計算機聯(lián)鎖及發(fā)展與功能分析.doc

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題目：計算機聯(lián)鎖的發(fā)展與功能分析 姓 名： 學 號： 專 業(yè)： 院　 系： 2016年11月 計算機聯(lián)鎖的發(fā)展與功能分析 目錄 一、 計算機聯(lián)鎖的歷史與發(fā)展 3 （一）聯(lián)鎖設(shè)備的發(fā)展歷史 3 （二）各國計算機聯(lián)鎖的發(fā)展。 4 二、計算機聯(lián)鎖的結(jié)構(gòu)與功能 5 (一)計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)構(gòu)特點 5 （二）計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的功能 8 6 計算機聯(lián)鎖的發(fā)展與功能分析 計算機聯(lián)鎖的發(fā)展與功能分析 張寧 摘要： 簡述了計算機聯(lián)鎖的發(fā)展歷史，各國計算機連鎖的研究與使用情況。對計算機連鎖的功能結(jié)構(gòu)以及特性方面進行分析總結(jié)。 關(guān)鍵詞：計算機聯(lián)鎖; 現(xiàn)狀; 發(fā)展；功能 Abstract：Introduced the development history of computer interlocking, national research and use of computer interlocking. The function structure and the characteristics of computer chain aspects carries on the analysis summary. Keywords：railway signal; computer interlocking system; present application situation; development 引 言 為滿足我國鐵路電務(wù)事業(yè)實現(xiàn)跨越式發(fā)展的需要,新時期要積極發(fā)展車站計算機聯(lián)鎖技術(shù).計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)不是傳統(tǒng)的孤立的信號控制系統(tǒng),而是信號安全綜合控制監(jiān)測系統(tǒng)和綜合運營管理系統(tǒng)的一個子系統(tǒng),它的功能也因超出了車站信號安全控制設(shè)備的概念范疇而得以多方面的拓展. 1、 計算機聯(lián)鎖的歷史與發(fā)展 （一）聯(lián)鎖設(shè)備的發(fā)展歷史 利用機械、電器自動控制和遠程控制、計算機等技術(shù)和設(shè)備，使車站范圍內(nèi)的信號機、進路和進路上的道岔相互具有制約關(guān)系的技術(shù)設(shè)備稱為聯(lián)鎖設(shè)備。聯(lián)鎖設(shè)備是軌道交通的重要信號設(shè)備，用來在車站和車輛段實現(xiàn)聯(lián)鎖閉塞關(guān)系，建立進路，控制道岔的轉(zhuǎn)換和信號機的開發(fā)，以及進路解鎖，以保證行車安全。聯(lián)鎖發(fā)展至今已有100多年的歷史，經(jīng)歷了機械聯(lián)鎖、電機聯(lián)鎖、電氣聯(lián)鎖、電氣集中聯(lián)鎖、計算機聯(lián)鎖的發(fā)展過程。可分為機械、電氣、微機聯(lián)鎖三個階段。 　　1856年英格蘭的布列克勒葉?阿姆斯（BrickloyerArms）車站裝設(shè)由薩克斯倍（Saxby）首創(chuàng)薩式聯(lián)鎖機是機械聯(lián)鎖的開始，機械聯(lián)鎖是最古老的聯(lián)鎖方式。在機械聯(lián)鎖中信號機與道岔的控制桿相互鎖閉，聯(lián)鎖關(guān)系遵循因果關(guān)聯(lián)原則或者相關(guān)進路原則。直接控制動作設(shè)備，屬于硬閉鎖，后來在長時間年內(nèi)一直占領(lǐng)主導地位的集中式機械聯(lián)鎖控制系統(tǒng)就是在傳統(tǒng)機械聯(lián)鎖的基礎(chǔ)之上發(fā)展起來的。 　　1927年基于布線邏輯的繼電聯(lián)鎖控制系統(tǒng)問世。電氣與機械聯(lián)鎖不同的是，繼電器聯(lián)鎖的聯(lián)鎖邏輯由繼電電路實現(xiàn)，道岔和信號機不再由操縱桿控制，而完全由繼電聯(lián)鎖控制系統(tǒng)自動完成道岔和信號機的安全控制。電器設(shè)備控制動作設(shè)備，屬于軟閉鎖； 　　隨著計算機(Computer)、通信(Communication)、控制(Control)三大技術(shù)的發(fā)展，人們開始嘗試采用電子器件取代繼電器來構(gòu)成鐵路信號電子聯(lián)鎖控制系統(tǒng)，從此掀開了微機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)研究與應(yīng)用的新篇章。1978計算機聯(lián)鎖首先于年在瑞典哥德堡投入運用，進入20世紀80年代后，美、日、英、法、德國、丹麥、荷蘭等國進入試驗階段或開始使用，各國在系統(tǒng)上各有不同的方案。1984年中國鐵路開發(fā)出第一臺計算機聯(lián)鎖，此后取得迅速進展。計算機聯(lián)鎖主要是將電氣聯(lián)鎖的聯(lián)鎖運算核心繼電器用微型機算計的軟硬件和其他一些電子、繼電器件替代，具有故障-安全性能的實時控制系統(tǒng)。其安全可靠、處理速度快，與繼電集中聯(lián)鎖相比具有十分明顯的技術(shù)經(jīng)濟優(yōu)勢。無論在安全性、可靠性、經(jīng)濟性等方面都是繼電集中聯(lián)鎖無法比擬的，而且設(shè)計、施工、維修、使用以及信息化功能擴展大變得容易為方便，是一套全新的系統(tǒng)設(shè)備。使車站聯(lián)鎖的設(shè)計、施工、維護。隨著3C技術(shù)的快速發(fā)展，計算機聯(lián)鎖已經(jīng)成為聯(lián)鎖設(shè)備的主要發(fā)展方向。 （二）各國計算機聯(lián)鎖的發(fā)展。 1、英國計算機聯(lián)鎖：計算機聯(lián)鎖在英國又稱為固體聯(lián)鎖（ Solid State Interlocking, 簡稱 SSI）。1985年，SSI系統(tǒng)第一次在明斯頓車站正式使用。該系統(tǒng)采用分散三級控制方式，為了保證系統(tǒng)的安全性和可靠性采用三取 二表決的模式。系統(tǒng)中參與表決的模塊運行單套軟件，每一模塊與 其他兩個模塊的運算結(jié)果相比較以校驗自身的運算結(jié)果。目前，SSI系統(tǒng)已在國內(nèi)外數(shù)十個車站安裝使用。 2、瑞典計算機聯(lián)鎖：瑞典計算機聯(lián)鎖的典型產(chǎn)品有EBILOCK850系統(tǒng)和20世紀90 年代初期開發(fā)的EBILOCK950系統(tǒng)控制電路、軌道繼電器均采用無接點方式的功能塊，采取雙機熱備、單擊運行雙套軟件來提高整個系統(tǒng)的可靠性和安全性。 3、日本計算機聯(lián)鎖：日本的計算機聯(lián)鎖最早開通于1985年，至今已安裝使用了200 多個車站。日本研制的計算機聯(lián)鎖產(chǎn)品主要有SMILE I II III 型 和K N型五種類型，主要生產(chǎn)廠家是日本信號公司、京山制作所和大同信號公司。 4、德國計算機聯(lián)鎖：德國于1979年決定研制計算機聯(lián)鎖。西門子公司以SIMIS系統(tǒng) 為核心構(gòu)成車站聯(lián)鎖控制系統(tǒng)，第一套系統(tǒng)于1985年在慕尼黑—— 米騰瓦爾特區(qū)段的姆爾瑙站交付使用。SIMIS系統(tǒng)從早期的SIMISB型（ 8080 CPU）、SIMIS-C型（ 8085 CPU）、SIMIS3116、 SIMIS3126、SIMIS-E型（ 80386 CPU）、SICAS型已發(fā)展到目前正在開發(fā)的SIMIS-W型。 5、美國計算機聯(lián)鎖：美國開發(fā)的計算機聯(lián)鎖產(chǎn)品主要有通用信號公司（ GRS）的 V IP安全型系統(tǒng)和聯(lián)合道岔與信號公司的Microlock系統(tǒng)兩種。這兩 種制式大部分用在單機運行狀態(tài)，系統(tǒng)的安全性則由主機系統(tǒng)中的 “安全邏輯”得到保證。目前VIP系統(tǒng)已安裝了數(shù)十個車站, Microlock系統(tǒng)也正式投入使用。 6、中國計算機聯(lián)鎖：國內(nèi)對計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的研究開始于 20世紀 80年代 ,進入 90年代后 ,隨著與發(fā)達國家在計算機聯(lián)鎖技術(shù)上的交流增多和計算機技術(shù)的發(fā)展 ,計 算機聯(lián)鎖進入快速發(fā)展階段. 鐵科院通號所、通號公司設(shè)計院、北京交大、卡斯柯等單位相繼開發(fā)出 具有不同特點的單機、雙機熱備、三取二和二乘二 取二等計算機聯(lián)鎖系統(tǒng) ,至“九五”期末 ,全路共裝 備了計算機聯(lián)鎖系統(tǒng) 438個車站 (場 ) 。在鐵道部 “十五”科技發(fā)展技術(shù)政策中明確規(guī)定要積極發(fā)展 計算機聯(lián)鎖 ,在此期間 ,車站計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)獲得了更快的發(fā)展 ,計算機聯(lián)鎖可靠性、安全性進一步 提高 ,進入了以技術(shù)為依托 ,面向市場和服務(wù) ,從實 現(xiàn)功能到完善拓展功能 ,從單站聯(lián)鎖到一體化、電 碼化等擴大應(yīng)用的新的發(fā)展階段。 二、計算機聯(lián)鎖的結(jié)構(gòu)與功能 (一)計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)構(gòu)特點 1.系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)的可靠性冗余結(jié)構(gòu) (1)計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的可靠性 ：系統(tǒng)在規(guī)定的時間和條件下完成規(guī)定功能的能力。 (2)計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的可靠性冗余結(jié)構(gòu)：為了使系統(tǒng)的可靠性指標達到或者超過目標值而 采取的冗余結(jié)構(gòu)。 可靠性冗余結(jié)構(gòu)圖 系統(tǒng)的安全性冗余結(jié)構(gòu) (1)計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的安全性 當系統(tǒng)的任何部分發(fā)聲故障時，其后果不會導致人身傷亡或者財產(chǎn)的重大損失的性能。 (2)雙機比較的安全性冗余結(jié)構(gòu)的原理：在極短的時間間隔內(nèi)，兩臺計算機同時出錯并 且錯誤呈現(xiàn)同一種模式的概率幾乎為零。 安全性冗余結(jié)構(gòu)圖 三取二冗余結(jié)構(gòu)圖 (1)同步運行問題 要求嚴格同步，但單一時鐘源危險性大，多采 用三個時鐘強制同步 (2)表決器問題 表決器應(yīng)具備更高數(shù)量級的可靠性與安全性。 （3）故障機的及時切離與及時修復問題 及時確認故障位置并將其切離，同時修復。 三取二冗余結(jié)構(gòu)圖 系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu) 2. 系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu)要求：實時操作系統(tǒng)或?qū)崟r調(diào)度程序支持下的多任務(wù)的實時系統(tǒng)。 基本結(jié)構(gòu)分類 （1） 系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)分類 （2） 冗余結(jié)構(gòu)分類 （3） 聯(lián)鎖數(shù)據(jù)的組織形式 聯(lián)鎖結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 數(shù)據(jù)的編碼 {為符合故障－安全，采用多元編碼 {設(shè)計安全的邏輯量，要取碼距大的相間碼 數(shù)據(jù)傳輸 {距離遠時，采取串行數(shù)據(jù)傳輸方式 {傳輸數(shù)據(jù)包括：邏輯量、數(shù)字量、地址數(shù)據(jù)等 {避錯與容錯相結(jié)合來克服出錯 可靠的器件，抗干擾的介質(zhì)，嚴格的工藝 采用差錯控制技術(shù)，（n，k）分組碼，增加冗余 靜態(tài)數(shù)據(jù)及其結(jié)構(gòu) 進路建立應(yīng)指明其特性和有關(guān)監(jiān)控對象的特征及其數(shù)量 {總進路表 將一個車站的全部進路的進路表匯總在一起 {進路搜索程序 解決總進路表龐大，數(shù)量大，方便修改 減少人工錯誤與工作量 需要靜態(tài)數(shù)據(jù)庫 站場形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 站場形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的優(yōu)點 靜態(tài)數(shù)據(jù)庫比總進路表數(shù)據(jù)庫小，利于檢測 結(jié)構(gòu)由節(jié)點鏈接而成，修改只需地址，不 需要改物理存儲區(qū)，適于改建與擴建 結(jié)構(gòu)是節(jié)點的鏈接表，節(jié)點類型有限，內(nèi)容和容量是不變的，只是在邏輯上有序，具體物理地址是無序的。 動態(tài)數(shù)據(jù)及其結(jié)構(gòu) {操作輸入變量 反映操作人員操作動作的開關(guān)量 其在變量表中邏輯地址與它的輸入通道地址一一對應(yīng) 作用：形成操作命令；作為表示信息的原始數(shù)據(jù)以及檢測系統(tǒng)的記錄內(nèi)容 {狀態(tài)輸入變量 反映監(jiān)控對象狀態(tài)的變量 采取雙通道輸入方式，保障安全性 狀態(tài)變量應(yīng)周期地及時刷新 RAM中的基本組織方式 {表示輸出變量 指向控制臺、表示盤或屏幕顯示器提供的變量 {控制變量 指控制信號和道岔的變量 兩套程序產(chǎn)生雙份控制變量 {中間變量 聯(lián)鎖程序執(zhí)行過程中產(chǎn)生的一些變量 （二）計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的功能 計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)不僅具備繼電器聯(lián)鎖設(shè)備的連鎖控制功能，而且利用計算機的快速信息處理功能，存儲能力和聯(lián)網(wǎng)能力，可方便的實現(xiàn)繼電器連鎖設(shè)備難以實現(xiàn)的功能。 1. 聯(lián)鎖控制功能 計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的聯(lián)鎖功能與繼電式電氣集中相同，能根據(jù)車站行車安全的需要在規(guī)定聯(lián)鎖條件和規(guī)定的時序下自動對進路、信號和道岔實行監(jiān)控。 2. 顯示功能 計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)采用大屏幕顯示器取代示盤，可以向操作人員提供更加豐富直觀的顯示信息。 3. 記錄存儲和故障檢測診斷功能 利用計算機的信息存儲能力和存儲容量大的優(yōu)點，計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)為實現(xiàn)系統(tǒng)維護、行車管理自動化奠定了基礎(chǔ)。 4. 綜合功能 利用標準化的通訊接口板，網(wǎng)絡(luò)接口板以及通訊規(guī)程，可直接與現(xiàn)代化信息處理系統(tǒng)相連接進行數(shù)據(jù)交換。 結(jié) 束 語 自1978年瑞典首次運用計算機聯(lián)鎖至今，隨著計算機、通信、控制三大技術(shù)的發(fā)展，計算機聯(lián)鎖技術(shù)不斷提高。對于我國這樣的鐵路大國來說，計算機聯(lián)鎖是一項非常重要的技術(shù)，相信隨著鐵路運輸需求的不斷增加，計算機聯(lián)鎖技術(shù)也將隨之繼續(xù)發(fā)展完善。 參考文獻 趙志熙 . 計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)技術(shù) . 北京：中國鐵道出版社，1999.9 謝保鋒 .車站計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的現(xiàn)狀與發(fā)展 . 鐵道科學研究院通信信號研究所 ,北京 100081