计算机联锁的发展与功能分析.doc

题目：计算机联锁的发展与功能分析

姓 名：
学 号：
专 业：
院　 系：

2016年11月

计算机联锁的发展与功能分析

目录

一、 计算机联锁的历史与发展 3

（一）联锁设备的发展历史 3

（二）各国计算机联锁的发展。 4

二、计算机联锁的结构与功能 5

(一)计算机联锁系统的结构构特点 5

（二）计算机联锁系统的功能 8

6

计算机联锁的发展与功能分析

计算机联锁的发展与功能分析
张宁

摘要： 简述了计算机联锁的发展历史，各国计算机连锁的研究与使用情况。对计算机连锁的功能结构以及特性方面进行分析总结。
关键词：计算机联锁; 现状; 发展；功能
Abstract：Introduced the development history of computer interlocking, national research and use of computer interlocking. The function structure and the characteristics of computer chain aspects carries on the analysis summary.
Keywords：railway signal; computer interlocking system; present application situation; development
引 言
为满足我国铁路电务事业实现跨越式发展的需要,新时期要积极发展车站计算机联锁技术.计算机联锁系统不是传统的孤立的信号控制系统,而是信号安全综合控制监测系统和综合运营管理系统的一个子系统,它的功能也因超出了车站信号安全控制设备的概念范畴而得以多方面的拓展.
一、 计算机联锁的历史与发展
（一）联锁设备的发展历史
利用机械、电器自动控制和远程控制、计算机等技术和设备，使车站范围内的信号机、进路和进路上的道岔相互具有制约关系的技术设备称为联锁设备。联锁设备是轨道交通的重要信号设备，用来在车站和车辆段实现联锁闭塞关系，建立进路，控制道岔的转换和信号机的开发，以及进路解锁，以保证行车安全。联锁发展至今已有100多年的历史，经历了机械联锁、电机联锁、电气联锁、电气集中联锁、计算机联锁的发展过程。可分为机械、电气、微机联锁三个阶段。
　　1856年英格兰的布列克勒叶?阿姆斯（BrickloyerArms）车站装设由萨克斯倍（Saxby）首创萨式联锁机是机械联锁的开始，机械联锁是最古老的联锁方式。在机械联锁中信号机与道岔的控制杆相互锁闭，联锁关系遵循因果关联原则或者相关进路原则。直接控制动作设备，属于硬闭锁，后来在长时间年内一直占领主导地位的集中式机械联锁控制系统就是在传统机械联锁的基础之上发展起来的。
　　1927年基于布线逻辑的继电联锁控制系统问世。电气与机械联锁不同的是，继电器联锁的联锁逻辑由继电电路实现，道岔和信号机不再由操纵杆控制，而完全由继电联锁控制系统自动完成道岔和信号机的安全控制。电器设备控制动作设备，属于软闭锁；
　　随着计算机(Computer)、通信(Communication)、控制(Control)三大技术的发展，人们开始尝试采用电子器件取代继电器来构成铁路信号电子联锁控制系统，从此掀开了微机联锁控制系统研究与应用的新篇章。1978计算机联锁首先于年在瑞典哥德堡投入运用，进入20世纪80年代后，美、日、英、法、德国、丹麦、荷兰等国进入试验阶段或开始使用，各国在系统上各有不同的方案。1984年中国铁路开发出第一台计算机联锁，此后取得迅速进展。计算机联锁主要是将电气联锁的联锁运算核心继电器用微型机算计的软硬件和其他一些电子、继电器件替代，具有故障-安全性能的实时控制系统。其安全可靠、处理速度快，与继电集中联锁相比具有十分明显的技术经济优势。无论在安全性、可靠性、经济性等方面都是继电集中联锁无法比拟的，而且设计、施工、维修、使用以及信息化功能扩展大变得容易为方便，是一套全新的系统设备。使车站联锁的设计、施工、维护。随着3C技术的快速发展，计算机联锁已经成为联锁设备的主要发展方向。
（二）各国计算机联锁的发展。
1、英国计算机联锁：计算机联锁在英国又称为固体联锁（ Solid State Interlocking, 简称 SSI）。1985年，SSI系统第一次在明斯顿车站正式使用。该系统采用分散三级控制方式，为了保证系统的安全性和可靠性采用三取 二表决的模式。系统中参与表决的模块运行单套软件，每一模块与 其他两个模块的运算结果相比较以校验自身的运算结果。目前，SSI系统已在国内外数十个车站安装使用。
2、瑞典计算机联锁：瑞典计算机联锁的典型产品有EBILOCK850系统和20世纪90 年代初期开发的EBILOCK950系统控制电路、轨道继电器均采用无接点方式的功能块，采取双机热备、单击运行双套软件来提高整个系统的可靠性和安全性。
3、日本计算机联锁：日本的计算机联锁最早开通于1985年，至今已安装使用了200 多个车站。日本研制的计算机联锁产品主要有SMILE I II III 型 和K N型五种类型，主要生产厂家是日本信号公司、京山制作所和大同信号公司。
4、德国计算机联锁：德国于1979年决定研制计算机联锁。西门子公司以SIMIS系统 为核心构成车站联锁控制系统，第一套系统于1985年在慕尼黑—— 米腾瓦尔特区段的姆尔瑙站交付使用。SIMIS系统从早期的SIMISB型（ 8080 CPU）、SIMIS-C型（ 8085 CPU）、SIMIS3116、 SIMIS3126、SIMIS-E型（ 80386 CPU）、SICAS型已发展到目前正在开发的SIMIS-W型。
5、美国计算机联锁：美国开发的计算机联锁产品主要有通用信号公司（ GRS）的 V IP安全型系统和联合道岔与信号公司的Microlock系统两种。这两 种制式大部分用在单机运行状态，系统的安全性则由主机系统中的 “安全逻辑”得到保证。目前VIP系统已安装了数十个车站, Microlock系统也正式投入使用。
6、中国计算机联锁：国内对计算机联锁系统的研究开始于 20世纪 80年代 ,进入 90年代后 ,随着与发达国家在计算机联锁技术上的交流增多和计算机技术的发展 ,计 算机联锁进入快速发展阶段. 铁科院通号所、通号公司设计院、北京交大、卡斯柯等单位相继开发出 具有不同特点的单机、双机热备、三取二和二乘二 取二等计算机联锁系统 ,至“九五”期末 ,全路共装 备了计算机联锁系统 438个车站 (场 ) 。在铁道部 “十五”科技发展技术政策中明确规定要积极发展 计算机联锁 ,在此期间 ,车站计算机联锁系统获得了更快的发展 ,计算机联锁可靠性、安全性进一步 提高 进入了以技术为依托 ,面向市场和服务 ,从实 现功能到完善拓展功能 ,从单站联锁到一体化、电 码化等扩大应用的新的发展阶段。
二、计算机联锁的结构与功能
(一)计算机联锁系统的结构构特点
1.系统的硬件结构
系统的可靠性冗余结构
(1)计算机联锁系统的可靠性 ：系统在规定的时间和条件下完成规定功能的能力。
(2)计算机联锁系统的可靠性冗余结构：为了使系统的可靠性指标达到或者超过目标值而
采取的冗余结构。

可靠性冗余结构图

系统的安全性冗余结构
(1)计算机联锁系统的安全性
当系统的任何部分发声故障时，其后果不会导致人身伤亡或者财产的重大损失的性能。
(2)双机比较的安全性冗余结构的原理：在极短的时间间隔内，两台计算机同时出错并 且错误呈现同一种模式的概率几乎为零。

安全性冗余结构图

三取二冗余结构图
(1)同步运行问题
要求严格同步，但单一时钟源危险性大，多采 用三个时钟强制同步
(2)表决器问题
表决器应具备更高数量级的可靠性与安全性。
（3）故障机的及时切离与及时修复问题
及时确认故障位置并将其切离，同时修复。

三取二冗余结构图

系统的层次结构

2. 系统的软件结构
结构要求：实时操作系统或实时调度程序支持下的多任务的实时系统。
基本结构分类
（1） 系统层次结构分类
（2） 冗余结构分类
（3） 联锁数据的组织形式
联锁结构与数据结构
数据的编码 {为符合故障－安全，采用多元编码
{设计安全的逻辑量，要取码距大的相间码
数据传输 {距离远时，采取串行数据传输方式
{传输数据包括：逻辑量、数字量、地址数据等
{避错与容错相结合来克服出错
·可靠的器件，抗干扰的介质，严格的工艺
·采用差错控制技术，（n，k）分组码，增加冗余
静态数据及其结构
进路建立应指明其特性和有关监控对象的特征及其数量
{总进路表
·将一个车站的全部进路的进路表汇总在一起
{进路搜索程序
·解决总进路表庞大，数量大，方便修改
·减少人工错误与工作量
·需要静态数据库

站场形数据结构

站场形数据结构的优点
·静态数据库比总进路表数据库小，利于检测
·结构由节点链接而成，修改只需地址，不 需要改物理存储区，适于改建与扩建
·结构是节点的链接表，节点类型有限，内容和容量是不变的，只是在逻辑上有序，具体物理地址是无序的。
动态数据及其结构
{操作输入变量
·反映操作人员操作动作的开关量
·其在变量表中逻辑地址与它的输入通道地址一一对应
·作用：形成操作命令；作为表示信息的原始数据以及检测系统的记录内容
{状态输入变量
·反映监控对象状态的变量
·采取双通道输入方式，保障安全性
·状态变量应周期地及时刷新
·RAM中的基本组织方式
{表示输出变量
·指向控制台、表示盘或屏幕显示器提供的变量
{控制变量
·指控制信号和道岔的变量
·两套程序产生双份控制变量
{中间变量
·联锁程序执行过程中产生的一些变量
（二）计算机联锁系统的功能
计算机联锁系统不仅具备继电器联锁设备的连锁控制功能，而且利用计算机的快速信息处理功能，存储能力和联网能力，可方便的实现继电器连锁设备难以实现的功能。
1. 联锁控制功能
计算机联锁系统的联锁功能与继电式电气集中相同，能根据车站行车安全的需要在规定联锁条件和规定的时序下自动对进路、信号和道岔实行监控。
2. 显示功能
计算机联锁系统采用大屏幕显示器取代示盘，可以向操作人员提供更加丰富直观的显示信息。
3. 记录存储和故障检测诊断功能
利用计算机的信息存储能力和存储容量大的优点，计算机联锁系统为实现系统维护、行车管理自动化奠定了基础。
4. 综合功能
利用标准化的通讯接口板，网络接口板以及通讯规程，可直接与现代化信息处理系统相连接进行数据交换。

结 束 语
自1978年瑞典首次运用计算机联锁至今，随着计算机、通信、控制三大技术的发展，计算机联锁技术不断提高。对于我国这样的铁路大国来说，计算机联锁是一项非常重要的技术，相信随着铁路运输需求的不断增加，计算机联锁技术也将随之继续发展完善。

参考文献
赵志熙 . 计算机联锁系统技术 . 北京：中国铁道出版社，1999.9
谢保锋 .车站计算机联锁系统的现状与发展 . 铁道科学研究院通信信号研究所 ,北京 100081