计算机联锁系统介绍-V0.0.1

--P12011年1月20日计算机联锁系统介绍计算机联锁系统COMPUTERINTERLOCKING--P2--P3计算机联锁系统概述计算机联锁系统的结构及技术特点iLOCK及VPI-3系统介绍计算机联锁系统与其它系统的接口内容介绍车站信号设备--P4铁路技术设备的构成--P5铁路运输系统及分工铁路运输：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车：车务段，运输指挥部门机：机务段，负责机车的维修保养及司机工：工务段，负责线路的维修保养养护电:电务段，负责维修地面及机车信号设备，负责“交通红绿灯”，保障各部门能协调工作，保证列车按计划有效运行辆：车辆段，负责客车的车厢及列车员其他：通信、水电、建筑、物资、生活--P6车站信号控制系统的发展一、车站信号控制系统的发展概况

人工信号机械联锁电气集中（继电联锁）计算机联锁系统--P7计算机联锁系统的与传统继电联锁的区别利用计算机对车站值班员的操作命令和现场监控设备的表示信息进行逻辑运算后，完成对信号机、道岔及进路的联锁和控制。用液晶屏幕显示代替现行的表示盘，大大缩小了体积，简化了结构，不但方便使用，还可根据需要多台并机使用。采用积木式的模块化软件和硬件结构，便于站场变更，并容易实现故障控制、分析等功能。计算机发出的控制信息和现场发回的表示信息，可记录存储，并可通过串口、网络、光纤、无线通信等渠道进行交互、传输--P8计算机联锁系统比继电联锁的优点计算机联锁比6502对敌对进路的防护更加严密，操作和进路提示更加方便，语音提示包含更加具体内容，减少了值班员的工作量和工作强度计算机联锁比6502节省了设备用房的面积，节省了基本建设投资计算机联锁比6502增加了站场历史的重现重现功能，用于分析和解决问题、减少了车电纠纷计算机联锁比6502更加容易维护，节省了学习消化研墨6502的漫长过程，减少维护人工成本计算机联锁比6502更易融入信息网络，接受CTC，ATS的各种命令，同时发出各种数据和开关量，完成站场数据远程递送，实现远程监视和车站客货运输的管理计算机联锁比6502更稳定，减少了电务部门对联锁关系年检维护的环节计算机联锁比6502更容易构成区间和站内联锁的一体化，实现高速列车的行车指挥的自动化--P9计算机联锁系统的发展概况首先是国外的一些发达国家相继开展了计算机联锁系统的研究。1978年瑞典ABB公司研制的世界上第一套计算机联锁系统EBILOCK首先在歌德堡站成功投入使用，掀开了车站联锁控制系统研究与应用的新篇章。后来德国、美国、日本、英国、法国、奥地利等一些发达国家也陆续地使用了计算机联锁系统。到了90年代，不少国家已开始大面积推广计算机联锁控制系统。--P10计算机联锁系统的发展概况我国的计算机联锁系统的研制工作是从80年代在一些研究部门和高等院校相继开始的。

1984年，通信信号总公司研究设计院研制生产出了国内第一个车站计算机联锁系统，并成功的应用于地方铁路，填补了我国计算机联锁控制系统的空白。--P11计算机联锁系统的发展概况进入21世纪以后，我国的计算机联锁发展非常迅速，现已有上千个车站采用计算机联锁。有的区段已发展了成段计算机联锁。也出现了全电子化计算机联锁系统。"全电子化计算机联锁系统"是由郑州铁路局武汉设计院、兰州铁道学院、铁道科学研究院等单位,历经5年联合技术攻关而完成,现已通过了铁道部技术审查和甘肃省科技成果鉴定。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。--P12我国计算机联锁发展的第一个阶段-自主研发1、1984年元月，铁道部通信信号研究设计院的计算机联锁控制系统DS-30设备，安装在南京梅山铁矿井下进行试验，并于1984年7月通过了冶金部科技司和铁道部电务局的联合技术鉴定。1986年太钢配料站开通。这是国内第一个计算机联锁系统。2、铁道部科学研究院通信信号所研制的TYJL-I型驼峰编组场尾部微机联锁系统作为国家级科研项目于1989年末通过鉴定，并在郑州北编组站使用，这是计算机联锁系统应用于国家铁路的开始。3、铁科院通号所研制的TYJL-II型计算机联锁系统于1993年又在拉滨线平房站开通。我国第一个双机热备计算机联锁系统。--P13我国计算机联锁发展的第一个阶段-全套引进1、英国西屋公司的SSI计算机联锁系统——86年开始，原定郑州局小李庄站。因系统只允许有5条长调车进路，若增加进路需扩展计算机容量，且所需甚巨。搁置数年后移至长调车进路不足5条的丁营站。2、美国GRS公司的VPI计算机联锁系统——91年广州局红海站开通。这是我国铁路干线上的第一个计算机联锁系统（单机结构）。3、日本京三制作所的K5型二乘二取二计算机联锁系统——96年济南局周村站开通。4、意大利安萨尔多公司的ACC三重冗余计算机联锁系统——96年京九线南北两段共开通13个站。5、德国西门子公司的SIMENS-W型三重冗余计算机联锁系统——98年京九阜阳枢纽开通四个场。6、瑞典ABB公司的EBILOCK850型计算机联锁系统——96年开始引进，北京局百子湾，至今未能开通。--P14我国计算机联锁发展的三个阶段第一阶段

自主研发

DS6-30、TYJL-I、TYJL-II、DS6-11、JD-1A、TYJL-2000、CIS-1、TYJL-III

全套引进

SSI、VPI、K5、ACC、SIMENS-W、EBILOCK850--P15我国计算机联锁发展的第二个阶段-引进集成1、铁科院通号所的TYJL-TR9——核心硬件采用TRICON三重冗余容错控制器，1996年在哈尔滨铁路局密山车站开通使用。2、通号公司研究设计院的DS6-20——采用美国GE公司的三重冗余GENIUS系统构成，曾开通了6个站场。3、通号公司研究设计院的DS6-K5B——采用日本京三公司的K5核心硬件，2001年在兰州局陇西站开通了第一个车站。--P16我国计算机联锁发展的三个阶段第二阶段

引进核心硬件进行系统集成

TYJL-TR9、DS6-20、DS6-K5B、EI32-JD、TYJL-ECC、TYJL-ADX第三阶段

现阶段--P17我国计算机联锁发展的第二个阶段-引进集成4、北京交通大学的EI32-JD——采用日本信号株式会社的二乘二取二冗余结构的EI-32系统的核心硬件，2003年6月在北京局张辛站开通了第一个车站。5、铁科院通号所的TYJL-ECC——引进西门子公司最新的ECC三重冗余联锁系统的核心硬件，2003年8月在兰州交接站开通了第一个站场。6、铁科院通号所的TYJL-ADX——引进日本日立公司的ADX二乘二取二计算机联锁系统的核心硬件，2004年11月在哈尔滨局桦南站开通了第一个车站。--P18我国计算机联锁发展的第三个阶段-

CTCS体系

2004年在北京召开的国际铁路联盟UIC大会，正式宣布确立CTCS体系。

CTCS-2级列控系统♣基于轨道电路加点式应答器传输列车运行许可信息并采用目标距离模式监控列车安全运行。♣系统主要由车站列控中心、轨道电路、应答器、车载设备等构成。--P19我国计算机联锁发展的第三个阶段-既有线列控系统集成创新应答器—技术引进欧洲标准应答器。

LEU—技术引进（外国公司进行了“透明化”改造）。车载设备—技术引进（外国公司进行集成和适应性改进）。轨道设备—既有设备。列控中心—自主研发（关键结合部采用了欧洲标准和国外企业标准）。（二乘二取二硬件安全冗余结构的系统平台（铁科、通号院、卡斯柯、和利时均采用了自主研发的平台）。--P20CTCS-3级列车控制系统--P21CTCS-3级列车控制系统--P22我国计算机联锁发展的第三个阶段功能上♣列控中心技术（发展契机）♣站区一体化系统技术上♣借鉴引进系统，自主开发易于达到高安全性的、采用整体硬件安全冗余结构的高等级计算机联锁系统。♣采用安全信息传输技术及分布智能化技术。♣全电子化。管理上♣进一步标准化和规范化，健全维护维修体制，完善测试测验制度。♣逐步建立认证制度。--P23--P24铁科院我国现有计算机联锁系统概况通号交大微联卡斯柯TYJL-IITYJL-TR9TYJL-IIITYJL-ECCTYJL-ADXDS6-11DS6-20DS6-K5BDS6-60JD-IAEI32-JDiLOCKVPICIS卡斯柯公司联锁产品--P25K5B--P26交大微联计算机联锁产品

--P27铁科院计算机联锁产品--P28TYJL-IITYJL-TR9TYJL-III计算机联锁系统的技术要求《TB-T_3027-2002_计算机联锁技术条件》总则计算机联锁是以计算机为主要技术手段实现车站联锁的信号系统。计算机联锁应能满足各种车站、车场（不含驼峰场）规模和运输作业的需要，应保证行车安全,提高运输效率,改善劳动条件,并具备大信息量和联网能力。计算机联锁必须工作可靠并符合故障-安全原则。联锁计算机必须采用高可靠性硬件和冗余结构。计算机联锁软件的安全完整性等级宜划分为5级，由高至低依次为4～0级。等级的划分等同于EN50128和EN50129的规定。有关电源、电磁环境、外部接口、人机接口（考虑操作失误）等环境条件和使用条件的设计应采用与安全完整性等级相适应的设计方法。联锁计算机在发生一处故障与一次错误办理同时存在的情况下，不得产生危险侧输出。计算机联锁的硬件和软件结构应实现模块化和标准化。计算机联锁应能与其他信号系统结合,并能与其他管理信息系统交换数据。计算机联锁与其他系统通信时，应遵循规定的通信协议。计算机联锁应能够与分散自律调度集中系统接口，向其提供车站状态信息，接收调度集中传来的操作命令并予以执行。计算机联锁应能够与无线闭塞中心、车站列控中心等列控系统接口，向其提供行车必要的状态信息，接收传来的信号降级显示命令并予以执行。计算机联锁应能与微机监测系统接口，向其提供室内外联锁设备的联锁状态监测信息。

--计算机联锁必须向规定的软件检测设备提供必要的接口。--P29--P30计算机联锁系统的硬件结构计算机联锁系统的软件结构计算机联锁功能计算机联锁系统的冗余结构计算机联锁系统的结构及技术特点计算机联锁仿真技术计算机联锁系统的操作与表示--P31计算机联锁系统的硬件结构操作表示终端人机会话层接口电路（信号机、道岔、区段等）联锁层接口层（监控层）室外设备层诊断维护终端通信任务调度联锁运算采集安全监督根据计算机联锁系统的层次结构，计算机联锁系统的硬件结构如下图所示：操作表示主机诊断维护主机输出外围设备--P32计算机联锁系统的层次结构操作员台诊断维护台人机会话层与控制台相比，丰富了图像显示的颜色，增加声音报警与提示，还可增加安全性预检查、操作提示、信息记录、历史回放等功能。联锁层技术上：进一步完善了联锁控制功能；提高可靠性、安全性；便于系统维护、升级、改造。经济上：降低设备投资成本；节省基本建设费用联锁机接口层与继电联锁相同。室内外接口电路--P33计算机联锁系统的硬件结构计算机联锁系统配线结构图--P34--P35计算机联锁系统的软件结构操作员台软件操作命令处理与发送；站场与信号设备信息显示；操作信息提示；报警；与CTC、TDCS、ATS等接口。计算机联锁软件任务调度；联锁运算；安全管理；输入输出控制；与列控中心、CBTC等其它系统通信诊断维护软件系统诊断与维护；操作与表示记录；故障报警信息记录；历史回放等。软件--P36任务调度与安全管理包括仿真测试数据--P37任务调度与安全管理-任务调度

通过I/O选址，读取输入板的状态信息；根据应用设计的联锁软件，进行联锁逻辑运算；通过I/O选址，发送控制命令至输出板，并且可以控制单断和/或双断输出板；通过非安全通信任务，完成与操作员台、诊断维护子系统、其它联锁机、仿真测试系统等进行非安全通信的任务；通过安全通信任务，完成与其它联锁机、其它安全系统进行安全通信的任务；每个通道分别进行本通道的联锁运算，再进行双通道比较。--P38任务调度与安全管理-安全管理

产生安全检查信息，由主任务生成，发送至安全检查模块实时刷新缓冲区的数据，并检查确认该项刷新的实际效果；对每一块输出板进行检查，实现对每一个输出端口的安全诊断；根据安全控制系统的要求，安全检查模块应独立与逻辑运算模块之外，实现独立的安全监督功能。--P39冗余管理-采集共享各联锁机独立对同一个采集信息进行独立采集。通过安全通信将各自采集的信息互相传递，根据设计需要，实现有条件的采集信息共享。避免了单套系统采集断线或受到干扰时对系统的影响。采集信息共享建立在安全采集和安全通信的基础之上。--P40冗余管理-采集共享BOOLCJGX=((.N.SDA-DI*.N.SDB-DI*.N.SDA-B*VRDFRNT-B+CJGX*.N.CJGXT*.N.VRDT)*.N.SIM*.N.SIM-B*VRD)TIMEDELAY=8SECONDSBOOLCJGXT=(SDA-DI+SDB-DI+SDA-B)TIMEDELAY=1SECONDSBOOLVRDT=(.N.VRDFRNT-B)--P41冗余管理-并行输出各联锁机独立进行联锁运算。备机与主机该信息运算相同时，被机有条件进行同时输出。避免了单套系统输出断线时对输出的影响。并行输出建立在安全输出和安全通信的基础之上。并行输出要保证双机对继电器的输出线极性不要接反，否则互相抵消--P42冗余管理-并行输出BOOLOUTEN=(SYSA-DI*VRD+SYSAF*VRD+SYSAHF*VRD+.N.SYSA-DI*SYSBHF*.N.CJGXT*AGREE*PERM1P*MMICH-OK*VRD)LXJ-SBO=(OWN[LXJ]*SAME[.N.SIM]*(SAME[SYSA-DI+SYSAHF]+SAME[.N.SYSA-DI*SYSBHF*CJGX]*OWN[LXJBT]))--P43计算机联锁系统的冗余技术操作员台单机冷备双套热备N+1冗余备份其它子系统网络：冗余备份电源：双套UPSSDM：一般采用单套联锁机单机双机热备二乘二取二三取二为了提高系统的可靠性和安全性，计算机联锁系统大多采用了冗余结构。计算机联锁冗余技术的发展最早采用的计算机联锁系统曾采用单机结构，其可靠性和安全性远远不能满足车站联锁的严格要求。后来改为双机热备结构，来提高计算机联锁系统的可靠性和安全性。与此同时，开发了采用屏蔽技术的三取二系统，3个CPU运算结果两两进行比较，产生危险输出的可能性极小。但是，存在着不能停机检修的问题。近几年，又推出二乘二取二系统，由两个CPU构成一个子系统执行联锁任务(主机），另两个CPU处于热备状态（备机），这就大大提高了计算机联锁系统的可靠性，而且方便维修。当前，主要干线的技术改造都要求采用二乘二取二系统。--P44--P45

计算机联锁系统的冗余结构-双机热备双机热备冗余结构示意图：联锁机A联锁机B操作员台1操作员台2切换电路A网B网操作员台N+1输出--P46

计算机联锁系统的冗余结构-双机热备一个联锁机作为联锁主机，执行联锁运算、采集、驱动；另外一个联锁机虽然也进行联锁运算、采集，但不控制输出；两套联锁机互为主备；当一套故障时，另外一套可以通过无扰切换成为主机；两套联锁机之间也可以进行人工手动切换。双机热备的联锁系统可以与单机操作员台连接、与双套热备操作员台连接，也可以与N+1冗余热备的操作员台连接。--P47

计算机联锁系统的冗余结构-二乘二取二操作员台1操作员台2切换电路A网B网操作员台N+1二乘二取二冗余结构示意图：通道1通道2比较联锁机A通道1通道2比较联锁机B输出--P48

计算机联锁系统的冗余结构-二乘二取二每套联锁机有两个通道执行联锁任务；两个通道选用用不同的硬件和相异软件执行联锁任务；每个通道进行独立运算，只有当两个通道的运算结果相同时才产生有效输出；只有当两个通道同时发生了同样的错误时，才有可能产生危险输出，大大提高了系统的安全性。两套联锁机的热备关系以及与操作员台的连接与双机热备相同。--P49

计算机联锁系统的冗余结构-三取二三取二冗余结构示意图：联锁机A联锁机C操作员台1操作员台2表决器A网B网操作员台N+1输出联锁机B--P50

计算机联锁系统的冗余结构-三取二三套联锁机同时执行联锁任务；每套联锁机进行独立运算，当其中任意两个联锁机的运算结果相同时才产生有效输出；只有当两个以上联锁机同时发生了同样的错误时，才有可能产生危险输出，大大提高了系统的安全性。三套联锁机的同步要求严格，当其不能同步输出时，势必不能及时产生希望的结果。表决器是系统的瓶颈，应具备更高数量级的可靠性与安全性。与操作员台的连接同双机热备。计算机联锁系统的操作与表示计算机联锁软件的功能-标准站--P52计算机联锁软件的功能-标准站--P53--P54计算机联锁系统的仿真技术在经过严格的人工设置后，联锁机才会转入仿真测试状态；已经转入仿真测试状态的联锁机，不会自动转为实际使用状态而错误地将仿真测试的计算结果输出给继电器。联锁机设置为仿真测试状态的步骤是（假设需要将联锁B机转为仿真测试机、而联锁A机仍然处于“主机”状态。反之亦然。）：1) 关闭联锁B机，VLE板上插入“仿真测试检查模块”；2) 将双机切换用钥匙从“自动”位置转动到“联锁A机”位置（当另一台联锁机需要转为仿真测试时，本台联锁机必须转为“人工指定主机”的状态）；3) 联锁B机重新上电开机；与联锁B机联接的MMI设置为“仿真测试状态”。一般建议将A、B机网络实现物理隔离。铁道部对计算机联锁产品的严格审查2.上海南站检测报告标准站检测报告铁道部对计算机联锁产品的严格审查铁道部对计算机联锁产品的严格审查--P58系统不可检出危险间隔：3.99X1012小时；平均故障间隔时间（MTBF）：2.12×108小时；平均故障维护时间（MTTR）：0.25小时；系统可用度：99.9999998%例：iLOCK系统的安全性和可靠性指标SIL4级认证铁道部对计算机联锁产品的严格审查--P59铁道部对ILOCK的审查从2001年起，卡斯柯公司从ALSTOM引进成熟的安全型专用联锁机技术，结合既有的通过铁道部检测和认证的VPI系统联锁软件及人机界面等开发成果，进行了iLOCK（2*2取2）智能安全型计算机联锁系统的国产化开发。2006年3月23日，iLOCK系统通过铁道部运输局组织的上道试用技术审查。2006年4月14~17日，iLOCK系统通过铁道部电磁兼容性测试。2006年4月17日，iLOCK系统通过铁道部防雷测试。2006年11月23日，iLOCK系统国产化通过ALSTOM安全审查，获得了ALSTOM正式颁发的安全证书。--P60铁道部对ILOCK的审查2007年2月1日，iLOCK系统标准站联锁软件通过铁道部计算机联锁检验站的测试。2007年5月25日，iLOCK系统通过铁道部测试组进行的现场系统测试。2007年7月25日，iLOCK系统通过铁道部技术审查。2008年6月，iLOCK第二版标准站计算机联锁软件通过了“铁道部铁路车站计算机联锁检测站”的制式测试。2008年9月23日，iLOCK系统获得铁道部行政许可。--P61--P62iLOCK系统组成智能安全型计算机联锁系统—iLOCK，是在一般的“2取2”或者“双系热冗余”安全结构的基础上，再增加独立的“故障－安全”校验CPU，采用NISAL专利技术，构成的智能安全型计算机联锁系统。iLOCK系统由以下6个子系统组成联锁处理子系统（IPS）人机界面子系统（MMI）值班员台子系统（GPC）诊断维护子系统（SDM，含微机监测－－可选）冗余网络子系统（RNET）电源子系统（PWR）--P63iLOCK联锁处理子系统（IPS)介绍IPS子系统硬件介绍IPS子系统软件介绍--P64IPS子系统硬件--P65iLOCK系统的印制板VLE板VPS板I/OBE2板I/OBUS2板VIIB板VOOB板--P66IPS子系统软件IPS联锁处理子系统软件包括“系统软件”和“应用软件”两部分。系统软件包含IPS的主任务软件和仿真测试接口、系统诊断等辅助软件。这些软件是IPS的系统软件基础，不随具体应用环境和应用对象而改变，即除非选用不同系列的iLOCK系统，否则每个站的系统软件都是相同的。

应用软件是一套描述具体某个系统实际联锁逻辑功能的软件。应用软件由应用工程师在BOOL-CAD软件包支持下完成，以满足不同联锁车站的数据和联锁规则要求。应用软件必须经CAA软件包编译检查、生成iLOCK系统专用的应用数据（ADS）后才能被系统所接受执行。系统芯片系统芯片应用芯片应用芯片--P67联锁软件示例BOOLX-LRKJ=((X-LRC*.N.X-LZQA*.N.X-LKJ+X-LRC*.N.X-LZQA*X-LXJJEN*X-LXJEN*.N.X-LJYJJL+X-LRKJ*X-LXJJEN)*.N.X-LQJ*.N.X-LQASTE*.N.X-LXJ)BOOLX-LKJ=(X-LKJ*.N.3-9DG-SJ*LOCAL+X-LKJ-VS2*.N.3-9DG-SJ*REMOTE+X-LRKJ*(3-9DG-SJ*13-15DG-SJ*3-5-DBJ*7-9-DBJ*15-17-DBJ*11-13-DBJ*.N.3-5-FCJ*.N.7-9-FCJ*.N.15-17-FCJ*.N.11-13-FCJ*SI-LZJ+……--P68联锁软件示例--P69联锁软件示例BOOLX-LXJJEN=

(X-LKJ*(3-9DG-DGJGX*13-15DG-DGJGX*IG-DGJGX*3-5-DBJ*7-9-DBJ*15-17-DBJ*11-13-DBJ*.N.D15-KJ*.N.XDZ-ZJ*.N.D15-ZJ*.N.SI-LKJ*.N.SI-DKJ*SI-LZJ*XI-ZCJ*.N.XI-LXJP+……BOOLX-LXJJ=

(((X-LXJ*X-LXJJ+X-LRKJ)*X-LXJJEN*.N.X-LQJ+X-LJYJ*.N.X-LQJ*X-LXJJ)*LOCAL+X-LXJJ-VS2*REMOTE)--P70联锁软件示例--P71联锁软件示例BOOLX-LXJEN=(.N.3-9DG-SJ*.N.13-15DG-SJ*.N.3-9DG-CJ*.N.13-15DG-CJ*3-5-DBJ*7-9-DBJ*15-17-DBJ*11-13-DBJ*.N.SI-ZCJ*XI-ZCJ*.N.SI-LPZCJ*XI-LPXJEN*XI-LPKJ+……BOOLX-LXJ2=((X-LRKJ*X-1DJ+X-LXJ*X-1DJ)*.N.X-LQJ*X-LXJEN*X-LXJJ*X-LXJJEN*.N.X-LXJCKF*.N.X-YAJ*.N.X-YZJJ*LOCAL*XJUP+X-LXJ-VS2*X-LXJEN*.N.X-LQJ*REMOTE*XJUP)BOOLX-LXJ=(X-LXJ2*.N.X-LXJCKF+X-LXJ*.N.X-LXJT*.N.X-LQJ*.N.X-LXJCKF)--P72联锁软件示