铁路信号计算机联锁效系统毕业论文(编辑修改稿)

铁路信号计算机联锁效系统毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

陷于瘫痪，整个国民经济将遭受严重损失。 从铁路一开始出现，人们就吧把铁路信号中的故障 —— 安全技术作为一个专题进行研究。 随着计算机技术的发展，特别是对可靠性和冗余容错技术的深入研究，车站信号 联锁 安全技术也正在不断的更新和发展。 2 国内外研究现状 国外 车站计算机连锁系统 的 应用现状 1978年世界第一个计算机 联锁 系统在瑞典哥德堡问世 , 从 20世纪 80年代起各国竞相研究开发计算机 联锁 系统 , 并取得了显著的成绩 ,日本在 1980 年由铁路综合技术研究所、京三公司、日信公司合作开发、生产了由三重冗余微计算机组成的计算机 联锁 装置 , 1985 年实际投入使用的 JR 东日本的南古谷车库的计算机 联锁 装置是日本第一台计算机联装置 ,90 年代起很多国家已开始大面积推广微机 联锁 系统 , 如日本、英国制定技术政策 , 不再发展继电 联锁 , 而由计算机 联锁 取代 ,经过 20 多年的发展 , 计算机 联锁 技术在发达国家已发展成为完善成熟的 技术 , 计算机 联锁 由面向工程技术研究转向以面向服务为中心 , 其应用现状总体上可归纳为以下几方面 : 第一， 计算机 联锁 制式主要由三取二和二乘二取二两种 , 通过软件、硬件容错技术提高计算机 联锁 系统的可靠性、安全性、可维护性 , 双机热备系统已经淘汰。 第二， 计算机 联锁 系统的性能逐渐提高 , 比如 : 快速计算能力 , 高速率数据交换的通信能力 , 以适应高速铁路和综合化信号控制系统的要求。 第三， 面向工程和服务 , 采用计算机软、硬件技术 , 开发功能非常完善和强大的 CAD 系统 , 并从制度和设备上建立完善的维修体系和仿真检测 体系。 第四， 积极发展、推广使用全电子模块化的计算机 联锁 系统 , 使计算机 联锁 系统具有开放式结构 ,并且更加小型化、智能化。 第五， 以旅客营业系统为中心 , 采用先进的计算机通信技术 , 成功发展分布式分层处理的综合信号控制系统和运营管理系统，计算机 联锁 不仅仅是一个特定的车站的控制系统 , 而逐渐演变成综合行车指挥系统的一个重要的基础设备。 第六， 通过分布式结构扩大控制范围 ,实现集中 联锁 分散控制的区域计算机 联锁 系统 , 使计算机 联锁 系统网络化 第七， 计算机 联锁 系统功能逐渐扩大 ,实现信号机、道岔、轨道电路 联锁 关系而直 接控制信号设备是计算机 联锁 系统的基本功能 , 通过系统集成 , 将车站和区间设备一体化 , 由计算机 联锁 系统代替继电器节点逻辑控制方式提供丰富的列车控制信息。 在车站由计算机 联锁 系统完成对电码化控制信息的逻辑处理 , 通过计算机 联锁 系统实现站内进路电 3 码化 , 由这两种方式组合而成的 联锁 、列控一体化综合系统 , 在日本、德国、法国等国家均得到成功应用。 比如 : 2020 年 12 月开通的日本东北新干线盛岗 八户段数字 ATC地面设备 , 包括列控 联锁 一体化系统局域网 (SAINT LAN )、列控 联锁 一体化系统逻辑部(SAINT)。 国内车站计算机连锁系统的应用现状 国内对计算机 联锁 系统的研究开始于 20世纪 80年代 , 进入 90年代后 , 随着与发达国家在计算机 联锁 技术上的交流增多和计算机技术的发展 , 计算机 联锁 进入快速发展阶段，铁科院通号所、通号公司设计院、北京交大、卡斯柯等单位相继开发出具有不同特点的单机、双机热备、三取二和二乘二取二等计算机 联锁 系统 , 至 “ 九五 ” 期末 , 全路共装备了计算机 联锁 系统 438个车站 (场 )。 在铁道部 “ 十五 ” 科技发展技术政策中明确规定要积极发展计算机 联锁 , 在此期间 , 车站计算机 联锁 系统获得了更 快的发展 , 计算机 联锁 可靠性、安全性进一步提高 , 进入了以技术为依托 , 面向市场和服务 , 从实现功能到完善拓展功能 , 从单站 联锁 到一体化、电码化等扩大应用的新的发展阶段。 第一， 随着计算机 联锁 系统大面积推广使用 , 铁路相关人员和单位对计算机 联锁 的认识逐渐深入 ,计算机 联锁 系统已经被广为接受 , 为计算机 联锁 系统的发展奠定了扎实的市场基础。 第二， 计算机 联锁 系统本身可靠性、安全性、可维护性、可用性等越来越高 , 性能逐渐增强 , 功能逐渐完善 , 目前已能完全满足中国铁路各种站场规模和运输作业的需要。 第三， 计算机 联锁 系统向多制式方向发展 , 在路内上道使用的计算机 联锁 系统有双机热备、三取二、二乘二取二等三种制式 , 能满足不同线路、不同工程和不同用户的需要。 第四， 各种型号的计算机 联锁 系统均配备有微机监测系统 , 远程诊断系统 , 为计算机 联锁 正常稳定运行提供保障。 第五， 在继承现有计算机 联锁 系统优点、特点的基础上 , 研究铁路信号控制新技术 , 积极开发新一代计算机 联锁 系统 , 努力拓展计算机 联锁 系统的功能 , 以适应铁路信号控制现代化、铁路管理信息化建设、铁路跨越式发展的需要。 比如 : 具有区域控制能力的 4 计算机 联锁 系统的研究 , 联锁 、列控一体化安全控制系统的研究 ,车站进路电码化计算机控制系统的研究 ,与 CTC 系统结合的现代化行车调度指挥系统的研究 , 高速铁路计算机联锁 系统的研究等。 第六， 建立了计算机 联锁 系统检测制度。 铁道部电务局在原上海铁道大学建立了计算机 联锁 检验站 , 以技术手段加强计算机 联锁 系统软件安全的检测。 除此之外 , 对要投入使用的所有计算机 联锁 产品的 联锁 软件 ,在出厂前均要经过详细完备的功能测试，通过制式测试和出厂测试 ,有效地保证了计算机 联锁 产品的质量 [5]。 研究 内容及技术路线 研究 内容 以计算机连锁的概 述和功能作为全文的理论基础，系统的分析了计算机连锁工作原理，在其中详细的介绍了计算机连锁系统的基本原理、硬件组成以及其可靠性和安全性；在这些理论基础条件下，研究了计算机连锁系统故障维护及其探究，其中有故障种类及其故障分析；最后阐述了计算机连锁系统的发展前景。 技术条件 第一， 计算机联锁能满足各种车站（场）规模和运输作业的需要，保证行车安全，提高运输效率，并具备大信息量和联网能力。 计算机联锁采用硬件冗余结构，如双机热备、三取二或二乘二取二的结构。 可靠度指标：平均故障间隔时间（ MTBF）大于或等于106h；安全度指标：平均危险侧输出间隔时间大于或等于 1011h。 第二， 计算机联锁使用涉及安全的电路符合故障 安全原则；电路故障能即时发现，当故障会危及行车安全时，能切断系统的危险侧输出。 计算机硬件体系结构为层次结构，如分为人及对话层、联锁运用层和执行表示层。 计算机联锁具有通过通信前置处理机和通信网与其他系统实现通信能力，与调度指挥系统的数据通信符合有关规定。 第三， 计算机联锁的软件系统达到软件制式检测要求的可靠性和安全性，所有程序都具有模块化，结构化和标准化的特点。 计算机联锁的各种接口与通道能保证长期使用的高稳定性和高可靠性。 计算机联锁能通过外部数据通道或计算机网络与其他自动化或管理系统。 5 第四， 计算机联锁设有两路独立电源供电，并且有自动转接功能，以保证不间断供电。 计算机联锁采取了必要的防电磁干扰和防雷措施，以保证在规定严酷性等级的运用环境中，设备都能正常工作。 信号设备的接地电阻不大于 10Ω，用于防护电子设备的安全保护地线的接地装置，其接地电阻值不大于 4Ω。 对于重雷害地区，地线设置还采取了特殊措施。 第五， 监测子系统作为系统基本组成部分，为维护使用部门提供监测、报警、统计、分析、管理、远程诊断及维护功能。 根据需要设应急盘，在计算机联锁失效时控制道岔和引导信号。 6 第二章 计算机联锁工作原理 计算机联锁系统硬件组成 计算机联锁系统采用的是工业控制计算机系统，用以实现对铁路车站运输生产过程的监测与控制。 它由工业控制计算机和生产过程两大部分组成，工业控制计算机是指按生产过程控制特点和要求而设计的计算机，它包括硬件和软件两部分。 对铁路信号领域来说，生产过程就是指工业控制计算机通过过程输入 \输出通道和继电结合电 路对现场监控对象如道岔和信号机等进行实时监控。 典型的计算机联锁系统硬件组成如图 21所示。 图 21 计算机 联锁 系统硬件组成框图 CPU RAMMM ROM 主机 系统支持板 人机对话设备 人机接口 其他计算机系统 通信接口 外部设备 内部总线 磁盘系统 通用I\O接口 开关量输入通道 通用I\O接口 开关量输出通道 继电结合电路 现场监控对象 工业控制计算机 7 由于计算机 联锁 系统的综合性能远远超过继电 联锁 系统，因此车站 联锁 系统由继电装置向计算机 联锁 系统转化已成为一种不可扭转的趋势。 具体来说计算机 联锁 系统的优势主要表现在适时性、安全性、可靠性、可维护性及 性价比 等若干方面。 计算机 联锁 系统是利用目前已有的工业控制计算机，研制一套专用的硬件与软件系统实现信号、进路与道岔间的 联锁 关系，因此它实质上是一个满足故障 —— 安全信号原则的 联锁 逻辑运算系统，计算机在系统中的作用是将操作命令与现场各种输入的表示信息读入，再根据计算机内部状态等条件进行逻辑运算，判断后输出控制信息至执行机构，实现多变量数字输入和多变量数字输出这样一个复杂传递函数的变换，图 22是逻辑运算系统的原理图。 图 22 联锁 逻辑运算系统原理图 计算机联锁系统基本原理 从计算机系统的体系结构来看属于 二 级集散式控制系统，突破了旧有的集中式信号系统模式，具有模块化、层次化等特点。 模块化是指 联锁 机主模块、 PLC 及信号结合模块等，层次化是指系统具有操作表示层、 联锁 运算层、复核驱动 层、结合电路层及监控对象层等五个物理层次。 这种结构的优点在于可根据车站规模的大小、作业需求的不同， 8 在不改变 联锁 软件的基础上通过修改站场静态数据并增设相应硬件模块，即可满足系统的扩容要求，先进的控制体系结构结合工艺设计使得系统调试周期与现场施工、开通周期均大为缩短，具有很好的经济与实用性。 人机对话层 将来自键盘、鼠标等操作输入，经串口送达 联锁 计算机，同时在图形显示器上显示站场表示信息。 在站场规模较大致使 联锁 计算机负担较重或需要多终端操作的情况下，可设置操作命令采集机进行操作命令输入的有效性判别并转 换成约定格式传送给 联锁 计算机。 联锁运算层 联锁 微机是系统的核心部分，承担着操作输入的判别、 联锁 信号的调理及分析、逻辑运算、控制命令生成、故障诊断等任务，其可靠性、安全性对系统的总体故障 — 安全性能有较大影响， HJ04A 系统中设置了两台 联锁微机，其中一台为冷备机，可进行人工切换。 复核驱动层 复核驱动层由 PLC 组成，其承担着采集表示信息并将 联锁 微机下达的操作命令转化为故障 — 安全的控制信号的任务，作为系统安全性设计的重要环节之一， PLC 还承担着对 联锁微机形成的操作命令进行复核检查的屏障作用。 结合电路层 结合电路的任务之一是实现现场监控设备表示信息与 PLC 输出的驱动信号的安全逻辑转换，使 PLC的输入、输出信息均具有故障 — 安全性能。 任务之二是用专用电路规范监控设备的测控过程，即包括表示 信息采集 机制与设备驱动流程。 监控对象层 监控设备是指 联锁 系统的现场设备，即道岔 、信号机与轨道电路。 9 计算机联锁系统可靠性及安全技术 目前，国内外进行高可靠系统的容错设计多采用三模静态冗余方案或二模动态冗余方案。 其中前者完全是靠硬件冗余来提升可靠性的，后者则不仅使用了硬件冗余资源，同时也使用了故障检测技术与软件冗余资源。 这二种方案的共同特点是对硬件故障具有较强的屏蔽与纠错能力。 然而这二种方案均存在一定的实现难度与缺陷，三模冗余系统必须实现三模的同步进程及表决器的高可靠设计，尤其需要解决时钟容错的问题；二模动态冗余系统则要求冗余管理机构的高效与可靠性。