計算機聯鎖控制系統在北京城鐵中的應用

摘要: 介紹了北京城市軌道交通計算機聯鎖控制系統在系統結構方面的硬件改進, 闡述了諸如扣車、緊急關閉和軌道區段故障時單獨操縱道岔等特殊聯鎖功能和與A TP 系統結合的安全編碼邏輯功能的軟件實現。關鍵詞: 城市軌道交通　計算機　聯鎖
　　考慮到信號工程的技術趨勢和經濟上的合理性, 北京城市軌道交通13 號線信號計算機聯鎖控制系統, 采用鐵科院開發研制的T YJL2Ⅱ 型系統。雖然此系統已在全路400 余個站場投入使用, 但在滿足現有的各項技術條件要求, 實現進路上的道岔、信號機和軌道電路的正確聯鎖關系, 確保列車運行安全的同時, 還必須進行一系列的改進和完善, 以滿足城市軌道交通所要求的特殊聯鎖功能, 并實現與A TP 系統結合的安全編碼邏輯功能。
1 　系統結構的改進
根據北京城市軌道交通的特點, 對T YJL2Ⅱ 型計算機聯鎖的系統結構做了如下的改進。
1. 各站通常不設信號維修人員, 為了確保系統在監控機或控制臺故障的情況下仍能夠不間斷地可靠運行, 將監控機和控制臺納入到了雙機熱備的覆蓋范圍之中, 使其在故障時可由相應的聯鎖機申請切換。具體地講, 對站場簡單的車站, 直接將監控機安裝在聯鎖機柜內, 取消聯鎖總線的切換電路。A 監控機和A 控制臺隨著A 聯鎖機的切換而切換, B 監控機和B 控制臺也如此。而對站場復雜的車站, 除切換方式同簡單車站外, 仍采用原有TYJL2Ⅱ 型計算機聯鎖系統的結構, 保留聯鎖總線的切換電路。
2. 由于計算機聯鎖控制系統的操作方式分為控制中心集中控制和車站分散控制, 且通常采用中心集中控制方式, 因此系統在各站的監控機部分增加了與CTC 分機的接口, 接收中心集中控制時的命令信息, 并向中心發送本站的表示信息, 接口采用RS2422 雙網結構。車站分散控制時, 系統采用鼠標式控制臺和按鈕式單元控制臺互為備用的原則進行設計, 使操作方式更加方便靈活。
3. 為了便于維修, 計算機聯鎖控制系統的采集、驅動電路板均改為6U 標準, 計算機電源、采集電源、驅動電源和地線檢查器改為插接方式。同時, 為適應北京城市軌道交通機柜上出線的要求, 系統的聯鎖機柜結構也相應地改為采集、驅動層在上, 計算機層、電源層在下。
4. 在保持原有T YJL2Ⅱ 型計算機聯鎖系統電路結構不變的情況下, 為提高系統的可靠性和抗干擾能力, 采取的措施主要包括: 提高印制板采用的芯片等級, 按5V 計算機電路與12V 采集、驅動電路分別布線, 并且分開設置接插件; 在接口架的驅動條件線上增加防雷器件; 采集、驅動32 芯電纜靠電路板一側增加抗電磁干擾磁環等等。

2 　系統特殊聯鎖功能的實現
由于北京城市軌道交通計算機聯鎖控制系統增加了諸如自動進路、自動折返、扣車、緊急關閉和軌道區段故障時單獨操縱道岔等一系列特殊聯鎖功能, 因此在聯鎖軟件中又增加了相應的模塊, 具體可分為3 類。
1. 原聯鎖軟件中沒有與其類似的功能, 需要建立全新的算法, 增加新模塊。如, 扣車必須確定扣車狀態的輸入與哪些所要驅動的發車進路的信號控制輸出有關; 扣車狀態的輸出與哪些扣車按鈕的輸入有關。在此基礎上建立實現扣車這種特殊聯鎖功能的算法, 并予以實現, 完成扣車作業。
2. 原聯鎖軟件中有與其類似的功能, 可利用原有算法。如, 緊急關閉與原有的超限絕緣檢查功能非常類似, 其技術條件也基本相同。因此, 可利用原聯鎖邏輯模塊中的超限檢查的算法, 在股道的二端分別設置與超限檢查模塊類似的緊急關閉模塊來實現緊急關閉作業。
3. 原聯鎖軟件中雖有與其類似的功能, 但需對其算法稍加修改。如, 軌道區段故障時單獨操縱道岔與原聯鎖邏輯模塊中的單獨操縱道岔稍有不同, 二者的區別在于是否進行區段占用檢查。只要在原聯鎖邏輯模塊中的單獨操縱道岔模塊的算法中, 去掉區段占用檢查條件, 就可以得到軌道區段故障時單獨操縱道岔模塊的算法。在道岔區段軌道電路故障的情況下, 且人工確認該道岔區段無車時, 可以采用非常手段實現單獨操縱道岔作業。
雖然實現各項特殊聯鎖功能的模塊所采用的算法是不同的, 算法的確定也是不同的, 但由于原有的TYJL2 Ⅱ 型計算機聯鎖控制系統的聯鎖軟件是按照故障2安全的原則設計的, 新增加或修改的模塊也均按此原則設計, 不會影響原有計算機聯鎖控制系統軟件故障2安全性的實現。
3 　安全編碼邏輯功能的實現
北京城市軌道交通計算機聯鎖控制系統, 增加了與ATP 系統結合的安全編碼邏輯功能, 并通過軟件加以實現。其軟件的數據仍采用按站場圖形基本模塊鏈表進行連接的方式, 遇有站場改變時只需在相應位置插入對應的模塊。程序采用模塊化的設計方法, 如需增加或改動某個環節, 也只需增加或改動相應的模塊。
與ATP 系統結合的安全編碼邏輯軟件的數據分為靜態數據和動態數據2 部分。其中, 靜態數據包括: 與站場結構緊密相關的編碼模塊的代碼、在鏈表中的位置、其控制特征以及其他必須的信息, 如軟件運行所需的索引表、控制表等相關內容。就編碼模塊而言, 對于非道岔區段, 每1 個軌道區段均設有1 套速度碼繼電器和1 個編碼模塊, 并入鏈; 對于道岔區段, 考慮到道岔區段設有定位發碼和反位發碼2 套獨立的速度碼繼電器, 因此也分設2 個編碼模塊。動態數據則是在模塊靜態數據對應的緩沖區記錄模塊狀態、在程序中當前所處的層, 以及程序運行所必須使用的變量等信息。定義了編碼模塊的數據結構之后, 在聯鎖邏輯運算模塊中增加編碼邏輯處理模塊, 可以實現與ATP 系統結合的安全編碼邏輯軟件的技術要求。模塊中包含2 類程序, 一類是不受進路控制的編碼模塊, 另一類是受進路控制的編碼模塊處理程序, 二者的區別在于模塊掃描方式的不同, 不受進路控制的編碼模塊處理時按索引表掃描, 受進路控制的編碼模塊處理時按進路管理緩沖區掃描。
與ATP 系統結合的安全邏輯編碼軟件的實現, 無論是數據結構還是程序結構, 都借鑒了聯鎖邏輯運算模塊在提高軟件可靠性和安全性方面的經驗。為減少形成危險側錯誤輸出的可能性, 軟件采用冗余編碼方式, 將有關安全的編碼信息按不同規則分別存儲于不同的緩沖區, 使用時需比較一致才認為其有效。同時, 軟件采用分層遞進的網絡結構, 上一層的錯誤會被下一層發現, 不會由于錯誤擴展導致系統級錯誤。此外, 軟件對可能發生的錯誤視情況不同, 采取不同的方式進行處理。對于數據錯誤, 程序從發現錯誤層開始終止執行, 對已進行的處理采取程序卷回的方法恢復執行命令前的狀態, 并給出相應的提示。當影響安全的關鍵緩沖區發現錯誤后, 程序將采取切斷輸出的措施。對于硬件故障引起的錯誤, 如果硬件故障導致發生的錯誤是不影響安全的, 那么程序將給出報警提示, 并將故障可能影響的信息置為安全側。如果當硬件故障可能導致發生影響安全的錯誤時, 程序將采取停止工作的措施。
4 　結束語
北京市城市軌道交通計算機聯鎖控制系統是國內城軌領域首次采用國產計算機聯鎖設備。由于聯鎖控制系統在性能等方面具有強大的優勢, 改進后的系統結構更為合理, 特殊聯鎖功能的實現方式安全可靠, 并成功地增加了與A TP 系統結合的安全編碼邏輯功能, 完全滿足了現場運營的實際要求, 因此, 在運營期間, 信號系統以運營狀況穩定、性能安全可靠、維護便利, 獲得了用戶的認可, 并在提高作業效率, 改善勞動條件等方面收到了良好的使用效果。
參考文獻

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