1、城市轨道交通信号基础第4章第四章第四章 联锁设备联锁设备 第一节第一节 联锁概念联锁概念 一、联锁定义 联锁是指通过技术方法，使信号、道岔和进路必须按照一定程序并满足一定条件，才能动作或建立起来的相互关系。信号、道岔和进路是联锁对象，必须按照一定程序并满足一定条件是联锁规则，动作或建立起来的相互关系是联锁结果。联锁规则应该包括用户需求和技术条件，联锁的结果就是产生的控制命令。联锁对象既是产生信息的源，又可能是联锁控制的点。城市轨道交通设备种类繁杂，是一个大联动系统，任何一个子系统发生故障都有可能影响行车，甚至导致行车事故。从列车运行角度看，联锁对象远非三个。当今信号专业已步入现代化、信息化、数
2、字化和网络化时代。从信息的角度来讲，列车运行控制系统把列车运行间隔调整和列车速度控制的功能融为一体，传统的区间闭塞系统已被包括在内。列车运行控制系统与车站联锁的一体化、计算机联锁控制和列车运行调度集中系统的运用，使城市轨道交通信号系统已经从以车站联锁为中心转变为以列车运行控制系统为中心。从信息化角度看，各种状态表示和控制命令都是信息。联锁从字面上理解，就是相互关联的信息，按照规定的逻辑和规则，实行相互锁闭。联锁作为城市轨道交通专用名词，互锁中包含了对安全性的要求。二、联锁设备概述 控制车站的道岔、进路和信号，并实现它们之间联锁关系的设备称为联锁设备。联锁设备可以分散控制，也可以集中控制。目前使
3、用的联锁设备有继电联锁和计算机联锁两大类。继电联锁，又称为电气集中联锁，是用电气的方法集中控制和监督段内的道岔、进路和信号，并实现车辆段联锁关系的联锁设备。这种设备的主要特点是室外采用色灯信号机，道岔由转辙机转换，进路上所有区段均设有轨道电路，由继电器电路实现对室外设备的控制并实现联锁，操作人员通过控制台集中操纵和监督全段信号设备。6502电气集中是组合式电路（按道岔、信号机、轨道电路区段为基本单元设计成定型的单元电路，称为继电器组合；将各种组合按站场形状拼装起来即成为组合式电路）。它采用双按钮选路方式，只需按压两个进路按钮，就能转换道岔、开放信号，而且不论进路中有多少组道岔 均能一次转换，简
4、化了操作手续，提高了效率。在解锁方式上，6502电气集中联锁采用的是逐段解锁。它把进路分成若干个区段，采用多次分段解锁的方式，即列车出清一段，解锁一段。6502电气集中联锁设备分为室内和室外两部分。室内设有控制台、继电器组合及组合架、电源屏、区段人工解锁按钮盘和分线盘；室外设有色灯信号机、电动转辙机、轨道电路和地下电缆。如图4-1图4-4所示。图4-4 6502电气集中联锁设备继电器及组合架实物图 计算机联锁利用计算机实现车站的联锁关系，用继电器电路作为计算机主机与室外信号机、转辙机、轨道电路的接口设备，操作人员通过计算机显示器等设备实现对现场设备的控制和监督。计算机联锁充分发挥了计算机的特点
5、，操作表示功能完善，方便设计、施工、维修和使用，便于实现信号设备的远程监督、远程控制和自动控制，是车站联锁设备的发展方向。如图4-5所示。图4-5 计算机系统基本结构图 三、计算机联锁系统基本结构 为了保证车站行车安全，必须制定一系列联锁规则以制约信号的开放与关闭、道岔转动和进路的建立，必须以技术手段来实现这些联锁规则。联锁系统以电气设备或电子设备实现联锁功能，以信号机、动力转辙机和轨道电路（或在室外采用其他轨旁设备）作为执行设备，来体现联锁功能。根据计算机联锁系统各主要部分的功能和设置地点的不同，硬件上一般采用分层结构形式，分为人机交互层、联锁控制层、采集/驱动层和室外设备层，其结构如图4-
6、6所示。人机交互层的设备一部分设置于车站值班员室，另一部分设置于车站维修值班室内。人机交互层的功能是，车站值班员通过其进行操作，向联锁层输入操作命令，接收联锁层输出的反映设备工作状态和行车作业情况的表示信息。维修人员通过其了解车站联锁设备的运行情况和故障情况，以便进行维修。联锁控制层是车站联锁系统的核心，联锁层设备设置在车站信号楼的机械室内。联锁控制层的基本功能是实现联锁逻辑控制。联锁层接收来自人机交互层的操作命令，依据从采集/驱动层接收到的反映室外信号机、道岔和轨道电路状态的信息，结合内部的中间状态信息，进路联锁逻辑运算，产生相应的输出信息。图4-6 计算机联锁系统简约原理图 采集/驱动层为
7、联锁层和室外设备层的中间层，在二者之间起信息交互、硬件电路的转换等功能，同时在硬件上进行隔离，以保证室内设备的安全性。例如，接收从联锁层来的操纵道岔到定位的信息后，为室外转辙机电路提供交流220V电源来接通转辙机电路，驱动室外道岔向定位转换，并实时检测道岔是否转换到定位，转换到定位后向联锁层反馈相应的道岔位置信息。联锁层和采集/驱动层是联锁控制的实际执行机构，必须具有故障安全性。室外设备层包括室外的信号机、转辙机和轨道电路等设备及其相应的动作电路，用于驱动室外信号设备的直接动作。例如，信号机的室外点灯电路，转辙机的电缆盒及转辙机内部接点电路等，这些电路和6502继电联锁系统的室外电路基本相同。
8、采集/驱动层为联锁层和室外设备层的中间层，在二者之间起信息交互、硬件电路的转换等功能，同时在硬件上进行隔离，以保证室内设备的安全性。四、联锁设备的功能 联锁设备具有以下功能：轨道电路的处理、进路控制、道岔控制、信号控制、进路自动设置。（一）轨道电路的处理功能 轨道电路的处理功能是指接收和处理轨道区段的“空闲、占用”状态信息，并把该状态信息转发给其他相关设备。（二）进路控制功能 进路控制功能负责整条进路的排列、锁闭、保持和解锁。这些动作是对ATS系统命令的响应。因为进路控制功能将直接影响到列车行驶的安全，所以当命令不符合安全条件时，它将拒绝执行命令。进路自动解锁总是可以用不同的方法实现。如图4-
9、7所示。建立进路的过程就是从开始办理进路到防护该进路的信号开放的过程。解锁进路的过程就是从列车驶入进路到越过进路中全部轨道区段的过程，或是操作人员解除已建立的进路的过程。建立进路的过程有四个阶段，即进路选择、道岔控制、进路锁闭和信号控制。进路建立后，一直保持锁闭状态。当发出取消进路命令或有车正常占用又出清后，进路才能取消。（1）进路选择。进路选择的检查条件是：操作手续符合操作规范；所选进路处于空闲状态；进路始端信号机灯丝完好；对进路有方向防护要求的所有轨道区段部处于空闲状态；在进路中没有轨道区段被占用。如果进路检查的条件成立，那么联锁设备开始转换道岔，锁闭道岔，开放信号。如果进路检查的条件不成
10、立，或没有在指定点检测到道岔位置，则向控制中心回送一个无效命令，停止建立进路的操作。图4-7 联锁设备进路程序控制框图 （2）进路锁闭。当进路内有关道岔的位置符合进路要求，而且进路在空闲状态，没有建立敌对进路等条件得到满足时，实现进路锁闭。进路锁闭后，进路内的道岔不能再被操纵，与该进路敌对的其他进路就不能建立了。（3）解锁进路。如果进路和进路的接近轨道区段处于空闲状态，那么控制中心发出取消进路指令，进路立即取消。当列车接近进路时，若此时由于某种原因需取消进路，则取消进路的操作需延时生效，以确保即使列车冒进，此时进路仍处于锁闭状态，道岔不会转换，列车不会颠覆，不致产生危险。（三）道岔控制功能 道
11、岔控制功能负责道岔的解锁、转换、锁闭和监督。这些动作是对联锁系统通过接口模块输出的单操道岔命令或进路排列命令的响应，这些命令可能来自于ATS系统。因为道岔控制功能将直接影响列车移动的安全，所以它将拒绝执行不符合安全条件的命令。（1）监控：监控所有道岔的状态，道岔的状态信息反馈到人机会话层。如果发生列车挤岔等不正常情况，可由道岔检测设备反映到控制室，并给出声光报警。（2）锁闭：道岔锁闭电路接收到控制中心送来的锁定道岔指令，对道岔进行锁闭操作，并且返回一个锁闭成功或者锁闭失败的状态信息给控制中心。根据需要还可以对每组道岔进行单独锁闭。（四）信号控制功能 信号控制功能负责监督轨旁信号机状态，并根据进
12、路、轨道区段、道岔和其他轨旁信号机的状态来控制信号机。它根据来自ATS的命令设置信号机为停车显示。它也产生命令输出，ATC系统以此来授权列车从一个进路行驶到另一进路。当收到控制中心送来的信号更新指令时，则要更新信号状态。若进路建立的联锁条件得到满足，则开放列车或调车的进行信号，表示进路建立完毕，而且进路在锁闭状态。若进路建立的联锁条件不满足，则显示禁止信号。如果信号开放后，由于某种原因条件又不满足，则信号机关闭。直到条件满足后，在收到信号重新开放指令时，才重新点亮允许信号。（五）进路自动设置功能 自动排列进路的功能是与联锁系统一起自动排出列车运行的进路。该功能有一个自动操作单元，像一个调度员一
13、样对联锁发出指令，而实际的安全进路排列则由联锁负责。当一架信号机处于自动排列进路模式时，仍旧可以通过人工操作排列进路。当进路进入许可的检查条件不满足时，联锁系统给列车自动排列进路系统发回相应的信息。接着，列车自动排列进路系统将重复传输该控制命令，直到设定的重复次数和时间。只有当某信号机设计具有且已经启动自动列车排列进路功能时，联锁逻辑进路设置才有效。一条进路可以被设置为快速模式，如果启动快速模式，进路在列车通过后不解锁，整条进路仍然保持在已排列状态。快速模式下信号机的防重复开放功能将被关闭，一旦相应的条件再次满足，信号机将开放下一个通过信号（绿灯）。快速模式将在线路的无岔区段作为常规的运行模式
14、使用。在相应的进路排列后，可以启动快速模式。可以在任何时候关闭快速模式。在关闭了快速模式后，下一趟列车的通过将解锁进路。正常情况下，城市轨道交通中只需要开通某一固定进路。根据列车的目的地和进路触发条件，进路自动设置功能在适当时间自动请求进路。进路自动设置功能有以下两种模式：（1）根据列车运行图自动设置进路。根据当前列车识别号和列车位置，由当前的列车运行图设置进路。自动进路设置功能必须根据列车运行图定义的时间顺序，当进路或轨旁设备发生变化时，此功能将检查等待列车运行图信息，并发送一个请求信息。（2）根据列车识别号自动设置进路。在某些降级模式下，虽然列车运行图无效，但自动进路设置仍可根据列车识别号
15、来确保列车运行，这时的列车识别通过在每个站台和列车上的PTI环线或应答器来定义进路控制，设置适当的进路。第二节第二节 车站进路的种类及联锁关系车站进路的种类及联锁关系 一、车站进路的种类 列车或机车车辆在车站内运行时所经过的路径称为进路。进路按性质可分为列车进路和调车进路两类。列车在车站内运行时所经过的进路称为列车进路。列车或单机、机车车辆在车站内运行时所经过的进路称为调车进路。列车进路又可分为接车进路、发车进路、通过进路和转场进路。列车进入车站时所经过的进路称为接车进路，列车由车站开往区间时所经过的进路称为发车进路，列车由车站通过时所经过的正线接车进路和同方向股道的正线发车进路所组合成的进路
16、称为通过进路。调车进路又分为调接进路和调发进路：车列或单机由车站外方向向车站内调车所经过的进路称为调接进路，车列或单机由车站内向车站外方向调车时所经过的进路称为调发进路。各种不同性质的进路，要用各种不同用途的信号机防护。如接车进路，用进站信号机防护；发车进路用出站信号机防护，通过进路，用进站信号机与正线出站信号机防护；调车进路，用调车信号机防护。根据进路的不同性质，不但这些信号机的信号显示各异，并且对开放这些信号机的安全技术条件，也有不同的要求。二、车站进路的划分 车站进路有一定的运行方向和一定的范围，即要有一个确定的始端、一个确定的终端和一条确定的经路。将进路的范围划分明确了，信号机所防护的
17、范围也就明确了。进路的始端处应设置信号机加以防护，而其终端处也多以同方向的信号机为界，在进路的终端处无信号机时，以车 挡、端墙、站界标或警冲标（不设出站信号机的车站）为界，具体划分进路方法如图4-19所示。图4-19 车站进路的划分示意图 （1）上行道接车进路的始端是上行进站信号机S处，终端为上行道出站信号机S处，接车进路的范围是从S处到S处，其中包括股道。（2）上行股道发车进路的始端是S处，终端是下行进站信号机X处，从S处到X处是上行道发车进路的范围（不包括股道）。（3）上行股道通过进路的始端是S处，终端是X处，通过进路范围是从S处到X处。（4）由D1向道的调车进路处始端是调车信号机D1处，
18、终端为下行道出站信号机X处，调车进路的范围由D1处到X处，其中包括了股道。（5）由X向D4调车进路的始端是X（出站兼调车）处，终端为车挡处，这个调车进路的范围是从信号机X处到车挡处，其中包括牵出线。（6）由S向D1的调发进路的始端是S（出站兼调车）处，终端为X处，其中包括了无岔区段。明确进路范围的划分对于研究车站联锁极为重要，因此必须搞清楚进路划分的原则与确定各种进路的范围的方法。从以上列车进路的划分可以得出以下几点：进路的起点一般是信号机处；在进路范围内包含有道岔；几条不同的进路可以用同一架信号机所处位置作起点；进路的终端可以是信号机也可以是站界标（端墙）、警冲标。（7）列车进路和调车进路的
19、接近区段。对列车接车进路而言，如果区间采用自动闭塞方式，则指进路始端进站信号机外方的一个闭塞分区。对列车发车进路而言，指进路始端出站信号机（或出站兼调车信号机）外方的一个股道。对正线通过进路中的列车发车进路而言，指从迎面进站信号机处开始到该发车信号机处为止的一段距离。对调车进路而言，指进路始端调车信号机外方的一个轨道电路区段或股道。（8）敌对进路。敌对进路是同时行车会危及行车安全的任意两条进路。规定下列进路为敌对进路：同一到发线上对向的列车进路与列车进路。同一到发线上对向的列车进路与调车进路。同一咽喉区内对向重叠的列车进路或调车进路。重叠指两条进路方向相同，互相间有部分或全部重合。同一咽喉区内
20、对向重叠或顺向重叠的列车进路与调车进路。进站信号机外方制动距离内接车方向为超过6的下坡道，而在该下坡道方向的接车线末端未设有线路隔开设备时，该下坡道方向的接车进路与另一端咽喉的接车进路、非同一到发线顺向的发车进路以及另一端咽喉的调车进路互为敌对进路。防护进路的信号机设在侵限绝缘处禁止同时开通的进路。如图4-20所示。由于信号机D10处轨道绝缘侵入限界，则S至D8调车进路与D2至 D10、D4至D10调车进路为敌对进路。当车辆停留在D10前方时，如建立S至D8或D6至G调车进路，均会发生侧面冲突事故。同一到发线上对向的调车进路允许同时建立，当同一到发线上对向的调车进路无必要同时开通时，也可作为敌
21、对进路。图4-20 防护进路上的轨道绝缘侵入示意图 三、调车进路的组成及联锁关系 （一）调车进路联锁的基本内容及技术条件 1基本内容 联锁的基本内容包括：防止建立会导致机车车辆相冲突的进路，使调车车列经过的所有道岔均锁闭在与进路开通方向相符合的位置，使信号机的显示与所建立的进路相符。2基本技术条件 （1）进路上各区段空闲时才能开放信号，如果进路上有车占用却能开放信号，则会引起列车、调车车列与原停留车冲突。（2）进路上有关道岔在规定位置才能开放信号，如果进路上有关道岔不在规定位置却能开放信号，则会引起调车车列进入异线或挤坏道岔。信号开放后，其防护的进路上的有关道岔必须被锁闭在规定位置，而不能转换
22、。（3）敌对信号未关闭时，防护该进路的信号不能开放，如果敌对信号未关闭，防护该进路的信号机却能开放，调车车列可能造成正面冲突。信号开放后，与其敌对的信号也必须被锁闭在关闭状态，不能开放。3调车进路的范围 调车进路和列车进路一样，也要有一定的范围，才能对它进行防护。调车进路的始端是防护该进路的调车信号机，终端因以下几种不同的情况而定。举例说明，如图4-35所示，由停车线向牵出线调车，需要同时开放D5和D2l两架调车信号机，在这两条长调车进路中D5信号机既是后一条调车车进路的始端，又是前一条调车进路的终端。图4-35 进路的划分举例之一 （1）由到发线向咽喉区调车的进路终端。如图4-36所示，由G
23、向D9调车时，进路终端是D9处。如果还需要继续前进，则必须开放D19，进入另一条进路。必须注意的是，在这条进路的中途虽然有一架调车信号机D19，但就进路方向来说，它是背向的，调车的司机看不到它的显示，它不能做阻拦信号机，所以不要误认它是进路的终端信号机。因此该条进路是以S处为始端，以D9处为终端。（2）由咽喉区的调车信号机D19向股道G调车时，该进路的终端为下行方面的信号机X，但应注意的是该调车进路的范围虽包括股道，但根据调车作业的特点，允许当股道上停留车辆时向该股道办理调车作业，即可以不检查股道的空闲，如图4-37所示。这样的调车进路应考虑到调车时股道上可能停有车辆。（3）调车进路包括无岔区
24、段时的进路终端。如图4-38所示，由出站兼调车信号机S2向D5调车时，因D5是阻挡信号机，所以应以它所处位置为进路的终端。这样的调车进路也应考虑无岔区段内允许暂时停留车辆。（4）由咽喉区调车信号机，向尽头线调车的进路终端，如图4-39所示，由D5向牵出线调车进路的终端为车栏。这样的调车进路也应考虑牵出线允许停有车辆。（1）短进路和长进路。调车进路，依据进路长短，可以分为短进路和长进路。短进路指从起始调车信号机处开始，到次架阻挡信号机处为止的一个调车进路，不能再进行分解。长进路也叫复合调车进路，由两条或多条基本进路构成。调车进路的“长”与“短”，不是指进路长度的长与短，而是指调车进路中，阻挡信号
25、机是一架还是几架。（2）基本进路和变通进路。在站内由一点向另一点运行有几条进路时，规定常用的一条进路为基本进路。基本进路一般是两点间最近的、对其他进路作业影响最小的进路。此时，基本进路以外的其余进路叫做变通进路（又称迂回进路）。设计变通进路的目的是为了有效地利用车站线路，提高作业效率，增加列车或调车车列运行的灵活性。当正常行车线路上的道岔发生故障、轨道电路被占用或发生故障而不能开通基本进路时，可以开通变通进路，使列车或调车车列迂回前进而不致受阻。四、列车运行控制 城市轨道交通的联锁系统列车运行控制中有三级控制、多列车进路、追踪进路、折返进路、联锁监控区、保护区段和侧面防护等。列车进路由进路防护
26、信号机防护，但列车在进路中的运行安全由ATP负责，这为城市道路交通高密度行车提供了前提和安全保证。在设计中，ATP与计算机联锁功能的结合，使计算机联锁的功能得到了加强。（一）三级控制 列车运行进路控制采用三级控制，即控制中心控制（ATS自动控制）、远程控制终端控制和车站工作站控制。控制中心集中控制全线的列车运行（不包括车辆段内列车的运行控制）。系统根据列车运行时刻表及列车运行状况发出列车运行控制命令，并进行自动调整。在车站设置必要的自动控制功能，控制中心出现故障时，转入站级控制，如图4-40所示。图4-40 列车进路控制示意图 1中心级控制 中心级控制为全自动的列车监控模式，在该模式下，列车进
27、路设置命令由自动进路设定系统发出，其信息来源于时刻表和列车运行自动调整系统。控制中心调度员也可以人工干预，对列车进行调整，操作非安全相关命令，排列和取消进路。列车自动选路是ATS系统的部分，其任务是与联锁设备协同为列车运行自动地排列运行进路。为达此目的，进路自动排列具有这样的功能：其自动操作单元具有自动操作功能，而联锁系统根据来源于控制中心的自动进路设定系统排列进路指令，负责实际的安全排列进路。当许可校核得出否定结果时，联锁系统将向ATS系统回送一个相应的信息，然后由ATS系统重复传输相同的控制命令，直至达到规定的次数和时间。2远程控制终端的控制 在控制中心设备故障或控制中心与F级设备的通信线
28、路故障时，控制中心将无法对远程控制终端进行控制，此时系统自动地转入列车自动控制的降级模式。在降级模式下，由司机在车上输入目的地码，通过列车上的车次号发送系统发出带有列车去向的车次号信息，远程控制终端自动产生进路控制命令，联锁系统根据来自远程控制终端的进路号排列进路。在这种情况下，系统不具备列车运行自动调整功能，但对于高密度的列车运行，用此功能可以节省车站操作人员大量的精力。3站级控制 在站级控制模式下，列车运行的进路控制在车站值班员工作站执行，但此时只要控制中心设备及通信线路功能完好，自动进路设置仍可 进行。站级控制时，列车进路的设定完全取决于值班员的意图，值班员选择通过联锁区的预期进路。联锁
29、控制逻辑检查进路没有被占用，并且没有建立敌对进路，然后自动排列通过联锁区的进路，锁闭进路，在所有条件满足列车的安全运行后开放地面信号机，并允许ATP将速度命令传送给列车。信号机的开放表示通过联锁区的进路开通。五、车站联锁表 联锁表是说明车站信号设备联锁关系的图表。联锁表表达了整个车站内的进路、道岔、信号机之间的基本联锁内容。联锁表是设计信号电路的依据，且在设备开通试验时，也要以联锁表作为检查车站联锁设备之间联锁关系的主要依据。因此，应认真细致进行编制。联锁表原理基于表格形式显示联锁的进路逻辑。该表可显示每个进路的所有元件接口模块和监控部件，特别是道岔、信号机和轨道空闲检测单元如图4-44所示。
30、每个进路均使用独立的进路表，每个进路表都对指定进路进行了完整的描述。该表列出了所有与进路相关元件的调用形式。采用这种调用机制，单个单元均可提供被调用进路定义的功能，并排除没有轨道出清指示的进路。这种相互排除的调用机制可防止产生冲突进路，只要引起冲突的单元不被更高级的进路解锁，即该单元仍在使用中。作为一个原则，进路的独立性表示在一个简单表格中，不直接与某些其他进路相关。图4-44 进路联锁表站线示意图 每个进路表均定义了信号机的开放条件以及各自相应的始端信号机行进显示。对于列车控制的进路解锁，可定义解锁要求，特别是在列车控制的局部解锁的次序（单元的独立解锁）。在联锁表中，反映出以下几个问题：（1
31、）本站有多少条进路，以及每条进路的名称。例如：下行至1股道，即下行1道接车进路；下行从1股道，即下行1道发车进路等等。（2）每条进路与信号机的关系。即指出了防护该进路的信号机的名称，要求用信号机编号表示，例如：“X”即下行进站信号机，“S1”即上行1股道出站信号机。进路建立好（即锁好）才能开放信号机，信号关闭后，才能使进路解锁。（3）进路与道岔的关系。即要求填好该进路包括哪些道岔和要求每组道岔应处的位置。例如：下行道接车进路要求道岔1反位。而下行道接车进路则要求道岔1定位。定位即经常开通的位置，反位使临时开通的位置。在站场平面图。（4）进路与进路之间的关系。即是否相互间为抵触或敌对的进路，若是
32、，则要求在表中填写好。例如：1号进路要求道岔1定位，而2号进路却要求道岔1反位，因而这两条进路是不能同时建立起来的，叫抵触进路。车站值班员不能同时发出建立两条相互抵触的进路，因而在此种情况下，为了避免发出相互抵触的错误的命令，在两信号抵触进路间要实行联锁，要求在联锁表中，把抵触进路填写好。另外一种是敌对进路，例如：1号进路与3号进路（同以咽喉区的敌对进路），和1号进路与7号进 路（是两个咽喉区的迎面敌对进路），都是不准许同时建立的进路，必须在它们之间实行联锁。（5）进路与轨道电路的关系。若进路中设有轨道电路，则要求检查进路空闲和是否出清了轨道电路，都要由轨道电路自动地进行检查和证明。为此，在表
33、中应把有关的轨道电路填写好。例如：在1号进路栏，要填好1DG和1G。由以上不难看出：一个车站的信号机、道岔、进路三者之间，存在哪些联锁关系，可以从联锁表中看出来。第三节第三节 计算机联锁计算机联锁 一、概 述 计算机联锁系统是以计算机技术为核心，综合采用通信、控制、容错、故障安全等技术来实现车站联锁逻辑控制功能的，具有较高可靠性和故障安全性要求的实时控制系统。车站联锁设备保证正线和车辆段内列车和调车作业的安全，以及提高车站通过能力的一种信号设备。随着城市轨道交通运输朝这方向发展，要求信号设备能够实现智能化、网络化、信息化，以满足行车设备状态的自诊断和动态检测或远程检测、远程诊断，并达到逐步减少
34、日常检修工作。城市轨道交通信号系统已经历了机械联锁、电气联锁（继电联锁）等二个阶段。70年代末期新型微处理器的出现以及容错理论与技术的逐步完善，激励人们以微型计算机为核心构成计算机联锁系统。计算机联锁系统是一种运用微型计算机对车站值班员的操作命令及现场表示信息进行逻辑运算，从而实现对信号机及道岔等进行集中控制的车站联锁设备。同时也是一种在设备发生故障或人为错误操作时能够将故障倒向安全的保安设备。车站计算机联锁不仅继承了继电联锁的全部功能，而且以其先进的数字化技术、综合功能优势显示出广阔的发展前景。我国在自力更生的基础上，积极支持和鼓励研制单位及企业加强与国外技术力量合作，不断把计算机联锁的核心
35、（主机）技术引进我国，并坚持以我为主、为我所用的方针，在系统结构上形成了双机热备、3取2、22取2等不同的安全冗余方式，提高了我国计算机联锁的技术水平，缩小了与国外先进水平的差距。二、计算机联锁系统的硬件结构 通用的计算机联锁系统的硬件结构如图4-45所示。整个系统共分为4层：人机接口层、联锁控制层、采集驱动层和信号设备层，其中，人机接口层、逻辑控制层和采集驱动层中设备分布于室内，信号设备层中各个信号设备为室外设备，是联锁系统的控制对象，分线盘是室内和室外的分界点，室外信号设备通过电缆连接到分线盘，室内设备通过分线盘接收和发送信息。人机表示层和联锁控制层之间通过安全通道实现通信；联锁控制层和采
36、集驱动层之间通过联锁总线进行互联，以保证联锁控制层和采集驱动层之间的可靠通信。从安全性角度考虑，整个系统分为安全区域和非安全区域，其中，操作表示层为非安全区域，逻辑控制层和采集驱动层属于安全区域，用于保证计算机联锁系统的故障安全性。图4-45 计算机联锁系统硬件结构示意图 （一）人机接口层 人机接口层一般由上位机、维修机和监测机构成，其中，上位机一般采用冗余（双机热备）结构形式。（1）上位机由工业控制微机、CRT显示屏、键盘和鼠标等构成。有时也采用数字化仪代替键盘和鼠标来输入。两套上位机物理上相互独立、同时运行。其中，一台上位机处于工作状态，另一台处于热备状态。上位机主要供车站信号操作人员进行
37、车站作业调度使用。上位机的主要功能有：与逻辑控制层之间的通信功能；接收值班员的操作命令，发送到联锁控制层联锁机；信号设备实时状态信息、进路执行情况和设备故障情况的动态显示、通知和报警等功能。实时接收操作员下达的操作命令。操作人员按下的按钮，根据所按下按钮的不同，分别形成不同类型的操作命令。主要的操作命令有：选排进路、取消进路、人工解锁、区段故障解锁、引导进路、引导总锁闭、总定（反）道岔、道岔的封闭和解除封闭等。实时下发操作员的操作命令到联锁主机。对操作人员操作中形成的操作命令进行简单的命令判定，例如，定操道岔时检查该道岔是否已经锁闭，命令判定条件成立后将该操作命令下发到联锁主机以便进行联锁处理
38、。实时接收来自联锁主机的信息。来自联锁主机的信息主要包括三类：一是反映室外设备当前状态的继电器信息，即上一节所介绍需要采集的继电器信息；二是反映室内设备是否出现故障的故障信息，如联锁主机是否出现故障、采集/驱动板是否出现故障等；三是反映联锁执行情况的中间信息，如当前接收到的操作命令，进路中信号设备是在选路状态、道岔转换状态、进路锁闭状态还是在其他某种状态（以便实现进路的光带显示），人工解锁的当前延时时间，联锁条件不成立时的提示信息，挤岔报警信息等。实现进行站场动态显示和报警功能。根据从联锁主机接收到的信息，对站场进行动态显示和报警，例如，各个信号的显示和断丝情况、道岔的位置、轨道电路的占用情况
39、、进路状态的光带显示、各种表示灯 的显示、采集/驱动板故障报警显示、挤岔语音报警等。例如，进路选择时的进路光带显示，人工解锁当前的延时时间显示，联锁条件不成立时的提示信息显示，室内设备故障信息显示，站场中各信号机、道岔名称显示，按下按钮时的特殊显示，当前日期时间的显示等。（2）维修机由工业控制微机、CRT显示屏（阴极射线管显示器）、键盘和鼠标等构成。维修机主要供车站电务维修人员进行车站信号设备故障维修使用。电务维修机是车站电务维修人员与计算机联锁系统的接口，实现维修人员与联锁系统之间的人机交互功能，即电务维修机为车站维修人员提供站场动态、设备故障等信息的显示、存储、打印和再现等功能。具体而言，
40、电务维修机主要完成四项功能，实时接收联锁主机信息，并进行站场动态显示和报警功能，后两项功能是：对从联锁主机接收到的信息的实时存储。电务维修机在接收联锁主机信息，进行站场显示的同时，将接收到的信息实时存入电务维修机硬盘。为了避免受到硬盘存储空间限制而出现溢出，数据的存储期限为1个月，即，电务维修机中只保存从联锁主机接收到的近一个月的信息，对超过一个月的信息进行删除。对历史操作的回放、再现和打印功能。根据从联锁主机接收到的信息中记录的历史信息，可以抽取出近一个月中任意一个时段的信息，对该时段内车站作业运行情况进行再现和回放，对该时段内操作命令执 行情况、继电器动作情况及设备故障情况等进行动态显示和
41、打印输出。此功能对于维修人员判断故障，进行室内外设备的维护和维修具有重要作用，同时对事故后的调查和分析也具有重要作用。（3）监测机由采集电路、工业控制微机、CRT显示屏、键盘和鼠标等构成。监测机主要用于监测室外信号设备电流、电压情况，供车站电务维修人员进行信号设备故障维修使用。监测机的主要功能有：通过维修机接收信号设备的实时状态信息、进路执行情况和设备故障情况的动态显示、通知和报警功能；通过采集电路采集室外信号设备电流、电压以实现监测功能；信号设备工作状态管理和打印功能等。（二）联锁控制层 联锁控制层主要由联锁机构成。联锁机一般采用冗余结构形式，通常采用的冗余结构有：双机热备结构、3取2冗余结
42、构和双机比较冗余（2取22）结构，也有个别计算机联锁系统中联锁机采用高可靠性单机的。联锁机采用的制式，城市轨道交通上也有采用工业控制微机、可编程逻辑控制器（PLC）形式的。联锁机是计算机联锁控制系统的核心，主要负责车站联锁逻辑控制功能，此外，由于联锁机一般采用冗余结构形式，因而，除了完成主要的联锁控制功能和层间通信功能外，一般还包括与冗余相关的故障检测、故障屏蔽、故障切换等冗余管理功能。联锁机作为主要执行设备，它接收从上位机下发的操作命令，根据从采集板接收到的反映室外设备状态的继电器信息来执行联锁逻辑运算。此外，由于联锁机是计算机联锁系统的核心设备，一般采用安全型计算机（如3取2结构或22取2
43、结构），因而还涉及到冗余管理和调度等功能。具体而言，联锁机的主要功能包括：（1）与上位机（有的联锁系统也包括电务维修机）实时通信功能。从上位机实时接收来自操作员的合法操作命令，向上位机实时发送接收到的操作命令信息、反映室外信号设备状态的继电器信息、联锁执行信息及设备故障信息等。上位机和电务维修机通过这些信息实现站场动态显示，此外，电务维修机还要对这些信息进行存储，以实现站场历史操作的回放、再现和打印功能。（2）与采集/驱动层中采集板和驱动板之间的实时通信功能。如果对相邻站具有联锁控制任务（即区域计算机联锁），则还要执行与相邻联锁站采集板和驱动板之间的实时通信。通过与采集板之间的通信，可以了解室
44、内继电器设备的当前状态和故障情况，通过与驱动板之间的通信，可以将驱动信息发送到驱动板，通过驱动板来驱动继电器电路动作。此外，还可以对驱动板的输出进行回采，既监测驱动板是否故障，又可对故障即时进行故障处理。（3）完成联锁逻辑运算功能。联锁机根据从上述与上位机（有的联锁系统也包括电务维修机）实时通信和与采集/驱动层中采集板和驱动板之间的实时通信接收到的信息，执行联锁逻辑运算，并将联锁执行情况反馈给上位机，将联锁执行中涉及到的驱动命令下发给驱动板。联锁逻辑运算功能主要包括三个方面：一是对进路的处理，如，进路建立和正常解锁、取消进路、人工解锁、中途返回解锁、引导进路和引导总锁闭、重复开放信号等的联锁处
45、理；二是对站场中单个设备的处理，如，道岔的总定和总反、单锁与单解、封闭和解除封闭（道岔封闭和单锁的区别在于，道岔封闭后不能利用该道岔排列进路，必须等到解除封闭后才能排列进路，而道岔单锁后，只要道岔锁闭的位置和进路选排的位置一致，就可以建立进路）的联锁处理、区段故障解锁的联锁处理；三是对一些特殊联锁及联系电路的处理，例如，与车站场间联锁的联锁处理、与车辆段联系的联锁处理、非进路调车的联锁处理、接车60坡道的联锁处理、股道间中的道岔联锁处理等。（4）冗余管理功能。由于联锁机一般采用3取2或22取2制式的安全型计算机，因而涉及到冗余管理功能。如，要保证系统的安全运行，必须实现冗余设备间的高速实时同步
46、，3取2中一块CPU板故障或22取2中一套系统故障时，必须进行故障报警、故障隔离、系统重组，故障修复好之后必须进行重组。此外，对采集/驱动层的采集板和驱动板必须进行故障监测和报警。综合计算机联锁系统各设备功能，可得计算机联锁系统的联锁处理过程，如图4-46所示。图4-46 计算机处理过程示意图 （三）采集驱动层 采集驱动层主要由采集驱动电路和继电器电路两部分构成。继电器电路一般采用安全性继电器，主要用于接收室外信号设备表示信息、驱动室外信号设备动作；采集驱动电路一般采用具有故障安全性的电路板，从继电器电路接收采集信息、驱动继电器动作，采集驱动电路根据站场情况一般采用冗余结构形式。采集驱动层设备
47、一般与逻辑控制层设备集中存放于车站信号楼机械室内。在有的车站较远时，为了节省费用而采用单套联锁系统，这时，可以将采集驱动层部分设备放置到远端的机械室内，通过光缆连接到信号楼内的联锁机，从而实现分布式控制。国外一些技术先进的计算机联锁系统，采用电子模块代替采集驱动电路和继电器电路部分，由电子模块直接驱动室外信号设备动作，这种计算机联锁系统一般叫做全电子计算机联锁系统。（四）安全通道和联锁总线 安全通道用于实现人机接口层和联锁控制层之间的可靠通信，一般采用冗余结构形式。早期的计算机联锁系统中，安全通道有采用串行通信方式的。目前，大多数计算机联锁系统中，安全通道采用局域网方式进行通信。联锁总线是联锁
48、控制层于采集驱动层之间的通信通道，为保证硬件的可靠性和安全性，一般采用冗余结构形式。不同制式、不同型号的计算机联锁系统中，联锁总线采用的具体标准也不一样，经常用到的有STD总线、CAN总线和PROFIBUS总线等。注：（1）STD总线，随着32位微处理器的出现，通过附加系统总线与局部总线的转换技术，1989年美国的EAITECH公司又开发出对32微处理器兼容的STD32总线。在56根总线中，有6根逻辑电源线、4根辅助电源线、8根数据总线、16根地址总线和22根控制总线。可用于将多个处理机互连构成多处理机系统。（2）CAN是控制器局域网络总线，是由研发和生产汽车电子产品著称的德国BOSCH公司开
49、发的，国际上应用最广泛的现场总线之一。CAN的高性能和可靠性已被认同，并被广泛地应用于工业自动化、船舶、医疗设备、工业设备等方面。现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一，被誉为自动化领域的计算机局域网。它的出现为分布式控制系统实现各节点之间实时、可靠的数据通信提供了强有力的技术支持。（3）PROFIBUS现场总线是世界上应用最广泛的现场总线技术，主要包括最高波特率可达12M的高速总线PROFIBUSDP（H2）和用于过程控制的本安型低速总线PROFIBUS-PA（H1）。应用于过程控制领域，可以把测量变送器、阀门、执行机构用串行总线联网。采用IEC61158-2的物理传输技术和PROFIB
50、US-DP的协议，通信通率31.25Kbit/S。可应用于本安防爆的场合。主要方法是限制设备的工作电流在一定的程度之下，这样就不会引起火花导致爆炸，并可通过总线向仪表馈电。三、计算机联锁系统的软件 联锁软件是计算机联锁系统不可缺少的一部分，由于安全作业的要求使得依据进路控制过程的联锁程序设计不受具体站场的规模大小和繁简程度的影响，从而使联锁程序更趋于标准化。在进路控制过程中，有些过程必须有操作人员参与，例如办理进路。有些过程不需人的参与，例如锁闭进路。另外，在进路控制过程中，必须依据监控对象的状态，必须向操作人员提供表示信息以及向相关控制电路提供驱动信息。联锁机软件实现与人机交互层通信、与采集
