题⽬：计算机联锁的发展与功能分析
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计算机联锁的发展与功能分析
⽬录
⼀、计算机联锁的历史与发展 (2)
（⼀）联锁设备的发展历史 (2)
（⼆）各国计算机联锁的发展。 (3)
⼆、计算机联锁的结构与功能 (3)
(⼀)计算机联锁系统的结构构特点 (4)
（⼆）计算机联锁系统的功能 (7)
计算机联锁的发展与功能分析
张宁
摘要：简述了计算机联锁的发展历史，各国计算机连锁的研究与使⽤情况。对计算机连锁的功能结构以及特性⽅⾯进⾏分析总结。
关键词：计算机联锁; 现状; 发展；功能
Abstract：Introduced the development history of computer interlocking, national research and use of computer interlocking. The function structure and the characteristics of computer chain aspects carri
es on the analysis summary.
Keywords：railway signal; computer interlocking system; present application situation; development
引⾔
为满⾜我国铁路电务事业实现跨越式发展的需要，新时期要积极发展车站计算机联锁技术.计算机联锁系统不是传统的孤⽴的信号控制系统,⽽是信号安全综合控制监测系统和综合运营管理系统的⼀个⼦系统，它的功能也因超出了车站信号安全控制设备的概念范畴⽽得以多⽅⾯的拓展.
⼀、计算机联锁的历史与发展
（⼀）联锁设备的发展历史
利⽤机械、电器⾃动控制和远程控制、计算机等技术和设备，使车站范围内的信号机、进路和进路上的道岔相互具有制约关系的技术设备称为联锁设备。联锁设备是轨道交通的重要信号设备，⽤来在车站和车辆段实现联锁闭塞关系，建⽴进路，控制道岔的转换和信号机的开发，以及进路解锁，以保证⾏车安全。联锁发展⾄今已有100多年的历史，经历了机械联锁、电机联锁、电⽓联锁、电⽓集中联锁、计算机联锁的发展过程。可分为机械、电⽓、微机联锁三个阶段。
1856年英格兰的布列克勒叶?阿姆斯（BrickloyerArms）车站装设由萨克斯倍（Saxby）⾸创萨式联锁机是机械联锁的开始，机械联锁是最古⽼的联锁⽅式。在机械联锁中信号机与道岔的控制杆相互锁闭，联锁关系遵循因果关联原则或者相关进路原则。直接控制动作设备，属于硬闭锁，后来在长时间年内⼀直占领主导地位的集中式机械联锁控制系统就是在传统机
械联锁的基础之上发展起来的。
1927年基于布线逻辑的继电联锁控制系统问世。电⽓与机械联锁不同的是，继电器联锁的联锁逻辑由继电电路实现，道岔和信号机不再由操纵杆控制，⽽完全由继电联锁控制系统⾃动完成道岔和信号机的安全控制。电器设备控制动作设备，属于软闭锁；
随着计算机(Computer)、通信(Communication)、控制(Control)三⼤技术的发展，⼈们开始尝试采⽤电⼦器件取代继电器来构成铁路信号电⼦联锁控制系统，从此掀开了微机联锁控制系统研究与应⽤的新篇章。1978计算机联锁⾸先于年在瑞典哥德堡投⼊运⽤，进⼊20世纪80年代后，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年中国铁路开发出第⼀台计算机联锁，此后取得迅速进展。计算机联锁主要是将电⽓联锁的联锁运算核⼼继电器⽤微型机算计的软硬件和其他⼀些电⼦、继电器件替代，具有故障-安全性能的实时控制系统。其安全可靠、处理速度快，与继电集中联锁相⽐具有⼗分明显的技术经济优势。⽆论在安全性、可靠性、经济
性等⽅⾯都是继电集中联锁⽆法⽐拟的，⽽且设计、施⼯、维修、使⽤以及信息化功能扩展⼤变得容易为⽅便，是⼀套全新的系统设备。使车站联锁的设计、施⼯、维护。随着3C技术的快速发展，计算机联锁已经成为联锁设备的主要发展⽅向。
（⼆）各国计算机联锁的发展。
1、英国计算机联锁：计算机联锁在英国⼜称为固体联锁（ Solid State Interlocking, 简称 SSI）。1985年，SSI系统第⼀次在明斯顿车站正式使⽤。该系统采⽤分散三级控制⽅式，为了保证系统的安全性和可靠性采⽤三取⼆表决的模式。系统中参与表决的模块运⾏单套软件，每⼀模块与其他两个模块的运算结果相⽐较以校验⾃⾝的运算结果。⽬前，SSI系统已在国内外数⼗个车站安装使⽤。
2、瑞典计算机联锁：瑞典计算机联锁的典型产品有EBILOCK850系统和20世纪90 年代初期开发的EBILOCK950系统控制电路、轨道继电器均采⽤⽆接点⽅式的功能块，采取双机热备、单击运⾏双套软件来提⾼整个系统的可靠性和安全性。
3、⽇本计算机联锁：⽇本的计算机联锁最早开通于1985年，⾄今已安装使⽤了200 多个车站。⽇本研制的计算机联锁产品主要有SMILE I II III 型和K N型五种类型，主要⽣产⼚家是⽇本信号公司、京⼭制作所和⼤同信号公司。
4、德国计算机联锁：德国于1979年决定研制计算机联锁。西门⼦公司以SIMIS系统为核⼼构成车站联锁控制系统，第⼀套系统于1985年在慕尼⿊——⽶腾⽡尔特区段的姆尔瑙站交付使⽤。SIMIS系统从早期的SIMISB型（ 8080 CPU）、SIMIS-C型（8085 CPU）、SIMIS3116、SIMIS3126、SIMIS-E型（ 80386 CPU）、SICAS型已发展到⽬前正在开发的SIMIS-W型。
5、美国计算机联锁：美国开发的计算机联锁产品主要有通⽤信号公司（ GRS）的 V IP 安全型系统和联合道岔与信号公司的Microlock系统两种。这两种制式⼤部分⽤在单机运⾏状态，系统的安全性则由主机系统中的“安全逻辑”得到保证。⽬前VIP系统已安装了数⼗个车站, Microlock系统也正式投⼊使⽤。
6、中国计算机联锁：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 ，随着与发达国家在计算机联锁技术上的交流增多和计算机技术的发展 ，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、北京交⼤、卡斯柯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 ,⾄“九五”期末 ，全路共装备了计算机联锁系统 438个车站 (场 ) 。在铁道部“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 ，计算机联锁可靠性、安全性进⼀步提⾼ ，进⼊了以技术为依托 ,⾯向市场和服务 ，从实现功能到完善拓展功能 ，从单站联锁到⼀体化、电码化等扩⼤应⽤的新的发展阶段。
⼆、计算机联锁的结构与功能
(⼀)计算机联锁系统的结构构特点
1.系统的硬件结构
系统的可靠性冗余结构
(1)计算机联锁系统的可靠性：系统在规定的时间和条件下完成规定功能的能⼒。
(2)计算机联锁系统的可靠性冗余结构：为了使系统的可靠性指标达到或者超过⽬标值⽽采取的冗余结构。
可靠性冗余结构图
系统的安全性冗余结构
(1)计算机联锁系统的安全性
当系统的任何部分发声故障时，其后果不会导致⼈⾝伤亡或者财产的重⼤损失的性能。
(2)双机⽐较的安全性冗余结构的原理：在极短的时间间隔内，两台计算机同时出错并且错误呈现同⼀种模式的概率⼏乎为零。安全性冗余结构图
三取⼆冗余结构图
(1)同步运⾏问题
要求严格同步，但单⼀时钟源危险性⼤，多采⽤三个时钟强制同步
(2)表决器问题
表决器应具备更⾼数量级的可靠性与安全性。
（3）故障机的及时切离与及时修复问题
及时确认故障位置并将其切离，同时修复。
三取⼆冗余结构图
系统的层次结构
2.系统的软件结构
结构要求：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。
基本结构分类
（1）系统层次结构分类
（2）冗余结构分类
（3）联锁数据的组织形式
联锁结构与数据结构
数据的编码 {为符合故障－安全，采⽤多元编码
{设计安全的逻辑量，要取码距⼤的相间码
数据传输 {距离远时，采取串⾏数据传输⽅式
{传输数据包括：逻辑量、数字量、地址数据等
{避错与容错相结合来克服出错
·可靠的器件，抗⼲扰的介质，严格的⼯艺
·
采⽤差错控制技术，（n，k）分组码，增加冗余
静态数据及其结构
进路建⽴应指明其特性和有关监控对象的特征及其数量
{总进路表
·将⼀个车站的全部进路的进路表汇总在⼀起
{进路搜索程序
·解决总进路表庞⼤，数量⼤，⽅便修改
·减少⼈⼯错误与⼯作量
·需要静态数据库
站场形数据结构
站场形数据结构的优点
·
静态数据库⽐总进路表数据库⼩，利于检测
·结构由节点链接⽽成，修改只需地址，不需要改物理存储区，适于改建与扩建
·结构是节点的链接表，节点类型有限，内容和容量是不变的，只是在逻辑上有序，具体物理地址是⽆序的。
动态数据及其结构
{操作输⼊变量
·反映操作⼈员操作动作的开关量
·其在变量表中逻辑地址与它的输⼊通道地址⼀⼀对应
·作⽤：形成操作命令；作为表⽰信息的原始数据以及检测系统的记录内容
{状态输⼊变量
·反映监控对象状态的变量
·采取双通道输⼊⽅式，保障安全性
·状态变量应周期地及时刷新
·RAM中的基本组织⽅式
{表⽰输出变量
·指向控制台、表⽰盘或屏幕显⽰器提供的变量
{控制变量
·指控制信号和道岔的变量
·两套程序产⽣双份控制变量
{中间变量
·联锁程序执⾏过程中产⽣的⼀些变量
（⼆）计算机联锁系统的功能
计算机联锁系统不仅具备继电器联锁设备的连锁控制功能，⽽且利⽤计算机的快速信息处理功能，存储能⼒和联⽹能⼒，可⽅便的实现继电器连锁设备难以实现的功能。
1.联锁控制功能
计算机联锁系统的联锁功能与继电式电⽓集中相同，能根据车站⾏车安全的需要在规定联锁条件和规定的时序下⾃动对进路、信号和道岔实⾏监控。
2.显⽰功能
计算机联锁系统采⽤⼤屏幕显⽰器取代⽰盘，可以向操作⼈员提供更加丰富直观的显⽰信息。
3.记录存储和故障检测诊断功能
利⽤计算机的信息存储能⼒和存储容量⼤的优点，计算机联锁系统为实现系统维护、⾏车管理⾃动化奠定了基础。
4.综合功能
利⽤标准化的通讯接⼝板，⽹络接⼝板以及通讯规程，可直接与现代化信息处理系统相连接进⾏数据交换。
结束语
⾃1978年瑞典⾸次运⽤计算机联锁⾄今，随着计算机、通信、控制三⼤技术的发展，计算机联锁技术不断提⾼。对于我国这样的铁路⼤国来说，计算机联锁是⼀项⾮常重要的技术，相信随着铁路运输需求的不断增加，计算机联锁技术也将随之继续发展完善。
参考⽂献
赵志熙 . 计算机联锁系统技术 . 北京：中国铁道出版社，1999.9
谢保锋 .车站计算机联锁系统的现状与发展 . 铁道科学研究院通信信号研究所 ，北京100081
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