计算机联锁.docx
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计算机联锁
计算机联锁系统软件的功能计算机联锁系统的功能包括人机界面信息处理功能、联锁控制功能、执行控制功能、自动检测与诊断功能以及其他一些功能。
（一）人机界面信息处理功能人机界面信息的处理又包括了操作信息处理、表示信息处理以及维护与管理信息处理。
操作信息处理是对正常的操作进行处理，形成有效的操作命令，并在屏幕上给出相应的表示，以便使值班人员确认自己的操作；对错误的操作也要进行处理，并在屏幕上给出相应的提示，以便值班人员能够立即发现自己的错误操作，及时的采取相应的措施来纠正错误的操作。
表示信息处理是对现场的信号设备的状态，在屏幕上实时地给出显示，使值班人员随时监督现场设备的运行情况。
维护与管理信息处理是对现场的信号设备的故障状态，在屏幕上及时地给出特殊的显示出来，以便使维护人员迅速、准确地查找故障；自动记录并储存值班人员办理作业的时间以及被操作的按钮；完成与其他周边系统的联系。
（二）联锁控制功能联锁控制功能指基本的联锁功能，即进路控制功能，主要包括：
建立进路、进路的锁闭、信号开放、信号保持开放、进路解锁、进路正常解锁、进路的非正常解锁、道岔单独操纵和进路引导总锁闭等。
（三）执行控制功能输出控制:
根据联锁软件生成的控制命令来驱动现场设备的控制电路。
输入控制:
采集现场设备的状态信息，为联锁运算提供数据。
（四）自动检测与诊断主要是在执行联锁程序的过程中检测故障的外在现象，检查硬件资源的物理失效，软件的缺陷以及故障的位置。
（五）其他功能包括非进路调车控制功能、平面调车溜放控制功能、站内道口控制功能、与调度集中系统联系功能、与调度监督系统联系功能、与其他系统（如站内调度、管理信息系统等）的结合功能、监测联锁设备状态功能等。
这些功能尽管存在某些联系，但它们的目的不同，而且在一个具体的车站上也不需要联锁系统具备所有的这些功能，因此对于每项功能需由独立的软件甚至是由计算机联锁系统基本结构
根据计算机联锁系统各主要部分的功能和设置地点的不同，硬件上一般采用分层结构形
式，分为人机交互层、联锁控制层、采集/驱动层和室外设备层，其结构如图6-1所示。
人机交互层的设备一部分设置于车站值班员室，另一部分设置与车站维修值班室内。
人
机交互层的功能是，车站值班员通过其进行操作，向联锁层输入操作命令，接收联锁层输出
的反映设备工作状态和行车作业情况的表示信息。
维修人员通过其了解车站联锁设备的运行
情况和故障情况，以便进行维修
联锁控制层是车站联锁系统的核心，联锁层设备设置在车站信号楼的机械室内。
联锁控
制层的基本功能是实现联锁逻辑控制。
联锁层接收来自人机交互层的操作命令，依据从采集/
驱动层接收到的反映室外信号机、道岔和轨道电路状态的信息，结合内部的中间状态信息，
进路联锁逻辑运算，产生相应的输出信息。
采集/驱动层为联锁层和室外设备层的中间层，在二者之间起信息交互、硬件电路的转换
等功能，同时在硬件上进行隔离，以保证室内设备的安全性。
例如，接收从联锁层来的操纵
道岔到定位的信息后，为室外转辙机电路提供交流220V电源来接通转辙机电路，驱动室外
道岔向定位转换；并实时检测道岔是否转换到定位，转换到定位后向联锁层反馈相应的道岔
位置信息。
联锁层和采集/驱动层是联锁控制的实际执行机构，必须具有故障-安全性。
室外设备层包括室外的信号机、转辙机和轨道电路等设备及其相应的动作电路，用于驱
动室外信号设备的直接动作。
例如，信号机的室外点灯电路，转辙机的电缆盒及转辙机内部
接点电路等，这些电路和6502继电联锁系统的室外电路基本相同
人机交互层设备
人机交互层由微机室内的双机冗余上位机、维修机、车站值班员室内的显示操作终端和
车站维修值班室内的操作显示终端构成；联锁控制层主要由微机室内的联锁主机构成；采集
驱动层包括微机室内的采集/驱动板、机械室内的继电器接口电路和用于室内室外电缆交接的
分线盘。
人机交互层与联锁控制层之间、联锁控制层与采集/驱动层之间、采集/驱动层与室
外设备层之间各自采用不同的通信方式相互连接和通信，构成一个具有三个层次的实时控制
系统。
此外，电源室内还包括给计算机联锁系统室内和室外信号设备供电的车站电源屏和不
间断电源UPS。
联锁系统的上位机和维修机分别供车站操作人员和维修人员使用，一般都采用工业控制
计算机制式。
工业控制计算机是指作为工业现场监测和控制用的微型计算机，运行时比普通
商用计算机更可靠更稳定，能适应长期不间断的运行。
这类计算机是依赖于某种标准总线，
按工业标准设计，包括主机板在内的各种I/O接口功能模板而组成的计算机。
与普通商用PC
机相比较，主要区别在于：
①为提高维修性，采用分离式钢板机壳结构。
为了提高增加工业控制计算机上各个模板
的抗震动和抗冲击能力，在模板上方增加了横向压条对各模板进行固定。
②取消了计算机系统母板，将其功能集中到一块插卡（ALL-IN-ONE）上。
③采用开放式总线结构，将标准总线印制在一块公共底板（即系统母板）上，并在板上
装设若干个多芯插座，各种I/O功能模板可以直接插在总线槽上，便于系统的维护和扩充。
④在机箱前面增加了一个带过滤网的强力风扇，不仅加强了散热，而且使机内形成正风
压，增强了抵抗环境粉尘的能力。
⑤选用工业化电源
显示、操作终端由显示终端和操作终端构成。
（1）信息显示的硬件
在计算机联锁系统中，要求将计算机采集的信号设备状态（如站场中信号机显示的颜色、
道岔实际位置和轨道占用情况等信息）以及其它相关信息显示出来。
常用的显示方式有CRT
显示和LED（或LCD）方式。
①CRT方式。
这种显示方式下，将站场及其动态信息显示在17英寸以上显示器上，一
般采用21英寸的平面直角显示器。
对于中、大型站场，常常采用多个21英寸显示器进行并
排或竖排来完成整个站场的动态显示。
②LED（或LCD）方式。
采用CRT显示方式时，由于单个显示屏所显示的尺寸还是不
够（21英寸），对中、大型站场进行动态显示时往往过于密集，而采用多屏又显示时不够直
观。
所以，对中、大型站场，常常会采用LED（或LCD）方式来实现大屏显示。
采用LED显示方式，对同一个点一般只有红、绿、黄和不显示等四种显示状态，因而显
示效果较差，但成本低且显示尺寸可以做到很大，因而，一般作为对CRT显示的一个补充。
采用由多个液晶显示屏直接拼接而成的LCD显示方式，其效果与CRT显示方式一样好且显
出尺寸可以做到很大，但这种显示方式所需投入的硬、软件费用较高，不够经济。
（2）系统操作终端
在计算机联锁系统中，系统的操作可以通过多种方式来实现。
①控制台方式。
控制台由绘制了站场图的金属板和按钮构成。
控制台通过配线和上位机
的开关量输入板相连，这样上位机通过程序扫描方式读取开关量输入板的状态，就可以知道
哪一个按钮被按下，并将该按钮被按下的信息通知联锁机，实现上位机的按钮发送任务。
采
用控制台方式时，当站场需要改建时必须重新绘制新站场的金属板，开关量输入板和配线也
必须做相应改动。
因而，一般不推荐使用控制台方式。
②数字化仪方式。
数字化仪由各种标准尺寸（如A2、A3等）的面板和控制定位工具组
成。
它与PC机之间通过标准串口连接，无需控制台的金属板、配线以及开关量输入板等硬
件设备，只要编制通用的程序即可实现上位机的按钮发送任务。
在不同的站场设计中，只需通过绘图软件绘制相应的站场图并输入相应数据即可完成控
制台设计，站场改建时只需改动站场图和相应数据即可。
数字化仪方式在很多车站得到应用。
③鼠标方式。
该方式实际是数字化仪方式的简便实现方法。
与数字化仪不同的是，它是
通过显示屏上的站场图来定位的，而不象数字化仪那样必须通过面板上的站场图来实现定位。
与数字化仪相比，鼠标方式具有成本更便宜、站场改建时修改量较少等优点，因而得到了更
广泛的应用。
④键盘方式。
键盘方式和鼠标方式一样，具有通用性强、价格便宜等优点，但对于车站
值班员来说，这种方式操作不直观，故很少采用。
需要说明的是，上面所介绍的各种显示和操作终端，主要是对车站值班员室内的显示和
操作而言。
对车站维修值班室的显示和操作而言，由于其不涉及到联锁操作，主要用于设备
维护和维修，所以一般采用CRT显示和鼠标操作方式。
2．联锁主机
联锁主机一般由电源板、CPU板和各种通信板构成，且都采用冗余结构形式。
一般采用
单片机或可编程逻辑控制器（PLC）等制式。
冗余的电源板接收来自车站电源屏提供的工业
电源，转换成CPU板和各种通信板所能使用的低压电源供联锁主机使用。
各种通信板用于实
现与人机交互层和采集/驱动层之间的通信交互。
CPU板通过通信板接收来自上位机下达的
联锁命令，根据来自采集/驱动层的反映室外信号机、道岔和轨道电路的状态的继电器信息，
进行联锁逻辑运算，并根据运算结果来下达动作室外信号设备的控制命令到采集/驱动层，如
道岔的操纵、信号开放/关闭等。
图6-3和图6-4分别是二乘二取二和三取二冗余结构的联锁主机的基本结构图。
对二乘
二取二的联锁主机，I系和II系的CPU板之间通过内部（或外部）总线实现高速实时通信，
以达到二者之间同步执行，确保一系出现故障时能快速自动切换到另一系；对三取二的联锁
主机而言，三块CPU板之间也必须通过内部总线高速实时通信，以达到三者之间的同步执行
和数据及结果的校核，确保一块CPU板出现故障时能够及时实现故障隔离。
3．采集/驱动设备
采集驱/动层一般由具有采集/驱动功能的电路板和继电器电路两部分硬件构成。
其中，
继电器电路一般采用6502电气集中电路中信号机、道岔的接口电路，实现与室外信号机、转
辙机、轨道电路等信号设备进行硬件连接；具有采集/驱动功能的电路板在联锁机和继电器电
路之间起着信息转换和信息传递的作用，从联锁机实时接收信号开放/关闭、道岔操纵等操作
命令来驱动继电器电路工作，继电器电路工作后将接通/断开室外信号机、转辙机等控制电路
的工作；具有采集功能的电路板通过周期性地采集继电器电路中各个继电器的接点来得到室
外信号设备的当前状态，将其提供给联锁控制层的联锁机，采集板的采集周期一般应不大于
250ms。
用于实现驱动的继电器信息主要有：
①信号继电器。
对进站信号机，包括LXJ、YXJ、ZXJ、TXJ、LUXJ；对出站兼调车信
号机，包括LXJ、DXJ、ZXJ（有两个发车方向时）；对调车信号机有DXJ。
②道岔操纵继电器。
包括DCJ、FCJ和道岔锁闭防护继电器SFJ。
其中SFJ平时处于落
下状态，当操纵道岔时，SFJ和DCJ（或FCJ）同时吸起。
需要采集的继电器信息，主要有：
①反映信号开放情况的信号继电器前接点。
即上述实现驱动功能的继电器前接点。
②反映信号是否断丝的DJ，对进站信号机还要采集2DJ前接点；主、副灯丝转换报警
继电器X（S）DSZHJ前接点。
③反映道岔位置的DBJ和FBJ前接点。
④反映轨道占用情况的DGJ。
⑤反映场间照查情况的ZCJ前接点。
⑥反映主、
副电源工作情况的主电源继电器ZDYJ前接点和副电源继电器FDYJ前接点。
⑦熔丝报警继电器RBJ的前接点。
⑧反映轨道停电情况的轨道停电继电器GDTDJ。
⑨如果站间采用半自动闭塞，需要KTJ前接点和选择继电器XZJ的后接点并联，KTJ
后接点和XZJ前接点并联。
⑩如果站间采用自动闭塞，JGJ和LQJ的前接点和改变运行方向电路的有关继电器接
点。
下面以进站信号机开放信号为例，简要说明联锁机、采集板、驱动板和继电器电路的工
作过程。
图6-5是进站信号机的结合电路原理图。
平时进站信号机点红灯，灯丝继电器DJ
处于吸起状态，该信息通过采集板发送到联锁主机。
当排列侧线接车进路，在进路锁闭、开
放信号条件满足后，联锁主机向驱动板发送LXJ励磁吸起的信息“1”
（+5V），驱动板接收到
该信息后，向对应的LXJ驱动点输出+24V的电源，使LXJ励磁吸起，LXJ的吸起将接通进
站信号机的信号点灯电路。
计算机联锁系统所采用的信号点灯电路和6502电气集中系统所采
用的点灯电路完全相同。
LXJ的吸起，一方面使室外点灯电路工作而点灯，另一方面，LXJ
的励磁吸起，又使采集板上通过LXJ前接点的对应采集点接收到+24V，即采集到LXJ吸起的
信息，该信息通过采集板反馈到联锁主机，联锁机据此知道LXJ处于吸起状态。
道岔驱动的结合电路和图6-5类似，不同的是驱动的是DCJ（或FCJ）和SFJ。
道岔控
制电路与6502电气集中的道岔控制电路基本相同。
图6-6是四线制单动道岔控制电路。
图
6-7是五线制提速道岔启动电路。
不同的是用锁闭防护继电器SFJ（或道岔允许操作继电器
YCJ、道岔防护继电器CFJ）和轨道继电器DGJ作为道岔电路的控制条件。
只有接收到该道
岔的驱动命令SFJ吸起和该道岔所在的轨道区段空闲（双动道岔所在的两个轨道区段都空闲）
DGJ吸起时，才允许道岔转换。
这里不存在单独操纵道岔的有关接点，因为在计算机联锁中，
单独操纵和进路操纵都作为操纵命令进入计算机联锁中，经逻辑判断，允许该道岔转换，就
发出驱动命令，使SFJ和DCJ（或FCJ）吸起。
计算机联锁系统功能
采用分层结构的计算机联锁系统中，每层设备所实现的功能不同。
上位机主要接收操作
员的操作命令并下发给联锁主机，同时实现站场显示功能。
联锁机接收到来自上位机的命令
后，依据从采集/驱动层接收到的室外设备的动态信息，进行联锁运算，根据联锁运算结果下
发驱动命令。
采集/驱动层中的采集板用于接收。
各层设备通过相互作用来完成整个联锁逻辑
控制功能
1．上位机
上位机是车站操作人员与计算机联锁系统的接口，实现操作人员与联锁系统之间的人机
交互功能，即接收操作员的按钮操作、形成操作命令并下发给联锁主机，同时实现站场显示
功能。
具体而言，上位机主要完成下列四项功能：
①实时接收操作员下达的操作命令。
即，接收操作人员按下的按钮，根据所按下按钮的
不同，分别形成不同类型的操作命令。
主要的操作命令有：
选排进路、取消进路、人工解锁、
区段故障解锁、引导进路、引导总锁闭、总定（反）道岔、道岔的封闭和解除封闭等。
②实时下发操作员的操作命令到联锁主机。
对①中形成的操作命令进行简单的命令判定，
例如，定操道岔时检查该道岔是否已经锁闭，命令判定条件成立后将该操作命令下发到联锁
主机以便进行联锁处理。
③实时接收来自联锁主机的信息。
来自联锁主机的信息主要包括三类：
一是反映室外设
备当前状态的继电器信息，即上一节所介绍需要采集的继电器信息；二是反映室内设备是否
出现故障的故障信息，如，联锁主机是否出现故障、采集/驱动板是否出现故障等；三是反映
联锁执行情况的中间信息，如，当前接收到的操作命令，进路中信号设备是在选路状态、道
岔转换状态、进路锁闭状态还是在其它某种状态（以便实现进路的光带显示），人工解锁的当
前延时时间，联锁条件不成立时的提示信息，挤岔报警信息等。
④实现进行站场动态显示和报警功能。
根据从联锁主机接收到的信息，对站场进行动态
显示和报警，如，各个信号的显示和断丝情况、道岔的位置、轨道电路的占用情况、进路状
态的光带显示、各种表示灯的显示、采集/驱动板故障报警显示、挤岔语音报警等等。
与6502
继电控制比较，计算机联锁的站场显示功能更加完善，例如，增加了进路选择时的进路光带
显示，人工解锁当前的延时时间显示，联锁条件不成立时的提示信息显示，室内设备故障信
息显示，站场中各信号机、道岔名称显示，按下按钮时的特殊显示，当前日期时间的显示等。
2．电务维修机
电务维修机是车站电务维修人员与计算机联锁系统的接口，实现维修人员与联锁系统之
间的人机交互功能，即电务维修机为车站维修人员提供站场动态、设备故障等信息的显示、
存储、打印和再现等功能。
具体而言，电务维修机主要完成四项功能，其中前两项功能和上
位机的③④两项功能相同，即，实时接收联锁主机信息，并进行站场动态显示和报警功能，
后两项功能是：
①对从联锁主机接收到的信息的实时存储。
电务维修机在接收联锁主机信息，进行站场
显示的同时，将接收到的信息实时存入电务维修机硬盘。
为了避免受到硬盘存储空间限制而
出现溢出，数据的存储期限为1个月，即，电务维修机中只保存从联锁主机接收到的近一个
月的信息，对超过一个月的信息进行删除。
②对历史操作的回放、再现和打印功能。
根据上述①中记录的历史信息，可以抽取出近
一个月中任意一个时段的信息，对该时段内车站作业运行情况进行再现和回放，对该时段内
操作命令执行情况、继电器动作情况及设备故障情况等进行动态显示和打印输出。
此功能对
于维修人员判断故障，进行室内外设备的维护和维修具有重要作用，同时对事故后的调查和
分析也具有重要作用。
3．联锁机
联锁机是计算机联锁系统的主要执行设备，它接收从上位机下发的操作命令，根据从采
集板接收到的反映室外设备状态的继电器信息来执行联锁逻辑运算。
此外，由于联锁机是计
算机联锁系统的核心设备，一般采用安全型计算机（如，三取二结构或二乘二取二结构），因
而还涉及到冗余管理和调度等功能。
具体而言，联锁机的主要功能包括：
①与上位机（有的联锁系统也包括电务维修机）实时通信功能。
此功能包括，从上位机
实时接收来自操作员的合法操作命令，向上位机实时发送接收到的操作命令信息、反映室外
信号设备状态的继电器信息、联锁执行信息及设备故障信息等。
上位机和电务维修机通过这
些信息实现站场动态显示，此外，电务维修机还要对这些信息进行存储，以实现站场历史操
作的回放、再现和打印功能。
②与采集/驱动层中采集板和驱动板之间的实时通信功能。
如果对相邻小站具有联锁控
制任务（即区域计算机联锁），则还要执行与邻站采集板和驱动板之间的实时通信。
通过与采
集板之间的通信，可以了解室内继电器设备的当前状态和故障情况，通过与驱动板之间的通
信，可以将驱动信息发送到驱动板，通过驱动板来驱动继电器电路动作。
此外，还可以对驱
动板的输出进行回采，既监测驱动板是否故障，又可对故障即时进行故障处理。
③完成联锁逻辑运算功能。
联锁机根据从上述①和②接收到的信息，执行联锁逻辑运算，
并将联锁执行情况反馈给上位机，将联锁执行中涉及到的驱动命令下发给驱动板。
联锁逻辑
运算功能主要包括三个方面：
一是对进路的处理，如，进路建立和正常解锁、取消进路、人
工解锁、中途返回解锁、引导进路和引导总锁闭、重复开放信号等的联锁处理；二是对站场
中单个设备的处理，如，道岔的总定和总反、单锁与单解、封闭和解除封闭（道岔封闭和单
锁的区别在于，道岔封闭后不能利用该道岔排列进路，必须等到解除封闭后才能排列进路，
而道岔单锁后，只要道岔锁闭的位置和进路选排的位置一致，就可以建立进路）的联锁处理、
区段故障解锁的联锁处理；三是对一些特殊联锁及联系电路的处理，如，半自动闭塞情况下
的闭塞联锁处理、场间联锁的联锁处理、与机务段联系的联锁处理、非进路调车的联锁处理、
接车0.6％坡道的联锁处理、股道间中岔的联锁处理等。
④冗余管理功能。
由于联锁机一般采用三取二或二乘二取二制式的安全型计算机，因而
涉及到冗余管理功能。
如，要保证系统的安全运行，必须实现冗余设备间的高速实时同步，
三取二中一块CPU板故障或二乘二取二中一套系统故障时，必须进行故障报警、故障隔离、
系统重组，故障修复好之后必须进行重组。
此外，对采集/驱动层的采集板和驱动板必须进行
故障监测和报警
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