铁路信号计算机联锁效系统毕业设计.docx

1、铁路信号计算机联锁效系统毕业设计(此文档为word格式，下载后您可任意编辑修改！)毕业设计（论文）中文题目： 铁路信号计算机联锁效系统 学习中心： 专 业： 铁路通信信号 姓 名： 学 号： 指导教师： 2013年07月30日远程与继续教育学院北京交通大学毕业设计(论文)承诺书本人声明：本人所提交的毕业论文铁路信号计算机联锁效系统是本人在指导教师指导下独立研究、写作的成果。论文中所引用的他人无论以何种方式发布的文字、研究成果，均在论文中明确标注；有关教师、同学及其他人员对本论文的写作、修订提出过且为本人在论文中采纳的意见、建议均已在本人致谢辞中加以说明并深致谢意。本人完全意识到本声明的法律结果

2、由本人承担。本毕业论文铁路信号计算机联锁效系统是本人在读期间所完成的学业的组成部分，同意学校将本论文的部分或全部内容编入有关书籍、数据库保存，并向有关学术部门和国家相关教育主管部门呈交复印件、电子文档，允许采用复制、印刷等方式将论文文本提供给读者查阅和借阅。论文作者：_（签字） _年_月_日指导教师已阅：_（签字） _年_月_日北京交通大学毕业设计(论文)成绩评议年级层次专业姓名题目指导教师评阅意见成绩评定： 指导教师：年 月 日答辩小组意见答辩小组负责人： 年 月 日北京交通大学毕业设计(论文)任务书本任务书下达给： 级 专业 学生 设计（论文）题目：一、设计（论述）内容二、基本要求三、重点

3、研究的问题四、主要技术指标五、其他要说明的问题下达任务日期： 年 月 日要求完成日期： 年 月 日答辩日期： 年 月 日指导教师：开 题 报 告题 目：铁路信号计算机联锁效系统报告人：曹 奇 2013年 5 月 10 日一、文献综述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,9

4、0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

5、, 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

6、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: 2002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

7、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

8、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。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。第二，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。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。第三，在继承现有计算机联锁系统优点、特点的基础上, 研究铁

9、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。第四，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

10、厂测试,有效地保证了计算机联锁产品的质量。二、选题的目的和意义为了保证行车安全和必要的通过能力，信号、道岔与进路之间必须以必要的技术手段保持一定的制约关系和操作顺序，称这种制约关系和操作顺序为联锁，用计算机技术来实现的系统成为计算机联锁系统。铁路是国民经济的大动脉、全国沟通联系的纽带、国民经济建设的先行行业。与其它运输方式相比，铁路运输具有运量大、成本低、速度快、安全可靠、能全天候运输等众多优势。铁路承担全国客货周转量的60%70%，这种状况在今后相当长的时间内不会有太大的变化，铁路仍将是我国交通运输系统中的重要力量。铁路信号是铁路运输的耳目，是保证行车安全和提高运输效率的有力工具。一旦信号设

11、备故障，铁路运输将陷于瘫痪，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。三、研究方案（框架）第一章 绪论1.1 研究背景1.2 研究目的及意义1.3 国内外研究现状1.3.1 国外车站计算机连锁系统的应用现状1.3.1 国内车站计算机连锁系统的应用现状1.4 研究内容及技术路线1.4.1 研究内容1.4.2 技术路线第二章 计算机连锁工作原理2.1 计算机连锁系统硬件组成2.2 计算机连锁系统基本原理2.2.1 人机对话层2.2.2

12、 连锁运算层2.2.3 复合驱动层2.2.4 结合电路层2.2.5 监控对象层2.3计算机联锁系统可靠性及安全技术2.3.1硬件冗余技术2.3.2软件冗余技术2.3.3故障一安全接口电路第三章计算机联锁系统故障维护及探讨3.1联锁设备常见故障分析处理3.1.1非潜伏性故障3.1.2潜伏性故障3.2故障种类3.2.1计算机单元故障3.2.2通讯线路故障3.2.3切换故障第四章 计算机联锁系统的发展前景4.1计算机联锁系统的必要性4.1.1 功能的完善4.1.2 实现管理现代化4.1.3 节省费用4.2 计算机连锁系统的发展 4.2.1向高可靠性与高安全性方向发展 4.2.2向全电子化方向发展 4

13、.2.3向站区一体化、区域化的方向发展4.2.4向信息化、智能化和综合自动化的方向发展四、进度计划第一阶段：2013年5月2013年6月初，计划进行论资料搜集，阅读大量参考文献。并计划完成论文第一章绪论部分，以及论文第二章计算机连锁工作原理，其中第二章包括计算机连锁系统硬件组成、计算机连锁系统基本原理、计算机联锁系统可靠性及安全技术。为全文奠定理论基础。第二阶段：2013年6月2013年7月初，计划进行论文第三章计算机联锁系统故障维护及探讨，系统分析联锁设备常见故障分析处理及故障种类。第三阶段：2013年7月2013年8月，计划进行论文第四章计算机联锁系统的发展前景，以及第五章结论部分。五、指

14、导教师意见指导教师： 年 月 日中 期 报 告题目：铁路信号计算机联锁效系统报告人：曹 奇一、进展情况论文选题与开题报告内容一致，已完成了计算机连锁工作原理部分，包括计算机连锁系统硬件组成、计算机连锁系统基本原理、计算机联锁系统可靠性及安全技术。其中根据前学者的经验，自己总结了计算机连锁系统可靠性及安全技术。目前预期存在的问题是如何系统地分析计算机联锁系统故障维护及探讨，拟采用比较的方法来解决这个问题，在分析过程中找到计算机联锁系统的发展前景。按照开题报告的内容，完成后两章的内容，第三章计算机联锁系统故障维护及探讨第四章计算机联锁系统的发展前景二、指导教师意见指导教师： 年 月 日结 题 验

15、收一、完成日期二、完成质量三、存在问题四、结论指导教师： 年 月 日摘 要计算机联锁系统是实现铁路现代化和自动化的基础设施之一，是一种高效、安全的车站联锁设备，是提高车站通过能力的基础。同时，计算机联锁系统还具有故障安全性能，与电气联锁系统相比，其在设计、施工和维护方面都较为便捷，且便于改造和增加新功能，为铁路信号向智能化和网络化方向发展创造了条件。本论文主要阐述了计算机联锁系统的硬件结构组成，设备选型及电源配置等原则及处理方法。采用二乘二取二的体系结构的计算机联锁控制系统方案，尤其是对于可靠性技术和容错技术的深入研究，计算机联锁技术已日趋成熟，在大力推广使用。根据各国对计算机联锁的研究和使用

16、情况来看，由于计算机在逻辑功能和信息处理方面具有很强的功能，完成其对信号机、道岔的控制电路及其相关组合的内部配线和对信号机、道岔、轨道电路等部分设备的状态信息采集电路以及与联锁机接口电路的控制。关键词：铁路信号；计算机联锁；故障探讨AbstractComputer interlocking system is the one of infrastructure that realizes the modernization and automation of the railway, it is also a kind of efficiency and safety equipment of

17、 the station interlocks, which is the foundation that raises carrying capacity at station.Meanwhile, computer interlocking system also , construction and maintenance are more convenient, and easy to transform and add new features, and the railway signal to the intelligent network to create the condi

18、tions for direction.This thesis describes the principles and approach of computer-based interlocking system of equipment and power configuration. Two times two take two architecture computer interlocking control system solutions, especially for in-depth study of the reliability and fault-tolerant te

19、chnology, computer-based interlocking technology the study and use of computer-based interlocking situation, due to a computer logic function and information processing acquisition circuit and control circuit and interlock machine interface.Key words : railway signal;computer interlocking；investigat

20、e malfunction第一章 绪论 11.1 研究背景 11.2 研究目的及意义 11.3 国内外研究现状 21.3.1 国外车站计算机连锁系统的应用现状 21.3.2国内车站计算机连锁系统的应用现状 31.4 研究内容及技术路线 41.4.1 研究内容 41.4.2 技术条件 4第二章 计算机联锁工作原理 62.1 计算机联锁系统硬件组成 62.2计算机联锁系统基本原理 72.2.1人机对话层 82.2.2联锁运算层 82.2.3复核驱动层 82.2.4结合电路层 82.2.5监控对象层 82.3计算机联锁系统可靠性及安全技术 92.3.1硬件冗余技术 102.3.2软件冗余技术 112

21、.3.3故障一安全接口电路 11第三章计算机联锁系统故障维护及探讨 133.1联锁设备常见故障分析处理 133.1.1非潜伏性故障 133.1.2潜伏性故障 133.2故障种类 143.2.1计算机单元故障 143.2.2通讯线路故障 153.2.3切换故障 15第四章 计算机联锁系统的发展前景 164.1计算机联锁系统的必要性 164.1.1功能的完善 164.1.2实现管理现代化 174.1.3节省费用 174.2计算机联锁系统的发展 174.2.1向高可靠性与高安全性方向发展 184.2.2向全电子化方向发展 184.2.3向站区一体化、区域化的方向发展 194.2.4向信息化、智能化和

22、综合自动化的方向发展 19第五章 结论 21参考文献 22致 谢 23第一章 绪论1.1 研究背景目前，计算机联锁控制系统已处于实用阶段，随着实践经验的积累，系统的性能也在不断提高。我国的计算机联锁控制系统主要采用由通用的工业控制计算机组成的计算机联锁控制系统。近年来，又推出了二乘二取二系统，由两个CPU构成一个子系统执行联锁任务（主机），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控制系统的可靠性和安全性，而且方便维修，主要干线的技术改造都优先考虑采用二乘二取二系统。目前，计算机联锁控制系统已装备了上千个车站。1.2 研究目的及意义为了保证行车安全和必要的通过能力，信号、道岔

23、与进路之间必须以必要的技术手段保持一定的制约关系和操作顺序，称这种制约关系和操作顺序为联锁，用计算机技术来实现的系统成为计算机联锁系统。铁路是国民经济的大动脉、全国沟通联系的纽带、国民经济建设的先行行业。与其它运输方式相比，铁路运输具有运量大、成本低、速度快、安全可靠、能全天候运输等众多优势。铁路承担全国客货周转量的60%70%，这种状况在今后相当长的时间内不会有太大的变化，铁路仍将是我国交通运输系统中的重要力量。铁路信号是铁路运输的耳目，是保证行车安全和提高运输效率的有力工具。一旦信号设备故障，铁路运输将陷于瘫痪，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

24、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。1.3 国内外研究现状1.3.1 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

25、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

26、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

27、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: 2002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)。1.3.2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

28、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

29、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,

30、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。1.4

31、研究内容及技术路线1.4.1 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。1.4.2 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