铁路信号计算机联锁系统的设计与实现
浅谈铁路信号计算机联锁系统
浅谈铁路信号计算机联锁系统发布时间：2022-01-20T07:48:05.936Z 来源：《防护工程》2021年30期作者：宾勇靖[导读] 联锁设备是保证铁路运输以及列车运行的最重要、最关键的设备。
广西柳州钢铁集团铁路运输公司摘要：计算机联锁系统(简称：CBI)是负责行车进路建立铁路行车核心控制设备。
计算机联锁系统在信号操作员或者ATS系统操作下实现站内道岔、信号机、轨道电路之间联锁控制，是铁路安全高效行车不可缺少的保障装备。
本论文简述了计算机联锁系统的发展历程、我国计算机联锁系统研究与使用情况。
同时通过对GKI-33e铁路信号计算机联锁系统的功能结构、维护保养知识进行总结。
关键词：计算机联锁系统；发展；现状；功能引言联锁设备是保证铁路运输以及列车运行的最重要、最关键的设备。
在过去铁路信号联锁系统中最常见的是6502电气集中联锁系统，由于6502系统受到站场当中继电器数量、电路网络结构、网线数量等因素的限制，阻碍了铁路信号技术进步。
因此计算机联锁设备应运而生。
1课题研究的背景意义及发展铁路信号是铁路运输中一个重要的环节，是保证行车安全和提高运输效率的有力工具。
一旦信号设备出现故障，铁路运输系统将陷于瘫痪。
从铁路一开始出现，人们就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，形成以计算机信息技术为支撑的新时代铁路运输体系。
在这之中，铁路信号计算机联锁设备就是典型的代表，它的出现不仅给运输行业带来了新的发展方向，还进一步强化了铁路行业的可靠性和安全性。
因此，研究铁路信号计算机联锁设备管理和维护，具有十分重要的现实意义。
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，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。
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。
成灌铁路计算机联锁系统的设计与实现
期 工程 开通 至青城 山 ，如 图 １ 。全 线 信号 系 统为
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锁 机 的信息 交换 。监控 机采用 工业控 制计 算机 ，双
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性 。同时 配 置 高 分 辨 率 （ ２ ０×１ ２ 显 卡 ，能 １８ ０ ４）
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EI32-JD型计算机联锁系统
降低了信号设备的维护成 本和故障率。
提高了铁路信号控制的安 全性和可靠性。
提高了铁路运输的效率和 安全性。
02
硬件设备及配置
主机设备
高性能工业控制计算机
采用高可靠性工业控制计算机，具备 强大的数据处理能力和稳定的运行性 能。
专用联锁处理板卡
多重冗余设计
主机设备采用多重冗余设计，确保系 统的高可用性和可靠性。
配置专用联锁处理板卡，实现信号设 备的联锁逻辑运算和处理。
外部设备
01
02
03
信号机
控制列车和调车车列运行 的信号设备，包括进站、 出站、通过、进路等信号 机。
转辙机
用于改变道岔开通方向的 设备，与主机设备连接实 现远程控制。
轨道电路
用于检查轨道区段占用和 空闲状态的电路设备。
网络通信设备
工业以太网交换机
系统组成及功能
• 网络通信设备：负责系统内部各设备之间的通信和数据传 输。
系统组成及功能
联锁软件
实现联锁逻辑运算和控制功能。
监控软件
实现对系统状态和现场信号设备的实时监控。
系统组成及功能
• 诊断软件：实现对系统故障的诊断和处理。
系统组成及功能
01
功能
02
实现铁路车站和区间的信号联锁关系，保 证列车和调车作业的安全。
背景
随着铁路运输的不断发展，对信号设备的安全性和可靠性要 求越来越高。计算机联锁系统作为一种新型的信号控制设备 ，具有高度的安全性和可靠性，已经逐渐取代传统的继电联 锁系统，成为铁路信号控制的主流设备。
系统组成及功能
联锁主机
负责处理联锁逻辑运算和与外部 设备的通信。
执行表示机
铁路信号计算机联锁的若干方面阐述
铁路信号计算机联锁的若干方面阐述在现代控制理论、计算机科学及微电子技术的快速更新条件下，铁路信号联锁控制正逐步向当前的现代控制技术方向发展。
计算机联锁是一种利用电子、电磁元器件和计算机构成的具备故障-安全性能的实时控制系统，该系统在铁路运输中具有道岔控制、电路信息处理、信号机控制、联锁逻辑运算、进路控制等功能，可有效提高铁路运输得靠性。
因此，加强有关铁路信号计算机联锁控制系统的相关研究，对于提高计算机联锁控制系统的应用水平具有重要的现实意义。
一、计算机联锁控制系统关键技术为确保系统的可靠性，在计算机联锁控制中主要采用两类可靠性技术，一种是在系统某部位出现故障时，系统仍可保证继续工作的技术，将其称为容错技术；另一种是避错技术，即避免和降低故障出现的技术。
避错技术又可分为软件避错和硬件避错，软件避错的基本功能是降低软件缺陷，保证软件无差错；硬件避错是指选用性能可靠地元器件构造成计算机的联锁控制系统，并综合考虑环境因素影响，以提升系统的整体可靠性水平。
当前应用相对广泛的软件避错技术有程序设计优化、软件可靠性管理、基本程序验证、软件工程开发等。
计算机联锁控制中的容错技术，其主要利用系统各部分间的冗余过程完成，主要层次有：（1）网络通信保障技术：利用节点、链路及通信协议的冗余过程来改善局域网整体的可靠性；[1]（2）设备级保障技术：包含软件、硬件及数据可靠性保障等，数据可靠性容错，其本质上是数据的容错，也就是对纠错码及检验码的使用，通过编码技术开展纠错与检错，是一类以信息冗余为基础的、使用冗余校验位的容错技术；软件可靠性容错，其包含降低程序失控的编程技术、容错算法及容错设计等基本技术，为确保软件设计的可靠性，在程序设计时还可采用程序失控的捕捉技术，其主要将容错设计与接口软件设计相结合，包含模拟量接口设计及I/O接口设计等；硬件可靠性保障技术主要为故障屏蔽技术与故障检测技术等。
（3）系统级保障技术：为确保系统的可靠性，在控制系统综合设计过程中可使用冗余可靠性结构配置，当前主要采用两种结构方式：双机热备动态冗余结构及三取二静态冗余结构。
铁路信号计算机联锁技术介
铁路信号计算机联锁技术介绍张肖（中铁建电气化局第三工程有限公司，保定071000）摘要：阐述计算机联锁技术的原理结构，详细说明当前我国铁路信号施工技术中广泛应用的几种计算机联锁主流技术，展望计算机联锁技术的未来发展趋势。
关键词：计算机联锁；铁路通信；信号1、概述随着微电子技术、计算机科学和现代控制理论的发展，特别是可靠性和容错技术的提高，使铁路信号联锁控制系统在经历了以机械、机电、继电等传统技术手段组成的系统后，正向今天的以微电子、计算机和现代控制技术为基础组成的系统发展。
计算机联锁首先与1978年在瑞典哥德堡投入运用，后在世界各国推广使用。
1991年11月19日，中国铁路干线上第一个计算机联锁系统在广深线红海站开通，从此我国铁路信号进入了计算机联锁时代。
计算机联锁是一种由计算机及其他电子、电磁器件组成的具有故障-安全性能的实时控制系统。
计算机联锁系统由相关硬件和软件设备组成。
硬件设备包括联锁计算机（完成联锁和显示功能）、安全检验计算机（实现检验联锁计算机的运行情况，发现故障可导向安全）、彩色监视器、微型集中操纵台、安全继电器输入输出接口柜室外、计算机联锁专用电源以及现场信号机、转辙机、轨道电路等室外设备。
软件设备是实现进路、信号机和道岔相互制约的核心部分，由两部分组成：一是参与联锁运算的车站数据库；二是进行联锁逻辑运算，完成联锁功能的运用程序。
车站数据库包括车站赋值表、车站联锁表、按钮进路表、车站显示数据等。
应用程序由多个程序模块组成，即系统管理程序、时钟中段管理程序、表示信息采集及信息处理程序、操作命令输入及分析程序、选路及转岔程序、信号开放程序、解锁程序和站场彩色监视器显示程序模块等。
计算机联锁系统的功能包括如下几点。
1）联锁逻辑运算：接收ATS或车站值班员的进路命令，运行联锁逻辑运算，实现对道岔和信号机的控制。
2）轨道电路信息处理：处理列车检测功能的输出信息，以提高列车监测信息的完整。
3）进路控制：设定、锁闭和解锁进路。
铁路信号计算机联锁系统的设计与实现
铁路信号计算机联锁系统的设计与实现摘要：随着社会的不断进步，科学水平也在不断地提高，因此计算机连锁系统对铁路行业可以产生有效地促进作用，这样在铁路信号中运用计算机连锁系统可以保证铁路在行车时的安全，而且还能够提高工作效率。
因此为了可以更好地保证铁路的稳定运行，就需要对铁路信号计算机连锁系统进行进一步的设计与实现。
本文首先对铁路信号计算机联锁系统进行概述，然后分析其主要特点，最后提出相关设计方案，旨在为促进我国铁路行业信息化发展提供参考和借鉴意义。
关键词：铁路信号；计算机联锁系统；设计分析；措施研究1 铁路信号计算机联锁系统概述对于计算机联锁系统来说，它具有特别多的优点，对于不同的车站规模和要求来说，不论他的大小，都可以进行不断的修改和完善，这样就使系统的兼容性得到了一定程度的提高，并且还极大地缩短了系统调试所需要的时间，产生了良好的经济效果。
因此，在铁路中也十分实用。
2计算机联锁系统的主要特点2.1实时性在进行计算机联锁系统的过程中，要对信息进行及时的输入和输出，这样才能够更好地对信息进行有效的判断和不断的对信息进行更新和完善，从而可以保证信息在传输的过程中具有一定的安全性。
2.2功能扩展性计算机联锁系统与传统的联锁系统是不一样的，对于计算机联锁系统来说，它可以给客户提供良好的操作界面，并且还可以提供一些与系统有关的解锁功能。
不仅如此，对于出现通信功能出现故障后，它可以进行远程的诊断和修复。
2.3经济性和结构模块标准化对于计算机联锁系统来说它的生产成本是比较低的，因此利用计算机联锁系统可以减少成本的付出，而且不同的领域对于计算机联锁系统的要求也不一样，因此计算机联锁系统就具有了标准化的特点。
3铁路信号计算机联锁系统的设计内容分析现在比较常见的联锁系统设计技术方案主要有三模静态冗余技术和二模静态冗余技术。
三模静态冗余技术可以使系统的安全性和可靠性得到一定程度的提高，而二模静态冗余技术就可以在给系统硬件的提供一定的安全保障的基础上，使故障检测技术得到有效的进行。
铁路信号计算机联锁仿真系统的设计与实现的开题报告
铁路信号计算机联锁仿真系统的设计与实现的开题报告一、选题背景和意义铁路信号联锁系统是保障铁路交通安全和运行的关键系统之一，它通过控制信号和道岔的开闭，实现列车运行的安全与高效。
计算机联锁仿真系统是为了方便信号计算机的联锁设计师在设计过程中，通过电脑仿真技术进行实时调试和联锁表的生成。
同时，针对联锁系统的故障和补救措施，可以进行模拟实验，以提高联锁系统的可靠性和稳定性。
二、主要研究内容和方向1. 设计一个实用的铁路信号计算机联锁仿真系统，支持信号机的设置、道岔的变化和列车的运行仿真。
2. 实现联锁控制逻辑的编写和正常运行的验证，包括信号机和道岔的间接控制和直接控制。
3. 合理选择仿真器的数据结构和算法，提高系统的运算效率和速度。
4. 制定可靠的测试方案，对仿真系统进行全面测试和评估。
三、研究计划与进度安排第一阶段（10天）：调研现有的仿真系统，研究信号联锁的原理和方法，确定仿真系统的需求和目标。
第二阶段（20天）：设计仿真系统的总体框架和流程，尝试通过UML等建模工具进行可行性分析和要求分析，确定仿真器的模块分配、互相调用的规定和交互方式。
第三阶段（60天）：实现仿真器的主要功能模块，包括信号机和道岔的控制和操作逻辑、联锁表的生成和仿真、列车的运行和控制逻辑等。
第四阶段（20天）：测试和评估仿真系统的性能和稳定性，实现自动化测试的方法和流程。
第五阶段（10天）：完善系统的用户手册和技术文档，并提交毕业论文。
四、论文的创新之处1. 设计一个可实用的信号计算机联锁仿真系统，通过多种仿真手段进行实际联锁的仿真，较大程度上避免了现有仿真器中所产生的误操作和漏操作等情况。
2. 仿真器的设计和实现采用C++等面向对象的编程思想，层次清晰，模块化，易于维护和升级，并在总体结构中实现了完备性和高效性的平衡。
3. 通过自动化测试协助，提高了仿真系统的可靠性和实用性，实现了自主操作和维护的便捷性和高效性。
五、预期的研究成果和应用价值完成本课题后，可以获得以下成果：1. 能够设计和实现一个实用的信号计算机联锁仿真系统，满足实际需求。
铁路信号计算机联锁系统及技术分析
铁路信号计算机联锁系统及技术分析摘要：随着计算机技术的成熟发展，铁路系统得到快速升级迭代，有效保障了列车运行安全和突发公共安全问题的及时解决。
然而由于各种技术资源和软硬件系统的持续输入，整个铁路系统内部架构日益庞大，内部操作系统和技术功能也愈加复杂，给系统的运行带来了巨大的安全隐患，严重影响了广大人民群众的生命财产安全。
关键词：铁路信号；计算机联锁系统；容错技术1铁路信号计算机联锁系统联锁是一种制约关系和操作顺序，在列车运行中，为保证行车安全有序的进行，需在道岔的信号和进路之间规定一种操作性强的制约关系和操作顺序，这就是联锁，而计算机联锁系统就是由计算机系统来实现的联锁操作。
铁路运输是我国的特色，运量大、速度快、成本低、安全可靠的铁路系统多年来为我国的国民经济做出了巨大的贡献，在未来，铁路仍将是我国长途交通运输的主力军。
铁路安全可靠的运行要依靠铁路信号，如果铁路信号设备出现故障，则铁路系统将会陷入瘫痪，长期以来，人们一直致力于研究铁路信号的故障排除与预防，计算机系统在铁路联锁中的应用对此具有跨时代的意义。
我国铁路信号计算机联锁系统从研发到推广只用了很短的时间，目前，已有千余个火车站应用了铁路信号计算机联锁系统，并在实际应用中得以完善、提高。
这些年，我国铁路信号计算机联锁系统从最开始的工业控制计算机联锁系统发展成为二乘二取二系统，二乘二取二系统中2个CPU 用于执行联锁任务，另2 个CPU 处于热备状态，二乘二取二系统的应用进一步提高了计算机联锁系统的安全性和可靠性，且维修方便。
铁路信号计算机联锁控制系统实现了铁路运行更高效、更安全、更可靠，完成了铁路运行像信息化、自动化、智能化的变形，大幅度推动了铁路行业的发展[1]。
2 铁路信号计算机联锁系统的工作原理铁路信号计算机联锁系统在使用的时候突破了以往集中式信号系统的管理模式，且系统运行显示出模块化、层次化的发展特点。
其中，模块化是指计算机联锁系统的主要模块，包括信号结合模块、PLC 模块等。
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铁路信号计算机联锁系统的设计与实现
摘要：随着我国经济的快速发展，我国的科技也进入了飞速发展的时期，基于
此我国铁路在经济和科技同时发展的背景之下，取得了突出性的进步，对于目前
我国先进的铁路技术来说，传统的铁路信号技术已经跟上铁路发展的步伐。
甚至，一些铁路信号，由于传统的铁路信号问题而导致故障事件不断发生，而现今计算
机联锁系统是一个先进化的系统，可以作为计算机为基础进行铁路信号系统的传递。
本文将针对于计算机的联锁系统功能进行阐述，并且切实结合到联锁系统的
特点进行一定分析，切实对铁路信号计算机联锁系统进行一定的分析和设计，希
望以后对铁路工程当中提供相关的应用依据。
关键词：铁路信号；计算机系统；联锁系统；设计应用
目前科学技术的快速发展，也切实推动了各行各业的创新发展，铁路行业的发展也切实受到
了科学技术发展的影响，计算机联锁系统是给予现代化科技系统的技术提升，并且计算机联
锁系统在铁路当中得到了非常广泛的应用。
有效地保障了目前铁路出行的安全，也切实提高
了铁路的运行效率，运行效率的提升也切实降低了铁路工作人员的工作量。
产生了非常有利
的影响，所以基于此，计算机联锁系统在我国的铁路运行当中得到了广泛的应用，切实降低
了铁路信号故障的发生几率，计算机联锁系统的使用为铁路运行的安全提供了保障。
一、计算机联锁系统概述
（一）计算机联锁系统的功能以及定义
计算机联锁系统，主要是将计算机系统当中的控制系统加以运用，从而将计算机的硬件
系统和软件系统得到有效的组合。
帮助铁路信号以及铁路、进路、插道之间形成一个有效的
连锁关系[1]。
从一定程度来看，计算机的连锁系统是一种连锁逻辑的运算系统，并且其中具
有安全信号，在联锁运算系统当中，计算机对相关信息进行输入，并且计算机内部会运用逻
辑系统对相关数据进行分析，并且还需要将数据输入到执行机构内，切实实现相关数据的传送。
从计算机联锁系统的功能方面分析来看，计算机联锁系统，首先可以实现对继电器联锁
设备的控制，这种连锁控制可以通过计算机的快速处理，具备非常好的联网和储存能力，所
以这样的联锁控制为继电器设备的使用奠定稳定基础[2]。
（二）计算机联锁系统的特点
首先是计算机联锁系统具有实时性，由于计算机联锁系统具有信息的输出和输入功能，
并且可以及时对相关信息进行处理，而且实时进行更新，可以以安全的信息形式将信息进行
输出[3]。
第二是计算机联锁系统的功能扩展性，不同于传统的继电联锁系统，随着计算机联
锁系统的不断更新，最新版本的计算机联锁系统可以为客户提供相关的操作页面，这也确实
强大了相关的远程通讯功能，还可以提升故障判断功能这是非常重要的。
然后是计算机联锁
系统具有经济性，相比于其他的连锁系统，计算机联锁系统具有非常低的应用成本，这使得
通过对计算机联锁系统应用，切实降低了本企业的运营成本，所以计算机联锁系统具有非常
强的经济性。
最后是计算机联锁系统的结构模块标准化，由于计算机系统可以在不同的行业
和领域当中，有着不同的功能和要求，所以计算机在无论是在硬件上还是软件上都具有着标
准化的重要特点，由于计算机联锁系统具有着强大的功能，也因此被各个行业所广泛使用，
发挥出了非常良好的应用效果[4]。
二、铁路信号计算机联锁系统的设计
（一）铁路信号计算机联锁系统的基本结构以及原理
计算机联锁系统不同于其他连锁系统，这种系统具有非常强的层次化和模块化的特点。
层次化的特点，主要体现在计算机联锁系统具有人机对话的层次、联锁运算层次、执行层次
等三个主要层次，而模块化主要体现在计算机联锁系统的主模块、信号模块等多个模块，同
时进行运行铁路信号计算机联锁系统。
具有非常多的优点，可以根据不同的需求，对不同的
数据进行修改，基础上增加相应的硬件模块，从而满足该系统的兼容性，也有因此产生了非
常有利的影响，不仅可以有利于调试周期的缩短，还可以有效地发挥出非常好的实用性能以
及经济性能[5]。
单从铁路信号，计算机联锁系统的工作原理来分析，不同的事物层次具有不同的工作原理，主要表现为以下几点：
1、人机对话
人机对话将信息录入到连锁系统当中，可以使用键盘对相关信息进行操作，，在信息传
输过程当中，可以连锁传输到计算机联锁系统的内部。
若站点存在信息量过大的情况，则会
增加到计算机联锁系统的运行负担当中，所以需要将相关的操作命令转化为约定的格式，最
终上传到计算机联锁系统之中
2、联锁运算层
这是一个以物理层面作为计算机联锁系统的核心部分，这一部分主要负责的是信息的识别，从而对相关的运算功能进行利用，从而实现相关数据的整合，可以保障连锁信息运算层
出现故障时，可以实现故障的自我修复，这是由于系统具有自我修复功能，这是具有非常良
好的应用安全性。
3、执行层计算机
联锁系统当中，信号和信号之间的逻辑转换是其主要工作，可以保障相关的编程逻辑控
制器进行信息有效的输出和输入，实现相关系统安全的保障，从而在执行层次时负责对于设
备运行的监督，从而保障信息的有效采集，并且设置相应的驱动流程。
（二）铁路信号计算机联锁系统的设计和实现
目前三模静态的冗余技术以及二模静态的冗余技术，是系统容错设计方案当中非常经常
用到的。
三模静态冗余技术，可以有效提高系统当中的可靠性以及安全性，二模静态冗余技
术可以对硬件的安全性保障，还可以采取相关的故障检测。
但是通过两种技术的比较可以发现，两者都具备有屏蔽性能，并且两个技术都可以切实实现对硬件故障的屏蔽和修复，并且
三模静态冗余技术和二模静态冗余技术都存在着一些缺点，三模静态冗余技术其存在有无法
解决的技术上的容错问题，而二模静态冗余技术，其缺点是在于没有办法有效提高系统的可
靠性，所以在对计算机联锁系统进行相关设计时必须满足一些基本条件[6]。
计算机联锁系统的设计，首先是必须要具有非常好的结构模块，其标准化特点和结构化
特点、主要表现在对连锁机可编程逻辑控制器和安全信号组合灯设备上，进行标准化的设计。
可以将连锁软件结合的电路上，并可以广泛地用于不同的战场规模以及相关的作业要求当中。
需要发挥出较为好的系统故障判断能力，以安全作为导向。
并且对计算机联锁系统应用二级
复核式容错结构，首先要强大系统的故障判断能力，从而使得系统在故障的状态下也可以快
速的进行自我的修复。
其中连锁系统的硬件故障是较多的，其往往多于主机。
可编程逻辑控
制器，需要结合到相应的电路模块等设备当中，而故障也表现的是一些技术性的条件错误等等，严重时还可能会造成危险事故，所以要针对不同的故障采取不同的处理方式。
连锁信号逻辑要通过表达形式进行变化，在连锁系统当中，通常以一些硬件设备的状态
来实现相关安全信息的表达，所以硬件设备也存在着危险测信息和安全测两个逻辑状态，这
也确实要求相关电路的输出，必须要具有故障的不对称性，从而保证电路故障进行输出，实在安全测的概率明显偏高。
结束语：
综上所述，计算机联锁系统是目前被广泛的运用在铁路当中的现代化系统。
计算机联锁系统的使用可以帮助铁路提高运行效率，并且计算机联锁系统的使用还可以提高铁路的自动化水平。
文章主要对铁路信号的联锁系统信号进行研究，可以总结其系统工作原理，并采取了三模冗余技术和二模静态冗余技术，切实实现对于系统可靠性和安全性的保障，并且还解决了相关故障所造成的安全问题，从而推动铁路的健康发展。
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