车站计算机联锁仿真设计.docx

1、车站计算机联锁仿真设计石家庄铁道大学毕业设计 2012 届 交通运输 学院专 业 交通运输 学 号 20081749 学生 李 静 指导教师 陈保平 完成日期 2012年 5月22日 摘 要电脑联锁是保证车站内列车和调车作业安全，提高车站通过能力的一种信号设备。为满足我国铁路电务事业实现跨越式发展的需要,新时期要积极发展车站电脑联锁技术。设计以沙盘模型为根据，练习制作联锁信号图表，使用Visual Basic设计调度集中控制软件，实现基本功能。论文包括三个部分，第一部分主要介绍了电脑联锁系统，第二部分主要根据沙盘模型详细介绍邢台站的电脑联锁仿真设计过程。第三部分做出总结并对电脑联锁的发展做出展

2、望。车站电脑联锁系统得到了空前的发展，而以电脑联锁设备为基础的综合信号系统也已成为当前铁路信号发展的主流。可以预见，新型的铁路信号系统一定会大大提升车站电脑联锁系统的技术水平。关键词： 车站电脑联锁系统 仿真 邢台站 Visual BasicAbstractComputerinterlockingtoensuretheoperationalsafetyoftrainstationsandshuntingandimprovetheequipmentofthestationbytheabilityofasignalAchieveleapfrogdevelopmentneedstomeetChina

3、srailwayandelectricservicebusinesses,thenewperiodshouldactivelydevelopthestationcomputerinterlocking.Designbasedonasandtablemodel,practiceproductioninterlooksignalchart,centralizedcontrolsoftwaretoachievethebasicfunctionsusingVisualBasicdesignscheduling.Paperconsistsofthreeparts,firstpartintroducest

4、hecomputer-basedinterlockingsystem,thesecondpartofthemainsandtablemodeltheXingtaistationcomputerinterlockingsimulationdesignprocess.Thethirdparttomakethesummaryandthedevelopmentofcomputerinterlockingtomakeoutlook.Thestationcomputerinterlooksystemhasbeenanunprecedenteddevelopmentandthesignalingsystem

5、basedoncomputer-basedinterlockingequipmenthasalsobecomethemainstreaminthedevelopmentofthecurrentrailwaysignaling.ItcanbepredictedthatthenewrailwaysignalingsystemwillgreatlyimprovethetechnicallevelofthestationcomputerinterlockingsystemKeywords :stationcomputerinterlockingsystemsimulationgxingtaistati

6、onVisualBasic第1章 绪论 课题研究的目的与意义随着通信技术、网络技术、控制技术、电子技术、电脑软硬件技术、仿真技术、人工智能技术的快速发展,电脑联锁系统在世界范围内得到广泛应用,电脑联锁系统的安全技术在不断更新、完善和发展.在铁路比较发达的国家,电脑联锁系统不再是孤立的信号控制系统,而是信号安全综合控制监测系统和综合运营管理系统的一个子系统,电脑联锁系统的功能不断得到拓展,已远远超出车站信号安全控制设备的概念范畴.我国铁路要积极发展新一代调度集中系统、列车控制系统和电脑联锁系统,在较高起点上,建立和发展我国的铁路信号安全综合控制监测系统和运营管理系统.电脑联锁系统面临前所未有的发

7、展时机,当然电脑联锁也需要解决来自安全可靠、功能、效率、服务等方面的新的关键课题,以适应建设信息化、智能化、高科技现代化铁路的需要。1.2 电脑联锁的优点(1)控制能力大大提高相比6502继电集中联锁,电脑联锁系统采用较少的硬件和相应的软件,可以很容易地实现继电联锁的控制功能,并克服其缺陷,因此系统的控制能力大大提高。(2)可靠性高,安全性好电脑联锁系统采用了基于某种总线标准的工业控制电脑,其可靠性,抗干扰能力及环境适应性大大增强。此外系统设计时在硬件和软件上还采用了可靠性技术,如硬件的二重冗余或三重冗余,采用动态驱动电路以及光电隔离技术等到达故障-安全要求。软件方面采用信息编码技术、软件冗余

8、技术和软件检测技术等,使得电脑联锁系统的可靠性和安全性大大提高,完全满足了可靠性指标MTBF(平均故障间隔时间)106h,安全性指标MTBFAS(平均危险侧故障间隔时间)10-11h,远远超过继电联锁的安全性和可靠性。(3)丰富的信息量电脑近年来，国内在基于GPRS的远程监控领域进行了大量的理论及应用开发研究，取得了长足的进步，基于GPRS的远程监控技术正逐渐应用于各行各业，普及国民经济的很多领域。基于GPRS网络的无线监控系统已广泛用于遥控、遥测、工业数据采集系统、防盗报警、交通运输监控管理等工业领域和智能家庭仪器等民用产品。其典型应用有：联锁系统能提供丰富的信息量,有声音,文字,图形,图像

9、,使人机交互更加形象,直观,值班员和维护人员操作起来更为方便,效率更高。(4)减少了维护工作量采用电脑联锁后,继电器的用量大大减少,减轻了继电器的维护工作量。此外,采用电脑后,系统可以对现场设备进行监测,发现故障即时记录并报警,维护人员根据提示,即可进行相应的操作。(5)联网功能给电脑联锁系统装上网卡,可以很方便地实现和其他系统的信息交换。例如,联锁系统和调度集中(CTC)、铁路运输管理信息系统(TMIS),行车调度指挥信息系统(TDCS),列车运行控制系统(CTCS)等的信息交换,为铁路的信息化、网络化、综合化发展提供必要的条件。 车站联锁控制系统历史及各国发展概述 车站联锁控制系统历史18

10、25年9月7日第一条铁路在英国诞生，主要问题是安全和效率1830年出现铁路信号1856年第一套简单的机械式车站联锁控制设备诞生1927年基于布线逻辑的继电器联锁控制系统问世，其联锁逻辑由继电器实现。我国的典型代表为6502电气集中联锁控制系统。1978年，由瑞典ABB公司研制的世界上第一套电脑联锁控制系统在瑞典哥德堡站成功应用。 车站联锁控制系统各国发展【英国】电脑联锁又称为固体联锁Solid State Interlocking，简称SSI1985年SSI系统首次在明斯顿车站正式应用，其采用分散三级控制方式，为保障安全性与可其采用分散三级控制方式，为保障安全性与可靠性，采用三取二表决的模式。

11、参与表决的每个模块运行单套软件，每一模块与其他两个模块的运算结果相比较以检验自身的运算结果。【瑞典】电脑联锁发展三个阶段：采用的典型产品为EBILOCK750系列，特点是信号机和道岔的控制器件仍由继电器来完成，保留轨道继电器；采用无接点方式的电子器件控制信号机和道岔，仍保采用无接点方式的电子器件控制信号机和道岔，仍保留轨道继电器；实现全电子化控制，典型产品有EBILOCK850系统和EBILOCK950系统，控制电路、轨道继电器均采用无接点方式的功能块。安全性与可靠性采用分散控制方式，采取双机热备、单机运行双套软件。【德国】于1979年决定研制电脑联锁。1985年西门子公司以SIMIS系统为核

12、心构成车站联锁控制系统在慕尼黑米腾瓦尔特区段的穆尔脑Mulmau站交付使用。早期的的穆尔脑Mulmau站交付使用。早期的SIMIS-B型8080 CPU、SIMIS-C型8085 CPU、SIMIS3116、SIMIS3216、SIMISE型80386、SIMIS-W型，前几种为双机硬件比较，后两种为三中取二表决型。【日本】于1985年开始使用电脑联锁，已经安装使用了200多个车站。主要产品为SMILE I、II、III型和K、N型五种类型。【美国】其产品主要有通用信号公司GPS的VPI安全型系统和联合道岔与信号公司USS的Microlock系统两种。其大部分用在单机运行状态，系统的安全性由主

13、机系统中的“安全逻辑”保证。【中国】电脑联锁研制始于1983年。(1)第一套系统安装在南京梅山铁矿井下200m深处24组道岔的运输线路上，1984年投入运营。(2)在1987年7月研制开发了适用于地面厂矿铁路的电脑联锁设备，并首先在太原钢铁厂配料站首先使用。(3)在正线甚至干线上，最早是由卡斯柯信号CASCO从美国通用铁路信号公司GRS引进，并结合我国铁路实际运营技术条件开发出VPI安全型电脑联锁系统。第一套系统安装在广深线的红海站上，于1991年11月投入运营，开创了我国电脑联锁技术在干线车站上运用的先例。1993年10月由铁道科学研究院研制的车站电脑联锁系统在哈尔滨平房站正式使用。1994

14、年1月由通号总公司研制的车站电脑联锁控制系统在南京分局浦口到发场开通使用。 本文的设计思路本文的依据是沙盘模型，沙盘采用铜轨制作，沙盘上道岔、信号机、轨道电路与现场一致，形象逼真。道岔的操纵、信号机的开关均由微机直接操作。用遥控机车或电力机车模仿列车的运行，轨道电路即具备逐段三点自动解锁也具备一次解锁。沙盘上配有站台、站舍、桥梁、隧道、涵洞，各种线路、信号标志齐全。在了解了电脑联锁系统的情况下，绘制邢台站站场信号平面布置图，编制信号联锁表，并用VB编程实现进路的建立与取消、锁闭与解锁、信号开放，实现区间闭塞和列车运行显示。第2章 电脑联锁概述 电脑联锁定义联锁的定义:联锁是指车站的道岔、进路和

15、联锁是指车站的道岔、进路和信号机三者之间相互制约的关系。电脑联锁是保证车站内列车和调车作业安全，提高车站通过能力的一种信号设备。利用电脑对车站作业人员的操作命令及现场设备状态表示的信息进行逻辑运算，从而实现对信号机及道岔、进路等进行集中控制，使其到达相互制约,以保证行车安全的车站联锁设备，即微机集中联锁。 联锁设备是将车站的道岔、进路和信号机进行集中控制与监督，并实现它们之间联锁关系的设备；如6502，电脑联锁。 6502继电集中联锁和电脑联锁6502在铁路信号专业中指电气集中联锁，实际的含义是将道岔、进路和信号机用电气方式集中控制与监督，并实现它们之间联锁关系的技术方法和设备称为电气集中联锁

16、 。用继电器实现联锁关系的称为继电式电气集中联锁6502电气集中是我国目前应用最普通的一种继电式电气集中联锁。电气集中的组成：室内设有控制台、区段人工解锁按钮盘、继电器组合及组合架、电源屏、分线盘等设备。室外设有色灯信号机、电动转辙机、轨道电路、电缆线路及电缆连接箱盒等设备。电脑联锁，通常采用通用的工业控制微机，有一套专用的软件来实现车站信号、进路、道岔之间的联锁关系，从而进行联锁关系的逻辑运算和判断。这就使得电脑联锁与继电集中联锁有着明显的区别，也使得电脑联锁具有明显优势。 电脑联锁的功能电脑联锁必须在规定的联锁条件和规定的时序下对进路、信号和道岔实行控制。对于来自操作设备的错误操作，应具备

17、有效的防护能力。(1)进路控制；信号开放、关闭；道岔单独操作、锁闭、解锁(2)显示功能：站场基本图形显示；现场信号设备状态显示；值班员按压按钮动作确实认显示；联锁系统工作状态、故障报警显示；时钟显示、汉字提示等时钟显示、汉字提示等(3)记录存储和故障检测与诊断功能：系统可按时间顺序自动记录和存储值班员按钮操作情况、现场设备动作情况和行车作业情况；提供图像再现功能；实现进路存储和自动办理；具有集中检测和报警功能(4)结合功能：利用标准化通信接口板，网络接口板，可以直接与现代化信息处理系统相联结进行数据交换 电脑联锁的层次结构微机联锁控制系统是实现以进路控制为主要内容的联锁功能控制系统，它主要以色

18、灯信号机、动力转辙机和轨道电路作为三大室外设备，并以电子设备实现联锁功能对轨道区段状态、信号状态和道岔状态进行监测，并对信号机和道岔实施控制的系统。图2-1 微机联锁系统整体层次结构示意图(1) 人机交互层：操作员通过操作与微机联锁机构进行信息的输入和输出操作，来反映设备的工作状态和行车作业情况，该层位于车站值班室内；(2) 联锁层：微机联锁机构是系统的核心，它出了接收来自人时机话层的操作信息外，还接收来自监控层的反映信号机、动力转辙机和轨道电路状态的信息，并根据这些信息进行内部处理，产生相应的输出信息，即信号控制命令和道岔控制命令，交付监控层控制电路执行。联锁机构处理的都是二值逻辑信息，大多

19、设在车站信号楼的机械室内；(3) I/O接口层：接收来自微机联锁层的控制命令，经过信号机控制电路和道岔控制电路，改变信号显示，驱动道岔状态转换；向微机联锁机构传输信号状态信息、道岔状态信息和轨道电路状态信息；(4) 室外设备：主要包括轨道轨道电路、道岔、信号机等现场设备，位于室外。 电脑联锁的分级系统第一级为控制监视级，也称为人机对话级(在车站值班员室)，实现对系统的控制过程的信息显示和系统控制命令的输入；第二级为联锁逻辑处理级，实现信号联锁关系运算处理；第三级为执行表示级，实现现场设备运行状态采集和实时控制。值班员使用的控制台由电脑实现按钮命令的采集，具有语音提示和报警功能。第三级是电脑采用

20、串行数据通讯联接，协调控制，实现对铁路车站信号、道岔、进路等方面实时控制。系统运行时每个分机均独立工作，一旦发生故障即运行分机自动退出系统，或立即在线进行维修，系统仍能照常运行。(1)人机对话层将来自键盘、鼠标等操作输入，经串口送达联锁电脑，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电脑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电脑。(2)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，系统

21、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。(3)复核驱动层复核驱动层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，对联锁微机形成的操作命令进行复核检查的屏障作用。(4)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标准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。(5)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。 2.6 电脑联锁技术条件总则(1)电脑联锁是以电脑为主要技术手段实现车站联锁的信号系统。电脑联

22、锁应能满足各种车站场)规模和运输作业的需要，应保证行车安全，提高运输效率，改善劳动条件，并具备大信息量和联网能力。 (2)电脑联锁必须工作可靠并符合故障一安全原则。 (3)联锁电脑必须采用高可靠性硬件和冗余结构。(4)电脑联锁软件的安全性完善度等级宜划分为4级，由高至低依次为4-1级。等级的划分等同于EN50128和EN 50129的规定。 (5)有关电源、电磁环境、外部接口、人机接口(考虑操作失误)等环境条件和使用条件的设计应采用与安全性完善度等级相适应的设计方法。 (6)联锁电脑在发生一处故障与一次错误办理同时存在的情况下，不得产生危险侧输出。 (7)电脑联锁的硬件和软件结构应实现模块化和

23、标准化 。(8)电脑联锁应能与其他信号系统结合，并能与其他管理信息系统交换数据。 (9)电脑联锁与其他系统通信时，应遵循规定的通信协议。 (10) 电脑联锁应具有对室内外联锁设备的监测功能。 (11) 电脑联锁必须向规定的软件检测设备提供必要的接口。第3章 平面图与联锁表车站信号平面布置图设计的是否合理，关系到车站通过能力、铁路运输效率等等方面，甚至会影响行车作业安全。所以，车站信号平面布置图设计的优劣直接影响整个设计的质量。而联锁表是设计电路的依据，如果联锁表本身编制的不合理，将影响电路图的正确性。因此，熟练地掌握绘制车站信号平面布置图和编制联锁表的方法，是整个车站信号自动控制系统设计的一大

24、关键。对于一个装有电气集中设备的车站，列车和调车作业都是通过信号机的显示进行的，因而车站线路设备能否被充分利用，很大程度上决定于信号机的布置。所以，合理的布置信号机特别是调车信号机是一项很重要的工作 。我们根据沙盘上的实际情况，绘制了车站的信号平面布置图,并对信号机，道岔及线路进行了编号 车站线路图图3-1 邢台中间站 信号机、道岔和线路的编号 3.2.1 信号机的编号(1)进站信号机按运行方向上行用字母“S”，下行用字母“X”表示，如果同一咽喉有数个方向进站信号机并排时，在字母“S”或“X”的右下角标以信号机所属区间线路名称汉语第一个字母。(2)出战信号机上行字母“S”下行用字母“X”表示，

25、并在字母S或X的右下角注明该信号机所属的股道号码。(3)调车信号机用“D”表示，并在右下角注以数字，上、下行咽喉区分别编为双号和单号，并由上、下行列车到达方向顺序编号。 道岔的编号按规定上行咽喉编号为双号，下行咽喉编号为单号，自进站口向站中心顺序编号。位于同一坐标的道岔先编靠近信号楼的道岔。对于同一端有两个及两个以上方向时，应该先编主要方向的道岔号码。站内的每一道岔均应该进行编号。对于双动道岔应编成连续的单数或双数。 线路的编号车站内每一条线路应该有规定的号码，同一车站内不得有相同的号码。根据规定，将与复线区段相连的正线股道，上行编为双号，下行编为单号，并用罗马字母表示，如IG和IIG，其余站

26、线股道编为3G和4G。 编制内容及方法 联锁图表是铁路车站信号设备联锁关系的说明图表。编制联锁表的主要依据应是信号设备平面布置图，图中应包含以下主要内容。(1)联锁区，非联锁区中与铁路信号设备有关的线路布置及编号。(2)联锁道岔、信号机、表示器、轨道电路区段含侵入限界绝缘区段等有关设备及其编号和符号。(3)正线和到发线的接车方向、区间线路及机走线的运行方向。(4)信号楼或值班员室中心公里标。联锁道岔和信号机距信号楼或值班员室中距离。(5)进站信号机外列车制动距离内有超过6下坡道时的换算坡度数。(6)局部控制盘编号及局部控制道岔号(7)道岔握柄、转换锁闭器等。 联锁表的编制 联锁表是反映整个车站

27、内的道岔、进路和信号机之间联锁关系的表格。车站信号平面布置图是编制联锁表的依据。在编制联锁表时，是以进路为主体，从列车进路分接车和发车到调车进路逐条依次顺序编号的。然后将排列进路时需要按下的按钮、防护该进路的信号机名称和显示、进路所要求的有关道岔的位置、进路应包括的轨道区段以及所排进路相敌对的信号等逐项一一填写由于此站场咽喉区道岔较少，在任一始端和终端之间只有一条基本进路，不存在变更进路， 故不需要选择基本进路。这样就大大简化了联锁表，编制联锁表时的难度也得到了相应的降低。下面就联锁表中各栏的如何填写介绍如下。 (1)方向栏：填写进路性质通过、接车、发车、转场、调车、延续进路和运行方向。 (2

28、)进路号码栏：按全站列车进路和调车进路顺序编号，亦可按咽喉区、场分别编号。通过进路由正线接、发车进路组成不另编号，仅将接、发车进路号码以分数形式填写。如接车进路为“2”，发车进路为“8”，则通过进路写作“2/8”。 (3)进路栏：逐条列出车站范围内的全部列车和调车的基本进路。较大的电气集中车站，当列车进路同时存在两条或两条以上进路方式时，除列出基本进路外还应列出一条主要变更进路作为第二种进路方式。 1)列车进路 a.列车接至股道时，应写作“至股道”； b.列车由股道发车时，应写作“由股道”； c.通过进路应写作“经股道向方面通过”； d.列车由信号机发车时，应写作“由信号机”。 2)调车进路

29、a.由D信号机调车时，应写作“由D”； b.调车至某一顺向调车信号机时，应写作“至D”； c.调车至股道时，应写作“至股道”； d.向尽头线、专用线、机务段、双线出站口等处调车时，应写作“向D”； e.当进站信号机内方仅能作调车终端时，应写作“至进站信号机”。 3)延续进路 a.当向股道接车进路末端延续进路有多条时，应列出其推荐进路； b.延续进路编号应由接车进路号码和接车进路的第条延续进路组成。c.延续进路应检查延续进路上的全部道岔位置、敌对信号及轨道区段。 4)进路方式栏：基本进路规定为第一种方式，在栏中应写作“1”，变更进路写作“2”。 5)排列进路按下铵钮栏：顺序填写排列进路时应按下的

30、按钮名称。 6)确定运行方向道岔：如有两种以上运行方式时，应填写区别开通进路中关键的对向道岔位置。 7)信号机栏：填写排列进路时，应写明开放信号机的名称和显示。如为臂板信号机时，显示栏内应分别以1、2、3代表三位臂板的反位状态；色灯信号应按显示颜色表示。进路表示器可以左、中、右灯位区分，超过三个方向时以两组进路表示器组合后的灯位分别表示。 8)道岔栏：顺序填写所排进路上的全部道岔以及有关防护和带动道岔的编号和位置。 11号道岔在定位； (1)1号道岔在反位； 11号道岔防护在定位； (1)1号道岔防护在反位； 11号道岔带动在定位； (1)1号道岔带动在反位； 9)敌对信号栏：填写所排进路的全

31、部敌对信号。 a.列车兼调车信号机的填写方式 S4S4信号机的列车和调车均为所排进路的敌对信号； S4LS4信号机的列车信号为所排进路的敌对信号； S4DS4信号机的调车信号为所排进路的敌对信号； b.调车信号机的填写方式。 D1D1信号机为所排进路的敌对信号； c.有条件敌对时的填定方式。 5D3经5号道岔定位的D3信号机为所排进路的敌对信号； (5)经5号道岔反位的D3信号机为所排进路的敌对信号。 d.电锁器联锁时，敌对信号栏应改为敌对进路栏，填写所排进路的敌对进路号码包括股道的迎面进路 10)轨道区段栏：填定排列进路时应检查的轨道区段名称。 11)迎面进路栏：应填写同一到发线或场间联络线上，对向的列车和调车进路的敌对关系，以线路区段名称表示。12) 其它联锁栏：应以相应的文字符号表