原則。101部件級故障-安全保障技術102J吸起：編碼序列J落下：靜態(tài)電平動態(tài)故障-安全輸入電路↓T1T212思考：工作原理參考靜態(tài)故障安全電路分析方法動態(tài)故障安全采集電路分析：工作原理：（1）當繼電器J吸起時，計算機發(fā)出低電平0時，T1前級導通，則次級導通，12V電通過J送到T2前級，T2前級導通，則T2次級導通，計算機采集到低電平0；（2）同理分析可得，當J落下或者計算機發(fā)出高電平1時，對應在T2截止，計算機采集到高電平1；

因此，當J吸起時，計算機采集到動態(tài)編碼信號。故障安全原理：

當繼電器落下或者任何元件及線路故障時，在采集端都無法采集到動態(tài)編友信號。因此，除了計算機發(fā)出的固定編碼，把其他任意編號作為安全側信息，則電路都會導向安全側，符合故障安全原則。103104部件級故障-安全保障技術動態(tài)輸出：J吸起其他：J落下動態(tài)故障-安全輸出電路105部件級故障-安全保障技術動態(tài)輸出：J吸起其他：J落下動態(tài)故障-安全輸出電路紅色充電回路藍色放電回路工作原理106

在電路正常情況下，當沒有控制命令輸出時，計算機I/O接口送出高電平，此時電路處于穩(wěn)態(tài)。由于C1沒有充電電流，電容器C2兩端沒有電壓，此時偏極繼電器J處于釋放狀態(tài)。當有控制命令輸出時，作用到U1端的是脈沖序列。C1和C2也就不斷地進行充電和放電，繼電器勵磁并保持吸起。具體工作過程為：當計算機輸出為低電平時，如圖中紅色回路所示，此時U1截止，三極管T1和T2的基極為高電平，則T1導通而T2截止，此時向C1充電，同時C2向繼電器放電保持繼電器吸起；當計算機輸出高電平時，如圖中兩個藍色回路所示，此時U1導通，T1和T2的基極為低電平，由T1截止T2導通，此時C1放電，分別給C2充電，并向繼電器J輸出工作電流保持吸起狀態(tài)。當計算機無脈沖序列輸出，C2得不到能量補充，待其端電壓降到繼電器的落下值時，繼電器失磁落下。二、聯(lián)鎖軟件的安全性保障技術107聯(lián)鎖軟件的安全性保障技術聯(lián)鎖數(shù)據(jù)的安全性保障技術 （1）不對稱編碼表示涉及安全的信息 （2）關鍵數(shù)據(jù)異地多份存儲

（3）數(shù)據(jù)完好的正確性檢驗 （4）采用固件運行的模式程序的安全性保障技術 （1）軟件的冗余技術 （2）安全性相關模塊的分析和測試 （3）采用固件運行的模式

（4）硬件定時監(jiān)視器防止程序進入死循環(huán)或者停止運行

（5）采用軟件檢測技術，及時發(fā)現(xiàn)故障三、通信層安全性保障技術108SIL4級安全完整性要求鐵路信號安全通信協(xié)議RSSPRSSP-I：