论文-铁路信号系统新技术的发展趋势

1、毕业论文毕 业 论 文Graduation Thesis（2008年2012年）题 目： 铁路信号系统新技术的发展趋势 英文题目：Railway signal system technology developmenttrends 分 院： 专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 电力2008-1 学 号： 学生姓名： 指导教师： 起讫日期： 2011.112012.5 摘 要我国铁路计算机联锁的研究与应用，起步于20世纪80年代。随着我国铁路实施第六次大提速，对计算机联锁系统的安全性和可靠性提出了更高的要求，铁道部制订了一系列规范、标准、要求和规定，实施制造特许证、制式合格证和产品合同证的三

2、证管理，并不断完善和提高计算机联锁系统功能。我国铁路计算机联锁按照系统工程理论进行设计，实现“设备集中，结构合并，功能模块，信息共享”的一体化，强化“计算机联锁系统技术标准”的权威性和严肃性，提高计算机联锁系统智能、自检、互联能力，积极开展安全评估认证工作。全电子化的计算机联锁系统是一种新型的车站信号控制系统,其最大特点是:实现了车站联锁设备"执行层"的完全电子化、智能化、网络化。全电子化的执行机能与各种具有分布式网络功能的联锁机结合,构成全电子化计算机联锁系统。该系统使我国铁路车站信号联锁控制设备进入了全电子化计算机联锁控制时代。课题的研究目的是为了本文通过定量的和定性的

3、分析，为中国铁路产业发展趋势分析及阶段划分提供了方法，对技术创新推动中国铁路发展提供了可靠依据，得到以下结论:(1)铁路产业生命周期形态兼具漫长型和突变型产业生命周期形态特点，中国铁路产业的长期发展趋势符合该变化趋势;(2)明确了中国铁路产业发展综合效用子，建立了中国铁路产业发展水平评价模型，通过计算中国铁路产业发展水平得分，将中国铁路产业划分为萌芽期、再萌芽期、成长期和跃迁新一轮生命周期四个阶段;(3)中国铁路产业现阶段处于产业跃迁新一轮生命周期的开端，技术创新是实现铁路产业持续发展的必要条件。关键词：中国铁路; 全电子计算机联锁; 铁路信号系统; 技术创新AbstractResearch

4、and application of railway computer interlocking system in China, beginning in the 1980 of the 20th century.As China's railway Six times greater speed, security and reliability of computer interlocking system put forward higher requirements, the Ministry has developed a series of norms, standard

5、s, requirements and regulations, implementing standard certificate and product manufacturing licence certificate, contract three certificates of certificate management, and constantly improve and enhance the function of computer interlocking system.China railway computer interlocking design accordin

6、g to the theory of systems engineering to realize "the equipment and fabric merge, function modules, information sharing," integration, strengthening the "technical standards for computer interlocking system" authority and seriousness, improving interconnection of computer interl

7、ocking system intelligent, self, ability, actively carry out safety assessment certification. All-electronic computer interlock system is a new type of railway station signal control system, its best features are: realization of the station interlocking equipment "Executive" fully electron

8、ic, intelligent, networked. All executive functions and a variety of electronic interlocking with distributed network capabilities, and constitute all-electronic computer interlock system. The system in China railway signal interlocking control device entered the era of all-electronic computer inter

9、lock control. Topics of research purpose is to this by quantitative of and qualitative of analysis, for China railway industry development trend analysis and the stage Division provides has method, on technology innovation promote China railway development provides has reliable pursuant to, are foll

10、owing conclusions: (1) railway industry life cycle form both long type and mutation type industry life cycle form features, China railway industry of long-term development trend meet the changes trend; (2) clear has China railway industry development integrated utility child,Established has China ra

11、ilway industry development level evaluation model, by calculation China railway industry development level scored, will China railway industry Division for sprout period, and then sprout period, and growth period and jumped moved new a round life cycle four a stage; (3) China railway industry at thi

12、s stage is industry jumped moved new a round life cycle of beginning, technology innovation is implementation railway industry continued development of necessary. Keywords: China railway; All-electronic computer interlock; Railway signal system; Technology innovation目 录摘 要IAbstractII目 录III第一章 引 言11.

13、1研究背景和意义11.2研究方法和内容2第二章 铁路系统发展水平及发展趋势分析32.1目前我国铁路信号系统技术的现状32.2铁路信号系统的发展趋势32.3铁路信号系统新技术的发展目标4第三章 我国铁路信号系统的问题分析63.2我国铁路信号系统的特征63.2传统铁路信号系统的缺陷63.3我国铁路信号系统存在的问题及其原因分析73.4我国铁路信号系统技术进步分析83.6联锁是实现铁路信号提出的新要求基础9第四章 全电子计算机联锁系统的总体结构114.1 传统计算机联锁系统的结构114.2传统计算机联锁系统的工作原理124.3现有计算机联锁控制系统结构134.4车站计算机联锁控制系统的层次结构144

14、.5全电子计算机联锁系统组成15第五章 总结与展望17参考文献18致 谢19第一章 引 言1.1研究背景和意义1856年世界上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联锁控制系统问世，随着电子技术的飞速发展，20世纪60年代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。1978年，由瑞典研制的第一套计算机联锁控制系统在哥德堡车站的成功应用，掀开了车站计算机联锁控制系统研究与应用的新篇章。建国以来铁路信号建设和技术发展，均取得了显著的成就，所用装备除个别为引进国外产品外，全面由国内信号工业生产供应，从总体上看技术和装备水平基本上跟上了世界铁路信号发

15、展主流，当然还需要经过不懈的艰苦努力，才有可能将我国铁路信号水平推向世界铁路前列。为了迎接世纪铁路信号发展新形势，我们就必须跟踪世界科技发展趋势，及时开展相关技术的应用基础理论和新系统研究开发工作。我国的联锁控制系统也经历了机械联锁、电气集中联锁、计算机联锁三个大的发展阶段。自从1984年第一套计算机联锁控制系统开通运行以来，国内几家著名研制单位相继推出了以双机热备系统为主流设备的计算机联锁控制系统，在车站联锁控制技术的发展史上和铁路运输建设的活动中，留下了深深的印记。主要产品有:铁道科学研究院研制的TYJL-型计算机联锁控制系统、通信信号总公司研究设计院研制的DS6-型计算机联锁控制系统、北

16、京交通大学研制的JD-A型计算机联锁控制系统。随着国外新技术的引进，相继出现了3取2制式和双套2取2制式的采用国外进口关键部件的计算机联锁控制系统，比较有代表性的是:铁道科学研究院推出的采用日本日立公司关键部件的TYJLADX型计算机联锁控制系统、通信信号总公司研究设计院推出的采用日本京三公司关键部件的DS6-K5B型计算机联锁控制系统、北京交通大学推出的采用日本信号株式会社关键部件的EI32-JD型计算机联锁控制系统。截至目前，我国铁路线上已有千余车站安装使用了计算机联锁控制系统，这些设备正在为我国的铁路运输事业做着积极的贡献。己经广为使用的计算机联锁系统都是从继电联锁过渡发展来的，在这些系

17、统中，计算机只完成了联锁运算，而真正动作室外设备(信号机、道岔、轨道)的部件仍是有接点的电磁继电器，所以从这方面来讲，目前的计算机联锁系统还不是真正意义上的全电子计算机联锁控制系统。基于上面的分析，我们可以看到，目前使用的计算机联锁控制系统所保留的电磁继电器仍有相当的数量，这给设备维护单位带来了一定的问题，定期检修继电器会是一项相当繁重的任务，耗费大量的人力、财力，如能“以微电子器件控制现场的道岔、信号机，并与其它主要现场设备建立无接点联系，由微处理器为核心的嵌入式系统来完成联锁逻辑运算，采取完善的故障一安全措施”实现计算机联锁控制系统的全电子化，必将推动铁路应用科技的发展，提升我国铁路技术装

18、备在世界的地位。国外的计算机联锁系统状况和我国目前的发展大体相当，也是以采用计算机执行联锁逻辑运算、继电电路控制室外设备的方式为主。国内外均有极少数的全电子联锁系统已投入运行，效果明显，保证了行车安全，提高了技术水准。随着现代电子技术的飞速发展，将最新型的微电子器件和技术应用于全电子计算机联锁系统的开发和研制工作中，必将产生良好的社会效益和可观的经济价值。1.2研究方法和内容本文对传统的计算机联锁系统进行了研究和分析，介绍了一种全电子联锁系统的框架结构，并对系统中的全电子主机的软件结构进行了设计与实现。全电子联锁系统由五部分组成，分别为控显层、联锁逻辑层、全电子主机层、电子模块层、室外设备层。

19、其中的全电子主机充当着联锁主机与电子模块之间通信“桥梁”的作用，全电子主机与联锁主机通过冗余以太网进行通信，安全层采用RSSPI安全协议，本文对全电子主机与联锁主机的通信接口进行了设计与实现;全电子主机与电子模块通过CAN总线进行通信，本文对全电子和电子模块通信接口的设计与实现，并设计了全电子主机的冗余处理机制。这些内容都保证了全电子联锁系统数据传输的安全性、可靠性和实时性。全文根据逻辑结构共分为五章第一章引言部分主要介绍铁路信号系统发展的研究背景、意义和研究方法，含国内外研究现状。第二章介绍中国铁路系统发展水平和趋势的概况。根据我国发展情况，制定出铁路信号系统新技术的发展目标。第三章介绍我国

20、铁路信号系统的现状，并对存在的问题进行了系统的整理。并分析其存在的原因，结合国内外情况建立完善铁路信号系统管理结构。第四章全电子联锁系统。分析了传统计算机联锁的基本结构和工作原理。介绍了全电子联锁系统的结构框架和各模块的主要功能，并说明了全电子联锁系统的软件结构层次。全电子主机软件结构设计介绍了全电子主机的二乘二取二等冗余结构。详细分析了全电子主机的系统结构、编程环境。对全电子主机的软件设计和软件工作流程进行了详细的阐述。并对全电子软件模块中的主程序处理模块进行了设计和说明。全电子主机与联锁主机通信的设计与实现。全电子主机的硬件结构为二乘二取二冗余系统。第五章总结本课题的工作，阐述了已经完成的

21、工作以及尚需完善的方面。第二章 铁路系统发展水平及发展趋势分析2.1目前我国铁路信号系统技术的现状铁路是国民经济的大动脉, 对国家的发展起着重要作用。由于铁路运输的成本低、效率高、安全、并且节约能源, 目前世界各国都在加快研究铁路运输技术, 现代铁路正向高速、重载、高密度方向发展。铁路信号系统不仅是列车安全运行的保障, 也是提高铁路效率的重要设备, 是现代化铁路信号系统中不可缺少的部分。由于历史的原因,我国铁路在诞生初期由不同的外国资本控制,缺乏统一规划,因而信号不统一,设备简陋, 制式混乱, 器材规格各异。建国以后,经过50多年的建设, 我国铁路信号系统已基本达到体系完整、产品配套、信号统一

22、的成熟阶段, 实现了由机械信号向以继电技术为主、逐步向电子信号系统过渡的转变。铁路信号设备最初是作为铁路行车的一种安全设施发展起来的。随着经济的发展, 铁路网越来越复杂, 列车的速度与密度都在不断增加, 对铁路信号设备的要求也越来越高。面对微电子、控制、信息技术的飞速发展, 现代铁路信号系统已不仅仅是保障铁路安全运行的部分, 而是整个铁路系统安全、高效运行的控制系统。铁路运输业是我国的基础产业，是经济发展的命脉。铁路运输业务的特点，决定了铁路信息系统对系统安全的要求尤其突出。安全是铁路运输的永恒主题。近年来，随着铁路几次大规模的提速，对铁路信号系统设备的控制和系统运行方式的信息化、自动化和智能

23、化要求越来越高。现代的铁路信号系统是一个大区域内的控制网络和信息网络，而对应的监控系统只有快速、安全的对信息的交换才能满足各种调度指挥和行车控制的要求。因此，为实现铁路运输的安全高效，建设现代化铁路，要求对现有的监控系统进行改造。2.2铁路信号系统的发展趋势改革开放以来, 我国的铁路信号建设取得了巨大的发展。具有代表性的铁道部调度指挥管理信息系统(DMIS) , 以现代信息技术为基础, 综合运用通信、信号、计算机网络、多媒体技术, 建立了三级四层(即铁道部、铁路局、铁路分局三级加上基层信息采集层) 的现代化运输调度指挥系统。已有400 多个车站安装了计算机联锁设备。大型编组站都实现了自动化。目

24、前正在修建的青藏铁路中, 考虑到高原自然条件恶劣、人烟稀少的特殊情况, 将采用安全可靠的自动化控制设备但与发达国家相比, 我国铁路运输技术整体水平还有差距, 考虑到我国人口众多, 人均占有资源量少, 而铁路有着运输能力强、能耗低等优势。为此提出以下建议供参考。1、制定统一、长远的发展规划。铁路建设的投资较大,改造或新建线路时,都应当考虑到今后的发展以及整体的发展。国外先进铁路系统发展到最高层次时,都形成了闭环计算机控制系统,值得借鉴。2、在建设新线时, 起点要高。虽然现有铁路信号设备与调度手段都安全可靠, 但都无法达到高速列车的要求。所以在建设新线路时, 应当提高建设标准, 尽量采用新技术,

25、一方面为国内铁路信号生产企业提供发展的机会与动力, 为以后面临的竞争做准备, 另一方面也为建设高速铁路积累经验。3、加快铁路无线数字通信技术的研究。现代化的铁路信号系统中都离不开无线数字通信网络。民用移动通信经过多年发展之后, 竞争日趋激烈,发展速度逐渐放慢, 而国内铁路无线数字通信的发展水平还比较低, 有很大的发展空间。4、制定开放的协议, 允许更多的设备供应商参与竞争。这是国外先进铁路系统的共同点之一,是吸引投资、促进技术进步的重要手段。2.3铁路信号系统新技术的发展目标由于科学技术的进步, 使铁道信号有了进一步发展和提高的技术基础, 这种影响是多方面的, 主要有以下几点:1.微型计算机的

26、迅速发展和广泛应用: 这一情况使铁路信号系统有可能从以布线逻辑为主体向以微型计算机为基础的新方向发展。由于大规模集成电路和软件技术的采用, 系统的适应性、扩展性加强了, 并有可能利用微型计算机的存储量大、运算速度快、软件技术灵活的特点, 构成具有丰富信息处理功能的一体化系统。例如原由小型计算机和布线逻辑的调度集中结合实现的计算机辅助的调度集中系统, 目前已可以微型机为基础构成按功能分布的微型机调度集中的通用系统。另外, 随着车站联锁设备的微型机化, 将能够发展为车站综合控制系统, 使自动选路、现场设备监视、故障检测等功能纳人同一系统, 在信号其它系统中这种趋势也在发展。2.数据传输技术在信号系

27、统中的应用: 数据通信和微型计算机技术的发展, 使铁路信号系统的结构发生变化。它将采取对现场信息进行局部处理, 通过数据通道集中到控制室的结构方式, 改变了过去在控制室与现场设备间使用大量电缆的直接连接方式。数据的现场处理和数字化传输, 提高了系统的技术经济指标, 增强了系统的可靠性和灵活性。有些国家铁路试图利用光纤来代替常规电缆, 这是由于光纤通信的突出优点: 不受电磁干扰和具有高速、大容量信息传输能力, 将有可能解决车站联锁设备中传输安全信息的问题。3.信号系统操纵和显示设备采用新技术: 以机械接点为主体的信号操纵设备, 目前正向无接点的捉摸式按键和音声输人的方向发展。其中音声输入问题在美

28、国和日本均在积极研究应用; 以白炽灯为基础的信号表示盘, 目前正由长寿命的半导体发光二极管所代替, 其进一步发展是应用阴极射线管显示器和屏幕显示器, 从而使显示内容进一步丰富而多样化。第三章 我国铁路信号系统的问题分析3.2我国铁路信号系统的特征现代铁路通信信号系统具有如下特征：1、网络化。现代铁路信号系统不仅仅是各种信号设备的简单组合, 而是功能完善、层次分明的控制系统。系统内部各功能单元之间独立工作, 同时又互相联系, 交换信息, 构成复杂的网络化结构, 使指挥者能够全面了解辖区内的各种情况, 灵活配置系统资源, 保证铁路系统的安全、高效运行。2、信息化。全面、准确获得线路上的信息是高速列

29、车安全运行的保证。因而现代铁路信号系统采用了许多先进的通信技术, 如光纤通信、无线通信、卫星通信与定位技术等。3、智能化。智能化包括系统的智能化与控制设备的智能化。系统智能化是指上层管理部门根据铁路系统的实际情况, 借助先进的计算机技术来合理规划列车的运行，使整个铁路系统达到最优化;控制设备的智能化则是指采用智能化的执行机构,来准确、快速地获得指挥者所需的信息, 并根据指令来指挥、控制列车的运行。3.2传统铁路信号系统的缺陷随着社会的发展和进步，科技水平不断提高，人们对铁路运输的也提出各更高的要求，运输市场竞争日趋激烈，我国传统铁路使用的基于轨道电路的列车控制系统TBTC TBTC (Trac

30、k Circuit BasedTrain Control)- 在提高列车速度，保证行车安全，提高行车效率等方面存在很多不足，受到很大挑战。而这种技术基本上都是只有地面轨道传输的信息，它们经机车上感应后可成为机车信号，构成车一地单向传输。TBTC 轨道电路本身特性使得其存在很多问题无法克服，主要有：第一，只能使用较低的频率发送信息，如果传输频率过高，由钢轨效应导致信号的衰耗增大，因此，为保证有效的传输距离，轨道电路只能以较低的频率发送信息。第二，列车速度的提高需要对列车实施更为精确的控制，这就需要车上、地面间传输大量的信息，但为满足列车控制对信息传递实时性的要求，轨道电路只能传输较少的信息量。第

31、三，轨道电路受环境影响大，如:阻抗变化、天气变化、牵引回流的干扰。第四，通过轨道电路只能判断闭塞分区是否被占用，而无法判断列车在闭塞部分的具体位置，这就会造成线路通过能力的降低。第五，轨道电路需要大量电缆，其投资费用几乎占整个自动闭塞系统的一半，维护费用也很大。在传统的铁路信息系统中，由于列车运行速度比较低，通信系统与信号系统基本上是各自独立的。而在现代铁路信息系统中，这种分离状态已不适应需要，由于TBTC 系统存在这些问题，因此有人在这过程中提出一种新的设想，它能否用通信方法来实现。基于通信的列车控制系统CBTC(Communication Based Train Control)实际上就是

32、用通信方式来实现铁路信号的传送。这正是实现了铁路通信信号一体化。实现车地之间的铁路信号传输有不同的实现方式，如采用全程移动无线通信方式和采用卫星通信等。3.3我国铁路信号系统存在的问题及其原因分析1.关于信号设备的运用问题: 有许多国外行之有效的信号系统, 如单线自动闭塞, 复线双向自动闭塞加调度集中, 车次号的输人方式等, 应用到国内铁路上就遇到困难。我国运输特点自应考虑, 但如何有利于提高运输效率和安全度应当是首先考虑的, 随着新技术、新设备的引人, 应当修改有关的运输组织方法和规章制度, 而这些改变应当在充分分析论证的基础上进行。因此, 要进行系统模拟、模型示范等有关新系统运用的研究分析

33、, 并且要不断总结现场试用经验, 以便在理论与实际相结合的分析论证基础上, 使运用部门愿意接受和运用新型信号系统。2.关于铁路信号设备安全性问题: 铁路信号从一开始就是作为安全设备出现的。最初机械信号的安全性设计, 不是衡量设备的安全率, 而是从结构原理上分辨能否从根本上保证安全, 即设备任一单元故障时, 能否依靠自然重力, 指示出停车信号, 实际上这种安全设备如果平衡重锤练条折断或轴承被冻住, 也会带来不安全。随着信号设备向电机方向发展, 信号楼的安全设备由电机械和连接这些器械成为一体的电线网络两部分组成, 其中电机械是“ 安全继电器” , 其故障率一般为1 0 一“, 电路网络设计采用“

34、保持电流” 的原则, 断电为安全位置, 但一般说来, 没有一个电路网络是永远安全的。随着电子器件和频率电流在信号设备中的应用, 信号设备传统的安全概念需要由建立在概率计算基础上的可靠性理论代替, 航空和核工业的安全理论就是建立在这个基础上。美国海湾快速运输系统发生重大安全事故后, 国家运输安全委员会对铁路快速运输系统发展中的安全方法的报告中规定: 防止列车冲突和脱轨的系统,将铁路安全概念由实用方法移向理论方法的重要步骤。我国铁路信号系统可靠性研究虽已开始, 随着电子器件的广泛应用, 定量的安全性理论研究以及应用软件技术解决安全性问题应予以加强。对于铁路信号所谓要保证绝对安全的传统提法, 应予以

35、纠正, 与此同时, 应加强信号设备故障统计分析, 使信号系统的安全性、可靠性建立在科学分析的基础上。3.人员培训问题: 我国铁路信号设备当前的两个弱点是: 设备质量差, 维修水平低。这除了受国内工业水平和管理制度的限制外, 人的问题也十分重要, 没有技术熟练的人员来生产高质量的产品和进行设备维护, 信号系统很难稳定可靠地工作。为此, 随着信号设备的更新换代, 需要加强对新技术、新设备运用前的技术培训, 运用后的技术考核与提高, 这都应列为经常性的工作。4.关于信号设备制式系列问题: 我国幅员广阔, 铁路网遍及全国, 铁路信号系统使用环境复杂, 运用条件随线路运量不同也有很大差别, 采用一种制式

36、显然有困难, 而且也不经济, 因此, 对信号设备的制式系列问题应给予应有的重视。3.4我国铁路信号系统技术进步分析随着我国铁路的不断提速、客运专线和重载铁路的大规模建设与陆续投入运营，现代铁路运输系统已成为支撑具有高速度、高密度和大运量运输、具有技术构成复杂、子系统众多和功能高度综合等显特征的复杂动态巨系统。在这种形式下，如何依靠先进的安全管理理念、信息技术及系统手段，及时掌握铁路运输系统运营状态、准确把握不同尺度下运营安全程度的变化规律、高效实施应急和救援措施、确保铁路运输安全保障的主动性和有效性是建设适合我国国情铁路运营安全保障体系的重点工作。铁路信号系统借助无线传输网络及全球卫星定位系统

37、，建立信息传输平台，将机车运行信息、故障信息及机车的参数信息通过远程移动通信技术直接传输到地面的监控中心，监控中心也可以根据机车信息向运行中的列车下达调度命令、预警命令，从而实现数据的双向传输。铁路信号监控系统可以解决长期以来监控中心无法实时获得机车运行数据的问题，达到了对机车远程实时监控的目的，进而也达到了在轨列车网络化管理、系统决策、全局调度的目的。监控中心根据列车实时返回的机车位置信息对途停、机破、车辆分离等发生重大故障的列车进行准确定位，为指挥紧急救援提供准确的依据；监控中心可以对超速运行或失控的列车下达遥控指令迫使其减速或停车，防止发生危及机车人员安全的重大事故的发生；利用车载系统的

38、远程通信接口，监控中心可以对机车直接下达调度命令，防止由于调度命令层层转达造成误解而导致不安全因素；地面专家诊断系统通过遥测数据对机车实行故障预警，指导机车工作人员迅速排除机车故障，防止故障升级，快速恢复机车运行，提高对重大故障的应急反应速度；监控中心根据列车返回的机车运行数据异常信息，参照异常时的机车位置信息，可以有针对性的指导线路检修，排除其安全隐患。实现了信号系统一体化。从各个方面来说，信号系统新技术都在不断的发展。随着国家经济建设发展的需要, 我国铁路运输情况正在发生变化, 从而对铁路信号系统也提出了新课题、新要求, 主要内容可概括为以下几方面:1.由于电力牵引比重的增大, 铁路信号系

39、统要适应电气化区段的新情况, 解决所遇到的新问题:解决电气化区段的自动闭塞制式和综合提高电力牵引区段行车效率问题等。这些新课题在已建的电气化区段虽然得到某种程度的解决, 但对于信号系统来说, 按照现代化铁路要求, 还有大量工作需要进一步解决和提高。2.我国运煤线对信号系统提出的新要求可概括为: 由于每列重载列车的经济价值远高于一般列车应尽力避免列车延迟。各国运行重载列车的区段, 均采用调度集中来指挥行车, 以达到高效、择优调整列车运行的目的, 并能对突发性事故或异常情况及时予以处理；开行重载列车的区段, 线路负荷重, 对轨道电路的轨道绝缘提出更高的要求, 加之重载区段的线路作业远多于一般区段,

40、 而轨道电路的轨道连接线是一个薄弱环节, 容易被损坏。为此, 一些运行重载列车的铁路曾设想采用无绝缘轨道电路来解决这个问题, 但由于区间长, 在经济上是个值得重视的问题; 运行重载列车的区间一般都比较长, 对于及时检知线路和列车运行状态的设施如: 线路防护报警, 车轮破损、车辆脱轨检测, 热轴探测等就显得特别重要。这些检测数据由调度集中系统及时传送到调度所, 调度员可根据实际情况利用通信系统与列车乘务人员和有关人员联系, 做出布署, 以减少异常状态所带来的运输损失; 重载列车的运行控制也是个十分重要的问题。在多机牵引情况下要解决同步问题。此外, 还需要对列车制动系统进行检测, 以及列车速度的监

41、视与调整等问题。3.市郊旅客列车增多, 而这种列车属于轻型、高速、高密度的运输形式, 并在枢纽开行, 对信号设备的要求与重载列车相反。为此, 需要解决枢纽地区高效的行车指挥和列车运行控制问题, 增加信号显示, 以及道口信号的速差控制等。其中特别是枢纽调度指挥设备现代化问题尤为迫切。目前调度设备十分落后, 调度员工作负担繁重, 指挥行车的效率和质量随工作时间的加长而显著降低, 据有关方面估计, 在运输繁忙区段, 工作7-8h后, 调度不当事件的比重约占全班的70-80%。这一情况, 应引起有关方面的关注。这些新要求必须建立在保证站内行车和调车工作的安全和提高车站的通过能力的基础上，才有可能实现。

42、3.6联锁是实现铁路信号提出的新要求基础 联锁是铁路车站信号联锁的简称，是铁路信号设备的重要组成部分。联锁在铁路车站上，保证机车车辆和列车在进路上的安全，有效利用站内线路，高效率地指挥行车和调车，改善行车人员的劳动条件。联锁是铁路信号保证行车安全的重要技术措施，指的是信号设备与相关因素的制约关系。广义的联锁泛指各种信号设备所存在的互相制约关系。狭义的联锁专指车站信号设备之间的制约关系，而这种关系必须十分严密，从而保证行车的绝对安全。总而言之，车站内信号、道岔以及进路之间的相互制约的关系就称之为联锁关系，简称联锁。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

43、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。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，

44、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。随着我国技术的快速发展，计算机联锁已经成为联锁设备的

45、主要发展方向。第四章 全电子计算机联锁系统的总体结构计算机联锁是以计算机技术为核心，采用通信技术、可靠性与容错技术以及“故障安全”技术，实现铁路车站联锁要求的实时控制系统。我国自20世纪80年代初开始计算机联锁系统的研究工作；80 年代末计算机联锁系统投入现场运用，进入起步阶段；1997年以后铁道部进行了大力整顿和规范管理，计算机联锁系统进入健康、有序、积极的发展阶段。回顾计算机联锁系统发展的历程，我们从中得到许多有益的启示。4.1 传统计算机联锁系统的结构根据系统中各个主要模块的功能的不同，传统的计算机联锁系统一般采用如图1的层次结构。图1 传统计算机联锁系统体系结构计算机联锁系统可划分室内

46、设备和室外设备两部分，室内设备由人机交互层、联锁逻辑控制层和输入输出接口层所组成。室外设备包括信号机、转辙机和轨道电路等。人机交互层和联锁逻辑控制层之间、联锁逻辑控制层与输入输出接口层之间、输出输入接口层与室外设备之间通过各种安全通信方式进行数据传输，这样就构成一个具有多个层次的实时控制系统8。另外，一些计算机联锁系统还具有区域控制功能，即将一定区域内、周围距离不太远的一些小型站的车站联锁，纳入到一个中心车站来实现集中控制。4.2传统计算机联锁系统的工作原理计算机联锁系统的工作原理如图2，主要可以划分为命令执行和信息反馈两个过程。图2 计算机联锁系统工作原理计算机联锁系统是一个包括操作人员、维

47、护人员、室内执行结构和室外被控对象在内的一个实时反馈的控制系统。下面分别从命令执行和状态信息、反馈这两个方面来对计算机联锁系统的工作原理进行一些介绍。命令执行过程:车站操作人员根据控显中站场的显示情况和调度命令的要求，通过控显机办理选排进路、道岔单操等操作命令。控显机把接收到的操作命令以固定的命令格式发送给联锁主机。联锁主机接收到操作命令后，根据采集到的状态信息、联锁主机内部状态信息和故障检测情况来进行联锁处理，若联锁处理产生驱动命令。则将该驱动命令以固定的数据格式发送给1/0接口中的驱动电路板，再通过1/0驱动电路板控制相应的继电器执行各种操作命令。信息反馈过程:通过采集电路将室外设备的状态

48、信息实时反馈到联锁主机，联锁主机将这些采集信息进行存储以供联锁处理使用，另外还将这些数据发送给控显机，为控显界面的实时显示提供数据依据。联锁主机还需要进行故障检测，并将检测到的设备故障信息、发送到控显机和维修机，以便于现场工作人员对设备进行维护和修理。4.3现有计算机联锁控制系统结构根据计算机联锁控制系统按采用的冗余结构的不同，可以有各种各样的系统结构，图3所示的是在我国应用最广泛的双机热备计算机联锁控制系统的结构。双机热备计算机联锁控制系统一般由两个独立的单元组成系统 ,每个单元具有相同的硬件结构 ,都能独立完成规定的同样的功能。正常工作时 ,两个单元都上电工作 ,同时采集数据 ,但是只有主

49、单元的输出有效 ,经切换单元输出。每个单元都有自检功能 ,当单元发现自身出现故障时 ,就给出控制信号 ,驱动切换单元进行切换。双机热备联锁控制系统通常有如下几种工作状态:(1)一个单元正常工作 ,另一单元处于热备状态,两单元均无故障,系统输出安全;(2)一单元正常工作,另一单元故障,系统输出安全；(3)一单元停机待修,另一单元故障,但输出故障-安全,系统尚能坚持工作；(4)一单元停机待修,另一单元故障,无法坚持工作,系统失效。图3 双机热备计算机联锁控制系统结构图4.4车站计算机联锁控制系统的层次结构计算机联锁控制系统按采用的冗余结构的不同，可以有双机热备、3取2、双套2取2等不同结构，但无论

50、哪种结构，都具备同样的层次结构，都可划分为三个层次:人机交互层、联锁层、I/O接口层。如图4: 图4 计算机联锁控制系统层次结构人机交互层:操作人员通过操作向联锁机构输入操作信息，接收联锁机构输出的反映设备工作状态和行车作业情况的表示信息。联锁层:根据来自上、下两层的操作信息和状态信息，以及联锁机构内部当前信息，产生相应的输出命令，即信号控制命令、道岔操作命令。I/O接口层:接收来自联锁层的控制命令，直接或通过相关的控制电路动作室外设备，向联锁机构传输室外设备的状态信息。4.5全电子计算机联锁系统组成计算机联锁系统需要连续不断的周期性运转，如果出现故障就有可能导致人员上的重大伤亡和则一产上的严

51、重损失，所以它要求很高的可靠性和安全性。针对计算机联锁系统在性能和功能上的高要求，研究它的结构组成是非常有必要的。全电子计算机联锁系统取消了传统计算机联锁中的继电器接口部分，采用电子执行单元直接控制信号设备。整个联锁系统由3个部分组成，分别为人机界面层（MMI）、联锁层（CIL）和执行层（EEU）。系统组成结构如图5所示:图5 全电子计算机联锁系统组成示意图全电子计算机联锁系统的电子执行单元EEU，包含道岔模块、信号机模块、轨道模块和零散模。道岔模块是用于驱动道岔转辙机的电子执行模块。道岔模块采用了二取二故障-安全的设计原则，完成控制功能和道岔位置表示功能。模块与联锁逻辑部通过总线交互信息，根据联锁逻辑部下发的命令执行道岔的定/反操作，并向联锁逻辑部实时反映道岔当前的状态信息。单个模块能够控制转辙机，两系模块冗余控制，交替工作。道岔模块同时也采集道岔的动作电流、表示电压的交直流分量等模拟量信息。信号机模块的是用于控制信号机的电子执行模块。信号机控制模块采用二取二故障-安全的设计原则，具有控制和监测功能。信号机控制