计算机联锁系统理论培训.pptx

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1、1国际计算机联锁系统的发展车站联锁控制系统是车站信号的基础设备1927年：基于布线逻辑的继电联锁装置问世1978年：瑞典哥德堡，世界上第一个计算机联锁系统问世80年代：各国竞相开发研究微机联锁90年代：许多国家开始大面积推广微机联锁系统如日本、英国已制定技术政策，不再发展继电联锁，而由计算机联锁取代我国在十五期间铁道部的技术政策中明确规定要积极发展计算机联锁。第1页/共52页2国际计算机联锁系统的发展中央集中PRC控制(分散处理PRC)电子联锁与其他系统结合人工智能判断型195060708085902000年系统发展程度继电化CTC集中控制电子技术的发展计算机的发展微电子技术的发展程序进程控制

2、第2页/共52页3国内计算机联锁系统的发展计算机联锁系统“九五末”5232 451 占运营站90.4%占电气联锁站8.6%包括：国产设备、引进设备、合资设备、非标设备第3页/共52页4国内计算机联锁系统的发展n19821989 起步阶段1984.1 DS6-31 南京煤山井下1989 TYJL 郑州北n19901996 平稳发展阶段 开通53个站，n19971998 无序发展阶段 开通153个站，出现11家生产产家，12种制式n 19992001 整顿、规范阶段第4页/共52页5国内计算机联锁系统的发展1999年11月对10个不同类型的计算机联锁系统进行26轮测试：问题：203个 严重问题：2

3、1个 严重不可用问题：9个 安全隐患：37个 安全降级问题：8个 影响效率、软件缺陷、设计不合理：128个 错误解锁、错误开放信号、漏解锁、联锁概念错误盲目降低造价维修培训跟不上第5页/共52页6国内计算机联锁系统的发展（铁道部文件）电务局关于积极稳妥发展计算机联锁的通知 （电信199783号）从加强标准化、定型化及软件管理规范化工作、计算机联锁安全检测、研制单位规范化管理、建立计算机联锁系统维修中心等方面提出要求。铁道部关于加强车站计算机联锁上道管理的通知 （铁电务199894号）该文件的发布标志着我国铁路计算机联锁管理进入全面整顿和规范管理阶段确定铁科院通号所、通号公司研究设计院、卡斯柯信

4、号公司、北方交大为铁路计算机联锁系统研制生产单位对以下制度提出要求实行车站计算机联锁设备制造特许证制度实行车站计算机联锁制式的软件检测、产品质量抽检和颁发制式合格证制度实行计算机联锁产品合格证制度实行车站计算机联锁软件研制生产单位终生负责和包修制度第6页/共52页7国内计算机联锁系统的发展（铁道部文件）铁道部关于落实铁道部加强车站计算机联锁上道管理的通知（铁运函199914号）加强“铁路车站计算机联锁检验站”的管理工作开展制定“车站计算机联锁制式软件检测标准站场平面图”工作危机铁道部鉴定但上道使用的计算机联锁设备由所在路局与研制单位制定安全措施，以确保行车安全，其联锁设备的安全性与可靠性由研制

5、单位负责解决在“三证”颁发前上道运用的问题，明确要求“三证”颁发前上道的设备必须同时具备经铁道部鉴定和制式检测合格的条件第7页/共52页8国内计算机联锁系统的发展（铁道部文件）铁道部关于印发加强车站计算机联锁管理十条意见的通知 （铁运1999112号）加强软件管理加快工程遗留问题的处理建立车站计算机联锁研制生产单位的安全责任制完善检测手段与强化产品质量监督检查制定、修改技术条件和管理标准加强系统防雷加强技术培训加快产业化进度全面组织复查整改建立维修中心第8页/共52页9国内计算机联锁系统的发展（管理工作）关于建立铁路车站计算机联锁检验站工作检测前需取得电磁兼容和防雷性能的认证检测关于车站计算机

6、联锁制式检测工作关于落实车站计算机联锁设备制造特许证制度关于加强技术管理工作关于认真开展技术培训工作关于车站计算机联锁的防雷工作关于解决工程遗留问题工作第9页/共52页10计算机联锁系统的发展车站联锁系统的功能以色灯信号机、动力转辙机和轨道电路作为室外三大基础设备，以电气设备或电子设备实现联锁功能并采取集中控制方式对信号机和道岔进行控制n车站联锁系统的一般层次结构人机会话设备联锁机构人机会话层联锁层监控层室外设备第10页/共52页11继电联锁的特点由继电电路来实现信号、道岔、进路之间的联锁关系以安全型继电器为主要控制器件，并集中于信号楼优点：性能比较稳定缺点：、功能不够完善，特别是人机对话功能

7、贫乏，控制显示方式单一，比较难于增加或扩展其他功能（溜放等）、不便于和现代化的信息处理系统相连接、经济方面：占地面积大、维修量大、标准化程度低、施工过渡复杂、现地维修、设计工作量大计算机联锁系统的发展第11页/共52页12计算机联锁系统的发展n计算机联锁系统的优点n减少继电器检修工作量n减少系统的设计、施工和维护工作量n减少建筑使用面积n采用分布式系统结构时，可以节省干线电缆，从而降低工程造价n采取一定措施提高系统的可靠性与安全性n便于改造n便于增加新功能n为铁路信号向智能化和网络化方向发展创造了条件n可以实现远程诊断第12页/共52页13计算机联锁系统的硬件结构n系统的可靠性冗余结构n计算机

8、联锁系统可靠性定义：规定时间、规定条件下完成规定功能的能力。其定量标准为可靠度，即平均故障间隔时间MTBF=106平均故障间隔时间是指系统在规定的时间内、规定的条件下连续两次发生故障的平均间隔时间系统系统MTBF10MTBF10 10双机热备-整机冗余方式为可靠性冗余第13页/共52页14计算机联锁系统的硬件结构n系统的可靠性冗余结构实例TYJL-II双机热备系统综合控制中心监控机A（MMI）B维修终端B联锁总线微机房现场设备数字化仪控制台局域网联锁机A采集驱动B执表机A采集驱动列控系统信息处理系统MODEM其它网络第14页/共52页15双机热备系统结构图冗余软件诊断外回读主逻辑单元I/O总线

9、输入输出冗余软件回读诊断外回读QHJ主逻辑单元I/O总线输入输出采集信息驱动对象回读第15页/共52页16计算机联锁系统的硬件结构n系统的可靠性冗余结构实例TYJL-II双机热备系统脱机联机热备同步备机故障备机故障与主机进路状态一致备机转为工作机主机故障第16页/共52页17计算机联锁系统的硬件结构n系统的安全性冗余结构n计算机联锁系统可靠性定义：当系统任何部份发生故障时，其后果不会导致人生伤亡或财产重大损失的性能。其定量标准为安全度，即平均危险侧故障间隔时间=1011平均危险侧故障间隔时间是指系统在规定的时间内、规定的条件下连续两次发生危险侧故障的平均间隔时间1011系统系统整机冗余方式为安

10、全性冗余第17页/共52页18计算机联锁系统的硬件结构n系统的可靠性与安全性冗余结构系统系统系统系统二乘二取二结构第18页/共52页19计算机联锁系统的硬件结构n系统的可靠性与安全性冗余结构实例TYJL-III高速以太网高速以太网联锁逻辑单元DDMRCANCAN网网 DMRDMRDMRDMR安全采集驱动单元安全采集驱动单元DDMRDDMRDDMRDDMR继电器组合继电器组合监控终端监控终端监控终端监控终端维修终端维修终端冗余环形网冗余环形网第19页/共52页202取2乘2系统结构图主逻辑单元I/O总线输入输出采集信息驱动对象输入输出采集信息驱动对象第20页/共52页21计算机联锁系统的硬件结构

11、n系统的可靠性与安全性冗余结构系统系统系统三取二结构表决器异或异或异或故障表示第21页/共52页22计算机联锁系统的硬件结构n系统的可靠性与安全性冗余结构实例TYJL-TR9输入 电路A输入 电路B输入 电路C输出电路A输出电路B输出电路C主处理器 C主处理器 BI/O 总线I/O 总线I/O 总线TriBusTriBusTriBus表决主处理器 A输入 端子输出端子热备热备第22页/共52页23硬件冗余结构：*三中取二体系（故障屏蔽）*二取二体系*双机热备体系*机器采用专用机还是通用机*控制电路电子化问题计算机联锁系统的硬件结构第23页/共52页24计算机联锁系统的硬件结构（三重与双重系统比

12、较）三重系统 双重系统同步比较 在技术上实现三机同步较难 双机通信同步较易 采用多数表决，确定取舍 不易判断正确与否 要求完善的自检功能软件设计 较易 较难，复杂，相互牵制性强系统重构性 强，可以按输入模块 弱，整机切换 输出模块，CPU模块分别切换系统CPU升级 容易 较难工程过渡改造 要求在模拟器进行测试后 现场测试，较方便 上机试验系统软件和联锁 可不固化，在RAM中运行 应要求进行固化软件的固化与否第24页/共52页25计算机联锁系统的硬件结构(系统的层次结构)操作台站场显示器行车室人机会话计算机联锁运算控制计算机接口电路机械室及微机房室外设备第25页/共52页26操作台站场显示器行车

13、室人机会话计算机联锁运算计算机接口电路机械室及微机房室外设备执行表示计算机接口电路执行表示计算机集中站集中站计算机联锁系统的硬件结构(系统的分布式结构)第26页/共52页27计算机联锁系统的硬件结构(系统的分布式结构)第27页/共52页28控制中心监控机 A（MMI）B现场设备B联锁机A网络接口区域站监控机 A（MMI）B控制台网络接口B联锁机A网络接口监控机 A（MMI）B控制台B联锁机A网络接口监控机 A（MMI）B控制台维修终端光端机光端机维修终端维修终端中场北场南场计算机联锁系统的硬件结构(系统的分布式结构)第28页/共52页29计算机联锁系统的硬件结构(系统的分布式结构)表示屏综合控

14、制中心监控机 A（MMI）BB联锁总线中楼微机房现场设备控制台局域网联锁机A采集驱动B联锁机A采集驱动B联锁机A采集驱动B执表机A采集驱动监控机 A（MMI）B控制台B执表机A采集驱动沈阳南站（中心场158组、南场93组、北场88于于2001年开通年开通监控机 A（MMI）B控制台中场南场北场维修终端维修终端维修终端光端机上位机调车场控制台有3个类似调车场第29页/共52页30计算机联锁系统的硬件结构(硬件构成)控制台显示器上位机(监控机)电源鼠标软盘驱动器硬盘驱动器键盘数字化仪音箱主板系统显示器多屏显示卡声卡网卡网卡网卡下位机(执表机)电源CPU网卡输入I/O输出 I/O采集板驱动板维修机电

15、源鼠标软盘驱动器硬盘驱动器键盘主板系统显示器显示卡网卡网卡MODEM接口架下位机(联锁机)电源CPU网卡输入I/O输出 I/O采集板驱动板网卡工作指示灯第30页/共52页31计算机联锁系统的硬件结构(硬件构成)控制台类型比较单元块控制台数字化仪鼠标生产周期23月1天0天造价高低最低适用站场大小大的站场要求房屋、信号员增加都适用，无要求站大，图像较密操作稍不方便操作简易性接近传统继电单元控制台，方便较方便较方便站场改造不方便（不能预先试验）方便方便维修量多基本无维修无维修第31页/共52页32计算机联锁系统的软件结构(软件功能)n人机界面信息处理功能n操作信息处理n表示信息处理n维护与管理信息处

16、理n进路控制功能n进路选出、进路锁闭、信号开放、进路解锁、道岔单操、进路引导总锁n执行控制功能n输入控制、输出控制n自动检测与控制功能n其他功能n非进路、平面调车溜放、道口、调度集中联系、微机监测联系、管理信息系统第32页/共52页33计算机联锁系统的软件结构(软件结构分类)n人机界面层软件(上位机)n控制台操作处理软件包n控制台表示信息处理软件包n记录、报警等管理信息处理软件包n联锁运算层软件(联锁机)n软件设计思路的不同有不同软件包n执行层软件(执表机)n输入控制、输出控制n维修机软件n记录、报警、接口、远程诊断等管理信息处理软件包第33页/共52页34计算机联锁系统的软件结构(软件结构划

17、分)人机接口模块通信模块信息提示模块系统实时调度程序模块基本联锁模块自诊断模块特殊联锁模块与其他系统联锁模块现场设备输入状态模块现场设备输出状态模块第34页/共52页35计算机联锁系统的软件结构(联锁软件分类)站场图形网络结构1.按站场图形拼接模块相互由链接地址相连成完整的数据链，出错概率小，在某数据发生错误时，很容易查照。2.程序运算按模块连接，又分多层次运算，如有选路，确选，锁闭，开放信号等层，在每一层次的逻辑处理时，都留有痕迹，在下一个层次逻辑处理时，经过该模块，查找前一层留下的标记，进行处理，确定处理结果，如发现标记标识不正常，即可报错，退出联锁处理。调试程序简单，增减模块方便，不会对

18、其他部分的软件数据有影响。主要调度模块：系统调度程序模块、进路管理模块、各功能模块第35页/共52页36计算机联锁系统的软件结构(联锁软件分类)站场图形网络结构nC06DB21H;岔号 n DB0E2H;岔向n DWDG06;所在区段MHnDB0AAH;单/双动特征 n DBKZZHZ;控制字组号n DWDG06;岔尖数据区首址 nDWD08;定位数据区首址 nDWD04;反位数据区首址nDB?;带动岔标志nDB?;(从)带动岔岔号nDB60H;快动标志nDB0C1H;控制字序号nDB18H;岔位特征字 nDB0F1H;锁闭防护控制字6D8D4D2第36页/共52页37计算机联锁系统的软件结构

19、(联锁软件分类)站场图形网络结构nD02 DB10H;代码nDWDG06;上链MH指针nDWDO2G;下链MH指针nDBKZZHZ;控制字组号nDWD02G;接近区段MH指针nDB0E2H;特征码1nDB68H;.2nDB0H;nDB0FFH;nDB0A5H;.3nDB0FFH;nDB0H;nDB20H;控制字序号D8D46D2第37页/共52页38计算机联锁系统的软件结构(联锁软件分类)站场图形网络结构nDG06 DB08H;00-nDWC06;01-SLMnDWD02;03-XLMnDB0FFH;05-TBBZnDB0FFH;06-QSFKnDB0FFH;07-ZFJKnDB41H;08-

20、XQDSnDB08H;09-QDM2nDB0H;10-ZJJCD8D46D2第38页/共52页39计算机联锁系统的软件结构(联锁软件分类)开始取入始端取入终端始终端检查取下一模块信号信号检查道岔道岔检查区段区段检查第39页/共52页40计算机联锁系统的软件结构(联锁软件分类)联锁表结构逻辑软件软件编制较简单，但易出错：不便查找，较适合小站。布尔代数逻辑软件编制较简单，但易出错，不便查找，适合于小站。ASSIGN(L_X2.X4RQ*2.4NWC+L_X2.X6RQ*2.4RWC)*L.ON+X2GZ)*(XLZ1G.10PS*XLZ1G.10PSP+XLZ1G.10PSP*(XLZ1G.10P

21、S+X2COK)*TB_XLZ1G.11)*(L_X2CANPB*L.ON)*ORRTO X2GZ;ASSIGNX2GZ*XLZ1G.10ES*(2.4NWC*XLZ1G.9ES*X4EXINHS+2.4RWC*XLZ3G.3ES*XLZ3G.2ES*X6EXINHS)TO X2RC;ASSIGNX2RC*X2AS*XLZ1G.10WS*XLZ1G.10ES*(2.4NWC*XLZ1G.9WS*XLZ1G.9ES*X4AS*X4EXINHS+2.4RWC*XLZ3G.3WS*XLZ3G.3ES*XLZ3G.2WS*XLZ3G.2ES*X6AS*X6EXINHS)*2.4LP*2.4LR*ORR

22、TO X2H;ASSIGNX2H*2.4NWC*XLZ1G.10PS*G2.4PSTO X2AHR;ASSIGNX2H*2.4RWC*XLZ1G.10PS*G2.4PS*XLZ3G.3PSTO X2BHR;X224X4X6第40页/共52页41第41页/共52页42车站、区间一体化信号安全技术代表了当今世界铁路信号安全控制技术的发展方向，并已在法、日、德、意等铁路发达国得到实际应用。它也是我国既有线提速、客运专线、高速铁路、地铁、城市轻轨交通建设所急需的信号安全控制技术。随着我国计算机联锁技术、列控技术的进步以及网络通信技术、数字信号处理技术的飞跃发展，通过系统集成和创新，将车站、区间设备一体

23、化，组成一套符合我国国情的新型综合信号安全系统。站区一体化概述第42页/共52页43我国目前区间自动闭塞系统主要有国产移频、法国UM-71两大制式，通常采用三显示自动闭塞或四显示自动闭塞方式，通过继电器接点构成自动闭塞逻辑关系，并完成与联锁系统的接口。随着我国既有线大规模提速、客运专线的开工建设以及高速铁路的筹建，信号显示势必由以地面信号为主转为以车载信号为主，并采用列车运行自动控制技术。因此要求列控地面设备提供更多的安全列控信息，如果沿用以往的继电器接点逻辑控制方式，将不能满足大容量列控安全信息传输的要求，难以适应我国铁路发展的需求。-200km/h地面控制中心正在攻关中-列控中心项目的研究

24、研制已经启动开发研究站区一体化的必要性第43页/共52页44充分考虑与现场设备的兼容性，其参数设置和外部特性以法国UM-71自动闭塞设备为参照。该系统采用车站、区间一体化安全技术、以双重冗余CAN现场总线构建安全通信网络，以三取二容错计算机构成地面控制中心，不但完成站内联锁功能，而且完成区间自动闭塞逻辑控制功能，既满足了大容量列控信息传输的需求，又使设备进一步得到了简化，提高了系统整体可靠性，降低了设备造价，而且与调度集中系统有良好的接口，可以在调度中心或车站全程监控区间设备工作状态，便于维修与管理。由于该系统广泛采用了网络通信、数字信号处理等先进成熟技术，一方面极大改善了UM71原有设备的各

25、项技术指标，另一方面使系统组成开放性、模块化的结构，具有良好的扩展性和可裁减性，既可以按照车站、区间一体化结构与其他分系统组网形成一套综合列车运行控制系统，也可以根据现场需要，独立构成一套新型区间自动闭塞系统，与现场已有的计算机联锁设备或继电联锁设备接口，兼容现有法国UM-71和国产移频等既有设备，实现设备低投入“无缝”升级。可以实现区段临时限速。武九站区一体化的特点第44页/共52页45武九站区一体化的系统结构控制中心ATSATS子系统车载信号控制系统显示单元车载控制系统感应天线ZQY-IZQY-I系统地面控制中心-3-3取2 2控制单元冗余安全I/OI/O模块双重冗余CAN CAN 总线区间闭塞分区车站区域冗余数据传输环网本地控制台本地维护台冗余区间发送模块冗余区间接收模块冗余区间发送模块冗余区间接收模块冗余光纤通信模块邻站控制中心邻站继电接口第45页/共52页46武九站区一体化的地面系统结构第46页/共52页47武九站区一体化的闭塞设备框图第47页/共52页48武九站区一体化的试验范围第48页/共52页49列车自动控制ATC系统第49页/共52页50列车自动控制ATC系统地面设备第50页/共52页51第51页/共52页52感谢您的观看。第52页/共52页