计算机联锁控制系统论文

【摘要】容错技术是包管安全性和可靠性的关头本领之一。本文介绍了铁路信号体系中经常使用的容错手艺及其道理，然后先容了自行研制开发的基于RTLinux的容错计算机联锁控制体系，而且具体会商了体系的容错手艺实现方式。下面小编整理了一些《计算机联锁控制系统论文(精选3篇)》仅供参考，希望能够帮助到大家。

计算机联锁控制系统论文 篇1：

计算机联锁控制系统中数据采集模块的设计

【摘要】 随着现代控制、通信、计算机网络的快速发展，铁路车站信号控制系统的安全性和可靠性设计变得越来越重要，它由上、下位机和通信模块构成，用户通过操作上位机的显示界面启动对下位机的操作，实现进路控制、调车控制、监督联锁设备状态等功能。

【关键词】 计算机联锁 数据采集 MCU模块

一、联锁系统的发展

目前，我国铁路车站信号控制普遍采用继电式6502电气集中控制，该系统是二十世纪六十年代在我国鉴定并推广的技术，全部的逻辑控制均采用安全型继电器，其系统至今仍在我国铁路站场控制中发挥着巨大的作用。但经过多年的运行和发展，该设备己显出了很多弊病，如：体积庞大、效率低下、故障定位难、维修不方便等。为保证站内行车安全，提高铁路运输效率，改善行车人员劳动条件，对铁路信号控制提出了更加高效、安全、可靠的要求。随着计算机技术的飞速发展以及可靠性和安全性理论的新进展，铁路信号联锁系统在不断地更新和发展，其发展过程已经经历了机械联锁、机电联锁和继电集中联锁几个阶段，目前正逐步取代集中联锁系统。本文对该系统的实现方案中的关键技术进行设计和研究。

二、计算机联锁系统结构和系统构成

所谓计算机联锁系统，即采用计算机技术组成的车站信号自动控制系统。其以进路、道岔、信号为控制对象，由计算机系统来实现进路、道岔、信号之间的联锁，按列车运行和调车作业的要求，自动控制选择进路、转换道岔、开放信号等一系列操作。

计算机联锁系统由硬件设备和软件设备构成。硬件设备包括联锁计算机、安全检验计算机及现场信号机、转辙机、轨道电路等室外设备。软件设备包括：参与联锁运算的车站数据库和联锁逻辑运算的的应用程序。

计算机联锁的操作方法与继电联锁相似，由于它实现了从有接点到无接点的变革，操作人员办理进路时，只需先按进路始端钮，再按进路终端钮即可完成。此时计算机就执行操作输入程序和联锁处理程序。根据输入的按钮代码，从进路矩阵中找出相应的进路，然后检查是否符合选路条件，只有完全满足选路条件后，程序才能转入选路部分。在执行信号开放程序中，是根据运行表区内容，连续不断地检查各项联锁条件，条件满足后信号机才能开放。当列车进入信号机后方，信号机即自动关闭，随着列车的运行，进路可顺序逐段解锁。

三、数据采集板的设计

3.1硬件设计

本数据采集板分为：MCU模块、数据缓存模块、接口分压模块、地址分配模块、干扰滤波模块、电源及串口模块。

设计思想：首先通过接口分压模块完成对外部82路开关量的分压，通过干扰滤波模块滤除高频干扰后接到数据缓存模块，完成数据的外围采集；

地址分配模块通过单片机P2口高3位及138译码器配合作用完成对7片373芯片的选通，7片373芯片的八位输出口通过总线形式与单片机的P0口连接，单片机通过串口与PC机进行通信。传递采集数据。

主要器件选用：8051单片机一片，74373地址锁存芯片7片，138译码器芯片1片。

3.2数据采集模块软件设计

初始化：开辟地址空间Adress[7]，数据空间buff_1[7]，buff_2[7]，设定波特率，串口初始化，定时器初始化；利用定时/计数器T0的方式1，产生50ms的定时等待中断；进入T0中断子程序后先令TR0=0关闭T0中断，如果FLAG为0说明第一次采集数据，经for循环语句取第一组数据放入buff_1中，令TR0=1开定时器0并等待中断，如果FLAG为1说明第二次采集数据，第二组数据放入buff_2中程序向下执行；比较buff_1和 buff_2数据，如果相同通过串口发送，如果不同丢弃重新采集。

主程序流程图如下图所示：

四、结束语

根据铁路自身运行特点，该计算机联锁系统从硬件和软件方面进行设备配置，通过现场总线通信系统使微机联锁各系统能够正常运行，最后对该系统的安全性进行验证，验证结果表明，该系统能够满足其运行安全的需要。

参 考 文 献

[1]曾小清.基于通信的轨道交通运行控制[M].上海：同济大学出版社， 2007.

[2]白驹珩，雷晓平.单片计算机及其应用[M] .北京：高等教育出版社，成都：电子科技大学出版社，2005.

[3]赵志熙.车站信号控制系统 [M] . 北京：中国铁道出版社，2006.

作者：白玉

计算机联锁控制系统论文 篇2：

铁路信号计算机联锁控制系统容错技术的探讨

【摘 要】容错技术是包管安全性和可靠性的关头本领之一。本文介绍了铁路信号体系中经常使用的容错手艺及其道理，然后先容了自行研制开发的基于RTLinux的容错计算机联锁控制体系，而且具体会商了体系的容错手艺实现方式。

【关键词】铁路信号；实时；计算机连锁；容错；RTLinux

在铁路信号体系中，计算机获得愈来愈普遍的利用，作为构造列车行车办理和包管行车平安的铁路信号体系，其自动化程度不断进步，范围日趋扩展，复杂性也敏捷进步，是以，对体系的平安性和可靠性就提出了很高的请求。用计算机技术可以提高联锁系统的安全性和可靠性，并不是说计算机自身固有这些优点，而是说以计算机为核心，综合利用有关容错技术可以达到这些目的。计算机化的铁路信号装备根据容错计算技术，经由过程软、硬件的容错计划，可以很是有效地进步铁路信号装备的可靠性，进而进步装备的安全性。

一、 容错技术在铁路信号系统中的利用

容错技术的实现方式首如果冗余，所采纳的首要本领便是投入更多的超凡计划所需的资本、即外加资本，来调换更高的非常规计划所能到达的超高可靠性。外加资本是多种多样的，归纳综合起来有硬件冗余、信息冗余、时候冗余和软件冗余，它们终究在计算机体系中体现为硬件冗余和软件冗余。各种冗余要有机地相互配合利用才气到达超高可靠性方针。目前在计算机联锁范畴经常使用的有三摸冗余、劝戒热备。

1.1三模冗余三模冗余简称TMR（Triplc Modular Redundancy）。三个相同的模块，也可所以三台不异的计算机，也可所以三个不异的部件。三个模块同时履行同样的操纵，其输出送到“表决器”的输入瑞，然后把“表决器”的输出作为体系输出。

1.2双机热备是动态冗余中经常使用的一种，也叫待命储蓄体系。它它由（S+1）个模块、妨碍查抄器和切换开关构成。此中怜惜—个模块处于事情状况而其余模块处于待命接替状态。运行中当妨碍检测器发明处于事情状况的根基模块产生妨碍后，当即经由过程切换开关乞假妨碍模块，代之以储蓄模块。如果取代事情的模块不断后又产生妨碍，则再将其乞假，用另一个储蓄模块来取代。如此“切除—替代”，一向进行到储蓄模块全数耗尽为止。

在现实的利用中，综合斟酌机能、经济等身分，二模冗余体系具备布局简略、易于实现、纠错率较高档很多长处，是以获得了比力普遍的利用。二模冗余热备体例的最大特色是双模统共事情，具备快速切换和持续事情的特色，很是适合于铁路信号装备对节制持续性、瞬时节制能力的请求，是以，咱们的体系在硬件布局上选定为二模热备，即所谓的劝戒热备。

二、基于RTLinux的容错计算机联锁控制系统

该体系从逻辑上可以分为三层：人机会话、维修办理和通讯接口层、联锁逻辑运算层、数据收集、号令驱动层。各部分的功能如下：

（1）人机会话、维修办理和通讯接口层

人机会话机除主机外，还配有备机，采取热备方式。双机同时工作，物理上相互独立，但同一时刻只有一台设备具有人工操作（如办理进路）功能。它通过操作鼠标或键盘形成操作命令，并根据系统动态数据表进行初步合法性检查，以屏蔽掉操作人员的误操作，然后将命令发送到连锁机，并接收来自联锁机的命令执行情况以及站场中各信号设备的动态状态信息，以完成值班员的各种执行任务，并把联锁机的执行结果和系统状态信息实时显示在显示屏上。

（2）连锁逻辑运算层

联锁逻辑运算层包罗两台互为热备的联锁机，卖力领受人机会话机下达的联锁号令，按照从收集驱动层收集来的现场及时状况数据举行联锁运算，同时将运算成果发送到收集驱动层和人机会话层。联锁逻辑运算层是计算机联锁控制体系的焦点，其是不是安全可靠将直接决议全部体系是不是安全可靠。

2.2系统容错机制

该体系容错机制表示在三个方面：硬件冗余、软件冗余和智能自测。

硬件冗余：此体系可以看做是双模容错结构。因为两联锁机在硬件上说是双模块，而且考虑到铁路信号系统的及时性，采取热备份。联锁机、人机对话机和维管机之间用两个集线器（340）彼此连接，组成彼此冗余的两个局域网。人机对话机和两联锁机之间及两联锁机之间都可以彼此通报数据和节制信息，采取的通信协议是TCP`IP。采用局部网络的方式，既可以保证相互通信的速率，又可以方便与外部网络相连接（如DIMS系统）。考虑到局部网络在网络通信的过程中可能发生故障从而对整个系统容错性能造成致命影响，因此采用了局部网络冗余结构，在人机对话机和两联锁机上各配备了双网络接口板，用两套网线进行连接，构成两套局部网络，这样就保证了整个系统容错功能的实现。

（2）人机交互机和甲、乙机上的经由过程套接字（scoket）举行通讯的检测体系。

人机交互机定时经由过程套接字向甲、乙机发送联锁运算号令，按照甲、乙机返回状况设定哪台是主机哪台是从机，若是一台联锁机出现题目，体系立即切换到另一台举行数据收集并重新启动这台机械，若是两台机械都出了题目，体系切换HUB（同等切换新的事情收集）。通过运算进行自判断并把结果返回人机交互机，而且写入系统日志文件便于今后查询。出于系统的特殊要求，自检系统具有以下特点：

·由于铁路的特殊工作要求，故障必须及时解决，否则就会Socket.Send Stresm（My Stream）；经过压缩后的jpeg图像数据保存在流MyStream中

·client端（远程监视点）。首要实现视频流的接管，解码及显示等。也被计划为两个线程，一个用于视频流的领受，另一个用于解压并显示。在实际软件设计时应解决好线程通信、同步问题。客户端完成图像解压、显示的线程在收到一幅完整的jpeg图像数据后启动（Resume），图像显示完挂起（Suspend）。实际数据接收代码完成。

三、结语：

該计算机联锁控制系统从硬件、软件方面采用多级混合容错技术，从系统级、单机级、任务级、进程级、到程序块级来考虑视频监视系统的要求，而且当压缩比在50-70之间时，所拍下的图像没有什么很明显的差别，因此可以减小压缩比，进一步降低网络传输量，减小网络拥塞。如果对图像的清晰度要求不太高，压缩比还可以降低。本文提出了一种基于局域网的数字视屏实时监控系统得设计。

应用该设计，图像的传输、摄像机的控制全部利用现成的网络，不需要铺设多余线缆。同时，客户端微机也不需要安装任何硬件。实验证明该系统具有灵活方便和成本较低的特点，并且由于主要采用的是软件技术，大大节省了硬件部分测量仪表和传感器的费用。且升级方便，具有很强的实用性。

参考文献：

[1]郑丽英，董昱，李敬文.铁路信号计算机联锁控制系统容错技术研究[J].工业控制计算机，2005，01：6-7+10.

[2]张金全.基于铁路信号计算机联锁控制系统的研究与设计[D].西安建筑科技大学，2009.

作者：张中华

计算机联锁控制系统论文 篇3：

新型信号控制系统的研究

【摘要】目前，我国正在加快对铁路新建线的建设和一些旧线的强化改造。车站设备在进行改修建的过程中，会涉及到大量的信号电缆重新铺设工作。在电缆铺设过程中的极小错误就有可能导致铁路信号系统的工作异常，造成严重的安全隐患，而作为安全苛求系统的信号联锁控制系统必须要保证它的正确性。因此本文提出了一种采用光纤局域网的信号控制系统，以减少联锁系统中信号电缆的接线工作，进而提高系统的安全性。本系统是在联锁系统中加入光纤网络，通过光网络传送数字信息，代替现有的电缆来控制信号装置使系统更加灵活和安全。

【关键词】信号系统；联锁设备；光纤局域网

1.引言

目前，随着我国铁路的大力发展，对铁路列车的运输能力和操作性能提出了更高的要求，以满足我国铁路对高速度、高安全和高可靠性的需求。铁路系统在设备安装、更新或使用过程中通常会涉及到大量的信号电缆布线工作。在这个过程中，由于人为错误造成的运行状况异常的概率非常高，甚至还会导致危险事故的发生。因此，在铺设过程在需要大量的确认工作来检查接线连接的正确性，目前这项工作都必须由人工手动完成。而在这项工作中，一个小的错误就有可能导致整个系统的运行紊乱。因此，我们开发了一种采用光纤局域网络的信号控制系统，由原来使用的信号电缆控制信号设备到使用光纤电缆的数据传输来控制信号设备。通过这种改善铁路车站和铁路沿线的信号设备连接工作来满足上述要求，并对该技术的实际应用进行描述。

2.系统结构

铁路车站信号控制系统主要由列车控制系统和车站联锁系统构成。联锁系统收到CTC的进路控制命令，结合现场设备的状况（包括信号机，道岔，轨道电路等信息）和列控中心传来的限速信息来设置进路，最后将相应的控制命令下发到对应的现场设备，如控制道岔转换，信号开放等。在这个过程中道岔、信号和轨道电路等这些现场信号设备相关命令的接收和传递大多通过继电器和信号电缆实现。

本文开发的新型信号控制系统就是为了降低信号设备在布线过程中出现错误的可能性。本设计中的光线局域网信号控制系统主要是为了减少信号电缆极其接线工作，系统通过一个光网络传送数字信息控制信号设备，并且它有一个系统配置方式可以使系统更加灵活和安全。为了有效的引进本系统，在建设和运营期间需要将本系统和现有的联锁装置共同设置。

系统结构如图1所示，主要由LC（逻辑控制器），FTTZ（光纤接入小区），FC（现场控制器），RS/C（远程服务器/客户端），MT（维护终端）等设备组成。该系统通过光网络发送和接收放置于车站信号楼的逻辑控制器（LC）和嵌入到信号设备中的现场控制器（FC）之间的控制数据和结果数据。

其中LC是一个安全相关的计算机，可以代替联锁系统来控制铁路沿线的信号设备。它具有联锁系统相应的控制功能，如进路控制、信号显示等。在接收到列控系统传来的控制信息和现场设备传来的结果信息的基础上，LC向连接到该系统的信号设备发送控制数据。

FC是安全相关的电气装置，将其嵌入到现场设备中。FC主要用于对LC传来的控制数据进行译码，并根据该数据控制现场设备的动作，如道岔转换、信号开放等，最后将执行结果发送回LC。FC还用于监控信号设备的状态，并将显示信号设备状态的监测数据发送到远程服务器。它是由电源单元、传输单元、故障-安全逻辑单元和I/O单元等标准件组成。

本系统采用FTTZ来接入光纤局域网中，FTTZ是通用的光纤传输系统，它是一个由安装在信号楼内的光线路终端（OLT）和内置到FC中的光网络单元（ONU）组成。由于FTTZ的网络组件少，建网成本低，维护简单，以及网络的高安全性，组网的高灵活和超大的网络容量，加之全双工传输等优势，使得它非常适合构建铁路信号控制系统网络。

RS/C用来获得有关信号设备和网络状态的具体信息，并对系统配置进行操作。MT主要用于维护FC，包括对FC进行安装和测试等工作。MT不与网络连接，它仅仅是在使用的时候才会被连接到网络中。为了便于监测、维护和管理，本系统将RS/C和MT安装在信号室内。

网络传输是用于实现LC和FC之间的信息传送。本系统采用UDP（User Datagram Protocol，用户数据报协议）实现信息的传输。而且LC和FC之间要定时的发送确认信息，保证通信联通的可靠性，同时要对所接收到的数据进行确认以达到信息传输的安全性。

在本系统中，传输网络和所有设备都采用冗余配置，以提高系统的安全性。如果在传输过程中出现异常，控制系统立即导向安全侧。

3.系统实现

目前我国对信号设备的维护主要是由信号工进行现场维护，而且大部分设备都设置在铁路。本系统中的FC有一个信号设备的控制和维护功能，在信号设备的控制过程中可以减轻信号人员的劳动强度。为此，FC设有三种不同的操作模式：正常、停止和维护模式，模式间的转换通过MT实现。当FC处于维护模式时表示需要对FC进行维护，如在控制程序发生变化时停止接受从LC来的控制数据。此时，FC只接收从MT来的维护数据，并控制信号设备，然后将结果数据发送回MT；当FC处于停止模式时，即使FC接收到了控制数据和维护数据，FC也要停止控制信号设备；当FC处于正常模式时，FC从LC接收控制数据，控制信号设备，然后将结果数据发送回LC。FC在每个模式中都要检查各个数据的内容，并解析它的行为，如图2所示。在停止或维护模式下，由于LC和FC之间的传输停止，LC采用故障-安全的方式控制相关的信号设备。

现有铁路系统中的监控系统是通过测量电压或电流来对信号设备的状态进行监测。主要是通过信号设备中的传感器和从信号设备到信号楼铺设的电缆。如果没有特定的传感器和通信电缆，车站控制系统将得不到信号设备的实时运用状态。而本系统中的FC可以用于监视信号设备的状态，并向远程服务器发送监测数据。远程服务器监视信号设备和网络的通信状态，对于非正常条件事件的发生，需要向远程客户端发出一个警报信息，并通过远程客户端得到详细信息，识别问题的原因，进而做出快速响应。在系统网络中，可以同时共享、控制和监测相关数据。LC和远程服务器也可以通过进路器接收相关的数据。

在过去，信号设备的动作情况要通过联锁逻辑来进行测试，这需要花费一定的时间和精力。而本系统可以在施工期间就对信号设备的工作进行单独测试，有效地缩短了建设周期。表1显示了本文中使用光网络系统和现有系统的比较。采用光网络的信号控制系统可以减少信号电缆，使建设简单化，易于维护等诸多优点。

4.系统安装

传统的信号系统是使用联锁逻辑来测试的信号设备的动作情况，而本系统可以在施工期间单独对信号设备的行为进行测试，缩短了建设周期。

在引入本系统时，需要避免与其它列车设备发生干扰。当用本系统来代替现有的联锁系统时，现有的信号设备必须要被具有FC的信号设备替换，并对它们进行测试。这对于多数具有大量信号现场设备的大型车站来说，同一时间全部替换并进行测试是很难实现的。因此，有必要对该系统进行扩展，将信号现场设备同时与现有的联锁系统和本文提出的系统同时进行连接和操作，两个系统中的任何一个都不允许对其它系统造成危害。为了能提高系统效率，本系统中必须具有便于维护的系统配置，在故障发生以后能尽快的判断和恢复。

在某个装有联锁系统的车站引入该系统时，首先要进行信号设备的网络建设，光缆连接到铁路站场中，网络设备取代原有的装置安装在信号室内。本系统的信号设备还具有一个与联锁装置的接口，用于连接到信号电缆和光缆上。信号机械室到信号设备的网络建成后，安装FC的控制程序，结合MT测试信号设备的情况。FC可以通过接收MT发送的模拟控制数据来控制信号设备。

LC安装在信号机械室内，并连接到控制网络中。LC通过它对应的接口将列控系统和联锁系统连接，还通过它的接口将联锁系统和其它专用设备相连，通过它们对列车位置和相关信息进行检索和处理。在此期间，如果LC向现场信号设备输出错误的控制数据，致使信号错误显示或道岔中途转换，就有可能导致列车相撞或脱轨事故的发生。为了防止这种情况，LC的操作模式要置于测试模式下，即LC不向现场信号设备直接输出控制数据。如果FC置于停止模式下，即使LC发送了控制数据，FC也会忽略。

系统监控确认系统正常以后，该系统启动操作，应切断联锁系统电源，LC和FC的操作模式被改变到正常模式，此后逐步的移除联锁装置和信号电缆。

安装新的信号设备后，MT会通过为新的信号装置中的FC自动分配一个IP地址，然后安装FC的控制程序。当新的信号设备信息被安装在LC上后，就可以对信号设备进行操作。当需要更换和去除信号设备时，替换和删除相应的信号设备，删除来至LC的信号设备信息，然后初始化FC，并通过MT断开它与网络的连接。

5.结论

在本文中，我们对现有信号控制系统存在的问题的基础上，提出了采用光网络的新型的信号控制系统。并给出了具体的设计和实现方法，以满足安全可靠的铁路运输。该系统采用网络连接，在建设和运营期间，可以大量的节省建设时间，并具有较高的灵活性。

参考文献

[1]刘志忠.6502电气集中及计算机联锁系统操作使用问答[M].北京：中国铁道出版社，2008.

[2]Y.Hirano，T.Kato，T.Kunifuji et al.Development of Railway Signaling System based on Network Technology[J].IEEE SMC，Oct.2005.

[3]M.Matsumoto，K.Mori，et al.Assurance Technologies for Autonomous Train On-board Computer System[J].FTDCS2001，Bologna，ITALY，Oct.2001.

作者简介：张平斌（1985—），男，甘肃会宁人，大学本科，助理工程师，主要从事铁路信号维修管理工作。

作者：张平斌