（机械电子工程专业论文）微机联锁总进路表自动生成软件和控制系统设计.pdf

西 南 交 通 大 学 硕 士 研 究 生 学 位 论 文第 日 页 a b s t r a c t 衬 wi t h t h e r a p i d d e v e l o p m e n t o f r a i l w a y s i g n a l i n g t e c h n o l o g y , t h e e l e c t r i c i n t e r l o c k i n g s y s t e m i s b e i n g r e p l a c e d b y t h e m i c r o c o m p u t e r i n t e r l o c k i n g s y s t e m t h a t h a s b e e n a p p l i e d i n m a n y r a i l w a y s t a t i o n s . c o m b i n e d w i t h mi c r o c o m p u t e r i n t e r l o c k i n g s i mu l a t i o n a n d c o n t r o l s y s t e m, t h e t o t a l r o u t e l i s t a u t o - c r e a t i n g s o ft w a r e o f m i c r o c o m p u t e r i n t e r lo c k i n g a n d c o n t r o l s y s t e m a r e d e s i g n e d in t h i s t h e s i s . t h e g e n e r a l f r a m e w o r k a n d d e v e l o p i n g p r o s p e c t o f m i c r o c o m p u t e r i n t e r l o c k i n g s y s t e m a r e i n t r o d u c e d i n d e t a i l in t h i s t h e s i s . b e c a u s e i t i s a v e ry f u s s y j o b t o w r i t e t o t a l r o u t e l i s t u n n a t u r a l l y a n d .i t i s v e r y e a s y t o m a k e m i s t a k e s e s p e c i a l l y i n w r i t i n g c o m p l i c a t e d t o t a l r o u t e l i s t , t h e t o t a l r o u t e l i s t a u t o - c r e a t i n g s o ft w a r e b a s e d o n i n t e r l o c k i n g d a t a f i l e i s p u t f o r w a r d i n t h i s t h e s i s w i t h c o m p u t e r a i d e d d e s i g n . t h e c o n s o l e d r a w in g o f w a n g z h a i r a i l w a y s t a t i o n a n d r o u t e s e a r c h i n g p r o g r a m a r e c o m p i l e d w it h d e l p h i ( v i s u a l o b j e c t o r i e n t e d p r o g r a m m i n g l a n g u a g e ) . t h e s e a r c h i n g p r o g r a m c a n f i n d o u t t h e c o r r e s p o n d i n g r o u t e a n d c r e a t i n g t o t a l r o u t e l i s t a c c o r d i n g t o t h e c o m m a n d o f o p e r a t i n g r o u t e . a t t h e s a m e t i m e , t h e t o t a l r o u t e l i s t c a n b e s a v e d a n d p r i n t e d i f n e e d e d . t h e r e a l - t i m e c o n t r o l s y s t e m o f m i c r o c o m p u t e r i n t e r lo c k i n g i s m a i n l y i n t r o d u c e d i n t h e t h e s i s . t h e o u t p u t c o n t r o l c i r c u i t o f p o i n t s w i t c h a n d s i g n a l , s t a t u s i n p u t c i r c u i t o f s t a t i o n d e v i c e s , d e v i c e s - d r i v e d e b u g g i n g s o ft w a r e a n d i n t e r f a c e - d r i v e c i r c u i t a r e p r e s e n t e d i n d e t a i l . i n t e r f a c e - d r i v e c i r c u i t i s m a i n ly c o m p o s e d o f p c l - 7 2 2 1 / o b o a r d , p h o t o e l e c t r i c i t y i s o l a t e d o u t p u t b o a r d , p h o t o e l e c t r i c it y i s o l a t e d s t a t u s b o a r d a n d i n p u t b o a r d . wi t h s i m u l a t i o n s o ft w a r e , t h e s y s t e m i s a b le t o c o n t r o l s h o m e s i g n a l a n d 2 / 4 p o i n t s w i t c h o f w a n g z h a i r a i lw a y s t a t i o n . i f r e p l a c e d t h e i n t e r f a c e - d r i v e p a r t , s t a t i o n d e v ic e s c a n a l s o b e c o n t r o l l e d wi t h f i e l d b u s . k e y w o r d sc o m p u t e r i n t e r l o c k in g ; s t a t i o n f o r m e d d a t a s t r u c t u r e; i n t e r l o c k i n g d a t a f i l e ; t o t a l r o u t e l i s t ; a u t o - c r e a t i n g ; c o n t r o l s y s t e m 西 南 交 通 大 学 硕 士 研 究 生 学 位 论 文第1 页 第 1 章绪论 1 . 1论文选题 目前，微机联锁系统正逐步取代 6 5 0 2电气集中联锁系统，在许多车站 得到广泛应用。为了更好地培训铁路技术人员和上岗人员，使他们更快更好 的掌握微机联锁系统的基本技能，研制一套操作简便、经济实用，功能完备 的微机联锁仿真培训与实际控制系统是铁路部门的迫切要求;同时，信号专 业的学生在学习铁路信号理论时，可以在实验装置上进行操作实践。因此， 开发微机联锁仿真培训与实际控制系统作为一个科研课题被提了出来。本论 文作为该课题下的一个子课题，主要完成以下两个方面的内容: 1 .微机联锁总进路表自 动生成软件 ( 以下简称自 动生成软件); 2 .微机联锁控制系统的设计。 1 . 1 . 1开发自动生成软件的目 的 联锁表是铁路车站信号设备联锁关系的说明表，表中写明了办理进路 时涉及的对象，即哪些设备参与了联锁。联锁表确切来叫进路表，因为它没 有反映出全部的联锁关系，但联锁表是进行联锁试验的重要依据。联锁表中 应包含方向栏 ( 填写进路性质和运行方向)、进路号码栏、进路栏、进路按 钮栏、道岔栏、敌对信号栏、轨道区段栏等等。 微机联锁系统中参与联锁处理的数据量是很大的，如何有效地组织这些 数据，将影响到联锁程序的结构和标准化程度。虽然参与联锁运算的数据量 很大，但当办理 1 条进路时只涉及到许多变量中的一小部分。为了 将进路和 变量之间建立联系， 以便在办理进路时， 能迅速而方便地查找到所需的变量， 这些要通过联锁数据结构来实现。我们知道，进路是列车和机车车辆在车站 内运行时所经过的路径，建立任何一条进路都必须指明该进路的性质和有关 监控对象的特征及其数量等，这包括: 1 . 进路性质，是列车进路 ( l )还是调车进路 ( d); 2 . 进路方向，是发车方向 ( f )还是接车方向 ( j ); 3 . 进路范围，即进路的两端，如果是迂回进路，指明变更点; 4 . 防护进路的信号机 ( 信号机的名称); 西 南 交 通 大 学 硕 士 研 究 生 学 位 论 文第2 页 进路中的轨道电路区段 ( 名称) 和数量; 进路中的道岔 ( 名称)、应处的位置、数量; 进路所涉及的侵限绝缘轨道区段 ( 名称)及检查条件; u气1 8 . 进路的接近区段 ( 名称); 9 . 进路的离去区段 ( 名称); 1 0 . 进路末端是否存在结合或照查的设施， 如闭塞设备， 机务段联系等。 将上列各项纳入一个数据表中就构成一个进路表。若将一个车站的全部 进路 ( 包括迁回进路)的进路表汇总在一起就构成了总进路表 ( 它很象我们 熟悉的联锁表)。将总进路表存于 r o m 中就是一个静态数据库。当办理进 路时，根据进路操作命令可以从静态数据库中选出相应的进路表，从而可以 找到所需的静态数据。 当车站规模很大时，进路数量就很多，总进路表势必很庞大，由于人工 编制总进路表，特别是编制大型的总进路表，是一件十分繁琐的工作，而且 容易出错，因此需对总进路表进行严格的审核。如果能够设计一个进路表生 成软件， 用它自 动生成总进路表( 计算机辅助设计) ， 然后再将它固化在 r o m 中，那么总进路表的生成就十分简单可靠了。既然可以用计算机辅助设计的 方法生成总进路表，那么就可以把自 动生成软件生成的总进路表纳入到联锁 软件中，当办理进路时，根据进路操作命令调出与 该进路操作命令相符的进 路表，完成进路的搜索过程 ( 选路)。 1 . 1 . 2微机联锁控制系统设计 微机联锁系统最终目的是为了控制站场实际设备 ( 道岔、信号机和轨道 区段)。因此，设计安全、可靠的控制系统在微机联锁系统中也是必不可少 的。 1 . 2论文主要内容 本论文以京九线上标准中间站王寨车站为对象，完成了王寨车站 总进路表自 动生成软件以及王寨车站微机联锁仿真培训与实际控制系统中控 制系统的设计。 总进路表 自 动生成软件部分应完成下列功能: 1 .根据王寨车站信号平面布置图 ( 见附录1 )完成总进路表自 动生成 软件的主控界面设计; 西 南 交 通 大 学 硕 士 研 究 生 学 位 论 文第3 页 2 .根据联锁数据文件完成进路搜索过程 ( 根据进路操作命令，搜索出 进路上的相关设备); 3 .根据进路性质确定进路上 相关设备的状态，生成总进路表; 4 .完成总进路表的保存和打印等辅助功能设计。 微机联锁实际控制系统设计部分应完成下列功能: 1 .完成信号的输入/ 输出、驱动放大等功能。通过p c l - 7 2 2 输入/ 输出 板、光电隔离驱动放大电路和继电器实现弱电驱动强电; 2 .完成输出控制和设备状态采集继电电路设计，形成工程施工配线图， 将整个系统连为一体; 3 ，编制设备驱动和状态采集调试程序。 1 . 3软件开发环境和工具 微机联锁总进路表 自动生成软件选用的操作系统平台是中文版 w i n d o w 9 8 操作系统， 软件开发1具采用b o r l a n d公司的d e l p h i 4 . 0 面向 对 象可视化编程语台;设备驱动和状态采集调试程序采用c语言 编制。 d e l p h i 是在m i c r o s o f t wi n d o w s 操作系统下基于o b j e c t p a s c a l 语言 的 可视化开发平台，是当今世界上最优秀的 wi n d o w s开发工具之一，具有功 能强大、运行速度快、开发迅速等特点。它虽然短小精悍但功能却可以和庞 大的 v i s u a l c + + 相媲美，被称为“ 第四代编程语言”。 d e l p h i 结合了可视 化技术、面向对象技术、数据库技术和网络开发技术等多种先进的软件编程 技术和思想，使其成为创建功能丰富、界面友好的 wi n d o w s应用软件的有 力武器之一。 d e l p h i 采用面向 对象的方 法将wi n d o w s 编程的复 杂 性 封装 起来。 面向 对象的程序设计方法是一种以模拟真实世界的概念来组织程序的全新方法。 它与传统的结构化程序设计方法有明显不同，面向对象的设计方法强调将个 体行为对象化，将对象的数据和操作封装在一起，对一个对象而言，内部数 据的更改完全由自己调用操作完成， 数据变为对象之后， 它就有活动能力了， 可以主动的表现自己，修改自己，与其他对象保持联系。对象之间还存在继 承关系，继承其他对象得到的对象具有父对象的全部或者部分数据和操作， 表现出来可以和父对象完全相同，也叮以部分相同，这是面向对象技术的三 大特点:封装、继承、多态。 d e l p h i 的可视化开发环境和充分的面向组件特性可以很容易的在 西 南 交 通 大 学 硕 士 研 究 生 学 位 论 文第 4 页 w i n d o w s平台上快速地开发 3 2位的应用程序。所谓面向组件的编程是指服 务商提供一套已经打包好的组件，用户使用这些组件象搭积木那样快速、简 便、高效地实现应用程序。通过 d e l p h i 的可视化设计工具，软件开发人员 可以很容易和及时地观察窗体设计中的动态变化。同时，d e l p h i 具有极为 方 便的汉字加载能力和很强的图形处理功能， 使用 d e l p h i 编写应用程序具 有比较美观的界面。 西 南 交 通 大 学 硕 士 研 究 生 学 位 论 文第 5 页 第2 章微机联锁系统概述 2 . 1车站信号控制系统概述 铁路信号是铁路运输部门保证行车安全，提高运输效率，实现运输管理 自动化和列车运行自 动控制的重要技术手段。铁路信号系统按其应用场所可 分为车站信号控制系统、编组站调车控制系统、区间信号控制系统、铁路行 车指挥控制系统以及列车运行自 动控制系统等。车站信号控制系统，是铁路 运输领域里重要的控制系统之一。它根据一个车站范围内信号、道岔、区段 的分布和这些设备的状态，按照运营条件，对车站内的信号、道岔、区段进 行控制。车站信号 控制系统的主要功能是以技术手段识别、消除或减弱车站 内危及行车安全的因素，以保证行车安全，并在此基础上为提高运输效率和 为科学管理现代化提供信息。该系统是安全系统，在系统的任何环节发生故 障时，其输出是导向安全的。从另一方面看，车站信号控制系统是由室内控 制设备 ( 控制台等)、室外站场设备 ( 信号灯、道岔、区段等)和通信线路 等硬件设备和电路组成，按照特定的规则 ( 控制电路)，选择列车所要经过 的进路 ( 设备)。这些特定规则，就是信号灯、道岔、区段以及进路之间的 制约关系，称之为联锁，而实现这种联锁的设备称为联锁设备。由此可以看 出，车站信号控制系统的核心是联锁。所以，车站信号控制系统就是实现联 锁的系统，也称车站联锁系统。 控制台 室内设备 联锁机构 一 一 卜鸡- 弓卜- 信号机电动转辙机 室外设备 轨道电路 图2 - 1 车站信号控制系统框图 西 南 交 通 大 学 硕 士 研 究 生 学 位 论 文第6 页 2 . 2微机联锁系统概述 车站联锁系统就技术方面而论， 已经经历了机械联锁、 电气联锁的阶段， 现在正向电子化阶段迈进。在我国铁路上应用着多种车站联锁系统，根据控 制道岔和信号机以及实现联锁的集中化程度，基本上分为非集中联锁系统和 集中联锁系统。非集中联锁系统在识别、消除和减弱危及行车安全的技术措 施不够完善，只能应用于运输不很繁忙且电源不够可靠的车站上。集中联锁 系统是指集中地在信号楼对信号 机和道岔进行控制，且联锁机构也集中于信 号楼的联锁系统。目前广泛采用的集中联锁系统是由继电器元件实现联锁逻 辑，所以也称为电气集中联锁系统。它用电气控制方式集中控制和监督车站 的道岔，信号灯，区段和进路，并实现它们之间的联锁关系，典型的系统是 6 5 0 2电气集中联锁系统。 随着微型计算机的问世，以及容错理论和技术的发展，一些发达国家用 微型计算机代替了继电器电路，研制出了微机联锁系统。微机联锁系统是以 微型计算机为主要技术手段实现车站联锁的实时控制系统。该系统的基本任 务是对车站值班员的操作命令及现场各种表示信息通过计算机进行逻辑运 算，并辅以各种 “ 冗余”及 “ 故障一安全”措施，从而有效地对信号机和道 岔等进行安全控制。 用微机来实现车站信号联锁功能而构成的信号设备称为微机联锁，它用 计算机实现联锁逻辑，微机联锁系统的总体结构框图如图2 - 2 所示。 联锁分机 功能模块化微机控制系统 室内设备 室外设备 卜 名 图2 - 2 微机联锁系统总体结构 西 南 交 通 大 学 硕 士 研 究 生 学 位 论 文第7 页 2 . 2 . 1微机联锁的目的及意义 将计算机技术引入车站信号控制系统中的目的在于进一步提高车站行车 作业的安全和效率，为营运现代化提供所需的信息，改善车站的控制监督功 能，实现车站的现代化管理，取得更好的经济效益。与电气集中联锁系统相 比，微机联锁系统具有以下的优点: 1 .可以完善车站的控制功能 电气集中联锁系统的功能虽然在发展过程中不断得到改进和完善，然而 由于继电器电路的局限性和费用昂贵等原因，电气集中联锁在功能上仍存在 许多不足之处，而且扩展功能方面也受到限制。如继电器可能不稳定吸起造 成轨道电路误动作而引起进路错误解锁，继电器电路的混线或断线故障等， 这些不稳定因素均是造成铁路事故的隐患。 在微机联锁系统中，可用较少的硬件投资和充分发挥软件的灵活性来加 以克服，从而提高车站信号控制系统的可靠性和安全性。同时，微机联锁系 统简化操作手续，减少行车人员之间的直接联系，防止误操作和延迟操作， 提高作业效率。微机联锁系统提供了办理列车进路自 动化的可能性。为实现 自 动排列列车进路，可将车站的每天接、发车计划存入计算机，然后利用车 次报号系统提供的车次号，从计划中提取列车应到达的信息而自动办理进 路。 2 .可以实现现代化管理 微机联锁系统可以提供站场设备工作的详细信息，这一功能可由一台单 独的监测分机来完成。监测功能包括站场信息的分类存储、显示、站场历史 信息的查询、显示和打印，系统软硬件运行状态的检查和维护等等，微机联 锁系统自 身管理功能比电气集中系统中更为完善。在行车管理方面，微机联 锁系统可以为旅客服务系统、列车运行监督系统以及区间行车指挥系统等提 供各种信息。由于行车管理系统日趋计算机化，所以微机联锁系统不仅能提 供信息，而且易于和这些系统结合。 3 .可以节省大量的费用 随着电子技术的迅速发展，微机联锁系统在性能价格比方面要优于电气 集中联锁系统。微机联锁系统可以从下列方面节省费用: ( 1 )节省设备费用:相同规模的微机联锁系统与电气集中联锁系统相 西 南 交 通 大 学 硕 士 研 究 生 学 位 论 文第 8 页 比，由于大规模集成电路的价格日趋下降而专用继电器的价格相对稳定，使 得微机联锁系统价格日趋接近电气集中联锁系统的价格。 ( 2 )节省电缆费用:在电气集中联锁系统中，室内的联锁机构和室外 的各个监控对象之间都是通过专用电缆传输信息的，因此，电缆费用是一项 较大的开支。采用微机联锁系统可以将信息以数字形式利用总线通道串行传 输。 ( 3 )节省工程费用:电气集中联锁系统的工程施工是相当庞大的，而 微机联锁系统的室内设备体积小，使用继电器的数量也远远少于电气集中联 锁，加上比较高的标准化程度，使设计、制造和施工的时间大大缩短。 ( 4 )节省维护费用:由于系统的高度标准化，便于维护，较大地缩短 改建和故障修复时间，减少了对运输的影响，从而降低了维护费用。 4 .人机界面灵活 微机联锁系统可以借助计算机技术，实现人机界面的多样化，给用户一 个高效、方便的操作环境。目前，微机联锁一般采用的操作显示设备有下列 方式: ( i )数字化仪带磁笔输入方式; ( 2 )鼠标配彩色视频显示器; ( 3 )按钮盘配彩色视频显示器。 5 .安全性和可靠性较高 电气集中联锁系统的安全与可靠性主要是通过故障时继电器导向安全侧 的特性来实现的，而微机联锁系统则是通过软件和硬件的措施来加强联锁的 安全性和可靠性，主要措施有: ( 1 )双机热备系统; ( 2 )采用多重冗余系统，如3 取2 等; ( 3 )以容错计算机为核心的联锁系统 ( 4 )软件冗余; ( 5 ) 通信冗余编码等。 2 . 2 . 2微机联锁系统的国内外应用状况 国际上， 1 9 7 8 年在瑞典的哥德堡车站首先使用了微机联锁系统， 进入8 0 年代后， 美、日、 法、 现在大量推广使用。 德和意大利等国都进行微机联锁系统的研究开发工作， 日前国外微机联锁系统制造商主要有德国的 s i e me n s 西 南 交 通 大 学 硕 士 研 究 生 学 位 论 文第9 页 和a l c a t e l -s e l公司、瑞典的 a b b公司、美国的g r s 和 u s 其输入系统由一套 输入系统附加一套输出系统 ( 板内动态)构成;通过这种硬件冗余方式加上 一 套应用软件的管理，来实现其输入输出系统的安全性。而对单 c p u的安 全性措施是采用 “ 双软件和编码技术”来实现，但由于单 c p u内部各部件 的关联性，因此要实现系统的安全性，对系统软件的自诊断能力，以及应用 软件的故障一安全设计要求十分严格。以上这些原因给联锁应用软件的设计 编制带来复杂化，因而也要求软件设计人员必须具备丰富的设计经验，以及 对系统各部件的透彻了解，对故障一安全原则作充分分析研究，刁 一 能满足单 机系统的安全性口 双机热备联锁系统的可靠性主要通过双机方式实现，发生故障时则进行 整机切换。 这种方式的主要技术难题是双机的同步和比较， 在比较不一致时， 如何进行切换和如何实现自诊断以确定故障所在。另外单机系统的故障诊断 主要靠软件实现，这种方式是在付出宝贵时间代价基础上建立起来的，因此 从故障发生、软件诊断，到切换成功之间的时间间隔较长。 随着计算机容错技术理论的不断成熟，系统成本的降低，微机联锁系统 普遍从单机、双机冷备，双机热备，二取二制式向三取几制式发展，以保证 联锁系统更高的可靠性与安全性。但是微机联锁系统不同于一般的工业控制 西 南 交 通 大 学 硕 士 研 究 生 学 位 论 文第 1 1页 系统，其严格的以“ 故障一安全”为核心的高可靠性，以及必须具备的高可 靠性、高可用、快速技术支持等特殊要求决定了微机联锁系统的特殊性。为 使车站信号控制技术再上一个台阶，我国首套高可靠、高安全的容错计算机 联锁系统已研制成功。该容错计算机系统具有排列列车调车进路、引导、引 导总锁、单操单锁、封闭道岔等功能，完全满足车站、编组场、枢纽等各种 铁路信号作业要求。 随着计算机技术的发展，容错计算机的成本已经大幅度下降。价格上比 双机热备联锁系统高出 5 0 % 左右，但是其联锁系统的安全性、可靠性及可 用性得到了提高。因此从我国国情出发，参考国外联锁系统发展水平和系统 的性能价格比，容错微机联锁系统在我国目前铁路的关键性车站及日 后的高 速铁路方面将有更大的发展。 2 .站场设备控制方式 微机联锁系统和电气集中联锁系统就设备组成而论，在于前者用微型 计算机 ( 微处理器) 取代了 继电电路组成部分，但最终都要去控制站场实际 设备。目前，站场设备的控制方式主要有: ( i )站场设备集中控制方式 目前， 图2 - 3 所示 图2 - 3 站场设备集中控制方式 我国大部分微机联锁系统中的站场设备都采用集中控制方式。如 ( 2 )站场设备现场总线控制方式 集中式的计算机控制降低了系统的可靠性，风险高度集中。现场总线是 一 种工业数据总线，它主要解决现场的智能仪表、控制器、执行机构等现场 设备间的数字通信以及这些现场控制设备和高级控制系统之间的信息传递问 题，它是控制技术、仪表工业技术和网络技术三者结合的产物。现场总线是 西 南 交 通 大 学 硕 士 研 究 生 学 位 论 文第 1 2页 连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网 络，它为现场设备提供串行数据通信，实现整个现场设备的分布式控制。现 场总线的实时、可靠、低成本、使用方便等特点使其在被控现场得到广泛应 用。 图2 - 4 站场设备现场总线控制方式 微机联锁控制系统采用现场总线控制方式可 减少i / o接c 7 卡，电缆长度 比集中控制方式要少。列车运行的进程向调度控制系统发出进程信息。调度 控制设备将控制信息分解后发往包括转辙机在内的有关设备，并监视各设备 的运行，各设备接收到控制信息后，向与本次动作有关的其它设备发布自己 的有关信息，并接收其它设备发出的有关信息，同时开始执行控制信息中的 动作命令。 表面看来，集中控制方式比较简单，现场总线控制方式比较复杂。实 际上，采用集中控制方式控制电动转辙机只是控制信号的单向流动，信息处 理由车站值班员完成，车站值班员并不能获得充分的信息;而现场总线控制 方式是信息流在控制联锁设备进行动作。现场总线控制方式具有相当高的系 统安全性和设备安全性，而且由于采用标准化的信息技术也容易实现。此外 山于采用信息流控制方式系统本身可以随时对各种设备进行检查并且具有报 警功能。车站信号微机联锁系统中采用现场总线技术可提高铁路信号设备运 行的可靠性。现场总线中的数字信号传输抗干扰性强、精度高，无需采用抗 卜 扰和提高精度的措施，从而减少了成本。 西 南 交 通 大 学 硕 士 研 究 生 学 位 论 文第 1 3页 2 . 3 . 2微机联锁系统中尚需研究解决的问题 微机联锁系统在我国应用时间较短，目前的微机联锁系统在一 些方面还 存在不足。微机联锁系统的安全与可靠性依赖于计算机软件和硬件的可靠 性，而软件的可靠性是计算机领域所深入研究的问题之一。因此，如何解决 微机联锁系统软件特别是联锁控制软件的可靠性问题，编制一个安全耐用的 联锁软件，是非常重要的课题。微机联锁系统中还需解决下列问题: t .加强对配线工艺的研究 铁路信号领域中，继电器组合内部及组合侧面端子配线方式目前普遍采 用 i s柱端子板焊接，接点片间绝缘性能较差，影响了系统的安全性和可靠 性，因此有必要对配线工艺加强研究。例如采用插件取代 i s柱端子板，运 用压接方式代替焊接方式等。 2 .积极开展新方案研究 目前，微机联锁系统方案还不够成熟，一些技术还不够先进，因此有必 要积极开展新技术新方案的研究: ( 1 ) 全电子微机联锁系统; c 2 ) 采用以容错计算机为核心的微机联锁系统; ( 3 ) 加强辅助设计工具和辅助系统的研制; ( 4 )进一步提高i / o模块的t艺水平; ( 5 ) 站场设备采用现场总线控制方式。 随着铁路事业越来越现代化，要求微机联锁系统具有更多、更复杂的自 动化和智能化的功能，例如与其它铁路信号系统、信息服务系统、通信系统 紧密结合，组成一个分布广泛的铁路网络综合系统。因此，微机联锁系统已 不是一个仅仅局限于车站范围内的封闭系统，而是一个与各种铁路服务系统 广泛联系互相协作的铁路系统，它将与 其它系统一道，构筑起我国铁路发展 的宏伟蓝图。 西 南 交 通 大 学 硕 士 研 究 生 学 位 论 文第1 4页 第3章控制台图形及主控界面设计 车站信号平面布置图是编制联锁表的依据，而设计控制台盘面图的依据 是车站信号平面布置图。在微机联锁系统中，控制台主要供车站值班人员用 来控制和监督道岔、信号机等对象并能表不出有关设备的位置和状态。在主 控界上包括控制台图形、排列进路的各种按钮 列车按钮和调车按钮)、进 路表显示区域和功能菜单项等。主控界面完成下列功能: 1 .点击排列进路按钮，形成进路操作命令，为进路搜索程序指明进路 的始端模块和终端模块; z .能锁闭搜索出来的进路，将道岔置于相应的位置后，并开放信号， 同时也能取消己锁闭的进路; 3 .能完成进路表的显示、保存和打印等功能。 主控界面如图3 - 1 所示。 3 . 1 d e l p h i 中的图形处理功能 d e l p h i 是 一 种面向对象、组件化编程语占 ，具有强大的图形和图像处 理功能。白 提供了丰富的组件和对象，可方便的创建图形、动画等的应用程 序。在 d e l p h i 中，图形与图像的处理有四 种方式， 它们分别是: 执行阶段 绘图、设计阶段使用 s h a p e对象直接给出图 形、 执行阶段画图像以及直接 读取已存在的图形文件。 1 .t c a n v a s 对象 在d e l p h i 中为 编程者 提供了 一 个灵 活的 作图 方 式， 即c a n v a s 类 ( 称 作 画布)。它可以把某些组件的表面作为一张画布，允许编程者利用有关命令 在其上随意作图。当 用户在 d e l p h i 的应用程序中 绘图时，并不是 将图 形直 接画在对象 匕 而是将图形画在对象的画布上。 画布只是对象属性中的 一 个， 同时画布自己本身也是一个对象，有自己的属性，其中最重要的有四个:画 笔( p e n ) 、 画刷 ( b r u s h ) 、 字体( f o n t ) 以 及图形像素数组( p i x e l a r r a y ) 。 不论是直线、弧、还是方形、圆形等，均可以使用 c a n v a s对象提供的方法 画出来。 在 v c l h 并不存在 c a n v a s对象，它只是依附于其它对象属性而存在 的对象。当要在某一对象上绘图时，必须使用这个对象的c a n v a s 属性。 西 南 交 通 大 学 硕 士 研 究 生 学 位 论 文第 1 7页 3 . 2 . 1控制台图形单元 在控制台上有信号机 ( 分列车和调车)，道岔 ( 分双动和单动)，轨 道区段 ( 分无岔、单岔和双岔)，按钮 ( 分列车和调车)，其中双动道岔和 单动道岔又分别分成四种:撇形上部、撇形下部、捺形上部、捺形下部。因 ，在控制台图形中，划分出以下图形单元，如图 3 - 2所示。图中从 ( 1 ) ( 7 )分别无岔区段、双动道岔、单动撇形道岔下部、单动撇形道岔上部、 此到 单动捺形道岔下部、单动捺形道岔上部、右调车信号机、左调车信号机、右 列车信号机、左列车信号机 1 2 。当然，还有单岔区段和双岔区段等。 7积 元 单 翻娜形 6l厂图 么口 市 控 伪一 5翻翻3- 图 飞4. 3 . 2 . 2道岔图形 王寨车站信号平面布置图上共有 1 0组道岔，包括 2组单动道岔，8组 双动道岔。道岔图形如图 3 - 3 所示。 ( 1 / 3 , 6 / 8 ) 图3 - 3 道岔图形分析 ( 2 / 4 , 7 / 9 ) 道岔类型定义: t y p e t dc = c l a s s d : c h a r ; / / d - 。 : 反位; d = l : c h a r ; /l = 0 : 解锁;l = c o n s t r u c t o r i n i t ; / / 道岔状态# i 1 始化 e n d ; 4-1.k hl 西 南 交 通 大 学 硕 士 研 究 生 学 位 论 文第1 8页 绘制道岔图形的四个过程: p r o c e d u r e d d d c l ( v a r b o x : t p a in t b o x ; d , l :c h a r ) ;/ / 5 # 道岔; p r o c e d u r e d d d c r ( v a r b o x : t p a i n t b o x ; d , l :c h a r ) ;/ 1 0 # 道岔; p r o c e d u r e s d d c l ( v a r b o x : t p a i n t b o x ;d , l :c h a r ) ;/ 1 / 3 # , 6 / 8 # 道岔; p r o c e d u r e s d d c r ( v a r b o x : t p a i n t b o x ; d , l : c h a r ) ; / / 2 / 4 # , 7 / 9 # 道岔; 3 . 2 . 3轨道区段图形 王寨车站信号平面布置图上的轨道区段包括无岔区段和有岔区段。其 中有岔区段中包含一组道岔的称为单岔区段，包含两组道岔的称为双岔区 段。轨道区段图形如图3 - 4 所示。 无岔区段单岔区段双岔区段 图3 - 4 轨道区段图形分析 轨道区段类型定义: t y p e t q d = c l a s s e :c h a r ; / e = i : 空闲: e = 0 :i i i 用: l : c h a r ; / / l - i :锁n l : l = 0 :解锁: c o n s t r u c t o r i n i t ; / / (x 段初始化: e n d ; 绘制轨道区段图形的三个过程: p r o c e d u r e wc ( v a r b o x :t p a i n t b o x ; e ， l : c h a r ; l e n g t h : i n t e g e r ) ; / 无岔区段; p r o c e d u r e d d q d ( v a r b o x :t p a i n t b o x ; d c _ d， d c _ l ， q d l， q d _ e : c h a r ; p o i n t ， l e n g t h :i n t e g e r ) ; / 单岔区段; p r o c e d u r e s d q d ( v a r b o x :t p a i n t b o x ; l d c _ d， l d c - l ， r d c _ d , r d c _ l , q d l , q d _ e :c h a r ; p o i n t i , p o i n t 2 , l e n g t h : i n t e g e r ) ; / / 双岔区段: 西 南 交 通 大 学 硕 士 研 究 生 学 位 论 文第1 9页 3 . 2 . 4信号机图形 在控制台上的信号机只反映站场中实际信号机的信号是否己经开放。对 于列车信号机，只要站场中实际信号机开放了信号，控制台上就显示绿灯， 否则显示红灯;对于调车信号机，只要站场中实际信号机开放了信号，控制 台上就显示白灯，否则显示蓝灯。所以，控制台上信号机只需要一个灯位。 王寨车站信号平面布置图中信号机包括 2架进站信号机，6架出站信号 机，4 架调车信号机。 信号机图形如图3 - 5 所示。 o 下行方向列车信号机 a 上行方向列车信号机 j a 下行方向调车信号机上行方向调车信号机 图3 - 5 信号机图形分析 列车信号机类型定义: 因为存在列车信号机兼调车信号机使用的情况，所以为了区分是办理列 车进路还是调车进路，在列车信号机类中设置 d a( 调车按钮)、l a( 列 车按钮)两个属性。在程序中，控制台上列车信号机状态 “ 绿”用字符 2 表示， “ 红”用字符 3 表示;调车信号机状态 “ 白”用字符 6 表示， “ 蓝”用字符 7 表示。 t p e t l x = c l a s s c o l o r : c h a r ;/ 列车信号机颜色; d a : b o o l e a n ; / / 调车按钮; l a : b o o l e a n ;/ 列车按钮; c o n s t r u c t o r i n i t ; / 列车信号 机初始化; e n d ; 调车信号机类型定义: t y p e 西 南 交 通 大 学 硕 士 研 究 生 学 位 论 文第 2 0页 t dx= c l a s s c o l o r : c h a r ; / / r 车 信号 机 颜色 ; d a : b o o l e a n ; / / a 车按钮; c o n s t r u c t o r i n i t ; / 调车 信号 机 初始 化; e n d ; 绘制信号机图形的四个过程: p r o c e d u r e l l x ( v a r p a i n t : t p a i n t b o x ; c o l o r : c h a r ) ; 刀 下行方向列车信号机 p r o c e d u r e r l x ( v a r p a i n t : t p a i n t b o x ; c o l o r : c h a r ) ; / 上行方向列车信号机 p r o c e d u r e l d x ( v a r p a i n t : t p a i n t b o x ; c o l o r : c h a r ) ; / 下行方向调车信号机 p r o c e d u r e r d x ( v a r p a i n t : t p a i n t b o x ; c o l o r : c h a r ) ; 刀 上行方向调车信号 机 3 . 2 . 5按钮 控制台上的调车按钮和列车按钮是用丁 排列列车进路和调车进路的，并 为进路搜索程序提供进路搜索的始端模块和终端模块。操作方式为双按钮 制。 例如要排列x到s , 列车进路，即点击 进路的 始端按钮x l a和终端按钮 s , l a ，为 进路搜索程序提供了 始端模块是 x信号 机， 搜索程序将顺序搜索 出 到终端模块s , 接车 进路，并将进路上的 道岔转换到所要求的位置。 控制台上的 按钮图形是通过d e l p h i 的t b i t b t n组件来绘制的， 它可以 创建带有位图的按钮，比标准按钮 ( b u t t o n组件)要美观。除了设置列车 按钮和调车按钮外，为了完成其他一些功能，还设置了辅助功能按钮 ( 如取 消按钮)。 控制台按钮图形如图3 - 6 所示; . 列车按钮调车按钮 图3 - 6 控制台按钮图形 在d e l p h i 中，按钮是否被点击是通过t b i t b t n组件的o n c l i c k事件来 判别的。 西 南 交 通 大 学 硕 士 研 究 生 学 位 论 文第 2 4页 第4 章 进路搜索程序设计 联锁软件本身是比较庞大的系统，它包含:进路方面功能 ( 进路选择、 建立、解锁等)、设备操作功能和故障处理功能等，联锁软件是微机联锁系 统的核心部分，而进路方面的功能在其中又占重要地位。如果联锁软件采用 自 动生成软件生成的总进路表式数据结构，那么联锁软件的设计工作量相对 就减少了。自 动生成软件形成总进路表的基本思想是进路搜索，而进路搜索 程序是基于王寨车站的联锁数据文件 ( 站场形数据结构) 进行的。 4 . 1联锁数据结构 在计算科学领域里，关十如何处理和组织数据专门有数据结构理论。在 这t . ，参照数据结构理论来说明联锁软件是如何处理数据的。在微机联锁系 统中，参与联锁处理的数据量是很大的。如何有效地组织这些数据，将影响 联锁程序的结构和标准化程度。参与联锁运算的数据主要是联锁机的输入变 量、输出变量和中间变量。这些变量的数量是很大的，而且车站规模愈大数 量就愈大。但在办理任何一条进路时，只涉及到诸多变量中的一小部分，因 此有必要在进路和变量之间建立起某种联系，以便在办理进路时，能迅速而 方便地查找到所需要的变量。目前，联锁软件采用的数据结构主要有总进路 表式数据结构和站场形数据结构。 4 . 1 . 1总进路表式数据结构 总进路表式数据结构是指对于每一