针对铁路信号计算机联锁的相关研究

　　在现代控制理论、计算机科学及微电子技术的快速更新条件下，铁路信号联锁控制正逐步向当前的现代控制技术方向发展。计算机联锁是一种利用电子、电磁元器件和计算机构成的具备故障-安全性能的实时控制系统，该系统在铁路运输中具有道岔控制、电路信息处理、信号机控制、联锁逻辑运算、进路控制等功能，可有效提高铁路运输得靠性。因此，加强有关铁路信号计算机联锁控制系统的相关研究，对于提高计算机联锁控制系统的应用水平具有重要的现实意义。
　　一、计算机联锁控制系统关键技术
　　为确保系统的可靠性，在计算机联锁控制中主要采用两类可靠性技术，一种是在系统某部位出现故障时，系统仍可保证继续工作的技术，将其称为容错技术;另一种是避错技术，即避免和降低故障出现的技术。避错技术又可分为软件避错和硬件避错，软件避错的基本功能是降低软件缺陷，保证软件无差错;硬件避错是指选用性能可靠地元器件构造成计算机的联锁控制系统，并综合考虑环境因素影响，以提升系统的整体可靠性水平。当前应用相对广泛的软件避错技术有程序设计优化、软件可靠性管理、基本程序验证、软件工程开发等。计算机联锁控制中的容错技术，其主要利用系统各部分间的冗余过程完成，主要层次有：
　　(1)网络通信保障技术：利用节点、链路及通信协议的冗余过程来改善局域网整体的可靠性;
　　(2)设备级保障技术：包含软件、硬件及数据可靠性保障等，数据可靠性容错，其本质上是数据的容错，也就是对纠错码及检验码的使用，通过编码技术开展纠错与检错，是一类以信息冗余为基础的、使用冗余校验位的容错技术;软件可靠性容错，其包含降低程序失控的编程技术、容错算法及容错设计等基本技术，为确保软件设计的可靠性，在程序设计时还可采用程序失控的捕捉技术，其主要将容错设计与接口软件设计相结合，包含模拟量接口设计及I/O接口设计等;硬件可靠性保障技术主要为故障屏蔽技术与故障检测技术等。
　　(3)系统级保障技术：为确保系统的可靠性，在控制系统综合设计过程中可使用冗余可靠性结构配置，当前主要采用两种结构方式：双机热备动态冗余结构及三取二静态冗余结构。
　　二、铁路信号计算机联锁控制系统的结构组成及功能
　　1、系统组成与功能
　　铁路信号计算机联锁控制系统主要由驱动层、接口层、电源层、执行层及联锁处理层构成。驱动层主要利用安全型继电器将接口驱动与电气隔离;接口层则主要包含键盘鼠标、显示器及操作计算机等部分，其通常用于监视站场状态、实施进路办理等操作;电源层则主要包含UPS及电源屏两部分;执行层则主要由信号机及转辙机构成;联锁处理层主要选用工控机与PLC相结合的结构方式，其是信号微机联锁的关键层，主要用于联锁运算及重点控制。
　　(1)驱动层：该层设备主要选用满足铁道运输标准的安全性继电器，来完成对室内外电气设备及接口驱动的分隔，该层电路与行车安全电路均具备高效的逻辑处理功能，以加强系统的安全性;
　　(2)接口层：其主要由显示器、工业计算机、键盘鼠标、工业交换机等关键设备及操作软件构成，主要用于实时监控站场设备状态、进行道岔操作及进路管理等;接口层与联锁层通过TCP/IP网络进行通信，其可依据现场实际情况安置远程或本地等多个操作终端;
　　(3)电源层：该系统主要提供计算机电源及各类信号电源灯，电源屏主要使用两路AC380V三相电源实施供电;
　　(4)执行层：该层主要在室外运行工作，轨道电路主要用于对列车实际运行位置进行判断;转辙机主要用于转换行车路线，信号机则主要用于关闭和开启行车信号。
　　①信号机是向行车人员及司机提供正常通车条件及行车命令的设备，当前站内通车则主要使用色灯信号机，信号标准则使用黄灯、蓝灯、白灯、绿灯及红灯5种颜色灯信号作为通车信号，其中红灯与蓝灯主要表达禁止通车指令，其他三种则表达允许通车指令。
　　②转辙机主要有齿轮减速驱动机构、点击及位置表示机构构成，具备反位表示、定位表示、四开等位置信息和反位操作与定位操作两个动作指令;在转辙机定操到位时位置状态为定表，反操到位时为反表，未到位时为四开。
　　③将铁路划分为各个铁道区段，在各铁路区段两端安装绝缘节，使相互接近的两区段相互绝缘;在区段的一端将降压后的交流电接入到区段的钢轨上，在另一端使用变压器进行升压后与室内继电器相连接;若钢轨上无车辆车辆则室内继电器收起，若钢轨上有车流量则钢轨短路室内轨道继电器落下;通过继电器、变压器及钢轨对铁轨上是否存在车辆进行诊断的电路称为轨道电路，当前国内在铁路上通常选用480标准轨道电路。
　　(5)联锁处理层：该层主要用于处理用户动作命令、收集站场设备状态、切换热备、控制信号与进路、调整道岔等。联锁处理层主要选用modbus总线结构，其可方便增设或清除远程站点及本站站点等，具有良好的灵活性。
　　2、软件组成
　　(1)PLC选型与配置
　　主站可选用Modicon Qutum 43412ACPU，其主要由modbus+通讯口及modbus通讯口组成，可与高性能应用系统具有良好的融合性;输出选用140DD035300模板，此模板采用32位DC24V的隔离输出端口，可与驱动继电器直接连接;输入板选用同种型号模板，但选用光电隔离输入接口;主站的IO板进行冗余配置，由PLC系统构造形成热备系统，主站CPU可利用Perr Cop技术将高线区域的IO模块映射到本地，将远程IO应用到本地系统中。
　　上位机选用RS-232与主站的PLC连接，形成主上位机-主PLC、备上位机-主PLC、主上位机-备PLC、备上位机-备PLC的交叉冗余网络;高线区域利用modubs+与主站CPU直接连接，在主站CPU发生瘫痪时则需要进行人工切换。
　　(2)上位机软件框架
　　系统上位机软件开发与现代软件工程技术相结合，选用通用的标准模块化开发技术实施开发;软件依据数据结构及功能划分为相应模块，程序结构简单清晰，软件可靠性与稳定性较高，可有效满足不同用户的各类独特需求。
　　结束语
　　计算机联锁控制系统的应用质量将直接关系着铁路运输控制的整体质量及经济效益，因此，相关技术与设计人员应加强有关铁路信号计算机联锁控制系统的研究，总结系统技术应用要点及关键技术应用措施，以逐步改善铁路信号计算机联锁控制系统应用水平。