计算机联锁控制系统数学模型的研究
计算机联锁控制系统中控制模块的设计与研究
计算机联锁控制系统中控制模块的设计与研究作者：白玉来源：《电子技术与软件工程》2015年第17期摘要随着现代控制、通信、计算机的融合发展，在铁路车站信号控制系统中，可靠的铁路信号计算机联锁系统设计变得越来越重要，它由上、下位机和通信模块构成，用户可通过操作上位机的显示界面启动对下位机的操作，进而实现进路控制、非进路调车控制、监督联锁设备状态等功能。
【关键词】计算机联锁 MCU模块串口中断1 联锁系统的发展基于布线逻辑的继电联锁装置自1927年问世以来，它在现实中得到使用并占主导地位，尤其是1978年世界上第一个计算机联锁系统在瑞典哥德堡的问世，其后，随着电子技术和计算机技术的不断发展，一些发达国家以微机技术代替了继电器电路，研制出了新型的微机联锁系统，并逐步大面积得到推广应用。
如：日本、英国已制定技术政策，不再发展继电联锁，而由计算机联锁取代。
我国计算机联锁研究起步较晚，自从1984年中国铁路开发出第一台计算机联锁， 1991年11月19日中国铁路干线上第一个微机联锁系统在广深线红海站开通，此后取得迅速进展，截止到目前，全路已开通的计算机联锁1000多个车站，且已逐渐从路外向路内，从小站到大站，从支线向干线，从中间站到编组站过渡。
计算机联锁是先进的计算机技术与传统信号技术相结合的新一代车站信号控制系统，具有运作速度快，信息量大，操作方便，安全性高，设备体积小、重量轻，便于调试和维修的特点。
本文对该系统的实现方案中的关键技术进行设计和研究。
2 计算机联锁系统结构和系统构成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。
软件设备是实现进路、信号机和道岔彼此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，完成联锁功能的应用程序。
车站数据库包括车站赋值表、车站显示数据等。
应用程序由多个程序模块组成，即系统管理程序模块、解锁程序模块和站场彩色监视器显示程序模块等。
轨道交通计算机联锁系统中的信号控制与联锁算法研究
轨道交通计算机联锁系统中的信号控制与联锁算法研究随着城市化进程的加速，轨道交通的发展已成为解决城市交通问题的重要措施之一。
而为了保障轨道交通的运行安全和高效，在现代化的轨道交通系统中，信号控制与联锁系统起着至关重要的作用。
本文将针对轨道交通计算机联锁系统中的信号控制与联锁算法进行研究，从而进一步提高交通安全性和运行效率。
一、信号控制系统介绍信号控制系统是轨道交通网络中的重要组成部分，主要负责控制列车的运行速度和行进方向，以及确保列车之间的安全间隔。
这个系统通常由信号灯、信号设备和信号控制中心组成。
信号灯以红、黄、绿等颜色指示列车驾驶员行进的指示，信号设备则用来监测轨道上的车辆位置和运行状态，而信号控制中心则是整个信号系统的大脑，负责实时监控状态并发送信号指令。
二、联锁系统的作用与原理联锁系统是保障轨道交通运行安全的重要手段之一。
其主要功能是控制信号系统和轨道交通设备的相互协调，避免可能发生的冲突与事故。
它通过对不同设备之间的逻辑关系进行建模，并利用软件算法对其进行监控，以确保列车在运行过程中遵守规定，且不被其他列车或设备所干扰。
联锁系统采用一系列的电子元器件和逻辑判断，能够及时监测、控制和保护轨道交通的运行。
三、信号控制与联锁算法的研究方向1. 轨道交通信号控制算法轨道交通信号控制算法是实现信号灯指示和列车运行间隔控制的核心。
研究中常采用的算法有时序控制算法、跟车控制算法和行车决策算法等。
时序控制算法基于预设的时间表来控制信号灯变化，常用于高峰期交通需求较大的区段。
跟车控制算法则根据前车状态和间距信息来动态调整列车速度和行进间隔，以防止追尾事故发生。
行车决策算法则通过综合考虑列车运行状态、交通流量和信号系统信息等，自动选择最优的运行策略。
2. 联锁算法研究联锁算法研究主要集中在设计合理的逻辑规则和判断条件，以确保列车和设备之间的协调运行。
其中，常见的联锁算法包括锁闭逻辑算法、排挤逻辑算法和防护逻辑算法等。
计算机联锁控制系统的研究与发展趋势
锁 也 由少量 运用 发 展 成为 铁 路车 站 信 号联 成 。其 中 ，联 锁计 算 机和 驱 动采 集 系统 采
４．计 算机联锁 系统发 展趋势
锁 的 主 力设 备 ，铁 路 干线 车 站联 锁 基本 上 用 了二 乘 二取 二容 错 技术 。所谓 二 取二 即
自１９８４年 来 ，车 站 计算 机联 锁 系 统技
Ｉ 一 婴塞………………………一
计算机联锁控 制 系统 的研 究与发展趋势
天津市地 下铁道运营有 限公 步 ， 电 气联 锁 系 统 正 被 计 算 机 联 锁 系统 取 代 。 文 章 介 绍 和 分 析 了 国 内计 算 机 联 锁 运 用 的现 状 和 存 在 的 问 题 ，从 容 错 技 术 方 面 讨论 了容 错 的 一 般方法和在计算机联锁 系统 中的应用。描述 了国产计算机联锁的发展概况 ，探讨 了计算机联锁 系统 的发展趋势。 【关 键 词 】计 算 机 联锁 系 统 ； 故 障一安 全 ； 容错 ； 嵌入 式 系 统
对 于 计算 机 联锁 系 统 的可 靠性 、安全 性 提 合 。采用 光 纤传 输 时 ，可 以提 高 传输 速 率 便 ，室 内主 要 为软 件工 作 量 ，可 以在短 时
出 了更 高要 求 ， 以便 适应 铁 路跨 越 式发 展 和抗 干扰 性 ，方 便 组 成 区域 性计 算 机联 锁 间 内 完 成 施 工 。 设 备 维 护 方 便 ， 故 障 可 以
的专用 安全 型联锁计 算机 。
用 两 套共 四个 ＣＰＵ构 成 二 乘 二 取 二 容错 系 方 向 发 展 。
３．国 内计算机 联锁 系统
统 。 只有 双机 运 行一 致 时才 对 外输 出运 算
４．Ｉ 计算 机 联锁 系 统通信 总 线 由实 回
轨道交通系统中的计算机联锁控制技术研究
轨道交通系统中的计算机联锁控制技术研究随着城市交通需求的增长和城市化进程不断加快，轨道交通系统作为一种高效、环保、快捷的交通方式受到越来越多的关注。
为了确保轨道交通系统的安全性和流畅性，计算机联锁控制技术被广泛应用于现代化的轨道交通系统中。
本文将对轨道交通系统中的计算机联锁控制技术进行研究，探讨其在提高交通系统安全性和效率方面的作用。
一、轨道交通系统的背景轨道交通系统是指通过铁路或地铁等轨道系统进行运输的交通方式。
它具有不受交通拥堵影响、能够大规模运载乘客、运行速度高和安全性好等特点，因此在大城市中得到了广泛的应用。
然而，随着城市发展和交通需求的不断增加，传统的人工操作和机械控制方式已经无法满足轨道交通系统的安全和效率要求。
因此，引入计算机联锁控制技术势在必行。
二、计算机联锁控制技术的概念和作用计算机联锁控制技术是指通过计算机系统对轨道交通系统进行监控和控制的一种技术手段。
它利用计算机对列车运行状态、信号灯、轨道位置等进行实时监测和控制，以确保轨道交通系统的安全和运行效率。
计算机联锁控制技术在轨道交通系统中具有以下作用：1.安全保障：计算机联锁控制技术能够对列车的运行状态进行实时监测，当出现异常情况时能够及时报警并采取相应的应急措施。
例如，当列车超速时，系统可以自动刹车；当列车发生故障时，系统可以自动停车。
通过这种方式，计算机联锁控制技术能够提升轨道交通系统的安全性。
2.运行效率提升：计算机联锁控制技术能够对列车运行速度、车辆间隔、信号灯控制等进行精确控制，从而提高轨道交通系统的运行效率。
通过优化列车调度和信号灯控制，系统能够减少列车之间的间隔时间，提高列车的运行速度，减少乘客的等待时间。
这使得轨道交通系统能够更好地满足乘客的出行需求。
3.故障诊断和维修：计算机联锁控制技术能够对轨道交通系统的各个部件进行实时监测，并提供详细的故障诊断信息。
当轨道交通系统出现故障时，系统可以自动排查故障点并生成维修建议。
基于UML的计算机联锁软件的分析与建模
基于UML的计算机联锁软件的分析与建模
武晓春;高雪娟
【期刊名称】《计算机科学》
【年(卷),期】2014(041)002
【摘要】有效地测试、分析和验证计算机联锁软件是保证列车运行安全和旅客生命财产安全的重要手段,而形式化模型是系统测试、分析和验证的基础.以联锁软件的UML非形式化模型为基础,以有限状态机模型为系统形式化模型描述的数学工具,研究UML顺序图(场景)自动转化为有限状态机模型的方法.首先将场景的UML顺序图转化为FSP进程代数模型,然后通过合并不同对象的进程代数模型,得到系统的有限状态机模型.最后以接车进路用例为例生成系统的有限状态机模型,以验证该方法的可行性和有效性.
【总页数】4页(P222-225)
【作者】武晓春;高雪娟
【作者单位】兰州交通大学自动化与电气工程学院兰州 730070;兰州交通大学自动化与电气工程学院兰州 730070
【正文语种】中文
【中图分类】TP311.5
【相关文献】
1.基于标准建模语言UML的铁塔结构设计和分析软件的开发 [J], 李占涛;王乘;刘小虎;李振环
2.基于XACML的安全建模和软件UML建模集成 [J], 张赛男;尉红艳;乔正洪
3.基于UML建模的计算机联锁进路模块Petri网验证 [J], 薛丰;杨扬;谢林
4.基于软件工程的UML建模技术分析 [J], 王子刚
5.基于XACML的安全建模和软件UML建模集成 [J], 张赛男;尉红艳;乔正洪因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
新型网络计算机联锁仿真系统研究与设计
新型网络计算机联锁仿真系统研究与设计冯涛;郑云水【摘要】以实现多个站场计算机联锁仿真功能为目的,同时加入设备三维仿真模型,解决了传统计算机联锁仿真系统只能模拟计算机联锁操作,对现场设备仿真能力不足的问题.系统采用 Web开发技术,使用C#编程语言完成系统功能模块设计,同时运用Web 3D技术加入设备三维仿真模型.可实现多个站场计算机联锁仿真系统人机交互界面的Web访问及三维仿真模型在线浏览功能.新型网络计算机联锁仿真系统可缓解计算机联锁人员培训压力,提高学员故障处理能力,带来全新用户体验,值得推广和使用.%By using a lot of new technologies, every technical requirement on the overhead contact line system of the high-speed railway can be complied with. However, due to a wide range of the fittings of overhead contact line system, there are difficulties in preparing the project estimate and project budget. In addition, many materials may be often replaced frequently so that the project cost often fluctuates widely. However, through preparing the quota of the composite fittings (or composite material) and establishing the database file, the adverse situations, such as the complex statistical work of the material of overhead contact line system, and the non-unified standards, can be improved obviously. And then, a lot of repetitive statistical works can be reduced and the work efficiency can be improved, in favor of cost control. Also the quota of the composite fittings can be used for normal-speed railway. Furthermore, in the quota of project budget of overhead contact line system, not only the wires, pillars and the crossbeams belong to the mainmaterial, but the composite fittings can also be regarded as the main material.【期刊名称】《铁道标准设计》【年(卷),期】2013(000)003【总页数】5页(P133-137)【关键词】网络;计算机联锁;;Web3D;数据库【作者】冯涛;郑云水【作者单位】兰州交通大学自动化与电气工程学院,兰州730070【正文语种】中文【中图分类】U284计算机联锁系统是铁路重要的行车安全控制系统,近年来计算机联锁系统在国内得到广泛应用。
基于深度学习的轨道交通计算机联锁系统分析与建模
基于深度学习的轨道交通计算机联锁系统分析与建模轨道交通是现代城市交通的重要组成部分，保证轨道交通系统的安全运行至关重要。
计算机联锁系统作为轨道交通控制系统的核心之一，负责确保列车在轨道上的安全行驶。
传统的轨道交通计算机联锁系统存在一些局限性，例如静态规则的限制和高昂的维护成本。
为了解决这些问题，基于深度学习的轨道交通计算机联锁系统应运而生。
深度学习是一种机器学习方法，通过多层神经网络模型实现对复杂数据的学习和分析。
将深度学习应用于轨道交通计算机联锁系统中，可以实现更准确、自适应的列车控制和优化。
首先，基于深度学习的轨道交通计算机联锁系统可以实现更准确的列车定位。
深度学习模型可以通过学习历史数据和感知系统，精确预测列车位置。
这样，联锁系统可以根据预测的位置信息进行相应调度，提高列车运行的安全性和效率。
其次，深度学习可以改进轨道交通计算机联锁系统的故障检测与诊断能力。
传统的故障检测方法往往依赖于静态的规则或手动编写的规则库。
这样的方法在应对复杂的故障情况时可能不够准确和鲁棒。
而通过深度学习，计算机联锁系统可以学习并分析大量的数据，从中发现故障的模式和特征。
当遇到类似故障情况时，系统能够及时发出警报并采取相应的措施，保证轨道交通系统的安全运行。
此外，基于深度学习的轨道交通计算机联锁系统还可以提供更高级的决策支持。
通过对多源数据的学习和分析，深度学习模型可以理解轨道交通系统的复杂性和规律性，并给出相应的决策建议。
例如，在应对突发事件时，深度学习可以帮助系统快速识别危险情况并生成最佳的应对策略。
在开发基于深度学习的轨道交通计算机联锁系统时，有一些关键问题需要考虑。
首先是数据的收集和处理。
深度学习模型需要大量的数据进行训练和验证。
因此，必须建立完善的数据采集系统，收集轨道温度、列车速度、信号数据等多种数据类型。
这些数据需要经过预处理和清洗，确保数据的质量和完整性。
其次是模型的设计和训练。
深度学习模型的设计需要考虑到轨道交通系统的特点和需求。
新型分布式计算机联锁系统的研究与设计
新型分布式计算机联锁系统的研究与设计武警计算机分队 GS09061205 吴斌计算机联锁系统是铁路信号控制领域中保证行车安全、提高运输效率的重要技术设备。
目前，我国采用的计算机联锁系统多为集中式控制方式，实际运用表明这种方式存在着明显的不足：关键部位发生故障时其影响面会很大，甚至使系统不能正常工作；系统中仍然存在着大量的继电器及信号电缆，给整个系统的安全带来隐患。
随着计算机、通信、网络及人工智能技术的飞速发展，计算机联锁控制系统有条件向着分布式、智能化的方向发展。
本文结合了分布式控制和多Agent技术，提出一种新型的分布式、智能化计算机联锁系统的设计方案。
该方案采用基于多 Agent 的分布式智能体来实现系统的联锁功能和现场设备的动作驱动和状态采集，去掉了联锁计算机和继电器，可进一步提高计算机联锁控制系统的安全性和可靠性。
一、系统设计的理论基础分析计算机联锁系统的重要性、复杂性以及传统集中式联锁控制方式固有的局限性，使得我们有必要采用分布式的、智能程度更高的技术来完善发展计算机联锁控制系统。
一个有效的方法是将分布式控制系统和多智能体系统技术融入计算机联锁控制系统中。
1．1 分布式控制系统分布式控制系统 DCS(Distributed Control Sys-tern)是由回路仪表控制系统发展而来，是在计算机、通信、控制和 CRT技术迅速发展的基础上产生的。
一个基本的 DCS应包括 4个大的组成部分：现场控制站、操作员站、工程师站、系统网络。
典型的 DCS体系结构如图 1所示。
其中，现场控制站是 DCS的核心，系统主要的控制功能由它来完成。
系统的性能、可靠性等重要指标也都要依靠现场控制站保证。
操作员站主要完成人机界面的功能。
系统网络是 DCS中另一个重要的组成部分，它是连接系统各个站的桥梁。
DCS具有以下主要特点：控制与显示分离，采用网络通信技术，完备的开放系统，可靠性高，具有综合性和专业性，实现了人机对话技术，系统扩展灵活，管理能力强。
计算机联锁仿真系统研究
计算机联锁仿真系统研究摘要：在介绍计算机联锁系统结构的基础上，对计算机联锁仿真系统监控机、联锁机和模拟机的实现进行详细的设计。
关键词：计算机联锁；仿真；软件铁路车站计算机联锁系统是在继电联锁系统基础上的巨大飞跃。
随着铁路技术和科学技术的进步，计算机联锁系统在技术、功能、结构、操作各方面都在不断改进和完善，集计算机控制技术、通信技术、自动监测技术、电子电力开关技术于一体，完成软硬件技术的统一，实现了信息化、智能化。
1、计算机联锁系统计算机联锁系统结构如图1所示，该系统由人机会话层、联锁层、监控层和室外设备层组成，本设计中分别由监控机、联锁机、模拟机（模拟实现监控层和室外设备层）实现。
监控机发送操作控制命令给联锁机，并接收来自联锁机的命令执行结果及站场中各信号设备的状态表示信息，将其显示到屏幕上，并对故障信息进行报警提示。
联锁机负责接收监控机的操作控制命令，根据来自模拟机的现场设备实时状态进行联锁逻辑运算，并将运算的结果发送到监控机和模拟机。
模拟机接收来自联锁机的控制命令，改变信号设备状态，实时显示现场设备状态，并且模拟现场信号设备的故障状态及列车运行。
图1 计算机联锁系统结构2 仿真系统仿真系统的运行流程为：监控机将操作命令发给联锁机，联锁机经过联锁运算后将设备操作命令给模拟机，模拟机将设备按操作命令进行操作，并将现场信息返给联锁机，联锁机将现场信息及进路状态传给监控机，监控机将现场信息实时显示。
系统分监控机、联锁机、模拟机三个部分来实现。
2.1 监控机的实现人机对话层的任务是接收操作输入信息，对输入按钮操作信息进行合法性判断，将操作人员的错误操作屏蔽掉，并将形成的操作命令按协议发送给联锁机。
另外接收联锁机的命令执行结果及信号设备状态信息，并将它们实时显示在屏幕上。
根据这些功能将监控机软件进行模块划分，分为操作命令处理模块、界面信息显示模块、通信模块、通信状态检查模块，如图2所示。
图2 监控机软件模块划分(1) 操作命令处理模块对按钮操作命令进行合法性判断，若此命令合法则将此发送到联锁机，每一个按钮的信息包括按钮号、按钮性质、按钮状态。
计算机联锁系统的研究（1）
计算机联锁系统的研究（1）⽬录绪论 (1)第⼀章计算机联锁综述 (2)第⼀节计算机联锁的基本概念 (2)第⼆节计算机联锁系统的功能、优越性 (3)第⼆章计算机联锁系统的原理和相关技术 (7)第⼀节计算机联锁系统的原理 (7)第⼆节计算机联锁的可靠性保障技术 (10)第三章市场现有联锁系统及其发展 (15)第⼀节双机热备配置的微机联锁系统 (15)第⼆节我国微机联锁的现状与前景 (20)结束语 (23)参考⽂献 (24)绪论计算机联锁（computer interlocking）是以计算机技术为核⼼，采⽤通信技术、可靠性与容错技术以及"故障——安全"技术实现铁路车站联锁要求的实时控制系统。
利⽤计算机对车站作业⼈员的操作命令及现场表⽰的信息进⾏逻辑运算，从⽽实现对信号机及道岔等进⾏集中控制，使其达到相互制约的车站联锁设备，即微机集中联锁。
计算机联锁始于1978年在瑞典哥德堡投⼊运⽤，进⼊20世纪80年后，美、⽇、英、法，德国、丹麦、荷兰等国进⼊试验阶段或开始使⽤，各国在系统上各有不同的⽅案。
1984年中国铁道部通信信号公司开发出中国第⼀台计算机联锁，此后取得迅速进展，截⾄1995年底中国铁路及⼚矿企业使⽤计算机联锁的车站已有47个。
随着计算机技术的迅速发展，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，它⾮常适⽤于车站联锁。
计算机联锁是⽤微型计算机和其他⼀些电⼦、继电器件以及各种计算机软件组成的具有故障——安全性能的实时控制系统。
随着计算机技术的迅速发展，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，它⾮常适⽤于车站联锁。
计算机联锁是信号设备采⽤微机的重要突破⼝，它的研制成功和推⼴使⽤使铁路信号⾃动控制进⼊了⼀个新的阶段。
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Study on Mathematical Model of Computer based Interlocking System
Yan Yongt ian Zhang Jun
( College of Electronics and Inf ormat ion Engineering, N ort hern Jiaotong U niversit y, Beijing 100044)
第5期
燕永田等 : 计算机联 锁控制系统数学模型的研究
79
电子信号就是计算机控制的铁路信号系统, 它是以现代计算机技术为基础 , 以容错控制技 术为支撑, 以现代通信技术为支援的电子测控系统. 在铁路运输系统中 , 一般称其为计算机联 锁控制系统. 本文拟以计算机联锁控制系统数学模型的建模、 解析、 应用为核心 , 阐明研究与探 索得到的结果.
三项基本联锁条件是 : 进路所经过的道岔位置是否正确 ; 进路所经过的轨道区段是否空
第 j ( j = 1, 2, %, N 2 ) 条进路的锁闭过程可表达为: Aj ( K T ) = & G ( K T ) ∋ &T ( K T ) ∋ &B ( K T ) , Aj ( K T ) = & G ( K T ) ∋ &T ( K T ) ∋ &B ( K T ) ∋Dj , B i = A i ( KT ) , Cl = A l ( K T ) ,
2
系统的数学模型
根据现代控制工程学的系统建模方法, 可以为计算机联锁控制系统建立如图 1 所示的数
学模型. 在图 1 中, 粗实线表示多变量输入和输出 , 细实线表示单变量输入和输出. 其中的闭塞 条件和闭塞信息是与闭塞设备相互交换条件信息的 , 而照查条件和照查信息是与其它车场或 其它信号楼相互交换条件信息的.
利用现代控制 理论 与系 统工程 学的 方法 , 研究 计算 机联锁 控制 系统建 立数 学模 型的 方
法 . 系统建模后 , 利用状 态树的 方法 把系统 的全 部状态 过程 分解 为若干 个子 过程 , 针 对每 一个 过 程 , 建立起 系统的解析 模型 . 根据解析 模型 , 选择适当的 编程语言 , 可将 系统模型表 达为计算机 程 序模型 . 这样的系统建模方法与解析 方式 , 能够准 确地描 述计算 机联锁 控制系 统的全 部动态过 程 以及 表达各个变量之间的复杂关系 , 从而使 计算机 联锁控 制系统编 程标准 化 , 同时也 为系统功 能 的检测提供了依据 . 关键词 分类号 系统建模 T P273 3 状态树 解析模型 程序模型
∋ 表示求逻辑积, 即逻辑乘运算符; A i ( K T ) 表示求 A ( K T ) 的逻辑值的反值 .
82 4 3 信号开放与保持过程 ( 1) 开放信号子过程
北
方
交
通
大
学
学
报
第 22 卷
Sj ( K T ) = A j ( K T ) ∋ Cj ( K T ) ∋ X ( K T ) ,
其中 变量 X 是指: 当开放发车信号时, 反映闭塞设备已经办理好闭塞手续的条件变量; 当开 放转场信号机时 , 反映对方信号楼已经同意转场的条件变量; 以及诸如延续进路、 道口信号等 条件的变量. ( 2) 信号保持子过程 A j [ ( K + 1) T ] = & G [ ( K + 1) T ] ∋ & T [ ( K + 1) T ] ∋ & B [ ( K + 1) T ] , 或者 而 A j [ ( K + 1) T ] = & G [ ( K + 1) T ] ∋ & T [ ( K + 1) T ] ∋ & B [ ( K + 1) T ] ∋ D i , S j [ ( K + 1 ) T ] = A j [ ( K + 1) T ] ∋ C j [ ( K + 1) T ] ∋ X [ ( K + 1 ) T ] ∋ Y [ ( K + 1) T ] ,
Abstract T he purpose of t his paper is to f ind out t he w ay of building the m at hem at ical model of Computer based Int erlocking System and convert t he w hole system dynamic performance int o several subprocedures w it h t he conception of status t ree. As t o each subprocedure, we construct an analy tic model according t o w hich cert ain proper pro g ram lang uage can be select ed t o make t his system model a com put er programmable one. T his met hod of syst emat ic moudlizat ion and analysis can not only precisely describe the Computer based Int erlocking System w holly dy nam ic act ivation but also clearly ex plain t he complicated logic relationship among the variables. T hus it w ill standardize t he prog ramming Com put er based Int erlocking System and provide the w arrant y for detect ing of the system function as w ell. Key words system modeling st at us t ree analysis model program model
1 9 9 8 年 10 月 第 22 卷第 5 期
北 方 交 通 大 学 学 报 JOU RNA L OF NO RTH ERN JI AOT ON G U N IV ERSIT Y
Oct . 1998 Vol. 22 N o. 5
计算机联锁控制系统数学模型的研究
燕永田
摘 要
张
俊ห้องสมุดไป่ตู้
( 北方交通大学电子信息工程学院 , 北京 100044)
! 轨道区段状态信息输入变量集 Tk ∃ T ( 3) 系统内部状态信息变量集 : 共分为 3 个子集: 三项基本联锁条件状态变量集 道岔的进路锁闭变量集 ! 两个咽喉区相互照查状态变量集 Aj ∃ A Bi ∃ B Cl ∃ C Dl ∃ D 闲; 该进路的敌对进路有没有建立 . 4 2 进路锁闭过程 ( 1) 检查三项基本联锁条件子过程 该进路不是向股道排列的进路时 该进路是向股道排列的进路时 ( 2) 执行锁闭子过程 锁闭道岔与锁闭敌对进路 锁闭迎面敌对进路 其中
1
建立系统数学模型的目的
当设计一个计算机测控系统时 , 其重要任务之一就是要为系统建立起一个确切而又实用
的数学模型 . 对于微机联锁控制系统 , 也是首先要为其建立起数学模型 , 而且该数学模型应当 正确地、 完整地表达系统全部的动态过程, 且应当便于用计算机进行解析. 计算机联锁控制系统建模的目的如下: ( 1) 明确系统内部变量的种类和每一类变量的数量 , 其中包括在运算过程中必不可少的中 间变量的种类和每一类中间变量的数量 ; ( 2) 确定系统内部各个变量与系统外部输入变量、 输出变量的数学函数关系 ; ( 3) 把计算机联锁控制系统中各个设备之间的因果关系表达为数学表达式 , 并最终表达为 通过编程使计算机能够解析的数学表达式; ( 4) 数学模型和数学表达式为利用计算机编程与运算提供依据. 同时也为程序的标准化奠 定根基, 为系统功能的检验提供根据.
图 1 系统的控制 工程学模型
由图 1 所示模型可知 , 计算机联锁控制系统是一个多变量输入、 多变量输出并有时间要素 参与运算的大规模测控系统. 系统的变量数量相当多 , 但各个变量之间的相关关系不甚复杂 .
80
北
方
交
通
大
学
学
报
第 22 卷
以一个配有 26 组道岔、 38 架信号机、 36 段轨道电路区段的中等规模的铁路车站为例, 其涉及 的输入变量为 165 个 , 输出变量为 96 个 , 还有一百多个系统内部状态变量 , 联锁计算机与被测 控设备间的连线 ( 采用电缆) 多于 400 条 . 2 1 建模的依据 计算机联锁控制系统建模的主要依据是 : 件; ! 信号开放的技术条件. 2 2 内部状态变量的引入 设置系统设备控制变量的目的 , 是为了对系统的设备进行控制; 设置系统设备状态信息变 量的目的, 是为了记录设备的状态; 而内部状态变量引入的目的, 是为了处理与记录设备的逻 辑状态 ( 采用逻辑变量) 或一些必要的数值, 它们是在进行联锁关系逻辑运算时必不可少的变 量. 系统内部状态的逻辑变量主要有: ( 1) 道岔解锁( 或锁闭 ) 逻辑变量, 其数量与联锁道岔的数量相同 . ( 2) 记录轨道区段没有被实施 ( 或已经被实施 ) 进路锁闭的逻辑变量, 每个轨道区段设置两 个逻辑变量. ( 3) 记录在信号机开放后 , 该信号机前方的接近区段内有无列车或调车车列驶入或存留的 逻辑变量 , 显然 , 其数量与信号机的数量相同 . 系统内部状态的数值变量主要是记录延时时间的, 这些数值量在判断进路能否解锁时是 必不可少的. 2 3 激励源 从图 1 中可以清楚地看出系统中各种变量间的主动与受动的关系 . 系统中的激励源是指 能够引起系统状态改变的要因 . 系统的主要激励源如下 : 值班人员的操作 , 为主动源. 列车 或调车车列的运行, 为随动源. ! 现场设备状态的异常变化 , 往往由设备故障或相关电路故障 引起, 是一种随机的干扰源. ∀系统内部状态逻辑值甚至数值的变化 , 是当计算机抵御不了所 受到的过强干扰而可能引起的随机干扰源, 其概率很低 . 2 4 运算过程的简化 ( 1) 利用搜索法对值班人员的操作进行初处理, 以求简化各种变量之间的耦合关系. 利用 搜索法对值班人员的操作进行初处理后 , 该操作与哪些信号机、 道岔、 轨道电路等直接相关就 确定了, 亦即与那些没有直接相关关系的设备解除了直接的耦合关系 , 从而使问题得以简化. ( 2) 道岔锁闭与解锁逻辑的简化. 对道岔设置锁闭( 与解锁 ) 状态变量, 用它来锁闭道岔与 进路 . 这样 , 进路与道岔、 进路与其他进路之间的联锁运算关系将变得非常简明 . 铁路车站信号联锁表; 道岔转换的技术条