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1 计算机联锁COMPUTERINTERLOCKING 2 计算机联锁 第一章计算机联锁系统概述 3 本章主要内容 铁路运输及其信号系统铁路信号系统的安全性与可靠性车站联锁系统的发展历史计算机联锁系统的功能 特点及结构小结与思考 4 1 1铁路运输及其信号系统 铁路运输定义 以机车车辆等移动设备和铁道线路 桥梁隧道 站场等固定设备为基本设备 以车站为运输生产基地的实现旅客和货物运输的系统 铁路信号作用 保障各个部门能协调工作 指挥列车按计划安全有效的运行 5 1 1 1铁路技术设备的构成 车站 车站 铁路线路 机车 铁路信号 6 1 1 2行车安全与铁路信号 区间定义 在车站之间的铁路线段进路定义 在车站内的线段信号机定义 线段入口处的防护设备 信号机 进路 闭塞 开放 7 1 1 3车站联锁系统 联锁定义 保证行车安全 信号 道路与进路之间以技术手段保持的一定制约关系和操作顺序 信号机 信号机 道岔 道岔 联锁系统 进路 8 1 1 4车站信号机 保证安全的措施 在进路始端设置信号机信号机开放的基本条件为 防护进路在空闲状态 进路中的道岔位置符合进路开通要求 而且锁在规定状态 没有办理与本进路相冲突的进路 敌对进路 而且将敌对进路锁闭 不再办理 信号必须在值班人员操纵下才能开放 而且每开放一次仅对一次列车或车列有效 9 1 1 5轨道电路 目的反映进路是否有车占用 同时当道岔区段有车占用时 区段内的道岔不能转换 绝缘 轨道继电器 10 1 1 6继电器联锁 轨道继电器 岔道定位继电器 信号继电器 11 1 1 7进路控制 进路建立阶段从车站值班人员开始办理进路到防护该进路的信号开放的整个过程 进路解锁阶段从列车或车列驶入进路到越过进路中所有道岔区段的整个过程 进路建立 进路解锁 进路控制 12 1 1 8进路建立 进路选择 道岔控制 进路锁闭 信号控制 1 操作规范2 空闲状态3 征用标志4 状态记录 1 为下一步开放信号创造条件2 万一信号不能开放 则可用其他方式指挥仍安全 发生异常情况应及时关闭 13 1 1 9进路解锁 解锁的条件与时机 取消进路 中途折返解锁 人工延时解锁 正常解锁 故障解锁 14 1 2铁路信号系统的安全性与可靠性 铁路信号系统的首要功能保证行车安全保证行车安全的基本出发点以技术手段尽可能取代安全措施中的人的参与 影响安全因素 路外因素 路内因素 洪水 塌方和地震车辆失控 列车相撞铁路设备的人为破坏 钢轨断裂 车轴断裂制动设备失效工作人员违章 15 1 2 1信号信息安全的要求 信号显示应能反映所防护的线段是否在空闲状态 信号显示应能反映防护线段内是否存在危机行车安全的因素 信号显示应能指示安全运行速度 16 1 2 2故障 安全 系统的安全性 功能安全 即系统在无故障地正常工作中用保证行车安全的功能 技术安全 即系统发生故障后其后果仍能导致行车安全 铁路信号系统 无故障 故障 安全 17 1 3车站联锁控制系统历史发展概述 1825年9月7日第一条铁路在英国诞生 主要问题是安全和效率1830年出现铁路信号1856年第一套简单的机械式车站联锁控制设备诞生1927年基于布线逻辑的继电器联锁控制系统问世 其联锁逻辑由继电器实现 我国的典型代表为6502电气集中联锁控制系统 1978年 由瑞典ABB公司研制的世界上第一套计算机联锁控制系统在瑞典哥德堡站成功应用 18 1 3车站联锁控制系统各国发展概述 瑞典 计算机联锁发展三个阶段 采用的典型产品为EBILOCK750系列 特点是信号机和道岔的控制器件仍由继电器来完成 保留轨道继电器 采用无接点方式的电子器件控制信号机和道岔 仍保留轨道继电器 实现全电子化控制 典型产品有EBILOCK850系统和EBILOCK950系统 控制电路 轨道继电器均采用无接点方式的功能块 安全性与可靠性采用分散控制方式 采取双机热备 单机运行双套软件 19 1 3车站联锁控制系统各国发展概述 英国 计算机联锁又称为固体联锁 SolidStateInterlocking 简称SSI 1985年SSI系统首次在明斯顿车站正式应用 其采用分散三级控制方式 为保障安全性与可靠性 采用三取二表决的模式 参与表决的每个模块运行单套软件 每一模块与其他两个模块的运算结果相比较以检验自身的运算结果 20 1 3车站联锁控制系统各国发展概述 德国 于1979年决定研制计算机联锁 1985年西门子公司以SIMIS系统为核心构成车站联锁控制系统在慕尼黑 米腾瓦尔特区段的穆尔脑 Mulmau 站交付使用 早期的SIMIS B型 8080CPU SIMIS C型 8085CPU SIMIS3116 SIMIS3216 SIMIS E型 80386 SIMIS W型 前几种为双机硬件比较 后两种为三中取二表决型 21 1 3车站联锁控制系统各国发展概述 日本 于1985年开始使用计算机联锁 已经安装使用了200多个车站 主要产品为SMILEI II III型和K N型五种类型 美国 其产品主要有通用信号公司 GPS 的VPI安全型系统和联合道岔与信号公司 US S 的Microlock系统两种 其大部分用在单机运行状态 系统的安全性由主机系统中的 安全逻辑 保证 22 1 3车站联锁控制系统各国发展概述 中国 计算机联锁研制始于1983年 1 第一套系统安装在南京梅山铁矿井下200m深处24组道岔的运输线路上 1984年投入运营 2 在1987年7月研制开发了适用于地面厂矿铁路的计算机联锁设备 并首先在太原钢铁厂配料站首先使用 3 而在正线甚至干线上 最早是由卡斯柯信号有限公司 CASCO 从美国通用铁路信号公司 GRS 引进 并结合我国铁路实际运营技术条件开发出VPI安全型计算机联锁系统 第一套系统安装在广深线的红海站上 于1991年11月投入运营 开创了我国计算机联锁技术在干线车站上运用的先例 4 1993年10月由铁道科学研究院研制的车站计算机联锁系统在哈尔滨平房站正式使用 5 1994年1月由通号总公司研制的车站计算机联锁控制系统在南京分局浦口到发场开通使用 23 1 3 1CASCO安全型计算机联锁 VPI 系统 安全型计算机联锁 VPI 系统一种 故障 安全 的 以多处理器为基础的车站联锁信号控制系统该系统是中美合资卡斯柯信号有限公司从阿尔斯通信号 美国 公司 ALSTOMSignalingInc 即原美国GRS公司 引进 结合中国铁路运营技术条件 经过二次开发的一种安全型车站联锁设备 VPI型计算机联锁系统具有综合的控制和管理功能 能确保行车安全 提高运输效率 改善劳动条件 并为实现管理和信息现代化创造条件 在工程实施中 可以以计算机联锁系统 VPI 为核心 构成包括计算机联锁和调度集中 调度监督 信号微机监测等子系统的综合信号系统 24 安全型计算机联锁 VPI 系统结构图 25 VPI系统区域计算机联锁站结构图 26 1 3 2我国计算机联锁的典型系统 铁科院研制TYJL II型双机热备系统TYJL TR9型三取二容错计算机联锁设备1997年12月通过铁道部鉴定北京全路通信信号研究设计院研制DS6 11型双机热备系统DS6 20型三取二系统1999年1月通过铁道部鉴定 27 1 4 1计算机联锁的功能 联锁控制功能 进路控制 信号开放 关闭 道岔单独操作 锁闭 解锁显示功能 站场基本图形显示 现场信号设备状态显示 值班员按压按钮动作的确认显示 联锁系统工作状态 故障报警显示 时钟显示 汉字提示等记录存储和故障检测与诊断功能 系统可按时间顺序自动记录和存储值班员按钮操作情况 现场设备动作情况和行车作业情况 提供图像再现功能 实现进路存储和自动办理 具有集中检测和报警功能结合功能 利用标准化通信接口板 网络接口板 可以直接与现代化信息处理系统相联结进行数据交换 28 1 4 2计算机联锁的优越性 技术上 进一步完善了联锁控制功能 可靠性 安全性高 灵活性大 便于系统维护经济上 可以降低设备投资成本 重量轻 体积小 可节省基本建设费用 29 1 4 3计算机联锁的技术实现特点 人机对话设备已经由传统的控制台 控制盘 改为数字化仪 鼠标 大屏幕显示器等 使系统操作更简单 显示清晰 直观 显示内容更为丰富 系统软硬件设计全部都采用模块化结构 可根据需要灵活应变 采用高可靠 故障 安全硬件结构联锁软件设计为双程序设计 两套程序采用分层结构 程序和数据运用冗余编码技术使得危险侧故障降到最低 信息传输方面 采用同步或异步通信方式 确保信道安全可靠 为了提高系统运行稳定性 采取了必要抗干扰措施 系统功能齐全 除联锁外 还要有显示 检错 诊断 存储记录等功能 预留有与其他自动化设备相连的接口 30 1 4 4计算机联锁的定义 计算机联锁 用微型计算机对车站值班人员的操作命令与现场实际状态的表示信息进行逻辑运算 从而实现对信号机 道岔及进路进行集中控制和联锁的车站联锁设备 微机联锁 软硬件实现联锁的逻辑关系 采用积木式的软硬件 大量减少人为工作 动作速度快 信息量大 可控性强 通用性强 适应改扩建 修改容易 节约成本 提高安全性和可靠性 31 1 4 5计算机联锁系统的基本结构 层次结构集中式控制结构分散式控制结构冗余结构可靠性冗余结构安全性冗余结构 32 1 4 6车站联锁的层次结构 人机会话设备 联锁机构 人机会话层 室外设备 监控层 联锁层 33 1 4 6车站联锁的层次结构 人机会话层 操作人员通过操作向联锁机构输入操作信息并接受联锁机构输出的反映设备工作状态和行车作业的表示信息 联锁机构 系统核心 实现联锁功能 必须具有故障 安全性能 其根据联锁条件 对输入的操作信息和状态信息 以及联锁机构的当前内部信息进行处理 改变内部信息 产生相应的输出信息 即控制命令 并交付监控层控制电路予执行 监控层 接受上层信号控制命令和道岔控制命令 并向联锁层传输信号 道岔 轨道电路的状态信息 其控制电路必须时故障 安全的 34 1 4 6计算机联锁的层次结构 光笔控制盘 大屏幕显示器 计算机联锁运算与测控 继电器电路 运转值班室 室外现场 信号机械室 输入 输出适配电路 35 1 4 7计算机联锁的控制结构 集中式控制与分散式控制结构集中式控制系统由室内 室外两部分构成 特点是联锁系统的各层功能均由一台计算机完成 控制台 联锁处理机 输入输出接口 电源设备 现场信号设备 36 1 4 7计算机联锁的控制结构 分散式控制结构的特点是将联锁系统的功能按结构层次划分成若干相对独立又有一定联系的功能模块 均由相应的计算机来处理 由于功能模块的划分并非唯一 所以具体结构形式是多种多样的 37 分散式控制结构 监视控制机 上位机 信息管理计算机 人机会话功能 还用于实时记录信息及其再现 另外还有诊断功能 联锁机 下位机 实现信号设备的联锁逻辑处理功能 完成进来确选 锁闭 发出开放信号和动作道岔的控制命令 与执行层有两种方式 专线方式和总线方式 目标控制器 控制命令和状态信息的转送站 一方面接收和效核来自联锁机的控制代码 经译码后形成控制命令 以驱动相应的设备控制电路 另一方面由接收监控对象的状态信息 经编码传送到联锁机 38 1 4 8系统的冗余结构 可靠性冗余 减少出现故障时系统停止工作的概率 采用逻辑上为 或 关系的二重结构 如下图 安全性冗余 出现故障时 为了减少产生危险侧输出的概率 采用相互较核的逻辑上为 与 的二重结构 如下图 39 1 4 8系统的冗余结构 监控机的双机冗余系统结构人工切换控制较简单 当操作人员发现故障时 人工切换开关 将备用机投入使用 采用自动切换控制时 必须对工作机进行不间断的故障检测 一旦发现故障 立即切换 把备用机替上去 40 1 4 8系统的冗余结构 联锁机双机冗余系统结构考虑到安全性在每一台联锁机内装配两套功能完全相同 但编程方法完全不同的独立版本的联锁程序 用单机顺序执行双份程序并对两者的运算结果进行比较 逻辑 与 经比较器判断相同时 说明运行正常 可作为系统输出 不一致时 进行倒机 启用备机 41 1 4 8系统的冗余结构 联锁机三机冗余系统结构三套联锁计算机的性能相同并分别执行同一套联锁程序 输出由表决器进行表决 有两套输出相同 则表决有正确输出 也称为三取二结构 只有当任何两套计算机同时发生相同故障 并产生同样输出信息时 表决器无法检测出错误 但这种情况概率很小 42 1 4 9计算机联锁的故障 安全 因为通用电子器材本身并不具有故障状态的不对称性 所以要采取保障措施 故障安全保障措施 涉及行车安全的信息代码可以在故障或干扰时能被检测出 或安全侧代码概率大 代码畸变或迷路时 系统不得产生危险侧输出 涉及行车安全的信息代码在传输中 不至于因故障到达错误目的地 或可以被检测出 43 1 4 10计算机联锁系统的发展 铁路行车的智能系统 列车间隔调整系统 调度专家系统 调度管理信息系统 计算机联锁系统 铁路行车的控制与管理在全面向智能化发展 44 1 4 10计算机联锁系统的发展 计算机联锁系统应当能够直接接受调度计划并自动生成进路控制命令以及确定命令的执行时机 这样不仅减少了车站值班人员办理进路的工作 而且较彻底地防止了错办进路的可能 车站联锁系统要向列车间隔调整系统提供必要的信息 以便其确定运行速