三、计算机联锁

随着微机技术的迅速发展，尤其是对于可靠性技术和容错技术的深入研究，计算机联锁正在取代继电集中联锁。根据各国对计算机联锁的研究和试用情况来看，计算机在逻辑功能和信息处理方面具有很强的功能，非常适用于车站联锁。

计算机联锁是用微型计算机的软硬件和其他一些电子、继电器件组成的具有故障一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、维修和使用大为方便。计算机联锁是铁路信号系统从有接点到无接点的飞跃，是信号设备采用计算机技术的重要突破口，它的研制成功和推广使用使铁路信号自动控制进入了一个新的发展阶段。

1 ．计算机联锁的发展概况

车站联锁设备经历了从机械联锁到继电联锁的发展过程，并进行过电子联锁的试验，目前正在向计算机联锁发展。

随着电子计算机尤其是微机的迅速发展和推广使用，以及可靠性技术的进步，各国相继研究计算机联锁，从软件入手，采用通用计算机，通过软件冗余来实现故障一安全。我国第一个计算机联锁于 1984 年在南京梅山铁矿地下运输线上正式开通，后陆续在冶金、矿山等铁路试用。 1989 年开始应用于国家铁路， 20 世纪 90 年代予以推广。

目前通过铁道部技术鉴定的有铁道科学研究院通号所研制的 TYJL –Ⅱ型、 TYJL- TR9 型计算机联锁，通号总公司研究设计院研制的 DS-11型、 DS6-20 型计算机联锁，北京交通大学研制的 JD-1A 型计算机联锁，卡斯柯公司研制的 VPI 型、CIS-Ⅰ型计算机联锁。为了进一步提高计算机系统的安全可靠性，又开发了 2X2 取 2 系统，有北京交通大学研制的 EI32 -JD 型和通号总公司研究设计院研制的 DS6-K5B 型。

TYJL -Ⅱ 型计算机联锁已经运用于北京、广州、南京等地铁。 VPI 型计算机联锁已经运用于上海地铁。 DS6 -11 型计算机联锁运用于大连快速轨道交通 3 号线。

而在上海地铁 2 号线正线则采用美国 US & S 公司的 MieroLok Ⅱ型计算机联锁系统。广州地铁 1 号和 2 号线正线、深圳地铁 1 号线正线、南京地铁准号线正线采用德国西门子公司的 SICAS 型计算机联锁系统。

2 ．计算机联锁的特点

计算机联锁与传统的继电集中联锁的主要区别在于：

( 1 ）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。

( 2 ）计算机发出的控制信息和现场发回的表示信息，均能由传输通道串行传送，可节省大量的干线电缆，并使采用光缆成为可能。

( 3 ）用 CRT 屏幕显示代替现行的表示盘，大大缩小了体积，简化了结构，方便了使用，还可根据需要多台并机使用。

( 4 ）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。

在计算机联锁里，就不存在方向电路、方向电源的电路层次结构，对于长调车进路一次解锁、中途返回解锁等都能合理地实现。

与继电集中联锁相比，计算机联锁具有以下显著优点：

( 1 )进一步提高了安全性、可靠性

( 2 )增加和完善了功能

（3）方便设计

( 4 )省工省料，降低造价

此外，计算机联锁易于实现标准化，可缩短设计周期和施工周期，并可降低设计、施工、维护费用。由于施工、改建和故障修复时间的缩短，减少了对运输的干扰，其经济效果是显著的。

3 ．计算机联锁的基本原理

计算机联锁，通常采用通用的工业控斜微机，由一套专用的软件来实现车站信号、进路、道岔间的联锁关系。它实质上是一个满足故障一安全原则的逻辑求值器，自动采集、处理信号机、道岔、轨道电路的信息，把车站值班员的控制命令和现场的各种表示信息输入计算机，再根据储存在计算机内的有关条件，进行联锁关系的逻辑运算和判断，然后输出信息至执行机构，实现对车站信号设备的控制和监督。它实现的是多变量输入和多变量输出的复杂的传递函数的转换。、

( 1 )计算机联锁的硬件构成

①室内外联系方式

计算机联锁室内设备与室外监控对象之间的联系有专线方式和总线方式两种。

专线方式像继电集中联锁一样，室外各监控对象（信号机、道岔、轨道电路）直接用专用的电缆芯线与室内设备相联系。其特点是，采用计算机联锁代替继电集中联锁的室内设备时，室外设备不需改造。专线方式可用于既有继电集中联锁的改造。

“总线方式是将监控对象按位置划分为若干群，在每一群附近设一个由微机或继电器组成的集中器。集中器用来实现对象群与室内联锁机之间的控制和状态信息的交换。

②按功能模块划分的多微机结构

按执行功能的微机数量划分，可分为单微机系统和多微机系统两类。

在多微机系统中，将整个功能划分为若干相对独立的功能模块，分别由微机进行处理。根据功能的繁简，模块的划分不尽相同。有的仅划分为联锁模块和人机对话模块（处理与控制’台、键盘及 CRT 的信息交换）。有的划分为人机对话、联锁和维护三个模块。有的则划分为人机对话、联锁、维护、诊断与监控对象通信等模块。有的甚至将联锁模块再划分为选择和执行两个模块。

按功能划分为多个模块，分别由各自的微机进行处理，这便于设计、修改和扩展，而且多个模块具有相对独立的并行处理性能，可提高整个系统的处理速度。

③可靠的硬件结构

计算机联锁属于高可靠系统，提高可靠性的方法大致有避错法和容错法两类。避错法采用高可靠的部件和微机系统，提高施工质量及提供良好的工作环境，以减少系统失效的可能性。容错法则容许某种失效的存在，而使其后果不致造成系统工作失效，或能及时发现而缩短修复时间。

为了能及时发现故障，计算机联锁系统均采用故障检测硬件（需软件配合），如专用的维护处理器和诊断处理器等。为了在故障后使系统不至于停止工作，采取了二模动态技术和静态屏蔽技术。

二模动态冗余指主机故障时由备机（热备）自动代替。该冗余技术多用于人机对话模块和联锁模块中。静态屏蔽技术是 3 取 2 表决技术，多用于联锁模块中。

④ 安全性硬件结构

状态信息的采集采用动态输入的方式。微机按规定格式周期地输出代码，该代码经继电器接点输入到微机中去。微机可检验输入的代码是否畸变来判断输人电路是否失效。

控制信息的输出采用动态驱动的方式，将控制码以串行方式输出。该动态输出经静态鉴别电路来驱动继电器工作。

( 2 )计算机联锁系统的软件概述

在多微机的计算机联锁系统中，每一微机都有相对独立的软件。为使微机之间能协调工作，还必须有类似操作系统的调度软件。这些软件应当是可靠的、高标准的和易于扩展的。不同的计算机联锁系统实现上述软件的组成和原则是不一样的。

①联锁的实现

联锁是一种比较复杂的功能。在实现联锁处理时，如果完全离开已由实验验证的继电集中联锁而另行研究一种新的逻辑算法，难免潜在着逻辑错误的危险。因此，以继电集中所实现的联锁为依据编制联锁处理程序，一般认为是一种有效的途径序原理上可由继电电路变换而成。

在设计继电电路时，由于继电器的接点数量有限，所以必须考虑接点的复用，或者说必须考虑合并电路的问题。而在程序设计中，接点相当于数据，而数据的使用是不受限制的，不需考虑电路合并所遇到的问题。

②数据结构

在联锁程序中，参与逻辑运算的逻辑变量统称为数据。数据可按信号机、道岔和轨

道电路等监控对象划分为相应的数据块。例如对一组道岔来说，在数据块中应包括道岔定位操纵、反位操纵、定位表示、反位表示、道岔锁闭等数据结构。数据量确定后，数据块的格式就定型化了，也就是说数据块本身与车站数据结构无关。

③程序模块化

一条进路从办理到解锁需经历一个过程。这个过程包括操作、选路、道岔动作、选排一致性检查、进路锁闭、信号开放等阶段，以及进路解锁阶段。

阶段的划分与车站结构无关，因此对应每一个阶段的程序应是模块化的。对于每一个阶段的程序，也可按数据块的结构再划分为若干个子模块，这样可使联锁程序尽量模块化，以摆脱受车站结构的影响。

④提高软件可靠性的措施

软件可靠性一般指软件本身完成指定功能的能力。对于联锁程序来说，就是指程序本身

是否能正确地实现联锁要求。软件的缺陷或故障是指在开发设计阶段考虑不周造成的。在投入使用前，尽管经过检验和调试，也可能有潜在错误而未被发现。提高软件可靠性的措施，类似于提高硬件可靠性的措施，也是从避错、检测和屏蔽三方面来考虑的。

在计算机联锁系统中，检测软件故障的技术多采用双软件技术（软件冗余），即针对同样联锁条件，由不同设计者，采用不同的数据结构、不同的程序结构甚至不同的语言设计成两套程序，将其运算的中间结果和最终结果进行比较，当比较一致时才有控制输出。

软件故障屏蔽技术主要是采用三个功能相同的软件（三台微机分别执行或单机执行），就其运算结果进行多数表决。只要任何两个运算结果相同时，表决的输出即为可靠的。