铁路信号计算机联锁详解

计算机联锁系统软件一、计算机联锁系统软件的总体结构计算机联锁系统软件的基本结构应设计成实时操作系统或实时调度程序支持下的多任务的实时系统，其软件的基本结构可归纳如下。

1．按照系统层次结构分类按照软件的层次结构，可分为三个层次，即人机对话层、联锁运算层和执行层，其结构如图7—17所示。

人机对话层完成人机界面信息处理；联锁运算层完成联锁运算；执行层完成控制命令的输出和表示信息的输入。

2．按照冗余结构划分按照冗余结构，可分为三取二系统的单软件结构和双机热备系统的双版本软件结构。

其小双版本软件结构，如图7—18所示。

3．按照联锁数据的组织形式划分按照联锁数据的组织形式，可分为联锁图表式软件结构和进路控制式的软件结构。

进路控制式的软结构(即模块化结构)如图7—19所示。

二、联锁数据与数据结构在计算机联锁系统中，凡参与联锁运算的有关数据统称为联锁数据：，联锁数据在存储器中的组成方法称为数据结构。

联锁数据包括静态数据(常量)和动态数据(变量)两大类，与之相对应的有静态数据结构和动态数据结构。

]．静态数据及其结构联锁程序需要哪些静态数据以及这些数据在存储器中的组织形式，对于联锁程序结构有很大的影响。

目前采用最多的是进路表型联锁和站场型联锁，对应的就存在两种不同的静态数据结构；进路表型静态数据结构和站场型静态数据结构。

建立任何一条进路都必须指明该进路的特性和有关监控对象的特征及其数量等，包括：进路性质，是列车进路还是调车进路；进路方向，是接车方向还是发车方向；进路的范围，即进路的两端，如果是迂回进路，还应指明变更点(相当于变通按钮所对应的位置)；肪护进路的信号机(名称)；进路中的轨道电路区段(名称)及数量；进路中的道岔(名称)、应处的位置、数量；进路所涉及的侵限绝缘轨道区段(名称)及检查条件；进路的接近区段(名称)；进路的离去区段(名称)；进路末端是否存在需要结合或照查的设施，如闭塞设备、机务段联系、驼峰信号设备等。

若将上述各项纳入一个数据表中就构成了一个进路表。

将一个车站的全部进路(包括迂回进路)的进路表汇总在一起就构成了总进路表(好象联锁表)。

总进路表存于RoM中，就是一个静态数据库。

当办理进路时，根据进路操作命令从静态数据库中选出相应的进路，即可找到所需的静态数据。

这就构成了进路表静态数据结构。

另外，在应用进路搜索软件时，需要与之对应的静态数据结构，即站场型数据结构。

(1)进路表型静态数据结构在进路表型联锁控制系统中，信号机、道岔、轨道区段与进路之间的联锁关系是通过进路表的形式表示的，进路表中包含了所有进路及其联锁条件。

当车站规模较大，进路数量较多时，总进路表势必十分庞大，占用RoM的容量很大，这就意味着增大了RoM检测程序的长度和执行时间，不利于系统的可靠性的。

另外，当车站改建和扩健时，需要对总进路表进行较大的修改，这也是进路表结构的不足之处。

为了提高系统的可靠性，通常采用站场型静态数据结构。

(2)站场型静态数据结构由人工编制总进路表，特别是编制大型的总进路表，不仅十分烦琐，而臣容易出错，可采用算机辅助计方法生成总进路表。

如果将进路生成软件纳入联锁软件中，当办理进路时，由进路操作命令调用该进路生成程序，自动生成—个与进路操作命令相符合的进路表，供联锁软件使用，把这种成进路表的程序称做进路搜索程序。

有了进路搜索程序，仍然需要为它提供一个静态数据库，不过，这些数据库的规模和结构有所不同。

该数据库是这样构成的：对应信号平面布置图中的每一监控对象，如信号机、转辙机、轨道电路区段、侵限绝缘区段、特设的变通按钮、进路终端按钮等所有内容都存入RoM内，并各设—个静态数据模块。

在模块中列出表述该监控对象特性的数据以及进路搜索程序所需要的一些标志。

下面先看—下数据模块的具体设置方法。

以图7—20(a)所示信号布置图为例，所设置模块如图7—20(b)所示。

应特别指出，对应一个侵限绝缘设置了两个模块QX1(侵限1)和Qx2(侵限2)。

在模块QX1中列出了道岔区段3DG及l／3号道岔反位(1／FB)两个常量，该模块设在相当于经由5号道岔反位的进路上当办理一条经由5号道岔反位的进路时，选出Qx1，就可将其中的常量编制在进路表中，以便进行联锁处理时检查道岔区段3DG和1／3号道岔的状态。

同理，在相当于1/3号道岔的渡线处设置了模块Qx2。

每个静态数据模块在RoM中要占用一个区域，该区域第一个单元的地址称为该模块的首地址，简称首址。

由于每个模块均有一个首址，为方便起见，在不致混淆的情况下把模块首址的代号看成是模块名称，如图7—21所示。

如果把所有的模块按照它们在信号布置图中相互位置链接起来，如图7—20(b)所示，它很像6502电气集中的组合连接图。

这种数据结构在图形上具有站场形式，所以称它为站场型静态数据结构。

利用站场型静态数据结构．在办理一条进路时，根据进路操作命令，为进路搜索程序指明进路的始端模块首址和终端模块首址，进路搜索程序从站场型静态数据结构中搜出与进路有关的全部模块，再从模块中找出进路联锁程序所需的数据，这样就构成了进路表。

是如何把模块链接起来，以便进路搜索程序进行搜索?这需要把每个模块的空间划分成两个区域，即数据场和指针场。

用数据场存放模块的有关数据，用指针场存放邻近模块的首址假设有三个模块a、b和c，如图7—22所示，不管它们在存储器中的物理位置是否为顺序存放，如果希望找到a后就能找到b，找到b后就能找到c，那么只要将b的首址放在a的指针场，将c的首址放在b的指针场，这样就可以由a找到b，由b找到c若模块c没有后续模块，则在它的指针场标以(空)。

为方便起见，用圆圈代表数据模块并称为节点，用有向线段代表链接线，如图7—22(c)所示，在简化图中．有向线段的箭头方向直观地表明了搜索方向。

用箭头把有关的静态数据模块链接到一起，就构成了静态数据组织形式。

当一个节点有左右两个链接节点，如果允许双方向搜索，则这个节点需要有两个指针场以便记人两个链接节点的首址。

例如，由a可搜索到c，也可c搜索到a，如图7—22(d)所示。

对于道岔来说，它有三个链接节点，即岔前节点、岔后直股节点、岔后弯股节点：所以在道岔节点中需要设三个指针场PQ、Pz、Pw，用PQ存放岔前节点首址，用Pz存放岔后直股节点首址，用户PW存放岔后弯股节点首址。

对于站场型静态数据结构来说，仅沿一个方向搜索就可以了。

从站场结构看，沿着发车方向搜索时，遇到对向分歧道岔少，所以搜索效率高。

因此，以发车方向单向搜索为准，宋实现节点之间的链接。

根据这一原则，图7—20(b)各模块链接简图如图?—23所示。

图7—23 模块链接简图采用站场型静态数据结构有以下优点：a．该静态数据库所占存储空间小，有利于检测；l站场型静态数据结构是节点之间链接而成的，在数据结构中任何地方增加或减少节点时，仅涉及指针场中的地址的修改，而不影响各节点在存储涨中的物理存储区，所以修改容易，这非常适应站场的改建或扩建；c，节点的类型是有限的，节点的内容和容量不变，各节点的链接只是在逻辑上是有序的，但是每个节点在存储器中具体区域可以是无序的(即相链接的节点在存储器中可以不相邻)，利用这种性质叮用计算机辅助设计生成数据结构。

根据站场型静态数据结构所生成的进路表需存于RAM中。

对于一个车站来说，能同时办理的进路是有限的，升且这些进路表随着进路解锁而消失，所以占用RAM空间是不大的。

2．动态数据参与进路控制的动态数据主要包括操作输入变量、状态输入变量、表示输出变量出变量以及联锁处理的中间变量等。

(1)操作输入变量操作输入变量是反映操作人员操作动作的开关量。

在RAM中需设十操作变量表集中地存放操作变量。

操作变量表根据系统的硬件体系结构，甽’能存于人机对话机或存于联锁机中。

操作输入变量足形成操作命令的原始数据。

在RAM中应开辟一个区域集中地存放操作命令，称这些操作命令的集合为操作命令表。

—条操作命令形成后，就可以从操作变量表中删去相应的操作变量了。

操作输入变量除了用以形成操作命令外，还作为表示信息的原始数据以及监测系统的记录内容。

(2)状态输入变量状态输入变量是反映监控对象状态的变量，如轨道区段状态、道岔定位状态、道岔反位状态、信号状态、灯丝状态以及与进路有关的其他设备状态等。

状态输入变量应周期性地及时刷新，以保证变量能确切反映监控对象的实际状态。

状态输入变量除了参与联锁运算外，还作为表示信息和监测系统的原始数据n(3)表示输出变量表示输出变量是指向控制台、表示惫或屏幕显示器提供的变量。

通过这些变量反映有关列车或调车车列运行情况、操作人员的操作情况以及联锁设备工作状况。

在计算机联锁系统中，可提供比继电联锁更丰富的信息和表现形式(例如光带、图形、音响和语音等)。

这些信息需取自状态输入变量、操作输入变量、中间变量以及控制命令输出变量等。

一般是将表示输出变量集中在一个存储区以便输出。

(4)控制输出变晕控制输出变量是指控制信号和转辙机的变量。

对于任何一个控制对象都由两套程序产生双份控制输出变量，只有双份变量一‘致时才可形成控制命令变量井经由安全输出通道输出。

控制输出变量可存放在动态数据模块中，而控制命令存放在专辟的控制命令表中。

控制命令的逻辑地址与输出通道—一对应。

控制输出变量和控制命令都应周期性地刷新，以保证数据的实时性。

(5)中间变量中间变量是指联锁程序执行过程中产生的一些变量。

这些变量有的存放在动态数据模块中，有的需另辟专区存放。

在存储区中中间变量一般应按一定规则存放。

三、联锁控制程序及其程序模块的管理1．联锁控制程序的基本模块联锁控制程序一般来说可分成六个模块：操作输入及操作命令形成模块、操作命令执行模块、进路处理模块、状态输入模块、表示输出模块和控制命令输出模块。

(1)操作输入及操作命令形成模块操作输入足指把车站值班员操作按钮、键盘、鼠标或光笔等形成的操作信息输入到计算机中并记录下来。

在计算机联锁系统中，为7防止由于误操作或醍碰输入器件而形成有效的操作命令，原则上需由两个或两个以上的操作信息才能构成一个操作命令。

当然，即使有两个操作信息，仍不一定是正确的。

因此，该模块的主要功能是汜录操作信息，分析操作信息是否能构成合法的操作命令。

不合法寸则向操仵人员提示；操作输入量是很大的，形成的操作命令的种类也有十几种，例如进路操作命令、进路取消命令等。

该模块一般由人机对话机完成。

人机对话机将形成的操作命令经由串行数据通道输送到联锁计算机中，并存储在一个操作命令表中。

(2)操作命令执行模块操作命令执行模块是根据操作命令执行相应功能的程序模块。

在该执行模块中包括许多于模块。

实际上，有多少种操作命令就有多少个子模块。

由于每个于模块执行时间很短，而且不需考虑它们的优先权，所以在执行顺序上不受限制。