关于二乘二取二的全电子计算机联锁系统的研究

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摘要：人机接口、二乘二取二联锁计算机和全电子执行系统是组成二乘二取二电子计算机联锁系统的主要部分。监控机和威胁检测机组成了人机接口。二乘二取二联锁计算机由冗余光纤、冗余热设备和联锁主机组成。独立CPU处理器、总线硬件控制器、硬件控制器、硬件同步控制器全局冗余时钟和光纤通信等组成了CPU主板。利用同步控制器、总线控制和软件时间点控制，可以实现同步机制。全电子执行主要利用“二乘二取二”模式实现了过流保护，完善了信号控制、检测和监督等各项功能。
关键词：计算机联锁系统 全电子执行单元 故障安全 二乘二取二
中图分类号：TP39 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）03-0000-00
随着电力技术的发展，铁路车站信号控制系统发生了重大改变，实现了安全可靠、信息技术强的二乘二取二安全联锁计算机和执行电子执行单元的结合，让电子计算机联锁控制系统得到广泛应用。
1 系统结构
全电子计算机联锁系统结构层主要由操作层、安全联锁逻辑层和全电子执行层三种组成。操作层主要进行系统操作和维护；安全联锁层主要进行计算、同步和控制；全电子执行层主要进行各个单元底层基础设备的控制和检测。从安全角度进行分析，操作层属于非安全层，其他两层属于安全区域。
2 系统人机接口
监控机、维修监测机是系统人机接口的组成部分，可以实现系统操作、维护和其他系统相互间的通信。监控机由荣誉工业控制计算机组成，利用以太网和联锁计算机，实现相互之间通信。监控机虽然是同时工作的，但是都独立进展工作利用双路工业和以太网，可以给下个安全联锁中的二乘二取发送信息，然后接受联锁计算机中信号设备的信息，完成各项执行任务，最后将执行结果展示在控制屏上。
维修检测机主要对车站中各项设备的损害情况进行实时监控。主要反映监控机操作命令、联锁命令执行等情况，还可以表示系统错误和信号设备的执行状况，具有储存、打印等功能，给电子商务的维修提供了很大便捷。
3 二乘二取二联锁计算机
3.1 二乘二取二计算机结构
二乘二取二联锁计算机由一、二联锁主机、冗余热设备和通信单元组成。每个联锁计算机都有两套比较独立的CPU组成，可以在独立编译联锁环境中运行。可以利用监控机的操作命令，处理冗余热设备以太网中的CPU数据。为了保证信息的安全可靠，可以在两套联锁主机中，使用高速光通道实现信息交换，进一步进行命令处理和运算。光通信网络可以利用冗余热设备的RCU实现比较结果传输，当主RCU发生故障时，可以自动切换RCU输出，能够让传输通道的冗余工作顺利进展。利用两套联锁主机，可以保证在一个联锁主机出现故障的时候，安全联锁计算机依然可以利用冗余热设备方式进行工作，减少集中控制产生的分散风险，保证系统的安全性和可靠性。
3.2 CPU主板设计
3.2.1 CUP主板
CPU主板由两路CPU（AB）、处理器、硬件自检器、全局冗余时钟、FLASH、SRAM和接口电路组成。两路CPU系统使用全局冗余时钟，具有总线BUSA和BUSB，可以和CPUA、B实现连接。如果主板电压正常、接口电路正常，并且watch-Dog电路不超时，就由动态信号产生的信号输出给I/F控件，不然会影响输出动态。总线硬件控制器可以对微处理器的运行效果进行比较，进一步产生动态信号。当系统软件死机或者硬件发生异常的时候，必须立即停止工作，切断总线输出信号。
3.2.2 I/F控制部件
I/F控制部件是主板的输入输出接口，只有CPU中自检控制器和各个控制器都正常工作的时候，I/F控制部件才可以对控制器输出的信号进行比较，进一步输出一致性结果给冗余热设备的RCN。I/F具有独立的系统间接接口，任何一个接口发生故障，系统都会切入到另一个接口实现数据输入输出。
4 全电子执行系统
全电子执行系统是整个系统控制的核心，利用全电子电路可以替代传统的安全继电器，对铁路车站信号的全电子控制具有很大的作用。
4.1 全电子执行单元的安全机制
全电子执行单元主要负责安全联锁逻辑层的控制命令，可以向联锁计算机传输信号的状态。通常使用“二取二”和逻辑控制结构实现自检、容错和冗余功能。
对于全电子执行单元而言，所有控制和检测器件都有两套。联锁计算可以经过总线给MCUA和MCUB传输数据。MCU利用“二取二”和逻辑输出对信号进行监测，通过MCUA和MCUB阐述状态校正电路命令。全电子执行单元对于任何信号，都采用动态刷新原则进行信号控制，可以与逻辑控制电路共同实现对主回路控制，检测电路中的主回路输出信号。当主回路发生异常变化时，可以及时切断安全输出电路，保证输出故障安全。
4.2 全电子执行单元的类型和功能
根据执行单元的种类，可以将全电子执行单元分为进站信号、出站兼调车信号和调车信号三种模块。根据道岔执行单元使用转辙机的类型，可以分为直流四线制、直流六线制等类型。根据区段检查电路形式，可以将其划分为交流轨道电路和25周相敏轨道电路模块。
全电子执行单元可以控制电路中的过流，当电路出现故障时，全电子可以实施自动保护，相应主机命令，对信号设备进行作用，降低现场维护工作。全电子执行单元能够实现电子单元功能。可以模拟检测回路岁信号设备和电子执行单元进行监测，能够独立的将检测记录和回放传给监测机，实现了监测、监督功能。
全电子执行系统还可以实现区域联锁，利用网络进行远程监控，采用正线执行单元人设备工作。通过防雷柜接入到分线盘和室外信号进行连接。
5 结语
二乘二取二的全电子安全计算机联锁利用冗余结构、安全防护、全电子技术等，保证了整个系统运行的安全。联锁执行逻辑中的多项技术保证了联锁逻辑的安全实施，对系统中执行部位的安全起到了很大作用。研究二乘二全电子联锁系统，可以保证铁路站信号的稳定和可靠。
参考文献
[1]曹杰.二乘二取二计算机联锁控制系统的研究[J].天津大学，2010，（03）.
[2]张佳楠，王海峰，蒋大明.计算机联锁系统二乘二取二容错结构分析[J].铁路计算机应用，2014，（08）.
收稿日期：2016-01-18
作者简介：占雪梅（1987—），女，甘肃武威人，硕士，助教，研究方向：铁道通信信号。