计算机联锁设计论文.docx
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计算机联锁设计论文
吉林铁道职业技术学院
毕业设计（论文）
题目千书站计算机联锁工程设计
学生姓名谭雪
专业班级铁道通信信号3092班
所在院系 吉林铁道职业技术学院铁道运输系
指导教师张丽峥职称工程师
所在单位吉林铁道职业技术学院
毕业设计（论文）成绩评议
年级
09
层次
专科
专业
铁道通信信号
姓名
谭雪
题目
千书站计算机联锁工程设计
指
导
教
师
评
阅
意
见
成绩评定：
指导教师：
年月日
评
阅
教
师
意
见
评阅教师：
年月日
答
辩
小
组
意
见
答辩小组负责人：
年月日
毕业设计（论文）任务书
任务及要求：
1.设计（论文）内容和要求（包括设计或论文内容、主要指标与技术参数，并根据课题性质对学生提出具体要求）
（宋体、小四）
一、设计站场要求：
计算机联锁类型采用JD-I型
1、区间半自动闭塞；
2、区间运行速度不超120km/h；
3、股道有效长度850m以上；
4、正线通过超限列车；
5、连接曲线半径R为400m；
6、道岔辙岔号采用9、12号；
7、规模3~4条列车到发线小站计算机联锁工程；
8、转辙机采用ZD6-D四线制单机牵引；
9、不考虑站内电码化设计。
10、线别：
上行沈阳方面；下行吉林方面。
二、室外设备设计
2.1绘制站场平面图
2.1.1确定道岔和信号机坐标；
2.1.2确定警冲标位置；
2.1.3道岔编号、信号机编号；
2.1.4划分轨道区段、轨道区段命名；；
2.1.5绘出道岔类型表
2.1.6绘出股道有效长度表并计算出股道有效长；
2.2按站场平面图编制联锁表
2.2.1确定进路方向；
2.2.2编写进路号码；
2.2.3填写进路名称；
2.2.4确定排列进路按压按钮；
2.2.5填写进路方向道岔名称及位置；
2.2.6确定开放信号机名称及显示；
2.2.7确定进路经由道岔、带动道岔、防护道岔编号及位置；
2.2.8确定敌对信号名称；
2.2.9确定检查空闲区段名称；
2.2.10确定迎面进路名称；
三、室内设备设计
3.1组合排列表设计
3.2进站信号机点灯驱动与采集继电接口电路设计
3.3出站信号机点灯驱动与采集继电接口电路设计
3.4调车信号机点灯驱动与采集继电接口电路设计
3.5道岔驱动与采集继电接口电路设计
3.6轨道区段采集继电接口电路设计
3.7半自动闭塞驱动与采集继电接口电路设计
3.8接口架配线图设计
2.原始依据（包括设计或论文的工作基础、研究条件、应用环境、工作目的等）
（宋体、小四）
《铁路信号施工与设计》
第一章、第3节车站平面布置图设计
第4节电缆经路图及双线轨道电路图设计
第三章、第1节计算机联锁工程设计综述
第2节室内设备布置
第3节电路图设计
第4节配线表设计
《铁路信号基础》第二章、第五节信号机的设置
第三章、第一节轨道电路概述
第四章、第一节转辙机概述
第六章、第一节联锁表的编制部分
《车站信号自动控制》
第二篇计算机联锁
《漫画通信信号》第八单元、铁路红绿灯的学问
第十单元、列车进站要听安排
3.参考文献
（宋体、小四）
《铁路信号施工与设计》阮镇铎主编2009年
《铁路信号基础》林瑜筠主编2009年
《车站信号自动控制》王永信主编2008年
《漫画通信信号》陆嘉森主编2009年
《铁道信号基础》郭进主编2011年
《车站信号控制系统》赵志熙主编2005年
指导教师签字：
教研室主任签字：
2011年09月10日
开题报告
题目：
千书站计算机联锁工程设计
报告人：
谭雪2011年09月15日
一、文献综述
计
二、选题的目的和意义
。
三、研究方案：
本毕业设计主要研究的内容是：
计算机联锁的优势、计算机联锁室内外设备设计、计算机联锁系统结构、JD-IA行计算机联锁系统、计算机联锁的进路控制和冗余结构。
主要通过学习理论知识，结合老师和网络资源的知识共享，演练场是实习，认识到计算机联锁在铁路领域的重要性，对其整体结构和原理要重点认知。
四、进度计划：
2011年10月1日-15日分析论文选题，查阅资料，学习毕业论文的相关知识和注意事项，做好毕业设计的前期准备工作，并撰写开题报告。
2011年10月16日-31日绘制信号站场平面布置图和站场信号设备的基本情况了解。
2011年11月1日-30日完成联锁表编制，计算机联锁组合排列的设计，进站、出站兼调车信号机驱动与采集电路的设计，调车信号机、道岔驱动与采集电路设计，轨道电路驱动与采集电路设计及相关说明
2011年12月1日-10对论文资料的统一整理并修改论文，找老师初审并提出意见。
五、指导教师意见：
题目紧扣专业所学知识，并在此基础上有所创新；计划书写内容全面，完整，能较详细的说明问题，进度计划切实可行。
审查合格，同意开题。
指导教师：
张丽峥
2011年10月01日
中期报告
题目：
千书站计算机联锁工程设计
报告人：
谭雪
一、总体设计
从毕业设计开始到现在，通过自己的努力和指导教师的指导，我从自己动手到动脑的过程中获得了许多知识，毕业设计进展顺利，对整个计算机联锁工程设计有了更深的认识，自己进行站场设、内部驱动与采集电路设计等，而且对计算机联锁设备的维护有了进一步的掌握，以下是毕业设计进展情况：
二、框架（框图）
毕业论文主要内容包括：
摘要、英文摘要、主要内容和参考文献等。
其主要内容为：
计算机联锁发展的概况、计算机联锁的优势、计算机联锁控制系统的技术基础及原理、计算机联锁控制系统故障—安全保障技术、JD-IA型计算机连锁系统、计算机联锁设计的说明，其中简单计算机联锁工程设计框图如下：
三、进展情况
已经完成分析论文选题，学习了相关的毕业设计的知识，做好前期准备工作，并撰写了开题报告；
已经完成划分任务，进行论述，并和指导老师商讨设计方案并通过；
已经完成中文摘要、英文摘要和绪论、计算机联锁的发展、计算机联锁的优势的论述。
四、指导教师意见
论文按照进度计划进行，经过一段时间的实习与学习，该生能够紧扣专业所学知识，确定的整体思路符合任务书的要求，框架结构合理，可以进行论文的撰写工作。
结题验收
一、完成日期
2011年12月10日
二、完成质量
论文基本上符合要求，结构完整，层次清楚。
能运用所学专业理论知识结合铁路企业特点完成论文，具有一定的分析问题解决问题的能力。
该生论文反映出的该生基础知识扎实；独立工作能力和动手能力强；毕业设计期间思想、行为、纪律等方面的表现良好；论文论述正确，条理清晰；图纸规范，论文条理性好、语言准确、书写规范、图表符合论文及国家标准。
三、存在问题
联锁表的编制中敌对进路应该分清。
四、结论
指导教师：
张丽峥
2011年12月10日
中文摘要
计
第一章计算机联锁的概述
计算机联锁是以计算机技术为核心，采用通信技术、可靠性与容错技术以及“故障—安全”技术实现铁路车站联锁要求的实时控制系统。
在我国20世纪80年代，铁道科学研究院、通信信号总公司研究设计院、北方交通大学等单位相继展开了计算机联锁控制系统的研发工作。
1984年通信信号总公司研究设计院研制生产出了国内第一个车站计算机联锁控制系统，并成功应用于地方铁路，填补了我国计算机连锁控制系统的空白。
第一节计算机联锁系统的结构
计算机联锁系统的硬件部分可分为人机会话层（也可称人机对话层）、联锁层和监控层，相应的由人机会话计算机、联锁计算机和控制器来承担各层的任务。
人机会话计算机接收来自操作台的操作输入，判明能否构成有效的操作命令，并转成约定的格式，输送给联锁计算机。
另外接收来自联锁计算机的表示信息，将它们转换成显示器或控制台能够接受的格式。
联锁计算机接收来自人机会话计算机的操作命令以及室外监控对象的状态信息，进行联锁逻辑运算，包括选择进路、检查进路空闲、锁闭敌对进路等，然后发出控制道岔转换和开放信号的命令。
控制器用来实现控制对象与室内联锁计算机之间的了解。
它接收来自联锁计算机的控制码，经过变换形成控制命令以驱动相应的控制电路；它又接收监控对象的状态信息，经过编码再传送到联锁计算机。
与硬件系统对应，计算机联锁的软件分为人机会话处理、联锁逻辑处理、执行表示三个软件包。
至于室外设备，计算机联锁保留了电气集中所采用的现场设备。
第二节计算机联锁的进路控制
计算机是执行程序来工作的。
要让计算机控制车站的联锁，即对进路进行控制，必须制定一个完整程序，以便计算机按部就班的执行。
计算机联锁程序所处理的内容是多方面的，但其核心部分是进路控制。
计算机联锁的控制程序严格规定了联锁的执行步骤和条件，保证了系统工作的有条不紊。
当然所有的联锁条件检查，还要通过计算机进行各种逻辑运算，检查各种联锁条件是否具备。
其实计算机联锁所要执行的联锁程序原则上同继电联锁是一样的，但比带有许多机械点的继电器电路要快的多，而且是无声无息地进行完毕。
计算机联锁进路控制程序框图
第三节有备无患的冗余结构
计算机联锁系统采用冗余结构的实质在于用增加相同性能的模块来换取系统的可靠性和安全性。
冗余技术的发展，最早出现的计算机联锁曾采用单机机构，其可靠性和安全性远远不能满足车站联锁的严格要求。
于是，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以及诊断程序，来提高计算机联锁的可靠性和安全性。
目前，我国大部分计算机联锁是双机热备系统。
但是，双机热备系统存在着双机切换的问题，切换失败将产生危险后果。
与此同时，开发了采用屏蔽比冗余技术三取二系统，3个CPU运算结果两两进行比较，产生危险输出的可能性很小。
但是，存在着不能停机检修的问题。
近几年，又推出了二乘二取二系统，有两个CPU构成一个子系统（干线的技术改造都优先考虑采用二乘二取二系统）。
主机执行任务，另外两个CPU处于热备状态（备机），这就大大提高了计算机联锁的可靠性和安全性，而且方便维修。
（1）系统的可靠性冗余结构
计算机联锁系统的可靠性冗余结构，就是指为了使系统的可靠性指标达到或者超过目标值而采取的冗余结构。
系统的可靠性冗余结构往往采用双机热备二重系统。
图1.1双机热备冗余结构1
双机热备系统由两台计算机组成，其中一个（模块A）执行联锁，作为主机；另一个（模块B）虽然也带电工作，但只作为热备（即开机运行状态下备用），它也进行联锁运算，却无控制输出，备而不用。
这种系统是靠单机自我测试和监督，不够安全，而且存在双机切换的问题，切换失败将产生危险后果，在国外不再发展，我国暂准在单线、支线、非提速区段使用。
（2）系统的安全冗余结构
计算机联锁系统的安全性冗余结构就是指为了使系统的安全性指标达到或超过目标值而采取的冗余结构。
系统的安全性冗余结构往往采用双机同时工作并彼此间进行频繁比较的二取二二重结构。
其基本结构如图所示：
图1.2双机热备冗余结构2
（3）计算机冗余结构的应用
计算机联锁系统既要求有比较高的可靠性指标，有要求有比较高的安全性能指标。
因此计算机联锁系统的可靠性与安全性的系统结构需要结合，即1）二乘二取二系统。
1.3二乘二取二系统图
这种系统由4台计算机系统，两两一对，组成两个子系统I和II，每个子系统中有同样的两台计算机A和B，执行联锁任务。
其中一个子系统作为主机，负责输出控制命令；另一个子系统处于热备状态。
子系统中两个计算机各执行一套编码相同的程序，然后对它们的运算结果进行比较，如果一致就输出；如果不一致就认为其中有一个计算机出了故障，立刻停止该子系统的输出，切换到另一个子系统输出。
此系统中每一个子系统类似于双机热备制式中的一个单机，可称是双份的双机热备，虽说多用用了两台计算机，但保险系数也加大了，更加安全可靠。
2）三取二系统
这种系统用三台计算机组成联锁机构，各台计算机中执行同样的联锁软件，输出时运用多数表决器判断，少数服从多数，只要任何两台计算机运算结果一致（包括三台均一致），则认为联锁机构工作正常。
如果有一台计算机发生故障，其运算结果在表决器中就被屏蔽掉了，不会将其错误结果输出。
如果三台计算机中两台同时发生故障，则必须满足“故障—安全”的要求，不允许输出导向危险的结果。
另外，各计算机之间采用了两个并行的传输网进行通信，即双网通信。
如果其中一个传输网中断或者发生故障，另一个传输网仍能保证系统正常工作，提高了系统的可靠性。
1.3三取二系统图
第二章JD—IA型计算机联锁系统
第一节JD—IA型计算机系统的体系结构
JD-ⅠA型计算机联锁系统包括人机对话层（也称操作表示层）、联锁运算层和执行层。
人机对话层与联锁运算层之间采用双通信网通信。
联锁运算层和执行层之间采用外部控制总线实现与计算机总线的分离。
电务维修机通过电务维修网与操作表示机相连，电务维修网一般采用交换式以太网。
联锁机通过两套故障安全型动态采集电路采集组合架有关继电器接点的状态，通过两套动态驱动电路输出对执行继电器的控制信息，并由动态检测电路对输出电压进行回读检测。
操作表示计算机简称操作表示机，也称人机对话机、上位机。
它和联锁计算机构成上下分层结构。
其有以下功能：
（1）办理进路等功能。
它接收车站值班员操作按钮信息，将按钮信息通过网络通信传给联锁机。
（2）站场及信息显示功能。
它接收来自联锁机的站场状态数据和提示信息等，在显示器或控制台上显示站场情况、系统工作情况、报警信息等，对主要的错误或者故障提供的相应的语音报警。
（3）信息转发功能。
将站场状态数据及提示信息、报警信息、系统状态信息等转发给电务维修机。
联锁机也称下位机，功能如下：
（1）接收操作表示机下发的操作命令。
（2）通过接入口电路采集站场状态。
（3）进行联锁运算。
（4）根据运算结果，通过输出接口电路控制组合架继电器动作。
（5）将站场状态信息、提示信息、故障信息等传给操作表示机。
接口电路：
联锁机通过执行层的采集接口电路采集组合架继电器状态，通过输出驱动电路驱动组合架继电器动作。
接口架配线、通道防雷：
组合架继电器与采集、输出驱动电路一一对应，即接口信息表规定好了某套采集电路采集哪个继电器，某套输出驱动驱动哪个继电器。
从组合架室内分线盘到计算机联锁电路间通过32芯电缆相连，在连接之间加装有通道防雷器件。
电务维修机功能如下：
（1）接收操作表示机传来的站场状态信息、操作信息、提示信息、故障信息等。
（2）显示站场运行情况、车站值班员操作信息、故障信息、系统运行情况。
（3）记录一个月的历史信息，可查看一个月内站场运行情况、车站值班员操作信息、故障信息等。
（4）为CTC、TDCS、微机联锁等提供接口。
第二节JD—IA计算机联锁的主要特点
1、系统采用独特的外部控制型总线控制器，实现计算机总线和控制总线的分离，使系统抗干扰能力提高，兼容、扩展能力强。
2、联锁机、操作表示机之间采用双通信网进行通信，双网同时工作，一旦其中一网故障，另一网认可保证系统正常通信。
3、联锁计算机通过故障—安全型动态采集电路采集组合架继电器接点状态，每个采集接点通过两套电路同时采集，提高硬件自诊断功能。
4、动态驱动电路双套备份，更换备机驱动板时，不影响主机使用。
对输出电压进行回读检测，增加输出电路自诊断能力。
5、不仅电源引入联锁控制系统前进行了防雷处理，组合架内分线盘引入联锁机柜的所有配线都进行了防雷处理。
6、联锁机柜中输入/输出电路都采用了光电隔离器件，将外界信号与计算机系统隔离开，保证系统不受外界传导干扰。
7、联锁控制系统具有强大的故障诊断能力，并通过维修机记录下来，供电务维修人员参考。
8、系统采用双机热备的动态冗余结构，并设计有专业用的硬件诊断部件和诊断程序，提供尽量全面的软硬件自检测、互检测功能。
I/O故障可精确定位到端口和数据位。
检测故障实时送往维修机显示、记录，并给出详细、清晰的故障报告，维修人员可方便的从维修集中得到这些数据，根据这些数据可迅速排除故障。
9、系统的采集电路为安全输入电路，联锁机控制多功能匹配板产生方波脉冲，再经由继电器接点、输入电路，由联锁机回读。
联锁机只有回读到方波脉冲，才判定继电器接点闭合。
电路具有故障—安全性能，电路中任何器件发生故障，均可导致动态脉冲中断，从而使设备导向安全。
输出驱动板中的输出驱动电路根据联锁机控制命令产生动态脉冲，驱动电路根据动态脉冲、控制电路充放电，进而产生能动作继电器的直流电平。
32路回读检测板用以检测驱动电路是否正常工作。
计算机联锁控制系统驱动的继电器均采用JPXC—1000安全型继电器。
动态驱动电路的输出又通过回读检测电路进行检测，遵循闭环工作原理，保障系统的故障—安全性。
第三章计算机联锁工程设计概况
第一节站场平面布置图概述
千书站是半自动闭塞站场，单线双向，沈阳到吉林方面，东郊到长岭方面，4股道站场。
站场使用主要室外信号设备中，信号机共27架，其中调车信号机11架，进站信号机4架，出站兼调车信号机8架,4架预告信号机；道岔用转辙机15组；划分轨道电路21段，其中正线股道2条，侧线股道2条。
室内设备有继电器组合及组合架、车站信号智能电源屏、分线盘、接口架、JD-ⅠA型计算机联锁系统。
车站信号智能电源屏包括UPS电源、25Hz轨道电路电源、局部电源、电码化电源、微机专用电源。
控制台选用数字化仪加鼠标的控制方式。
根据现有站场线路，绘制的千书车站信号平面布置图如附图1所示，信号楼位于沈吉线24公里+888米处。
全站线路全部纳入集中控制。
其中双向正线两条，双向侧线两条。
在距信号楼982.5m的下行咽喉划分区间和车站的界限，外方为区间，内方为车站信号集中控制区。
在据信号楼989m处的上行咽喉划分区间和车站的界限，外方为区间，内方为车站信号集中控制区。
集中区的划分就是确定站场内哪些道岔由信号楼集中控制。
一般原则；①接、发车和转场进路上的道岔，以及与这些作业有了解的调车进路上的道岔；②防止机车车辆由其他线路进入接、发车和转场进路的防护道岔。
站场平面布置图见附图1.
第二节信号机的设置及编号
铁道信号是用特定物体（包括信号机、仪表、音响设备）的颜色、形状、位置和声音向铁路司机传达有关前方路况、机车车辆运行条件、行车设备状态及行车命令等信息的装置或设备。
其重要性对车站线路而言是关键的，所以信号机设置的是否合理也是车站线路投入使用的关键。
在整个站场信号机过程中，一般布置列车信号机，然后再布置调车信号机。
一、进站信号机
进站信号机主要用来防护车站。
具体的说就是用来防护接车进路。
可以用一架进站信号机防护多条接车进路。
上行方面用S表示，下行方面用X表示，有几个方向线路时，在字母右下角加以线路拼音字头，如Ss、Xs。
进站信号机的具体设置应距列车进站时遇到的第一个道岔尖轨尖端（顺向时为警冲标）大于50米地地点；若因调车作业或制动距离的需要，可以更大些，但不得超过400米，若因信号显示不良而外移时，最大不宜超过600米。
在正常情况下一般显示距离不得小于1000米。
二、出站信号机
出站信号机用于防护发车进路，在半自动闭塞区间，指示列车可否占用区间（包括发车进路）检查进路和区间无车、进路上的道岔位置正确、没有建立敌对进路、进路已经锁闭。
上行用S，下行X，在文字的右下角缀上所属的股道号，如SII、XII。
出站信号机设于车站的每一发车线的警冲标内方（对向道岔为尖轨尖端外方）适当地点。
在编组站必要时也可设线群出站信号机。
每条发车线均应单独设置出站信号机。
正线采用高柱信号机，站线采用矮型信号机。
高柱信号机显示距离不得小于800米，矮型出站信号机不得小于400米。
三、调车信号机
调车信号机的作用是指示调车机车进行作业，一般采用矮型信号机。
调车信号机装设在集中联锁的车站经常进行调车作业的线路上（如到发线、咽喉道岔区等），用来指示列车进行调车作业以及从非集中联锁到联锁区入口处。
布置调车信号机的顺序是：
首先布置集中区边界处的防护信号机和转线作业用的信号机；再将满足平行作业起阻挡作用的信号机以及减少调车车列走行距离的折返用的信号机布置好；最后在考虑无特殊情况需要设置的调车信号机。
调车信号机编号，在D字右下角加以顺序号，上行用双号，下行用单号，如D1、D2.其设置有以下情况：
在尽头线、机待线、机车出库线、岔线、牵出线及编组线等通向集中区入口处，都应设调车信号机；在咽喉区接车方向对向道岔岔尖处，一般满足不少于三条线路间的转线作业设置一架在两个背向道岔之间可以构成不短于50米地无岔区段时应设置差置调车信号机；其显示距离不得小于200米。
四、预告信号机
由于地面信号常常受到现地条件和气象条件的影响，以致信号显示距离有时难以满足运营要求。
因此应根据实际需要对进站、通过（指防护所间区间的）、遮断等绝对信号机，装设预告信号机，以防止冒进信号。
其编号以Y表示，加以主体信号机名称前，如YX、YS等。
在非自动闭塞区段必须安装预告信号机。
因千书站为半自动闭塞区间所以设有预告信号机，提速区段该预告信号机称为接近信号机。
预告信号机距其主体信号机的距离规定不小于800米，以满足列车制动距离的要丢。
当预告或其主体信号机的显示不足400米时，为了让司机预先有足够的时间确认信号，所以在这种情况下规定预告信号机距其主体信号机不得少于1000米。
第三节道岔的设置及编号
道岔编号原则:
在下行列车进站一侧从外向内顺序编为单数，在上行列车进站一侧顺序编为双数，并以站设中心线作为划分单、双数编号的分界线。
千书站全站设置道岔共23组，分别为50kg轨9号非提速道岔类型7组，60kg轨12号非提速道岔8组。
其设置如下：
①单线区段车站的进站道岔，应以由车站两端向不同线路开通为定位。
②双线区段车站正线上的进站道岔，以向各该正线开通的位置为定位。
③所有区间及站场内正线上的其它道岔，除引向安全线及避难外，均向各该正线开通的位置为定位。
④引向安全线，避难线的道岔，为向各该安全线和避难线开通的位置为定位。
⑤侧线上的道岔除引向安全线和避难线者外，为向列车进路的开通的位置或靠近站舍进路开通的位置。
⑥在决定道岔位置时，可以划成双动道岔的都应尽量划成双动道岔。
第四节钢轨绝缘的确定和轨道区段的划分
一、钢轨绝缘的确定
1、信号机处的绝缘节原则上应当和信号机并列。
2、道岔处的，岔尖一端应安装在基本轨接缝处，另一端原则上在距警冲标计算位置不少于3．5米、不大于4米的地方。
渡线上的绝缘节不受此限制。
3、安全线、避难线上的绝缘节，应尽可能设在尽头处，以利于监督。
4、牵出线、机待线、尽头线或专用线的入口处的调车信号机前方，应设置一段不小于25米的轨道电路，以供值班员能及时了解调车信号机前方是否有车占用。
5、当道岔为梯形布置时，绝缘节可靠近辙叉处距离辙叉末端不小于4．5米的地方设置。
6、在非自动闭塞区段上，预告信号机处的绝缘节，应安装在预告信号机前方100米处。
7、在双线区段，如在出站口的最外方道岔前方装设调车信号机时，在信号机与站界间应划一段长度不小于50米的轨道电路区段，以便调车时，不占用区间。
8、轨道电路的两组轨道绝缘，应装设在同一坐标处，及要求并置。
如不能装在同一坐标处而需要错开安装时，就出现轨道电路的死区段。
如果这样，倘若有轮对在死区间内，轨道电路不会被分路，是非常危险的。
为安全计，死区间长度一般规定不大于2．5米。
9、为满足平行
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