项目一　计算机联锁的特点与发展

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一、车站信号控制系统的发展概况

车站信号控制系统，一般称为车站联锁。它的控制对象是道岔、进路和信号机。车站联锁经历了机械联锁、电机联锁、电气联锁、电气集中联锁和计算机联锁的发展过程。其中电气联锁是指用电器设备的二次设备来控制，属于软闭锁；机械联锁是指用电气设备本体的机械传动部分进行控制，属于硬闭锁。

目前，联锁设备按操纵方式的不同可分为集中联锁和非集中联锁。道岔在现地分散操纵的车站联锁，叫非集中联锁（有色灯电锁器联锁和臂板电锁器联锁）；道岔、进路和信号机在一处集中控制与监督的车站联锁，则叫做集中联锁。联锁设备按主要设备工作方式的不同可分为电锁器联锁、继电联锁和计算机联锁。

用电气方法进行控制与监督的集中联锁，叫做电气集中联锁；用继电电路实现联锁的电气集中叫做继电式电气集中；采用通用的工业控制计算机，由一套专用的软件来实现联锁关系的设备称为计算机联锁。

随着科学技术的进步，旧的联锁设备不断被安全性、可靠性更高、操纵和维护更简单、技术更先进的联锁设备所代替。继电集中联锁具有性能较稳定、操作简便、办理迅速、表示完善、安全可靠等一系列优点，在相当长的一段时间内得到广泛应用，但继电电路构成的继电集中联锁由于其技术原因，存在以下缺点：

（1）功能不够完善，特别是人—机对话功能欠缺，比较难于增加或扩展其他功能。

（2）不便于利用标准的通信接口板/网卡和现代化的信息处理系统相连接。

（3）继电集中联锁系统要使用更多的电缆、占用更大的面积，标准化程度比较低、维修量大，造价相对较高。

因此，在铁路运输和铁路科技迅猛发展的前提下，继电集中联锁已经失去了它的技术优势，必然被新型的车站联锁设备——计算机联锁系统所取代。

二、计算机联锁系统的发展概况

国外的一些发达国家首先相继开展了计算机联锁系统的研究。1978年瑞典ABB公司研制的世界上第一套计算机联锁系统EBILOCK率先在歌德堡站成功投入使用，掀开了车站联锁控制系统研究与应用的新篇章。后来德国、美国、日本、英国、法国、奥地利等发达国家也陆续地使用了计算机联锁系统。到了20世纪90年代，不少国家已开始大面积推广计算机联锁控制系统。

我国的计算机联锁系统的研制工作是从20世纪80年代在一些研究部门和高等院校相继开始的。随着铁路科学技术的迅猛发展，特别是高速铁路的快速发展，计算机联锁系统要满足与其他现代化的信息处理系统的接口能力，如列车调度挥信息管理系统TDCS、调度集中系统CTC、信号集中监测系统等。

进入21世纪以后，我国的计算机联锁发展非常迅速，现已有上千个车站采用计算机联锁，有的区段已实现了区域计算机联锁。

因为电子单元具有体积小、功能强大等特点，便于组网、远程管理和远程诊断。有人提出用电子单元代替继电器，构成全电子计算机联锁系统。在国外，只有少数车站采用。国产车站全电子计算机联锁系统的研制始于1996年，1999年纳入原铁道部《铁路科技发展计划项目》，“计算机联锁智能型全电子信号道岔控制一体化的研究”于2000年1月通过原铁道部技术鉴定。该系统从2001年开始，先后在信阳电厂、襄樊北机务段整备场投产使用。但是，由于多方面的原因，未能推广开来。

在计算机联锁的发展过程中，经历了自行研制、引进、引进后二次开发、引进国外核心集成硬件和国内软件开发相结合的过程。

1984年原铁道部通信信号研究设计院的计算机联锁控制系统DS-30设备，安装在南京梅山铁矿井下进行试验，并于1984年7月通过了冶金部科技司和原铁道部电务局的联合技术鉴定。1986年太钢配料站开通，这是国内第一个计算机联锁系统。

中国铁道科学研究院通信信号研究所研制的TYJL-Ⅰ型驼峰编组场尾部微机联锁系统作为国家级科研项目，于1989年末通过鉴定，并在郑州北编组站投入使用，这是计算机联锁系统应用于国家铁路的开始。

中国铁道科学研究院通信信号研究所研制的TYJL-Ⅱ型和TYJL-TR9型计算机联锁系统于1997年通过原铁道部的技术鉴定；北京全路通信信号研究设计院的DS6-11型和DS6-20型计算机联锁系统于1999年1月通过原铁道部的技术鉴定；北京交大微联有限公司研制的JD-1A型计算机联锁系统于2000年1月通过原铁道部的技术鉴定；上海卡斯柯有限公司的VPI型计算机联锁系统于2000年8月通过原铁道部的技术鉴定，允许其设备上道运用。

在此过程中，还相继引进了英国西屋公司的SSI、美国GRS公司的VPI、日本京三制作所的K5型二乘二取二、意大利安萨尔多公司的ACC三重冗余、德国西门子公司的SIMENS-W型三重冗余、瑞典ABB公司的EBILOCK850型计算机联锁系统，由于设备有些技术不能适应我国铁路运输和联锁的特点，没有得到理想效果。后来则采用引进和开放相结合的方法，如TYJL-ADX型、EI32-JD型、DS-K5B型等计算机联锁系统都是采用了国外的硬件、国内开发软件的方法，既提高了联锁系统的可靠性，又能够满足我国铁路运输和联锁的具体要求。

在铁路高速发展的进程中，要不断加快计算机联锁的发展：

（1）CTC（调度集中）区段和列车速度超过160km/h的区段、煤运专线、高速铁路均应采用计算机联锁系统；基建、更新改造和大修工程应成段发展计算机联锁，以便有利于CTC和TDCS的发展。还应加快以联锁为核心的车站、区间、列车控制一体化的研发和应用。

（2）枢纽和有需求的区段应积极发展区域计算机联锁。

（3）继续完善计算机联锁系统的功能。要充分利用计算机的综合优势，实现6502电气集中基础上安全可靠功能的新突破。进一步研究和制定适应高速铁路的联锁技术条件，开发相应的计算机联锁。

（4）全面提高计算机联锁的软件、硬件质量。要高标准配置系统硬件，优化软件设计，完善自诊断和检测功能，实现高安全、高可靠、无维修的目标。

（5）要进一步完善出厂检测和现场测试手段，为规范管理创造有利的条件。同时，要加强对已上道运用设备的抽检，确保运用质量。

计算机联锁的发展要进一步提高软、硬件标准和安全、可靠性水平，逐步统一为二乘二取二或三取二的体系，统一操作方法，统一操作界面，统一外特性端子使用。

三、计算机联锁技术的发展

（一）冗余技术的发展

最早的计算机联锁系统曾采用单机结构，其可靠性和安全性远远不能满足车站联锁的严格要求。后来改为双机热备结构，并由一个CPU执行两套功能相同而编码各异及诊断程序，来提高计算机联锁系统的可靠性和安全性。目前，我国大部分计算机联锁是双机热备系统。但是，双机热备系统存在双机切换的问题，切换失败将产生危险后果。与此同时，开发了采用屏蔽技术的三取二系统，3个CPU运算结果两两进行比较，产生危险输出的可能性极小。但是，存在着不能停机检修的问题。

近些年，又推出二乘二取二系统，由两个CPU构成一个子系统执行联锁任务（主机），另两个CPU处于热备状态（备机），大大提高了计算机联锁系统的可靠性和安全性，而且方便维修。当前，主要干线的技术改造都优先考虑采用二乘二取二系统。

（二）动态输出技术的发展

目前广泛使用的计算机联锁系统，其信号机和道岔的控制器件仍然由继电器来完成。为了提高计算机联锁输出的可靠性和安全性，双机热备结构的计算机联锁系统多采用动态继电器，后来又采用动态驱动单元或动态驱动柜，将驱动电路与继电器分离开来，使继电器带动更多组接点。

有些双机热备结构的计算机联锁，以及三取二或二乘二取二的计算机联锁系统在内部完成了动态输出，不再采用动态继电器，也不需要动态驱动单元或动态驱动柜，直接驱动偏极继电器，甚至无极继电器。

（三）区域计算机联锁技术的发展

区域计算机联锁是集中式的联锁控制方式，即由一个站控制周围的若干个小站及区间的道岔控制点。

区域计算机联锁系统提高了行车组织的工作效率和设备的远程维护能力，为中小车站信号系统的数字化、网络化、综合化奠定了基础，有利于提高铁路的管理水平，是铁路运输指挥系统实行综合现代化、减员增效目标的根本性措施之一。

（四）国内计算机联锁系统的研制单位

（1）中国铁道科学研究院通信信号所。

（2）北京全路通信信号研究设计院有限公司。

（3）北京交大微联科技有限公司。

（4）卡斯柯信号有限公司。

（五）各研发单位的主要产品型号

（1）中国铁道科学研究院通信信号所：TYJL-Ⅰ、TYJL-Ⅱ、TYJL-Ⅲ、TYJL-TR9、TYJL-ECC、TYJL-ADX、TYJL-2000。

（2）北京全路通信信号研究设计院有限公司：DS6-30、DS6-11、DS6-20、DS6-60、DS6-K5B。

（3）北京交大微联科技有限公司：JD-1A、EI32-JD。

（4）卡斯柯信号有限公司：VPI、CIS-1、iLOCK。

四、计算机联锁的特点

（一）计算机联锁与继电联锁的主要区别

（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，若实现串行信息接口，均能由传输通道串行传送，可节省大量的干线电缆，并使采用光缆传输成为可能。

（3）用CRTLCD屏幕显示代替现行的表示盘，大大缩小了体积、简化了结构，不但方便使用，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。

（二）计算机联锁的优点

计算机联锁有如下优点：

1.进一步提高了安全性和可靠性

继电联锁的安全性和可靠性受到继电器等元器件的指标限制，如轨道电路分路不良，只能对轨道继电器提出种种要求，而系统只能做到三点检查。计算机联锁就灵活得多，它能连续检查列车头部和尾部的位置，可以防止因轨道电路分路不良造成的错误动作和漏解锁。

计算机联锁采用二重系或三取二表决冗余技术，增加了系统的可靠性，如软件冗余技术，对每台计算机设计两组程序，由于它们的数据结构不同，两组程序存入存储器的区域也不相同，两组程序以不同的步骤运算，对硬件的故障很容易发现，从而提高了系统的可靠性，同时因两组程序对外界干扰有不同的反应，通过比较电路很容易发现，增加了抗干扰功能，外部比较器则采用“故障—安全”元件。

2.增加和完善了功能

继电联锁虽然不断改进和完善，但受到继电器电路的限制或由于费用昂贵等原因，在联锁功能方面仍存在不足。

如由于轨道电路的误动而造成进路错误解锁的可能性仍然存在，以致妨碍进路的预排；再如，在转线调车作业过程中，如果调车车列越过折返信号机而继续前进，折返信号机前方的调车区段有可能正常解锁，而折返信号机开放时，又不能将该解锁的道岔区段加以锁闭，可能危及行车安全。目前只能由调车员指示调车机车在车列刚刚全部越过折返信号机时立刻停车以保证安全。这些缺点，在计算机联锁系统中，可以用较少的硬件投资并发挥软件的作用加以克服。

因为计算机具有工作速度快、信息量大的特点，所以计算机联锁很容易实现自动控制功能，还能安全地实现自动选路和储存进路等继电集中无法完成的功能。列车运行图变更时还能自动选择最佳方案。计算机联锁不仅可扩大控制范围，适用于任何模式的车站（尤其是大型枢纽及远离咽喉区的信号设备的控制等），而且还可以利用计算机进行站内行车业务管理，以提高工作效率。CRT显示也较传统的表示盘灵活方便。

简化操作手续和减少人工直接干预，以减少和防止操作失误，提高作业效率。计算机联锁系统为提高办理列车进路的自动化程度创造了条件。如可将接发车计划（包括车次号、到发股道、到发时间及车站出入口等）预先存在计算机中，利用车次号系统选择接车进路，利用列车接近车站的信息确保办理进路的时机。对于发车进路来说，由于涉及列车始发、旅客乘降、货车装卸等情况，在办理方式上可以采取人工、定时和按计划自动办理等。

在行车信息管理方面，计算机联锁系统可以向旅客服务系统（如广播、车次到发显示牌等）、列车运行监视系统及行车指挥系统提供信息。由于这类系统日趋计算机化，系统之间就容易结合。

计算机联锁系统还能很方便地进行自身的管理，包括对操作人员的操作、设备工作情况的记录和打印，对电子器件、信号设备的检测、诊断并给出必要的表示、打印等。自动监测功能能及时发现故障，确定故障位置。自动监测既用硬件也用软件来实现。

3.方便设计

计算机联锁使设计工作为之一新。由于其采用模块结构，容易实现标准化，进一步提高了工厂化施工的程度。它将车站联锁的逻辑编成程序，不论站场如何变化，或遇到任何类型的站场，都不需重新改变硬件系统，只要补充和改变程序，即可满足联锁的要求。它采用标准接口，不需增加设备就可以和其他自动化系统结合。通过辅助设计系统（CAD）、线路图和进路表等车站固有的联锁条件，以人—机对话的形式输入后，即可自动做成联锁图表和数据外存。

4.省工省料，降低造价

继电联锁全部采用继电器，组合间配线复杂，特别是信号楼和现场设备间所用电缆很多。由于计算机联锁采用了计算机软、硬件技术，用它取代成千上万只继电器，而且其价格日益低廉。计算机联锁的信息若能串行传输，就可大大减少干线电缆。计算机联锁系统室内设备的体积远小于继电联锁，可大大节约占地面积，这些都降低了造价。

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，其经济效益是显著的。据报道，目前计算机联锁设备的造价已接近继电联锁设备。计算机联锁之所以能如此实用，经济合理是重要原因。