微机联锁系统市场调研报告

我国铁路微机联锁控制系统市场调研报告××××××××公司×××Rockey×月

目录1概述 -3-1.1联锁的概念 -3-1.2联锁设备的发展 -3-1.3微机联锁的功效与特点 -4-1.4我国微机联锁的现状与前景 -4-1.5文章的构造 -5-2微机联锁系统的原理和有关技术 -6-2.1微机联锁控制系统原理 -6-2.1.1微机联锁系统的层次构造 -6-2.1.2微机联锁系统的硬件构成 -7-2.1.3微机联锁系统的软件功效分解 -7-2.2微机联锁的可靠性保障技术 -8-2.2.1技术概述 -8-2.2.2系统级保障技术 -9-2.2.3设备级保障技术 -10-2.2.4网络通信保障技术 -11-2.3微机联锁的故障-安全保障技术 -11-2.3.1技术概述 -11-2.3.2系统级保障技术 -12-2.3.3设备级保障技术 -12-2.3.4I/O通道级保障技术 -13-2.3.5信息传输的保障技术 -14-2.4本章小结 -14-3市场现有联锁系统及其配备 -15-3.1双机热备配备的微机联锁系统 -15-3.1.1TYJL-II型微机联锁系统 -15-3.1.2DS6-11型微机联锁系统 -17-3.1.3JD-IA型微机联锁系统 -19-3.1.4VPI型微机联锁系统 -21-3.1.5CIS-1型微机联锁系统 -22-3.1.6JT-DE型微机联锁系统 -23-3.1.7MicroLokII型微机联锁系统 -24-3.2三取二配备的微机联锁系统 -25-3.2.1TYJL-TR9型微机联锁系统 -25-3.2.2TYJL-ECC型微机联锁系统 -26-3.2.3DS6-20型微机联锁系统 -27-3.2.4HOLLiASVSI型微机联锁系统 -28-3.3二乘二取二配备的微机联锁系统 -29-3.3.1EI32-JD型微机联锁系统 -29-3.3.2DS6-K5B型微机联锁系统 -31-3.3.3TYJL-III型微机联锁系统 -32-3.3.4HOLLiASVSI型微机联锁系统 -32-3.4其它基于PLC的微机联锁系统 -34-3.4.1北京钢铁研究院的双机热备联锁系统 -34-3.4.2上海亨钧铁路信号微机联锁系统 -35-3.4.3合工大研制的HJ04A型微机联锁系统 -35-3.5本章小结 -36-4联锁系统设备生产厂家 -37-4.1铁科研通信信号所 -37-4.2全路通信信号设计院 -39-4.3北京交通大学与交大微联科技 -40-4.4卡斯科信号公司 -42-4.5和利时系统工程有限公司 -43-4.6法国ALSTOM公司 -43-4.7法国ALCATEL公司 -44-4.8德国SIEMENS公司 -45-4.9法国CSEE公司 -46-4.10美国GE公司 -46-4.11日本京三制作所 -47-4.12日本信号株式会社 -47-5分析总结 -49-

1概述本章首先简要介绍联锁及联锁基本内容的概念，并对联锁设备的三个重要的发展过程进行了描述。另外，本章还重点介绍了微机联锁的功效与特点，并对其在国内的发展前景做了简朴的展望。1.1联锁的概念联锁是铁路信号确保行车安全的重要技术方法，指的是信号设备与有关因素的制约关系。广义的联锁泛指多个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，从而确保行车的绝对安全。总而言之，车站内信号、道岔以及进路之间的互相制约的关系就称之为联锁关系，简称联锁。联锁的基本内容涉及：避免建立会造成机车车辆互相冲突的进路；必须使列车或调车车列通过的全部道岔均所比在与进路开通方向相符合的位置；必须使信号机的显示与所建立的进路相符合。进路上各区段空闲时才干开放信号；进路上有关道岔在规定位置时才干开放信号；敌对信号未关闭时，防护该进路的信号机不能开放。同时这三点也是联锁最基本的三个个技术条件，只有在满足了这三点条件，联锁才干成立，列车进路与调车进路才干安全进行。1.2联锁设备的发展控制车站的道岔、进路合信号，并实现它们之间的联锁关系的设备，称之为联锁设备。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，以确保行车安全。联锁设备分为正线车站联锁设备合车辆段联锁设备。联锁设备早期为机械联锁，后来发展成为继电器集中联锁。随着3C技术的快速发展，计算机联锁已经成为联锁设备的重要发展方向。其中，机械联锁是最古老的联锁方式。在机械联锁中信号机与道岔的控制杆互相锁闭，联锁关系遵照因果关联原则或者有关进路原则。后来在长时间年内始终占领主导地位的集中式机械联锁控制系统就是在传统机械联锁的基础之上发展起来的。1927年基于布线逻辑的继电联锁控制系统问世。与机械联锁不同的是，继电器联锁的联锁逻辑由继电电路实现，道岔和信号机不再由操纵杆控制，而完全由继电联锁控制系统自动完毕道岔和信号机的安全控制。其中，6502继电联锁控制系统由重力式安全型继电器构成控制电路。该系统较好的实现了安全联锁功效，并且在故障状态下能够确保控制系统的安全性。直到今天，继电联锁在我国的铁路系统中仍然占据着重要的地位。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。到上世纪末，世界上已有不少国家开始大面积推广使用计算机联锁控制系统。计算机联锁控制系统的应用也标志着铁路信号自动控制进入了一种全新的发展阶段。1.3微机联锁的功效与特点计算机联锁是用微型机算计的软硬件和其它某些电子、继电器件构成的，含有故障-安全性能的实时控制系统。其安全可靠、解决速度快，与继电集中联锁相比含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，并且设计、施工、维修和使用大为方便，是一套全新的系统设备。微机联锁控制系统的联锁功效涉及以下几点：1）联锁逻辑运算：接受ATS或车站值班员的进路命令，进行联锁逻辑运算，实现对道岔和信号机的控制；2）轨道电路信息解决：解决列车检测功效的输出信息，以提高列车监测信息的完整性；3）进路控制：设定、锁闭和解锁进路；4）道岔控制：解锁、转换和锁闭道岔；5）信号机控制：拟定信号机的显示。微机联锁控制系统的特点有下列几个方面：1）性能方面：大大减少了系统的设计与施工工作量，并方便系统的功效扩容与完善；提供当代化的声像图文显示，人机交互功效完善；系统可靠性和安全性更高；2）经济方面：性能价格比高，适于大型车站的系统应用；采用分布式系统构造，节省干线电缆的使用造价；体积小、占地面积小，车站规模越大，面积节省更为明显；3）维护方面：安装、运行、维修费用大幅度减少；含有自诊疗、故障定位等功效，可实现远程实时控制；继电部分构造简朴，便于维护；4）其它方面：系统便于联网，为铁路信号系统的智能化和网络化方向发展发明条件。同时，微机联锁控制系统也存在一定的局限性，需要在构造和性能上进行近一步的研发：1）系统应用大量的电子元件，需要在抗电磁干扰及防雷害等方面采用防护方法；2）系统中实现联锁逻辑的计算机一旦出现硬件故障，其影响会很大，甚至使系统不能工作。因此微机联锁控制系统必须时刻关注系统的构造与性能，提高可靠性和可用性。1.4我国微机联锁的现状与前景我国第一套微机联锁设备于1984年在南京梅山铁矿地下运输线正式开通，而后陆续在冶金、矿山等铁路试用。1989年，铁科研通号所研制的微机联锁系统首先在郑州北编组站峰尾开通，这是微机联锁系统应用于国家铁路的开始。而后，铁科研通号所于1993年在哈局平房站安装计算机联锁，通号总公司于1994年在浦口交通站安装计算机联锁。至此，我国铁路开始在铁路干线采用微机联锁系统。1998年，铁道部加强了计算机联锁的上道管理，并实施“三证”制度，即制造许可证、制式监测合格证、产品合格证，以确保计算机联锁系统的主动、稳妥、健康发展。现在，我国已经研制出了多套适合我国铁路和城轨交通特点的计算机联锁系统。以铁科研通号所、通号总公司、北京交通大学、卡斯科公司等单位为代表的生产厂家相继通过铁道部的技术鉴定，有的已经达成了国际先进水平。在此过程中，我国还相继引进美国、法国、英国、德国、日本等地的计算机联锁系统共20多个站。但是由于各个方面的因素，重要是不适应我国铁路运输和联锁的特点，实际运用中大多数效果不甚抱负。因此，继续加大在微机联锁系统领域的研究，将国外先进的技术引进并致力于设备国产化进程是现在我国微机联锁系统的重要发展方向。现在国内已有近千个车站装配了微机联锁系统。其中重要采用由通用的工业控制计算机构成的双机热备系统，少部分采用了由国外专用机构成的双机或多机系统。随着实践经验的积累，系统的性能也会不停的提高。而随着卫星的高精度定位以及通信技术的广泛应用，将给铁路信号系统带来深远的影响。总之，铁路信号计算机联锁控制系统将向着低成本、高效率、高安全、高可靠及信息化、智能化、网络化和综合自动化的方向快速发展。1.5文章的构造本文旨在介绍国内微机联锁系统的现状及原理，并重点对市场上重要应用的不同配备的微机联锁系统进行描述，最后对设备的生产厂家作简要的介绍。文章的构造以下：第一章为概述，介绍了联锁和联锁设备的概念，并对我国微机联锁系统的发呈现状和发展前景进行了简要分析；第二章为原理介绍，分别对微机联锁系统的功效安全原理、可靠性保障技术、以及故障-安全原理进行了介绍，从而对微机联锁系统的内部原理有初步的理解；第三章为核心内容，其按照配备的不同对市场上重要应用的微机联锁系统进行了细致介绍，并分析了各个产品的优缺点，从中找出该产品在市场上的重要发展方向和发展前景；第四章是厂家介绍篇，该章对微机联锁产品的重要生长厂商进行了介绍，分为国内和国外两大部分；文章在最后做了总结，并对××公司在微机联锁系统领域的发展作出了展望。

2微机联锁系统的原理和有关技术本章的重要内容是微机联锁系统的有关原理，以及确保微机联锁系统设备正常稳定运行多个技术。其中车站信号联锁系统应当重点关注三方面的问题。第一是在正常工作状态下的系统功效与安全问题；另一方面是系统在非正常工作状态下的系统安全问题；最后是系统的可靠性保障问题。本章将就这三方面的问题分别进行讨论，涉及系统的原理、可靠性保障以及故障-安全原则等有关问题。2.1微机联锁控制系统原理2.1.1微机联锁系统的层次构造微机联锁控制系统是实现以进路控制为重要内容的联锁功效控制系统，它重要以色灯信号机、动力转辙机和轨道电路作为三大室外设备，并以电子设备实现联锁功效对轨道区段状态、信号状态和道岔状态进行监测，并对信号机和道岔实施控制的系统。图2-1为微机联锁控制系统的整体层次构造示意图。图2-1：微机联锁系统整体层次构造示意图(1)人机交互层：操作员通过操作与微机联锁机构进行信息的输入和输出操作，来反映设备的工作状态和行车作业状况，该层位于车站值班室内；(2)联锁层：微机联锁机构是系统的核心，它出了接受来自人机会话层的操作信息外，还接受来自监控层的反映信号机、动力转辙机和轨道电路状态的信息，并根据这些信息进行内部解决，产生对应的输出信息，即信号控制命令和道岔控制命令，交付监控层控制电路执行。联锁机构解决的都是二值逻辑信息，大多设在车站信号楼的机械室内；(3)I/O接口层：接受来自微机联锁层的控制命令，通过信号机控制电路和道岔控制电路，变化信号显示，驱动道岔状态转换；向微机联锁机构传输信号状态信息、道岔状态信息和轨道电路状态信息；(4)室外设备：重要涉及轨道（轨道电路）、道岔、信号机等现场设备，位于室外。2.1.2微机联锁系统的硬件构成由于铁路系统使用的微机联锁控制系统所要控制的对象数量诸多，或者控制对象所分布的地理范畴非常广，这时就需要多台计算机完毕输入输出功效，并再此基础上进行功效上的细致划分。图2-2是多台计算机参加的分布式微机联锁控制系统的构造框图。其中的联锁机与多台检测控制机笼通过串行通信网络连接，进行集中监视、操作和分散控制，并由此构成一套完整的系统。图2-2：分布式计算机联锁控制系统构造框图该系统的应用软件分别再多台计算机内运行，上位机的操作及显示软件再工控机1内运行；联锁机的核心联锁软件再工控机2内运行；输入输出软件分别再各个I/O机笼的计算机内运行；通信软件运行在全部的计算机中。该系统通过高速数据通道，扩展更多的实现输入输出功效的I/O机笼，以实现对较大规模车站信号系统的控制，并可实现区域计算机联锁。2.1.3微机联锁系统的软件功效分解普通来说，微机联锁系统的软件应含有下列功效：1）操作表达功效：涉及操作信息的解决和表达信息的解决，还涉及信息的维护与管理功效，以及有关信息的自动统计功效；2）联锁控制功效：其中进路建立阶段涉及进路选择、进路锁闭、信号开放、信号保持等四个部分；进路解锁阶段涉及自动解锁方式和非自动解锁方式，前者分为正常通过解锁和调车半途返回解锁，后者分为取消进路、人工延时解锁、故障解锁等等；3）设备控制功效：涉及信号操作功效、道岔操作功效、引导操作功效、非进路调车控制、平面调车溜放、站内道口控制等等；4）设备信息采集与驱动功效：涉及信息采集的输入和驱动控制信息的输出；5）接口预留功效：例如与调度集中系统联系的功效、与调度监督系统联系的功效、自动检测与诊疗功效等等。图2-3：微机联锁控制系统软件的总体构造图由以上的功效划分规则，以及完好软件所必备的层次化、构造化、模块化、原则化特点规定，铁路信号微机联锁控制系统应分为操作表达层、联锁运算层和I/O控制层。对应每层构造都有对应的控制软件。因此，系统必须涉及控制显示软件、联锁运算软件和I/O采集驱动软件，以及完毕各个软件模块间互相减缓数据的通信软件，如图2-3所示。由此可知，在只考虑功效安全的状况下，一套完整的微机联锁控制软件系统应当包含下列几个功效模块：控制显示软件模块、联锁软件模块、采集驱动软件模块和通信功效模块。各个模块的功效不同，对应的软件安全性规定也不尽相似，需要不同的看待和解决。2.2微机联锁的可靠性保障技术上节文章从功效安全的角度讨论了无端障的状况下，微机联锁系统实现联锁控制的原理。但是任何设备和装置的故障使不可避免的，因此就要对系统的可靠性进行研究，减小不可预知的故障发生概率，从而最大程度的提高系统的可靠性。本节文章将重点讨论这方面的内容。2.2.1技术概述为了提高系统的可靠性指标，人们在长久的研究中发展了两类技术。一类使避免和减少故障发生的技术，叫做避错技术；另一类是当系统的某部分发生故障时，系统仍能保持正常工作的技术，称之为容错技术。与其它电子系统类似，微机联锁控制系统重要也是通过避错和容错技术来提高系统的可靠性的。表2-1给出了微机联锁控制系统的避错技术和容错技术研究范畴及研究办法。表2-1：避错技术和容错技术研究范畴及研究办法对照表分类研究范畴有关技术避错技术硬件避错技术高可靠性元部件；环境防护；质量控制软件避错技术可靠性程序设计；程序验证容错技术系统级保障技术静态冗余；动态冗余设备级保障技术硬件保障；软件保障；数据保障网络通信保障技术硬件信道冗余；软件重发；数据编码；抗干扰设计其中，避错技术分为硬件避错和软件避错。前者重要是选择并使用高可靠性的元部件来构成微机联锁控制系统，并充足考虑到环境的因素，从而提高系统整体的可靠性；而软件避错技术最基本的是尽量减少软件中的缺点，确保软件不出错或者少出错。惯用的软件避错技术有：开展软件工程、加强软件可靠性管理、优化程序设计、强化程序验证等等。对于微机联锁控制系统的容错技术，重要是通过系统各部分的冗余来实现的，下面将分小节重点介绍系统级、设备级和网络通信三个层次的微机联锁控制系统的可靠性保障技术。2.2.2系统级保障技术为了实现微机联锁系统的可靠性指标，系统设计往往采用可靠性冗余构造配备。其中广泛研究和使用的冗余构造涉及3取2静态冗余构造，双机热备动态冗余构造和2乘2取2动态冗余构造。本小节重要对前两种构造进行简要介绍。一、3取2静态冗余构造3取2构造配备采用三台构造相似又彼此独立的计算机和表决器构成计算机表决系统。当其中任何两台计算机输出一致时，表决器就产生控制命令并输出。构成三模冗余系统需要解决表决技术和同时解决两大问题，特别时同时问题，能够采用共同时钟方式、时钟反馈调节方式、事件调节同时方式等等。三模冗余系统的平均无端障工作时间(MTBF)不及单模系统。这是由于MTBF的计算与系统的无限期工作有关，而在工作时间增加之后，任何模块的可靠性都会下降。而三模构造中最少要有两个模块正常，系统才干正常工作，因此没有单模系统可靠。但是系统不能无限期工作，即存在一种期限，在这之前的三模冗余系统的可靠度是高于单模系统的。而如果在三模系统中增加故障诊疗环节，并能够及时得到修复，则三模冗余系统的可靠性将大大提高。三模冗余技术不仅能够应用到系统级配备，还能够应用到系统中的每个功效模块的冗余配备当中，从而在提高每个模块可靠性的基础上提高整体系统的可靠性。这在下一小节中会有所涉及。另外，三模冗余配备不仅仅能提高系统的可靠性，还是保障系统故障-安全性能的有效方法，这在2.3节中会有具体描述。二、双机热备动态冗余构造双机动态冗余是最基本的二模动态冗余系统，它涉及三种工作方式：热备方式、冷备方式、温备方式。它们各自有各自的特点，合用于不同的场合。而对比这三种方式，热备方式能够满足控制的持续性、瞬时控制能力的规定。因此，双机热备冗余配备成为现在微机联锁控制系统广泛采用的构造之一。其基本思想是“单机确保安全，双击提高可靠性”。双机热备系统由两个独立单元构成，其硬件构造相似，能独立完毕规定的同样功效。正常工作两个单元均上电工作，同时采集并解决数据。但是只有工作单元的输出有效，并通过切换单元输出。两个模块都有故障检测功效并进行自检。当工作单元发现本身故障后，就发出控制信号给切换单元，由后者驱动热备单元工作，并驱动原工作单元停机维修。若是热备单元故障，则自动停机进行维修。双机热备冗余系统的构造如图2-4所示。图2-4：双机热备冗余系统的构造框图经计算表明，双机热备动态冗余系统的可靠度要比单模系统高出诸多，如果能够及时修复故障模块，那么双机热备动态冗余系统的可靠性将会进一步提高。2.2.3设备级保障技术要确保系统整体的可靠性，需要采用多个软硬件方法，确保各个模块能够可靠的工作。设备级的保障技术重要涉及三种，分别是硬件可靠性保障、软件可靠性保障、数据可靠性保障，下面分别简要介绍。一、硬件可靠性保障硬件的可靠性保障技术重要从故障检测技术以及故障屏蔽技术两个方面着手。故障检测技术是实现容错计算、提高系统可靠性的基础。只有检测故障模块才干进行故障屏蔽或者系统重组。其中惯用的故障检测技术涉及自检法、比较法、仲裁法、自检互检法等等。故障屏蔽技术涉及元件级屏障、逻辑级屏障和模块级屏障等等。其中，元件级故障屏蔽技术应用最多的涉及二模冗余、四模冗余和桥接冗余；逻辑级故障屏蔽技术用于那些不适宜放在功效模块一级上进行容错设计的核心硬核，涉及交错逻辑、编码状态机逻辑等；模块级故障屏蔽技术是通过构成N模冗余系统来实现的，其模型事实上就是NMR模型。另外，微机联锁系统还能够根据站场的实际状况针对对应模块采用N模冗余，从而提高局部的可靠性，有效的保障系统可靠性。二、软件可靠性保障软件可靠性保障技术涉及容错设计基本技术、容错算法以及减少程序失控的编程技术等等。其中，容错设计基本技术涉及NVP静态冗余构造设计、恢复块技术等；容错算法设计能够涉及到数值运算容错设计、逻辑运算容错设计等；而减少程序失控的编程技术涉及单字节指令的采用、减少多字节指令的使用、慎用堆栈操作指令、指令冗余、核心指令双重化、指令复执等等。另外，为了提高软件设计的可靠性，还能够在程序设计过程中采用程序失控的捕获技术，还能够将容错设计体现在接口软件的设计过程，涉及I/O接口设计和模拟量接口设计等。三、数据可靠性保障实现数据的容错，事实上就是对检错码和纠错码的应用。运用编码技术进行检错和纠错，是一种基于信息冗余的容错技术。但凡含有检错纠错能力的可靠性编码，都含有一定数量的冗余校验位。这样踩能够在数据的传输、存储和解决过程中，根据信息位和校验位之间的有关性进行检查，从而判断信息的出错并进行纠正。2.2.4网络通信保障技术这一小节重要讨论局域网的可靠性保障技术，其重要方式是采用多个冗余技术，即通过链路的冗余、节点的冗余、通信合同的冗余来提高整个局域网的可靠性。一、网络拓扑冗余网络拓扑冗余技术是根据不同的规定采用不同的网络拓扑构造，涉及环形网、树状网、总线网构造等构造。二、网络节点冗余节点冗余涉及网络接口板和节点计算机的冗余，并且规定各个节点都是二重化的。节点的冗余能够采用两种方式：网络上全部的节点都冗余化；只对特别重要的节点进行冗余化。三、数据链路差错控制数据链路差错控制技术涉及自动重复请求和前向纠错系统，用以确保数据在网络链路上可靠的从发送节点传到接受节点，从而提高设备的可靠性。四、传输通道的抗干扰设计惯用的抗干扰技术有开关触点抖动克制、负逻辑传输方式、提高输入墙的门限电压、线间串扰克制、提高数字信号电压等级等等。2.3微机联锁的故障-安全保障技术故障-安全是指在系统故障时，设备应当导向安全状态，即系统在任何部分发生故障及系统处在任何可能的外界环境中时，系统的输出规定处在安全状态。对于铁路信号联锁系统来说，确保不危及行车安全，并称这一原则为故障-安全原则。本节将重点讨论铁路信号微机联锁系统的故障-安全原则及保障技术。2.3.1技术概述安全侧分派办法是实现铁路信号故障安全的重要办法。其要点在于给微机联锁设备粉扑体安全侧，并在设备发生故障时，采用故障-安全技术使设备导向安全侧输出。现在，惯用的几个安全侧分派办法涉及以下几个：1）基于能量的定义：定义低能量的状态为安全侧，其中最惯用的是定义物体释放位能后所处的状态与安全侧对应，例如重力法等等。2）基于闭路法和串联法的定义：例如继电器的衔铁吸起，将这个闭路状态与被控对象的危险侧对应；而电路断电后衔铁落下，将这个开路状态与安全侧对应。3）基于时间的定义：在规定时间内为安全侧，如靠近锁闭、延时解锁等，通过信息延时解决来避免短时间错误信息和错误控制造成的不良后果。4）定义设备故障时维持现状为安全侧。另外，为了提高系统的故障安全度，还能够采用某些惯用的技术，例如危险侧故障率最小化技术、故障弱化技术等等，这里不再赘述。2.3.2系统级保障技术微机联锁控制系统是一种复杂的系统，因此首先要在系统级层面上满足故障-安全的原则。现在构成故障-安全计算机的办法重要有以下3种：1）基于单机闭环自诊疗的故障-安全计算机构造办法；2）基于单机采用软件冗余的故障-安全计算机构造办法；3）基于多机采用硬件冗余的故障-安全计算机构造办法。一、基于单机闭环自诊疗的故障-安全计算机构造办法该办法的核心在于依靠自诊疗程序实现计算机的故障-安全特性，它重要采用了以下的核心技术方法：1.安全条件电源电路：受微解决器输出的安全时钟信号的控制。系统正常工作时，电路向输出器件供电。反之则停止供电。2.输出口的闭环校验：并行逻辑出口向外输出的同时，向微解决器反馈输出信号，并与盼望值进行比较。当比较成果不一致时切断对输出器件的供电。3.输入电路的闭环校验：采用闭环检测办法，微解决器发出某种检测信号。同时通过采集通过器件、导线和继电器接点环路后的检测信号，校验环路上各器件及导线状态。二、基于单机采用软件冗余的故障-安全计算机构造办法在一台计算机内配备两套功效相似、版本不同的程序，这两套程序按照独立的格式一次对输入数据进行解决，并对成果进行比较。其中，这两个版本的程序采用：不同指令序列；含有相异数据定义的独立的数据资料；不同数据构造和寄存器。在正常状况下，两套独立程序解决的成果应当是相似的，比较一致后接通控制电路；发生软硬件故障时，由于两个版本程序的独立性，致使解决成果不一致，则切断控制电路供电，保障系统故障-安全性。三、基于多机采用硬件冗余的故障-安全计算机构造办法现在，基于多机硬件冗余的故展-安全计算机系统是微机联锁系统最受关注的保障技术。其中应用比较多的是3取2表决系统和2乘2取2表决冗余系统。用三台或者两台构造相似、彼此独立的计算机构成计算机表决系统。它们运行相似功效的程序，接受相似的输入信息，并行的对数据进行解决，并且对各个阶段的信息进行两两比较。当最少其中两台计算机的成果一致时，则产生控制命令并输出，从而实现表决系统。对于3取2表决系统，如果一台计算机出现故障，则整个系统转换为2取2系统，并不影响系统使用；当两台或两台以上计算机出现故障后，系统就锁住控制命令，并切断控制电流，从而实现故障-安全。对于2乘2取2冗余系统，如果其中一种2取2计算机出现故障，则系统切换到另一种2取2计算机系统，并不影响系统使用；两台计算机都出项故障时，系统就锁住控制命令，切断控制电流，从而实现故障-安全。2.3.3设备级保障技术设备级别的故障-安全保障技术需要考虑下列三个方面的问题——数据保障、软件故障、输入输出故障。一、数据故障-安全保障技术计算机联锁系统中参加联锁运算的数据被称为联锁数据，它可能会应为硬件故障、外界干扰而产生错误，也可能由于程序出错而派生错误。联锁数据的错误能够造成联锁运算的失效和错误，并造成危险的产生。因此，微机联锁系统必须采用对应方法，使系统数据出错后导向安全侧，重要有下列几个办法：1）采用不对称编码表达涉及安全的信息；2）核心数据异地多份存储；3）规范化数据构造与数据生成方式；4）数据完好的对的性检查。二、软件故障-安全保障技术在计算机系统中，软件系统扮演着十分重要的作用。如果软件出现差错，则可能通过接口使硬件发生失效或者误动，严重者会产生安全事故，并造成灾难性的后果。因此，计算机系统的故障-安全还需要软件系统来近一步确保。软件故障-安全性的重要研究内容涉及：1）软件故障-安全性需求分析；2）软件故障-安全性设计；3）软件故障-安全性验证；4）软件故障-安全性评定。在软件系统程序的设计阶段，必须要遵照下列方法，从而实现软件系统的故障-安全性：1）编制对的的规格阐明书，并按照阐明书进行高可靠性和高安全性软件的开发；2）采用模块化程序设计原则，从而实现研制工作的简化；3）采用构造化程序设计原则；4）采用对的的数据构造和良好的设计风格。三、输入/输出故障-安全保障技术该保障技术又称为输入/输出数据去向对的性保障，其考察重点在于计算机内所用的多个地址译码器。这里重要存在两个问题：1）最后驱动输入输出接口电平变化以形成动作命令的软件程序无法用双套程序比较等方法实现安全性保障；2）处在输出口位置的地址译码器故障将造成数据去向错误，而数据由于对应一种原则的驱动对象，因而起对象错误将造成危险的成果。2.3.4I/O通道级保障技术微机联锁控制系统涉及安全的信息必须要由故障-安全接口输出，并完毕对现场设备的状态采集和控制。而由于常规的接口电路普通不含有故障-安全特性，因此必须在软件和硬件两个方面采用对应方法，使当接口电路及其前端逻辑电路出现任何故障时，系统不能读入错误的危险侧信息，或者输出危险侧的驱动信号。对于故障-安全的输入接口，其任务时将室外设备的状态安全的采集并传送进来，因此故障-安全的输入接口要做到采用静态输入或动态输入方式，或者采用编码输入或者过程输入的方式，来有效的实现故障-安全原则。对于故障-安全的输出接口，为了避免因某些电路故障而造成输出常“0”状态，其设计普通采用动/静态变换电路实现安全输出。这样的电路总处在某种稳定状态，都不会引发继电器的错误动作，从而做到故障导向安全。2.3.5信息传输的保障技术在微机联锁控制系统中，通信网络肩负着铁路信号安全信息的传输使命。由于传输设备的故障或者传输通路的噪声使传输的信息发生错误是不可避免的，因此计算机联锁控制系统的安全信息通信网络必须是故障导向安全的。为此，首先要采用避错技术和冗余技术提高安全信息通信网络的可靠性，并尽量检测出传输设备和通路所发生的传输错误。然后，采用软件和硬件容错方法，确保在传输设备故障或者传输通路的噪声使传世的信息发生错误的状况下，确保通信信息的安全性。2.4本章小结本章是微机联锁系统的原理介绍章节，按照功效安全原则、非功效安全原则和故障-安全原则的次序，分别对微机联锁系统的工作原理、非工作状态下的原理以及故障-安全原理进行了介绍，从而能够对微机联锁系统的原理有一种概念性的理解，并为产品的具体特点和功效介绍打下一定的基础。

3市场现有联锁系统及其配备我国的微机联锁系统通过数年的发展，现在已经成为铁路信号领域的重要设备，也是关系到列车安全稳定运行的核心设备。现在国内市场上多个类型的微机联锁系统有诸多个，从事微机联锁领域研究工作的厂家也有诸多。为此，铁道部自1998年起加强了项目管理，开始对多个产品设备进行严格的技术质量评定，并制订了诸多规章制度来规范微机联锁系统领域的研究。从系统配备的角度来讲，现在市场上应用最为广泛的有三种，分别是双机热备配备、三取二冗余配备、二乘二取二冗余配备，属于这三种配备的产品也有诸多个。本章将以这三种配备为框架，系统介绍多个微机联锁控制系统产品的原理和应用，并对多个产品的特点和优势进行了具体介绍。3.1双机热备配备的微机联锁系统双机热备配备是现在技术比较成熟的硬件冗余配备方式，同时也是我国铁路使用的计算机联锁系统较多采用的硬件配备方式。本节内容将重点介绍含有双机热备配备特点的微机联锁系统，重要涉及TYJL-II型、DS6-11型、JD-IA型、CIS-1型等等。3.1.1TYJL-II型微机联锁系统TYJL-II型微机联锁系统是由铁道部科学研究院通号所研制开发的微机联锁系统，也是第一种在我国铁路投入使用、第一种实现双机热备、第一种通过铁道部科技成果鉴定的国产计算机联锁系统。该系统全方面采用高可靠性的工业控制产品，其核心核心部分采用专门研发的高可靠专用控制系统，全方面和多层次的故障－安全设计，再加上数年积累的经验和坚持不懈的努力确保了系统的高安全性。TYJL-II型系统采用可灵活配备的系统构造，含有远程和区域控制能力。可满足从特大型枢纽站场到都市轨道交通等不同规模和不同功效的需求。含有优良的性能价格比。符合铁道行业原则和各项，管理规范，首批获得铁道部颁发的生产特许证，被列为国家重点新产品。TYJL-II型微机联锁系统集信号联锁、计算机、网络通信和数字信号解决等先进技术于一体，能够在都市快速轨道交通的新线建设和旧线改造中替代进口设备，实现联锁设备的故障在线诊疗和状态维修，大大减少了故障恢复时间和维修工作量，减少运行成本。该项目的研制为我国都市轨道交通行车指挥和列车运行提供了必不可少的先进基础设备保障，从而进一步推动了都市轨道交通国产信号设备的技术进步。TYJL-II型微机联锁系统为分布式多微机系统，其重要设备涉及监控机（上位机）、控制台、联锁机、执行表达机、继电接口电路、维修机、电源屏、人机接口设备和室外设备等，其中监控机、联锁机和执行表达机均为双机热备构造，含有自动切换和保护功效，并含有脱机实验维修使用的能力。TYJL-II型微机联锁系统的构造框图如图3-1所示，从中能够看到系统硬件设备的构成与关系。TYJL-II型微机联锁系统的系统软件涉及人机对话层、联锁逻辑运算层和执行层三个层次，并采用C语言和汇编预言进行程序编写，采用通信软件进行数据的传输，实现微机控制联锁的功效。图3-1：TYJL-II型微机联锁系统的构造框图图3-2是TYJL-II型微机联锁系统的设备布置示意图，从中能够看出该系统的实际设备在现场的实际分布。另外，不仅仅是TYJL-II型微机联锁系统，其它TYJL系列的微机联锁系统的设备分布都是按照这种方式来设计的，在背面的该系列产品介绍时就不再赘述。图3-2：TYJL-II型微机联锁系统的设备布置示意图TYJL-II型微机联锁系统的硬件优势重要涉及下列几点：（1）为地铁行车组织和安全运行提供了先进、可靠的设备保障；（2）提高了都市快速轨道交通国产信号联锁设备的技术水平；（3）为提高地铁信号联锁系统设备管理和检修作业水平发明了必要条件；（4）减少了地铁信号联锁设备安装、调试和维护的工作强度；（5）为都市快速轨道交通新线建设和旧线改造在联锁设备上节省大量外汇和资金；（6）可节省联锁设备维修备品和功效扩展软、硬件修改所需经费；（7）减少了运行成本，为近一步减少信号系统的设备投入发明了条件。TYJL-II型微机联锁系统的软件按照硬件的构造划分为三个层次：人机对话层、联锁逻辑运算层和执行层，各个层次又能够根据功效划分为几个模块。其系统软件的构造如图3-3所示，多个软件包之间由专用通信软件实现沟通。图3-3：TYJL-II型微机联锁系统的软件层次构造另外，TYJL-II型微机联锁系统还能够与ATS、试车线和正线联锁等设备良好的结合，并能够向ATS中央系统提供进路、信号机、道岔、轨道电路、股道等状态信息，并采用可靠的隔离方法确保不影响联锁设备的正常工作。在市场应用方面，国内特大型枢纽站场（如沈阳、长春、哈尔滨等）全部采用TYJL-II型计算机联锁系统，该系统在大型复杂站场方面含有绝对的优势。同时，TYJL-II型计算机联锁系统也是第一种在国内都市轨道交通投入使用的微机联锁系统。1999年开通北京地铁四惠车辆段，开通北京西直门－东直门快速轨道交通全线16个车站，重庆轻轨较新线全线也采用了该制式的计算机联锁系统。现在TYJL-II型计算机联锁系统已在全国铁路、地方铁路、都市轨道交通以及厂矿专用线500多个站场开通使用，市场占有率全国第一。3.1.2DS6-11型微机联锁系统DS6-11型计算机联锁系统是根据铁道部科技发展计划的规定，由通号总公司设计研究院研究开发获得的成果。该系统是双机热备计算机联锁系统，采用品有高可靠性的工业控制计算机，运用网络通信技术构成多机分布式控制系统。DS6-11型计算机联锁系统在我国的国铁和城轨系统都有了比较广泛的应用。DS6-11型计算机联锁系统含有以下特点：1）联锁子系统采用动态冗余的双机热备构造，含有故障自动切换和人工切换功效，满足系统高可用性规定；2）联锁软件采用双份编码，模块化和构造化设计，程序设计原则化；3）安全输出采用动态驱动方式，表达信息输入采用动态编码方式，满足故障倒向安全规定；4）系统含有完善的自检测和故障诊疗功效，并可提供远程监视，为设备维护提供及时有效的技术支持；5）系统人机界面全部为中文显示，含有多个可选择的操作办法和表达方式；6）系统设立统一的原则时钟，可通过统一控制段的微机监测网络实现时钟的统一校正；7）系统含有远程通信接口，含有与其它信息系统联网交换信息的能力。DS6-11型计算机联锁系统为多机分布式构造。系统由控制台子系统、网络通信子系统、联锁子系统、监测子系统、输入输出接口电路组和继电器接口电路构成，如图3-4所示。其中，控制台子系统是调度集中（CTC）分机接口和车站值班人员的人机界面，由控制显示分机、行车控制台、站场显示设备、控制显示机转换机箱、CTC通信接口设备等构成；联锁子系统由热备的联锁双机构成，通过网络接受控制显示机发来的控制台操作命令，进行联锁和ATP速度控制逻辑运算，并通过采集接口驱动继电器工作，实现对道岔、信号机和ATP速度的控制；监测子系统的作用在于协助系统管理和维护人员分析事故因素，查找设备故障，以实现故障设备的及时修复；网络通信系统是一种局域网络，实现各个子系统之间的信息传输与交换；输入输出接口是微机系统与继电器接口电路之间的界面，其设计采用闭环工作方式和动态编码信号；继电器接口电路是微机系统与室外设备之间的接口，重要由信号点灯电路、道岔控制电路等等，采用AX系列继电器。图3-4：DS6-11型微机联锁系统硬件配备图DS6-11型微机联锁系统的软件部分分为两个层次，内层为系统软件，外层为应用软件。系统软件是各个子系统的管理和控制软件，它由实时多任务解决程序、设备管理程序和软件调试工具三部分构成；应用软件由站场数据库和应用程序两部分构成。系统的软件程序全部采用C或C++语言编写，涉及控制显示软件包、监测软件包、接口通信软件包、系统通信软件包、联锁软件包、输入/输出软件包、安全检查程序、辅助设计工具8个部分构成。其构造如图3-5所示。DS6-11型微机联锁系统于1995年研制成功，1997年起开始上道使用，并于1999年1月通过铁道部技术鉴定，同意推广使用。现在，该设备已经在我国铁路系统中有了较多的运用。与此同时，在城轨交通领域该产品也有较多的运用。例如在大连快轨3号线的正线采用的就是DS6-11型计算机联锁系统。改系统投入使用数年，系统运行稳定，安全可靠。图3-5：DS6-11型微机联锁系统软件程序构造图3.1.3JD-IA型微机联锁系统JD-IA型计算机联锁是北京交大微联科技股份有限公司研制的双机热备系统。它采用最新的计算机技术、总线技术、网络技术，实现了一套性能可靠、含有“故障-安全”性能、功效完善、操作简朴、维护方便的车站微机联锁系统。JD-IA型计算机联锁系统保存了6502电气集中的执行电路，涉及道岔启动电路、信号机点灯电路、轨道电路、多个联系电路等成熟的继电器电路，其它电路则由计算机联锁系统替代。计算机联锁系统的核心部分均采用双套热备，确保故障时不间断使用。JD-IA型计算机联锁系统的维修机能够实时监视车站运行状况、联锁系统的运行状况，统计车站值班员的操作状况、车站运行状况、及联锁系统故障、故障因素。为事故分析、电务人员维修计算机联锁系统提供协助。JD-IA型计算机联锁系统属于分布式计算机控制系统，其特点是分散控制、集中管理。系统涉及人机对话层、联锁运算层、执行表达层三大层次，系统构造如图3-6所示。其中，人机对话层涉及操作表达机和电务维修机，为车站值班人员和电务维修人员提供操作和显示界面；联锁运算层涉及联锁机和总线转换电路，根据接受的操作命令和采集的站场信息进行联锁运算，发出控制命令；执行表达层涉及了采集电路、输出电路、检测电路、接口配线、通道防雷和接口继电器，完毕驱动任务，进行设备的连接和防雷；另外，系统还保存了继电集中联锁的执行电路，涉及道岔控制电路、信号点灯电路、轨道电路及多个联系电路。JD-IA型计算机联锁系统的通信为双通信网络。采集、输出、检测电路采用外部控制总线方式，通过总线转换板与计算机ISA总线交换信息，并通过电缆与接口继电器组合架连接。JD-IA型计算机联锁系统的操作表达机、联锁运算机、总线转换电路、采集电路、输出电路、检测电路均为双套，构成双机热备型计算机系统。图3-6：JD-IA型计算机联锁系统体系构造图JD-IA型计算机联锁系统含有以下的构造特点：1）采用分离式总线控制器：提高了微机联锁整体的抗干扰能力和外部总线的扩展能力；2）独有的上电自动跟踪能力：备机上电10秒左右自动与主机同时，不必人工干预；3）完善的冗余构造：系统全部资源均采用双套构造。其中采集板为4倍冗余，提高硬件自诊疗能力；4）CAN网络双网并用：采用CAN网络的双网并用构造，提高系统稳定性；5）直接驱动偏极继电器：联锁机内部实现动态驱动，提高可维护性；6）动态驱动电路的双备份：双套驱动板能实现对输出电压进行回读检测，增加输出电路的自诊疗能力；7）强大的故障诊疗能力：联锁系统通过电务维修机对故障进行统计，为维修人员提供参考。JD-IA型计算机联锁系统的技术特点以下：1）采用独特的外部控制型总线控制器，实现计算机总线和控制总线的分离。系统抗干扰能力提高，兼容、扩展能力增强；2）联锁机、操作表达机之间采用双通讯网进行通信，双网同时工作，一旦其中一网故障，另一网仍可确保系统正常通信；3）联锁计算机通过故障安全型动态采集电路采集组合架继电器接点状态，每个采集接点通过两套电路同时采集，提高硬件自诊疗能力；4）联锁系统含有强大的故障诊疗能力，并通过维修机统计下来，供电务维修人员参考；5）电务维修系统可向其它系统提供本站的开关量信息，供监测系统、调监系统等使用。JD-IA型计算机联锁系统已经通过了铁道部技术鉴定，交大微联也成为国内仅有的四家可为铁路系统提供联锁产品的厂家之一。该系统现在已经应用于国内的铁路系统、客运专线系统、都市轨道交通系统之中，运行状态良好。3.1.4VPI型微机联锁系统VPI型微机联锁系统是由卡斯柯公司与ALSTOM公司合作，开发出的一种安全型双机热备配备的车站联锁设备。该系统是一种“故障-安全”的、以多解决器为基础的车站联锁信号控制系统，含有综合的控制和管理功效，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当代化发明条件。在工程实施中，能够以计算机联锁系统（VPI）为核心，构成涉及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。VPI型计算机联锁系统于1993年4月10日通过了中国铁路通信信号总公司的技术鉴定，被授于“科学技术成果鉴定证书”，并于1999年8月通过了铁道部评审，也使卡斯柯信号公司成为铁道部指定的四家计算机联锁研制生产单位之一。图3-7：VPI型微机联锁系统构造示意图图3-7是VPI型计算机联锁系统的构造示意图，该系统由联锁解决子系统（IPS）、人机界面子系统（MMI）、系统维护子系统、电源及网络子系统、室内接口电路子系统等构成。在功效上，VPI系统除了能够实现全部联锁的基本功效之外，还含有与其它系统设备接口的功效。具体涉及：与买方设备的结合、与调度集中/调度监督系统的结合、与道口信号结合、与ATS、DMIS等其它系统接口等等。VPI的双机热备按照下列原则设计：联锁机双机热备、MMI双机（多机）热备；UPS双机热备，双机故障后自动旁路；双网冗余；任一UPS、网络设备、联锁机和MMI正常，应当确保系统自动重组时，系统仍能够继续工作。同时这也是VPI系统的一种明显特点。VPI系统实现了硬件模块化，软件原则化，采用开放式系统构造，能与调度集中系统（CTC）、超速防护系统(ATP)、数字轨道电路等信号系统接口，并能与其它信息管理系统交换数据；VPI系统含有很高的可靠性，从人机界面（MMI）网络系统、电源系统到联锁机等设备均按冗余设计，在主机发生故障的状况下，将自动无缝切换到备机工作；VPI联锁机含有全方面的自诊疗功效。电务维修人员能够通过系统维护台查询错误信息，更换发生故障的模块或插件，在短时间内修复故障。同时，联锁机柜中的多个印制电路板上均设有表达灯，方便及时理解各印制板的工作状态；VPI的系统维护台顾客界面和谐，在线诊疗直观，故障回放便捷，查询联锁运算参数方便，操作简朴易学，以使含有中档文化水平的人员经短期培训后便能胜任VPI系统的日常维护工作。根据客户的规定，电务维护终端能够与信号维护支持网络联网，并含有远程诊疗功效。VPI系统的软件重要有输入、联锁运算、输出、系统校核、输出校核五大功效，其软件构成涉及系统软件和应用软件。系统软件和应用软件各由两个EPROM插在CPU/PD板上。这样的软件构成能够保障系统软件的安全运行，同时有效的进行系统级数据验证。正由于VPI型计算机联锁系统含有如此优越的性能，它也得到了诸多地铁和轻轨车站联锁系统的广泛应用。上海地铁2号线车辆段、上海轨道交通3号线车辆段、上海地铁1号线北延伸线均采用了VPI系统，而上海轨道交通3号线正线也采用了其升级替代产品VPI2型计算机联锁系统。同时VPI系列产品也广泛应用于国铁、停车场、港口等需要联锁设备的站点。3.1.5CIS-1型微机联锁系统CIS-1型计算机联锁是卡斯科信号公司在从原美国GRS公司（现阿尔斯通集团交通运输部所属美国公司）引进的VPI型计算机联锁系统作为基础，结合中国铁路运输的技术条件和当今世界快速发展的计算机网络技术，开发研制的能够满足大、中型铁路站场需要，并能够与其它计算机系统平台进行简便联网的新一代计算机联锁系统，并广泛合用于400组联锁道岔下列的铁路车站。CIS-1型计算机联锁系统由联锁机子系统、上位机子系统、维修机子系统、网络子系统、电源子系统、远程诊疗子系统及接口设备等构成，用两台共享式集线器和双网段隔离的以太网将全部设备连接起来，形成一种网络化的计算机联锁控制系统。每个子系统都能够单独工作并完毕对应的功效，同时这些子系统协调配合能够完毕联锁闭塞功效。CIS-1系统的构造如图3-8所示。图3-8：CIS-1型计算机联锁系统构造图CIS-1型计算机联锁系统的重要特点以下：1）网络化的系统构造：系统采用双网构造设计，各设备之间通过网络设备快速交换信息。网中任一处设备（如：网卡、集线器和网线）故障，系统仍能够正常工作，有效提高了系统长久工作的可靠性。系统能够根据顾客的特殊需求灵活构建网络构造。2）高性能的主机设备：系统核心设备采用进口的高品质工业控制计算机作为系统联锁解决主机。3）过硬的系统技术资质：系统硬件通过铁道部规定的电磁兼容检测、雷电防护检测；系统软件通过铁道部规定的软件安全检测；系统技术通过铁道部组织的专家技术审查鉴定；系统获铁道部《铁路车站计算机联锁设备制造特许证TTX404-0005》。4）系统主动跟踪同时技术：当任何一套联锁下位机发生故障或需要检修时，系统能够自动或手动切换到备机继续正常工作。备用机投入工作之后，自动联机并主动跟踪联锁主机的数据变化，在5秒以内获取系统同时数据，实现快速互相同时，大大提高系统可用性。5）上位机并行的特有工作机制：双热机并行工作方式可确保两台上位机同时进行车站作业，互不影响。6）完善的自诊疗技术和故障定位技术：系统能够实时检测设备工作状态，涉及主机、内存、多个板卡、网线等，判断其与否工作正常。当系统出现故障时能够进行定位，大大提高了维修效率。系统在使用过程中，能够得到实时的维护支持。7）在线模拟测试技术：系统提供在线模拟测试手段。当系统进行模拟测试时，系统以一套设备单机工作，由顾客对备用机进行模拟测试联锁关系。测试期间不影响现场的任何作业，避免了对运输的干扰。8）严格的监控体系：公司通过DNV（挪威船籍社）ISO9001:国际质量管理体系认证，系统生产质量受控于铁道部所属的铁路产品质量监督检查中心。另外，CIS-1型系统还设计加入了计算机辅助设计子系统（CAD），并面对设计部门，使其能够不以来制造厂商，独立完毕计算机联锁控制系统涉及硬件设立、站场数据、选路数据、图形联锁数据、联锁表数据、组合电路图、组合侧面配线表等的设计工作，达成现在继电联锁车站的设计水平。3.1.6JT-DE型微机联锁系统JT-DE型微机联锁控制系统是由北京交通大学研制的铁路车站信号控制系统，该系统为双机热备构造的微机联锁控制系统，涉及操作表达层、联锁控制层、继电组合三大构成部分，其系统构造如图3-9所示。图3-9：JT-DE型微机联锁控制系统构造框图由图可见，JT-DE型微机联锁控制系统的操作表达层由操作表达机子系统和电务维修子系统构成，完毕按钮操作指令和数据提示信息的接受和发送，以及系统运行状况等多个信息的显示功效，还能够回放站场的历史运行状况；联锁控制层由两套构造完全相似，互为热备的联锁机构成，完毕命令接受、联锁运算、通过接口电路采集现场状态、控制继电器动作、传送多个信息的功效；继电组合接口配线完毕联锁机采集接口电路和输出驱动电路与组合架上各继电器的连接，并根据接口的信息表进行系统配线，使组合架继电器与多个采集、输出驱动电路一一对应。同时，继电组合还要加装通道防雷器件，确保各级电路精确有效的动作。JT-DE型微机联锁控制系统含有以下的技术特点，从而较好的确保了该系统的安全性和可靠性：1）电子部分实现完全双套化，涉及联锁机、上位机、通信总线、I/O接口电路等等；2）采用独创的软硬双机热切换逻辑及电路，实现主机备机之间的无忧切换；3）实现了数据的安全性校验功效；4）针对微机联锁控制系统的特点，采用技术高度成熟的软硬件；5）集成度高、抗干扰能力强、能耗低；6）体积小、配线简洁、换板方便、实现故障自诊疗，方便设备维修7）实现了软硬件自检测和互监测功效，并提供清晰的故障报告；8）系统采用安全输入电路作为采集电路，电路故障时动态脉冲中断或时序错误，设备导向安全侧，符合“故障-安全”原则规定；9）预留远程监督与控制功效，为实现更高水平和更大范畴的自动化与信息化提供平台。3.1.7MicroLokII型微机联锁系统MicroLokII型微机联锁系统是美国US&S研制开发的双机热备系统，它是基于安全微解决器的计算机系统和接口/通信系统。MicroLokII型微机联锁系统被用作安全联锁控制器和AF-904型轨道电路的串行通信中介。MicroLokII型微机联锁设备中的核心部件是MicroLokII系统。它是完毕安全联锁控制逻辑和速度逻辑的系统，是一种安全的基于微解决器的用轨旁联锁逻辑执行铁路运输安全功效的专用计算机系统。该系统基于专用的安全构造，含有软件的差别性和可诊疗性。该系统执行安全的联锁逻辑功效，驱动全部的安全I/O设备，采用安全的串口通信合同与相邻的MicroLokII系统和其它的子系统接口通信。MicroLokII的安全软件固化在CPU上。软件分为执行程序和应用程序两大类。执行软件程序是固化在硬件上的原则的安全软件。每个受控制的集中站的应用软件都是特定的。应用软件程序在MicroLokII开发系统上编写与编译。其开发文档由US&SI软件控制程序PR-1320管理。MicroLokII的编程和诊疗工具由编译器、模拟器、非易失性应用程序存储器的编程软件和端口模拟器构成。编译器、模拟器和编程软件允许顾客对系统的应用软件作编写、修改和校验。端口模拟程序被用来监督或模拟任何串口。这些应用软件的工具软件在一台带有兼容串口的便携式计算机上。这些工具软件是应用软件的一部分，服从于认证和确认质量及安全保障。MicroLokII诊疗程序允许对输入和输出的每个比特功效做测试。MicroLokII型微机联锁系统能够实现下列功效：联锁运算控制功效、数字数据传输功效、区域速度限制功效、终点站作业和折返作业功效、紧急停车功效、监督列车间隔功效、TWC排列功效等。MicroLokII型微机联锁系统中的联锁MicroLokII单元需要和下列设备通信：轨道MicroLokII单元；从联锁MicroLokII单元；NVLE单元；相邻联锁MicroLokII单元。另外，轨道MicroLokII单元还需要与联锁MicroLokII单元和AF-904模块进行通信。这些通信都是通过RS485接口或者RS423/232链路来实现的。3.2三取二配备的微机联锁系统为了进一步提高我国微机联锁系统的技术水平和可靠性，与国际铁路信号技术接轨，满足我国铁路列车速度不停提高、运行密度不停加大的规定，进行了三取二微机联锁系统的研究。它采用三重系的容错计算机，含有更高的可靠性、安全性和可用性。下面重要介绍现在国内含有三取二配备的微机联锁系统。3.2.1TYJL-TR9型微机联锁系统TYJL-TR9型微机联锁系统也是铁科研通号院的产品。与TYJL-II型系统相比，它最大的区别在于它从输入模块、主解决模块到输出模块全方面实现三重系统，以确保系统中任何部分的单永久性故障或瞬间故障发生时系统仍能无差错、不间断的工作。其集中式的系统构造如图3-10所示。TYJL-TR9型微机联锁系统含有下列的特点：1）高可靠性：联锁主机双路电源互为备用；主解决器三取二配备，并可自动降级为二取二运算；I/O板内各点都有三条独立电路进行三取二。2）高安全性：三重冗余构造和高诊疗覆盖率使系统主机达成IEC1508安全原则的三级水平，确保了系统I/O的“故障-安全”。3）高可用性：上位监控机双机热备，联锁主解决器三取二运行，故障板可在不中断联锁系统运行状况下在线替代，故障率极低。4）可靠的联锁软件库和简朴的软件设计：联锁安全软件和联锁功效软件相分离，按照IEC1131原则设计联锁通用软件库，通过了严格审核和完善测试。5）设计施工简朴：完全内部实现三重系，外部仅是一套系统，没有复杂的切换电路，数量比双机热备减少了一倍，并取消了动态继电器，维修工作量大大减少。6）便于现场维护：含有广泛的在线自诊疗功效，能够快速进行故障定位和诊疗。7）能够带故障运行：自动完毕切换功效，运用热备模块，继续运行，并能够提供故障报警，以供远程诊疗功效的实现。图3-10：TYJL-TR9型微机联锁系统的构造框图其中，TYJL-TR9型微机联锁系统的容错主机的容错能力是通过系统的输入模块、主解决器模块和输出模块三大部分的全方面三重系构造来实现的。这就确保了系统中任何部件出现单永久性故障或由种因素造成的栓见故障发生时，容错系统仍然能够无差错和不间断的工作。图3-11是TYJL-TR9型微机联锁系统容错联锁机的原理图。可见每个I/O模块都有三条完全独立的分电路，输入模块的每条采集分电路，分别采集表达信息，并将采集成果通过三条I/O总线送入对应的主解决器。后者通过专门的高速总线系统进行同时通信，并对输入数据进行表决。每个主解决器模块根据表决后的输入数据执行联锁承袭，并将产生的输出数据通过各个I/O总线送至输出模块，在输出模块上进行硬件表决后输出，驱动继电器工作。图3-11：TYJL-TR9型微机联锁系统容错联锁机原理图系统的软件开发以IEC-1131作原则，在功效上充足考虑擦了软件设计的安全性和可靠性，提供了以系列保密授权等级管理方法及完善的可打印文档。联锁软件采用功效图块编制，逻辑关系简朴、高效、清晰、易懂，便于调试、修改和审核。系统采用面对对象的编程方式，如信号、道岔、区段等联锁逻辑均做成原则模块，通过严格审核测试后，加入到联锁软件中，便于供具体站场使用。在系统功效扩展方面，TYJL-TR9型微机联锁系统预留了诸多接口，以满足其与其它有关系统配套的能力，涉及微机监测、远程诊疗、计算机辅助设计、现场测试软件等等。现在TYJL-TR9型计算机联锁系统已经投入使用在天津津滨轨道交通系统中，成为第一种在国内都市轨道交通投入使用的容错计算机联锁系统，运行效果良好。3.2.2TYJL-ECC型微机联锁系统TYJL-ECC型三取二容错计算机联锁控制系统同样来自于铁科研通号所的研制，它采用了西门子公司铁路信号控制专用的故障-安全计算机和操作系统。该系统全方面遵从欧洲电子技术原则化委员会的原则，并通过了最高级别——SIL4级的安全认证，含有强大的信息解决能力和接口能力，在功效和规模上均可灵活配备，能适应多个规模的站场，易于实现综合信号的一体化控制。TYJL-ECC型容错计算机联锁系统设备由联锁机、监控机、车务控制台(人机接口)、继电接口、电务维修机、系统电源等部分构成。其系统的配备同TYJL其它系列的产品类似，只是在容错联锁主机的配备上有所区别。在输入输出信息的采集方面，采集和驱动通过INOM模块实现，同一块INOM上面现有采集点又有驱动点。每块INOM板提供16个信息采集点和16个驱动点，每个采集点及对应表达都对应一种固定采集信息，每个驱动点及对应表达都对应一种固定驱动信息。对于接口的配备，TYJL-ECC系统能够与CTC、TDCS、微机监测等信息系统接口，采用RS232或RS422串口通信方式；系统能够与CTC、TDCS接口从监控机引出，与微机监测接口从维修机引出；系统与轨道电路、信号机、道岔、场间联系、站间联系等采用继电接口，继电器接口内容涉及信号机、道岔、轨道以及按钮等诸多继电器。TYJL-ECC型三取二容错计算机联锁控制系统是新一代的容错微机联锁控制系统，其安全性和可靠性较TYJL-II型系统都有了很大的提高。但是有关其在实际站场的应用还需要时间的考证，相信TYJL-ECC型系统会在信号领域发挥巨大的作用。3.2.3DS6-20型微机联锁系统DS6-20计算机联锁系统是通号总公司设计研究院开发的含有三重冗余（三取二）构造的高性能的计算机联锁系统。该系统的联锁子系统和输入输出接口部分，采用品有容错和故障-安全性能的GMR(GeniusModularRedundancy)系统。GMR系统由美国GEFANUC公司生产，经国际技术检测机构认证，合用于高可靠性和高安全性规定的实时控制系统。其构造涉及操作层、联锁运算层、直接控制层三大部分。DS6-20型计算机联锁系统的联锁软件全部由DS6-11系统移植，因此，DS6-20系统是通号院独立开发的成熟的软件与引进国外高性能的硬件完美的结合。整个系统分为操作层、联锁运算层、直接控制层三大层面。按功效模块划分为控制显示模块、监测模块、通信模块、接口模块、采集模块、执行模块等六个部分，每个模块的硬件和软件含有相对的独立性。模块之间通过网络互联，实现信息的交换。DS6-20系统的硬件设备由控制显示分机及控制台、监测分机及外部设备、联锁分机、输入采集分机、输出控制模块、通信模块、继电器结合电路七大部分构成，其系统构成如图3-12所示。图中所示的监测分机、控制显示分机、通信模块都通过双冗余工业控制局域网互联，联锁分机、输入分机和输出控制模块通过三冗余GENUIS工业控制网互联，构成三级分布式控制系统。图3-12：DS6-20计算机联锁系统构成框图其中，联锁分机是计算机联锁的核心控制设备，完毕联锁逻辑运算、系统冗余管理、“故障-安全”确保等功效。系统采用三重系构造，三台分机硬件配备完全相似，同时运行，采用三取二的表决方式。联锁分机通过通信模块与控制显示分机、监测分机互联。通过三重系工业控制网络与输入采集分机、输出控制模块互联，构成安全可靠的三重冗余系统。而接口部分的GMR系统配备软件能够对主机、网络通信、输入输出模块含有完善的自测试和诊疗监视功效，能够自动隔离发生故障的模块，含有很强的容错能力。DS6-20型微机联锁系统于1997年10月开始上道使用，1999年1月通过铁道部技术鉴定，同意推广使用，效果非常良好。3.2.4HOLLiASVSI型微机联锁系统HOLLiASVSI型微机联锁控制系统是由北京和利时公司研制的铁路车站信号控制系统，其核心部件为三取二构造的计算机联锁控制系统。该系统继承了国内从80年代开始微机联锁系统设计和制作经验，借鉴国外先进技术，充足运用和利时公司先进计算机技术，用安全设计办法，在设计制造和实验的全过程实施严格的质量管理。HOLLiASVSI三取二计算机联锁系统是专门为信号联锁研制的专用机，在设计中对“故障-安全”需求分析是作为整个系统最重要的一部分。其软硬件设计符合铁道部TB/T3027-《计算机联锁技术条件》；达成软件制式检测规定的可靠性和安全性规定；安全性规定划分软件安全性完善度等级，并采用与拟定等级相适应的技术方法；遵照软件质量确保体系、软件生命周期来设计、开发和测试软件；所设计的程序应模块化、构造化、原则化。图3-13:HOLLiASVSI型微机联锁控制系统构造图HOLLiASVSI系统含有多层构造，各功效层通讯通过原则接口。其调度及操作部分设备属于非安全设备，联锁控制及室外部分设备属于安全设备。改系统由联锁控制子系统（下位机）和操作子系统构成。计算机联锁控制子系统包含：安全联锁计算机（SIC）、输入(ICM)、输出(OCM)控制模板三大部分，全部为安全型印制电路板。操作子系统由操作员站（上位机）和电务维修机构成。图3-13是HOLLiASVSI型微机联锁控制系统的系统构造图。整个系统采用无扰自动切换的高可靠性冗余构造，其切换能够在不中断联锁的前提下自动完毕。同时系统也能够手动切换，手动优先于自动。系统能够实现的功效涉及显示操作、报警、监视、站场画面回放、历史信息显示、系统设备状态显示和报警统计列表等等。软件设计方面，上位机系统中操作员站和历史监测站运行的是可靠的实时多任务操作系统；联锁机软件系统是三台计算机完全独立的运行相似的程序，以完毕三取二表决的三模松散耦合式故障-安全计算机系统；而电务及监测软件系统运行的是高可靠的实时多人文操作系统。在接口设计方面，HOLLiASVSI三取二计算机联锁系统的多个接口与通道确保长久使用的高稳定性和高可靠性，系统遵照故障-安全原则进行设计，并能通过以太网或单工串口与其它自动化或管理系统，如调度集中系统、调度监督系统、TDCS系统（DMIS）、微机监测系统等连接，与之信息交换。HOLLiASVSI型微机联锁控制系统含有以下技术特点：1）采用原则化模块；2）系统模块和带电热插拔；3）报警显示能够快速定位到通道级；4）联锁逻辑部分采用3取2模式计算机，提高了安全性；5）输出模板采用回读比较技术；6）使用多个冗余技术，涉及采用信息冗余、板内部通道冗余、I/O设备的二模冗余等；7）I/O模板自带CPU，全部采用双断技术。总之，和利时的HOLLiASVSI型计算机联锁设备集合了国外先进技术与中国具体特点，是能够应用于国铁和城轨交通领域的计算机联锁系统。现在还需要在实际线路中进行进一步的运行测试，以确保系统在实际设备中的安全稳定运行。3.3二乘二取二配备的微机联锁系统二乘二取二配备，顾名思义，其联锁系统的联锁机有两套，每套内有双CPU，满足系统“故障-安全”的规定。二乘二取二系统是为了进一步提高计算机联锁系统的可靠性而开发的。现在在我国市场上使用的该配备的微机联锁系统有以下几个。3.3.1EI32-JD型微机联锁系统EI32-JD型微机联锁系统采用日本信号株式会社研制的硬件系统，即EI32电子联锁系统硬件，由北京交通大学及交大微联公司研制软件系统，从而形成的二乘二取二系统，含有“故障-安全”性能，其核心部分均采用双套设备，确保故障时不间断使用。EI32-JD型微机联锁系统含有以下的系统特性：1）联锁机/驱动采集机硬件及驱动采集电路为日本信号株式会社产品。联锁机为二乘二取二构造，分为Ⅰ、Ⅱ系，各系内部为二取二构造，双系互为热备；2）联锁功效和驱动采集功效分离，每套驱动采集机均为二乘二取二冗余构造；3）单系为双CPU构造，双系各自独立，含有自律功效；4）联锁机和驱动采集机之间采用双环光缆构成专用局域网，物理通道为双倍冗余；5）继电器输出驱动的末级采用独立电源隔离技术，避免因线路混线使继电器误动；6）操作表达机为双机热备构造，支持设备集中和设备分散两种制式，合用于区域联锁。EI32-JD型微机联锁系统属于分布式计算机控制系统，也称为集散型测控系统，其特点是分析控制，集中管理。系统涉及人机会话层（操作表达层）、联锁运算层、执行层等三个层次，其系统构造如图3-14所示。图3-14：EI32-JD型微机联锁系统构造框图图3-14中的操作表达机也称为上位机，它和联锁机构成上下位分层构造。操作表达机接受车站值班员的操作命令，含有办理进路等操作功效、站场等信息显示功效、给电务维修转发信息的功效。操作表达机双机热备，系统运行时两台操作表达机同时工作，一台主用，一台备用。当主用操作表达机发生故障时，系统自动切换到备用机。重要操作表达机运行时，接受鼠标操作，向联锁机发送车站值班员的操作命令，播放语音提示信息。备用操作表达机运行时，不接受鼠标命令，不向联锁机发送车站值班员的操作命令，不播放语音提示信息；但是能够接受联锁机传送过来的站场状态信息，实时显示站场运行状况和系统运行状况。联锁机也称为下位机，它接受操作表达机下发的操作命令，进行联锁运算，根据运算成果产生控制命令，并通过LAN通信将控制命令传送到驱动采集机；通过LAN通信接受驱动采集机传送的站场状态信息，并将站场状态、提示、故障等信息传送给操作表达机。联锁机采用双机热备的动态冗余，两套互为主备用，不分主次。每套联锁机内为二取二构造，双CPU分别运算，比较一致后输出。系统运行器件，一套联锁机作为主机运行，另一套联锁机作为备机运行。两套及其同时接受操作表达机发送的命令，同时通过LAN通信接受两套采集电路所采集的站场状态信息，进行联锁运算，产生控制命令，并通过接口驱动继电器工作。EI32-JD型微机联锁系统的软件运行在WINDOWSNT操作系统环境下，全部采用C++语言编写。整个系统人机界面和谐，操作简朴，维护方便。在预留接口设计方面，EI32-JD型计算机联锁系统保存了继电集中联锁的执行电路，涉及道岔启动电路、信号机点灯电路、轨道电路以及多个