矿 业 工 程 ６０ Ｍｉｎｉｎｇ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ 第９卷第６期 ２０１１年１２月 铁路信号计算机联锁控制系统发展概况 李明锋梁琼 （中冶北方工程技术有限公司，辽宁鞍山１１４００９） 摘要：介绍了目前我国钢铁行业铁路信号计算机联锁的发展现状，并根据现场使用情况进行评价和比较。 关键词：铁路信号；计算机联锁；工业环网；单环双节点；双环 中图分类号：Ｕ ２８４．３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７１—８５５０（２０１１）０６～００６０—０３ １．１．１ 性能方面 ０ 引言 ——设计。与继电联锁控制系统相比，计算机 从１８２５年第一条铁路在英国诞生以来，安全 和效率就成为铁路运输所面临的主要问题。１８３０ 年出现铁路信号，１８５６年第一套机械式车站联锁 联锁控制系统在设计阶段能够借助现有成熟的多种 计算机编程软件平台进行设计工作，其自带的大量 功能模块、程序组，并可使用Ｃ、ＶＣ、ＶＢ等多种 控制设备诞生，１９２７年基于布线逻辑的继电联锁 系统问世。我国铁路的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，该系统很好的 语言直接进行设计，从而使设计工作得到大幅的简 化。另外在设计过程中，随时使用仿真软件对其设 计成果进行检验，以减少由于设计问题引发的时间 和资金的浪费。 ——实现了安全联锁功能，并且在故障状态下能够保证 控制系统的安全性，同时提高了作业效率。直至今 制造和施工。计算机联锁系统中，其复杂 天继电联锁在我国铁路系统中仍占重要地位。 ２Ｏ世纪６０年代，人们开始尝试采用电子器件 的逻辑和计算功能都由处理器完成，故其硬件结构 简单，使其结构紧凑、重量轻、节省占地空间，施 取代继电器构成铁路信号电子联锁控制系统。８Ｏ年 代有关单位相继展开了计算机联锁控制系统的研制 工作。１９８４年通讯信号总公司研制出国内第一套车 站计算机联锁系统。１９８９年铁道科学研究院生产的 工工作量大幅减少。且计算机联锁系统集成周期 短，对于订货和施工时间的要求比继电器系统低。 ——使用。计算机联锁系统无疑能够提供更为 强大的多种功能，其快速反应能力、故障点快速诊 计算机联锁系统在国内首次应用。１９９４年铁道科学 研究院、通讯信号总公司研究院的计算机联锁控制 系统分别在国内客货列车车站应用。 断能力和故障分析能力等都是传统继电器系统不能 够提供的。并且系统还可以根据使用者的需要定制 多种方便快捷的声、像、图、文、表显示，使人一 机交互的功能更加完善，内容更丰富，信息量更 １ 计算机联锁控制系统的特点 目前，广泛使用的联锁控制系统是电气联锁控 制系统，即继电联锁控制系统。继电联锁控制系统 的性能稳定、抗干扰性强、可靠性高，但是功能不 大，工作效率更高。并可通过网络连接，进行远程 监控。 ——计算机联锁系统的兼容性高，能够提供多 种开放的网络通讯标准。不同厂家提供的系统可以 够完善、成本高、占地面积大、改造困难。结合继 电联锁控制系统从有关设计、制造、维护和使用的 方便地通过通讯方式兼容到一起，可节省大量后期 设备改造投资。并且可通过硬件和软件版本升级直 接提升系统性能。 １．１．２经济方面 一一性能以及经济等方面对计算机联锁控制系统的特点 进行阐述。 １．１ 计算机联锁控制系统的优点 收稿日期：２０１１～０５～２１ 随着电子与计算机技术的发展，计算机联 采用分布式系统结构时计算机控制系统可 锁的性价比更高； ——作者简介：李明峰（１９７９～），男（汉族），辽宁鞍山人，中冶北方 工程技术有限公司工程师。 以省去干线电缆，大幅降低工程造价； ２０１１年第６期 李明锋等 铁路信号计算机联锁控制系统发展概况 ６１ ——体积小、占地小，易于车站扩大规模； ——安装费、运输费及维护费用大幅降低； ——当系统进行升级或改造时，其施工工作量 比继电器系统小的多。 １．１．３ 维护方面 ——计算机联锁控制系统的维修工作量小，且 具有自诊断、故障定位功能，日常维护可在机房进 行远程维护，通过软件开发方式方便地添加新功 能，完善工作性能。降低了维护难度，并且通过网 络可以远程诊断； ——计算机联锁单位的继电部分结构简单便于 维护，继电器用量少，减轻维护量。 １．１．４ 其他 计算机联锁系统能够更方便地实现与其他系统 的联网和并机。目前，我国的铁路系统处于快速发 展阶段，新车组、新车型的不断投入和新的管理调 度系统的投入，使继电器系统越发不能适应越来越 多的新技术和管理要求。而计算机联锁系统灵活丰 富的接口能力、高容量的数据通讯能力和开放的网 络通信标准使其更方便地与运输调度、列车控制、 综合服务、办公管理、消防安全等系统进行连接， 为铁路信号系统网络化、智能化创造条件。通过与 列车控制系统、运行图形管理系统联网，可根据调 度计划实现进路程序控制，增强运输调度指挥自动 化、智能化水平。 １．２计算机联锁控制系统的不足 ——安全性。计算机联锁控制系统应用大量的 电子元件，需要在抗电磁干扰及防止雷害等方面采 取防护措施；同时计算机联锁控制系统对温度、湿 度、空气清洁度等工作环境的要求比继电器系统 高。 —－＿稳定性。计算机联锁控制系统中实现联锁 逻辑的联锁计算机一旦出现硬件故障，其影响面会 很大，甚至使系统不能正常工作。 ——对通信网络的稳定性和安全性依赖大。一 旦网络或总线的接口、线路、交换机设备发生故 障，将造成重大影响。 ——计算机联锁控制系统集多种功能为一体， 但由于其采用的是扫描一运算的计算方式，其添加 的任务功能越多，单个解算周期所用的时间越长， 对其运算速度的影响越大。 １．３解决途径 ——针对电磁干扰问题目前一般采取的方法： 对于控制对象密集的区域，设立专有的电子设备问 或将计算机设备安装在电磁环境相对良好的低压配 电室内；对于相对分散的对象采用电磁屏蔽性能良 好的保护壳体；对于通讯线路则采用屏蔽线缆或转 换成光纤通讯方式；对于环境的要求，可通过在室 内设置空调系统和在室外使用的情况下，选用高 ＩＰ防护等级和高环境适应能力的的计算机硬件来 解决。 为保证计算机硬件系统运行的可靠性和稳 定性，除采用稳定性良好的计算机系统并给与良好 的工作环境外，可通过双机热备的硬件冗余的方式 来解决。通过硬件冗余技术、处理器单元、通讯组 件、检测单元和ＩＯ组件均可得到无扰动的故障自 动切换能力。 同时，随着安全型计算机的故障一安全技术的发 展。高可靠性、高安全性的故障～安全核心设备出现 了“二取二”、“二乘二取二”和“三取二”等不同结 构形式，其同步方式有软同步和硬同步，见图１。 图１ 三取二信号联锁系统结构图 西门子公司、阿尔斯通公司、日本京山公司、 日本日信公司等都推出了不同类型的采用硬件同步 方式的安全型计算机。 ——通信网络是整个系统的核心部分之一，是 计算机联锁系统能够顺利运行的基础。目前基本的 安全网络结构主要有星形网络、树形网络、单环型 网络、双环型冗余网络（图２）、带耦合技术的双 环型冗余网络、单环型双节点冗余网络（图３） 等。 通过合理设置网络结构、采用核心级交换机提 升网络通讯能力等手段，可大幅提高网络的通讯性 能安全性。通过环网、总线冗余、网络耦合和网络 冗余技术等，可使网络在节点设备和通讯线路多点 故障的情况下，仍能保持完整的或一定的通讯能 力，大幅提高网络的安全性，从而保证计算机联锁 ６２ 矿 业 工 程 第９卷第６期 控制系统的正常运行及其与外部网络和系统的正常 断提高和完善，到９０年代，已经在发达国家的铁 通讯。 路车站中应用了几百套。 国外的计算机联锁控制系统大多采用硬件冗余 比较表决方式实现系统额故障一安全，并采用双重 系统不停顿故障重组技术提高系统的可靠性和可用 性，形成了系列化产品。 ８Ｏ年代初，由铁道部科学研究院通信信号研 究所等单位首先研制的第一代国产铁路信号计算机 联锁系统设备应用于冶金、煤矿等运输不太繁忙的 专用线车站上，其后又发展到编组场。 图２双环型冗余网络 我国的计算机联锁系统主要采用由通用的工业 控制计算机组成的双机热备系统，有不少部分采用 疑要 艮务器 了由国外专用机组成的双机及多级系统。目前，计 是■Ｉ芒曩一、、 算机联锁已装备了近千个车站。 中心节点 一 由于采用了先进的计算机和通信技术，计算机 下肺 下 联锁控制系统将成为综合行车指挥系统的基础和重 … 要部分。系统通过各种制式的通信网络可实现多层 下层节点 、 次控制，使控制范围扩大，即可由一个枢纽站控制 一一舅姻 周边的若干站及区间的道岔控制点，既优化了控 ＰＬｃ 制，又减少了投资和运营成本。计算机联锁控制系 图３单环型双节点冗余网络 统通过与运营图管理系统、旅客向导服务系统、车 ——为保证计算机联锁控制系统的快速反应能 次号跟踪系统联网，可构成全方位的计算机综合控 力，应合理设置其功能范围。对于对任务功能要求 制、管理系统。 比较多的系统可采用的方法：１）选用高性能的处 理器；２）采用分散控制的方式，将整个系统划分 ３结语 为不同的子系统，分别进行控制；３）采用协处理 综上所述，通过对比继电器联锁系统、计算机 器的方式，为优先等级比较低或运算量特别大的任 联锁系统的特点和目前国内铁路信号计算机联锁现 务功能设立独立的处理器，避免其运算占用主处理 状的研究，可以了解目前铁路信号计算机联锁系统 器的资源。 的发展方向，加强以新型的计算机联锁系统替代原 ２计算机联锁控制系统的现状及前景 有继电器系统的观念，促进我国冶金行业铁路信号 系统技术的发展，更好的为冶金行业服务。 目前，计算机联锁控制系统已处于试用阶段， 参考文献： 随着实践经验的积累，系统的性能也在不断提高。 ［１］王玉芳．铁路信号设备．北京：中国铁道出版社，１９９０． 随着计算机技术的发展，微机联锁设备在应用中不 Ｅ２１杨利民．铁路信号计算机联锁系统的设计和研究［Ｊ］．《微 计算机信息》，２０００（２）：１６～１８． Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｓｔａｔｕｓ ｏｆ ｒａｉｌｗａｙ ｓｉｇｎａｌ ｉｎｔｅｒｌｏｃｋｉｎｇ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ＬＩ Ｍｉｎｇ－ｆｅｎｇ，ＬＩＡＮＧ Ｑｉｏｎｇ （Ｎｏｒｔｈｅｒｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，ＭＣＣ，Ａｎｓｈａｎ １ １ ４００９，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｓｔａｔｕｓ ｏｆ ｒａｉｌｗａｙ ｓｉｇｎａｌ ｉｎｔｅｒｌｏｃｋｉｎｇ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｕｓｅｄ ｉｎ ｉｒｏｎ＆ｓｔｅｅｌ ｉｎｄｕｓｔｒｙ ｉｎ Ｃｈｉｎａ ｉｓ ｅｘｐｌａｉｎｅｄ．Ｓｏｍｅ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ａｒｅ ｅｖａｌｕａｔｅｄ ａｎｄ ｃｏｍｐａｒｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｒａｉｌｗａｙ ｓｉｇｎａｌ；ｓｉｇｎａｌ ｉｎｔｅｒｌｏｃｋｉｎｇ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ；ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ｒｉｎｇ～ｎｅｔ；ｓｉｎｇｌｅ－－ｒｉｎｇ ｄｏｕｂｌｅ ｎｏｄｅｓ； ｄｏｕｂｌｅ－－ｒｉｎｇ