计算机联锁系统软件.docx

计算机联锁系统软件.docx

《计算机联锁系统软件.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《计算机联锁系统软件.docx（37页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

计算机联锁系统软件

第六章计算机联锁系统软件

第一节软件的功能与总体结构

一、软件的功能

一般来说，计算机联锁系统的软件应具有以下功能：

1．人机界面信息处理功能

（l）操作信息处理

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，以便使值班员确认自己的操作：

对错误的操作进行处理，并在屏幕上给出相应的提示，以便使值班员能够立即发现自己的错误操作，及时采取措施纠正错误的操作。

（2）表示信息处理

对现场信号设备的状态，在屏幕上实时地给出显示，使值班员能随时监督现场设备的运用情况。

（3）维护与管理信息处理

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，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员办理作业的时间及被操作的按钮，完成与其他周边系统的联系。

2．进路控制功能（基本联锁控制）

能够完成规定的联锁功能，主要包括：

（1）进路选出（建立）；

（2）进路锁闭；

（3）信号开放；

（4）信号保持开放；

（5）进路解锁；

（6）进路正常解锁；

（7）进路非正常解锁；

（8）道岔单独操纵；

（9）进路引导总锁闭等。

3．执行控制功能

（1）输出控制：

根据联锁软件生成的控制命令来驱动现场设备控制电路。

（2）输入控制：

采集现场设备的状态信息，为联锁运算提供数据。

4.自动检测与诊断功能

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。

5．其他功能

（1）非进路调车控制功能：

（2）平面调车溜放控制功能：

（3）站内道口控制功能：

（4）与调度集中系统联系功能；

（5）与调度监督系统联系功能：

（6）与其他系统，如站内调度、管理信息系统等的结合功能

（7）监测联锁设备状态功能等。

上列各项功能尽管存在着某些联系，但它们的目的性是不同的，而且在一个具体车站上也不需要联锁系统具备所有这些功能，因此对于每项功能需由独立的软件甚至是由独立的计算机来实现。

在这些软件中，人机界面信息处理软件、基本联锁软件、执行控制软件、自动检测与诊断软件，是计算机联锁系统必须具备的。

二、软件的总体结构

计算机联锁系统是以计算机为主要技术实现车站联锁控制的系统，该系统应保证行车安全，提高运输效率，改善劳动条件，并为管理、服务现代化创造条件；应能满足各种站场规模和运输作业的需要。

因此，系统软件的基本结构应设计成实时操作系统或实时调度程序支持下的多任务的实时系统。

综合分析国内外研制的计算机联锁系统，其软件的基本结构可归结如下：

1．按照系统层次结构分类

按照软件的层次结构，可分为三个层次，即人机会话层、联锁运算层和执行层，其结构如图4-1所示。

人机对话层完成人机界面信息处理；联锁运算层完成联锁运算，执行层完成控制命令的输出和表示信息的输入。

2．按照冗余结构划分

按照冗余结构，可分为三取二系统的单软件结构和双机热备制式的双版本软件结构。

其中双版本软件结构，如图4－2所示。

3．按照联锁数据的组织形式划分

按照联锁数据的组织形式，可分为小站规模的联锁图表式软件结构和中站以上规模的进路控制式的软件结构。

其中进路控制式的软件结构（即模块化结构）如图4-3所示。

在图4-3中，各个模块之间相对独立，只有数据交换，没有程序上的联系，使得系统结构清晰，设计、编程均可实现标准化。

第二节联锁数据与数据结构

联锁数据，是指在联锁计算机中，所有参与联锁运算的数据。

在联锁数据中，有一些数据有可能由于硬件故障或受到干扰而发生错误时，其后果不仅能导致系统失败，而且会造成危险输出。

例如，一个涉及行车安全的逻辑变量的安全侧代码可能由于故障而畸变成危险侧代码，这是十分危险的。

又如，一个地址码在传输过程中发生错误而未识别出来，也将造成数据传输的去向混乱，其后果也是十分危险的。

因此必须采取适当的数据编码和差错控制技术以提高系统的可靠性和安全性。

关于编码和差错控制的一般原理，在数字和通信的技术书籍中多有介绍，在这里将从安全的角度强调一些应注意的问题。

另外，参与联锁的数据量是很大的，它们在存储器中的组织方法称做数据结构。

数据有静态数据（常量）和动态数据（变量）两类。

相应地有静态数据结构和动态数据结构。

数据结构的形式不仅影响联锁程序的结构，而且关系到数据结构自身的生成方式问题。

一种好的数据结构可用计算机辅助设计方法生成，这样可以减少或避免编制数据结构时的人为错误。

一、联锁数据

1．数据的编码

在计算机联锁系统所处理的大量数据中，代表安全信息的二值逻辑变量占有重要的地位。

如果简单地用一个二值码元（bit）代表一个具体逻辑量，显然是不符合故障—安全要求的。

因此，必须采取多个码元编码。

编码技术是冗余技术在信息领域里的具体应用。

对于涉及安全的逻辑量，取一个字节（1Byte）的全8位编码作为一个逻辑量值，并取其中的相间码10101010和01010101作为有效值。

因为10101010和01010101间具有最大的码距，且具有更高的故障—安全值。

对于参与运算的一些非逻辑变量（如一些标志），可以采用增加码位的方法来判别它是否因故障而出现错误，还可以采用比较法或多数表决法来提高该类数据的安全性。

在计算机系统中还有一些常量。

对于参与运算的一些常量的检测，除了用比较法外更多的是用校验法，即设计一种算法对数据进行整批的检测。

常量一般是存于ROM中的，对于常量的检测也就是对ROM的检测，检查方法很多，在此不再多述。

2．数据的传输

在多个计算机的安全系统中，当计算机之间相距较远时，一般采取串行数据传输方式。

所传输的数据有逻辑量、数字量和地址数据等。

为了克服数据在传输中出错，一般采取避错和容错相结合的技术。

避错技术是采用可靠的器件，抗干扰的通道介质以及严格的工艺措施等，力求数据不发生错误。

采取容错技术就是传输理论中的差错控制技术。

在编码理论中，常用到（n,k）分组码这一术语，其中n表示整个传输码的位数，k表示信息位数，那么n-k就是冗余位数，一般称做监督位。

编码理论的重要内容之一是研究信息码元与监督码元的相关性，设计出合理的码字，在满足规定的检错和纠错能力情况下，使得编码和译码技术易于实现而且经济。

应该说，当前的传输编码理论比较成熟，理论上讲，用增加通道的空间和时间的办法总是能用编码方法达到代码防护的预期水平。

但从目前使用中的安全系统来看，多采用标准的编码形式，例如汉明码和BCH码等，而不采用纠错能力很强的特殊编码方式。

在实时控制系统中，要求数据及时刷新，因此可利用周期循环传输的特点采取比较或表决方法提高数据的安全性，这也就是说数据的接收端必须是安全系统。

如果在运算时间上允许的话，可对重要数据附上它的产生或传输的时间标志，在使用它时检查它的时间标志是否过时，从而提高了系统的安全性。

二、静态数据及其结构

联锁程序需要哪些静态数据以及这些数据在存储器中的组织形式，对于联锁程序的结构有很大的影响，在这里，以标准的、各条进路共享的联锁程序为背景，讨论静态数据及其结构形式。

建立任何一条进路都必须指明该进路的特性和有关监控对象的特征及其数量等，这包括：

（1）进路性质，是列车进路还是调车进路：

（2）进路方向，是接车方向还是发车方向：

（3）进路的范围，即进路的两端，如果是迂回进路，还应指明变更点（相当于变通按钮所对应的位置）：

（4）防护进路的信号机（信号机名称）：

（5）进路中的轨道电路区段（名称）及数量：

（6）进路中的道岔（名称）、所处的位置、数量：

（7）路所涉及的侵限绝缘轨道区段（名称）及检查条件；

（8）进路的接近区段（名称）：

（9）进路的离去区段（名称）：

（10）进路末端是否存在需要结合或照查的设施，如闭塞设备、机务段联系、驼峰信号设备等。

若将上列各项纳入一个数据表中就构成了一个进路表。

将一个车站的全部进路（包括迂回进路）的进路表汇总在一起就构成了总进路表（它很像我们熟悉的进路联锁表）。

总进路表存于ROM中就是一个静态数据库。

当办理进路时，根据进路操作命令可从静态数据库中选出相应的进路表，从而可找到所需的静态数据。

三、动态数据及其结构

参与进路控制的动态数据主要包括操作输入变量、状态输入变量、表示输出变量、控制输出变量以及联锁处理的中间变量等。

1．操作输入变量

操作输入变量是反映操作人员操作动作的开关量。

在RAM中需设一个操作变量表集中地存放操作变量。

每个操作变量在变量表中的逻辑地址应与它的输入通道的地址一一对应。

操作变量表根据系统的硬件体系结构，可能存于人机会话计算机或存于联锁计算机中。

在联锁系统中，为了防止误动一个操作而形成操作命令，一般需由两次或两次以上的操作才能形成操作命令，例如办理一条基本进路需按压进路始端和终端按钮。

所以操作输入变量是形成操作命令的原始数据。

在RAM中应开辟一个区域集中地存放操作命令，称这些操作命令的集合为操作命令表。

一条操作命令形成后，就可从操作变量表中删去相应的操作变量了。

操作输入变量除了用以形成操作命令外，还作为表示信息的原始数据以及监测系统的记录内容。

为了记录，需将操作输入变量表的内容复制一份存于监测系统中，保存时间应不小于8h。

2．状态输入变量

状态输入变量是反映监控对象状态的变量，如轨道区段状态、道岔定位状态、道岔反位状态、信号状态、灯丝状态，以及与进路有关的其他设备状态等。

状态变量是参与联锁运算的安全数据，每个变量最好经由两个通道输入，形成两个变量分别存入两个相距较远的存储单元中，其目的在于对两个变量进行直接地或间接地比较可以发现输入通道是否发生了故障。

如果发现了故障则给出故障信号，促成双机切换，提高了系统的可靠性。

如果不采取双通道输入方式，则需通过双机互检方法才有可能发现输入通道故障。

状态变量应周期性地及时刷新，以保证变量能确切反映监控对象的实际状态。

刷新周期一般应不大于250ms。

状态变量除了参与联锁运算外，还作为表示信息和监测系统的原始数据。

状态变量在RAM中有两种基本组织方式，一种组织方式是将同类输入变量集中在一个变量表中，例如将全部轨道区段变量集中在轨道区段变量表中。

对于这种数据结构，只要给出变量表的首地址以及各个变量在表中的逻辑地址，就能查到所需变量。

对应这种结构形式，在站场形数据结构中，应把状态变量的逻辑地址列入相应的轨道区段静态数据模块中。

这样一来，在建立进路时就可把进路中的所有状态变量的逻辑地址找出来，并构成进路表，从而为联锁程序提供了状态变量的地址。

由此，我们可以进一步加深对进路表的理解：

它不仅反映了进路的特征和哪些监控对象与进路有关，而且指明了监控对象的状态变量的地址。

状态变量的另一种组织方式是分散存储方式。

在存储器RAM中为每一监控对象开辟一个存储区称做动态数据模块，如图4-4（b）中虚线框所示，动态数据模块与静态数据模块一一对应。

凡是与监控对象相关的变量均设在该模块中，例如在轨道区段动态数据模块中包括状态变量、进路锁闭变量、进路解锁用的变量以及其他变量等。

在这种情况下，将动态数据模块的首地址列入相应的静态数据模块中，那么搜索出进路的静态数据模块后，也就找到了各动态数据模块，从而也就找到了所需的状态变量。

在进路表中给出动态数据模块首址就可以了。

3．表示输出变量

表示输出变量是指向控制台、表示盘或屏幕显示器提供的变量。

通过这些变量反映有关列车或车列运行情况、操作人员的操作情况以及联锁设备工作状况。

在计算机联锁系统中，可提供比电气集中更丰富的信息和表现形式（例如光带、图形、音响和语音等）。

这些信息需取自状态输入变量、操作输入变量、中间变量以及控制命令输出变量等。

一般是将表示输出变量集中在一个存储区以便输