计算机联锁仿真系统软件设计

计算机联锁仿真系统软件设计

摘要：计算机联锁系统是应用在铁路信号控制领域，用以保障行车安全和提高运输效率的车站信号控制系统。它是用微型计算机和继电器件组成具有“故障—安全”性能的实时控制系统，从而实现对道岔、进路、信号机联锁的控制。

本文以虚拟车站-古浪车站信号平面布置图为依据，应用VC++开发工具，对其上行咽喉联锁系统进行设计。该系统完成了信号机的布置，具有进路办理、解锁和道岔的单锁、单解等计算机联锁系统的控制功能。

关键词：计算机联锁，VC++，控制 ·引言

随着铁路运输朝着高密、重载及高速的方向发展，既有的车站铁路信号联锁装置已无法适应铁路信号对可靠性与故障—安全性的更高要求。就技术方面而言，铁路信号系统已经历了机械联锁、电气联锁(继电联锁)等两个阶段，目前在我国干线铁路或企业自备铁路上所使用的联锁系统绝大多数仍为继电联锁系统。70年代末期新型微处理器的出现以及容错理论与技术的逐步完善，激励人们以微型计算机为核心构成计算机联锁系统。计算机联锁系统是一种以计算机为主，再加其他一些电子、继电器件及计算机软件组成的具有故障—安全性能的实现车站联锁的系统。尤其是随着可靠性和容错技术的发展和研究，计算机联锁技术日趋成熟，并大力推广使用。

1. 计算机联锁系统的基本结构和功能

1.1 计算机联锁系统基本结构

计算机联锁系统以色灯信号机、动力转辙机和轨道电路作为室外三大基础设备，以电气设备或电子设备实现联锁功能以及采取集中控制方式对信号机和道岔进行控制的系统，其基本层次结构如图1.1所示。

人机会话设备人际会话层联锁机构联锁层监控层信号机转辙机轨道电路室外设备

图1.1 联锁系统的一般层次结构图

相比电气联锁系统，计算机联锁系统的人际会话层的接口设备既可以用专用控制台，也可以用计算机接口设备，如鼠标器、图形输入板、键盘以及显示器等。联锁机构是由计算机构成的，多采用工业控制用的微型计算机构成的联锁机构，成为联锁机。

1.1 计算机联锁系统联锁与进路控制

在铁道部颁布的《铁路信号名词术语》中，联锁的定义是“通过技术方法，使信号、道岔和进路必须按照一定程序并满足一定条件，才能动作或建立起来的相互关系”。一是说，为保证车站行车安全，必须制定一系列联锁规则以约束信号、道岔与进路的动作与建立；二是说，必须以技术手段实现这些规则。下面以一条进路的控制作详细说明。

进路分为列车进路和调车进路，它们的控制过程基本是一样的。一条进路的控制过程

可分为进路建立(办理)和进路解锁两个阶段。

一． 进路建立

进路建立分解为进路选择、道岔控制、进路锁闭和信号控制4个进程。

(1) 进路选择

进路选择的基本任务如下：(a) 检查操作人员的操作手续是否符合操作规范；(b) 检查所选进路是否处于空闲，其敌对进路是否已实现建立；(c) 对于所选出的进路信号所涉及的信号、道岔和轨道电路(以后统称它们为监控对象)分别设置征用信号，以防止其他进路使用；(d) 将选出的进路的状态进行记录。

(2) 道岔控制

检查进路中各个道岔的实际位置与进路所需的位置是否相符，如果不相符，而且道岔未处于锁闭状态时，把道岔转换到所需位置。

(3) 进路锁闭

当与进路相关的道岔位置符合进路需求、进路在空闲状态、以及没有建立敌对进路等条件满足时，实现进路锁闭，此时，进路中各个轨道电路区段就处于进路锁闭状态了。于是对轨道区段内的道岔实行了进路锁闭，使其不能被操纵；凡经由处于进路锁闭状态的区段的其他进路也不能建立了，即实现了敌对进路的锁闭。

(4) 信号控制

在进路锁闭后可立即使防护进路的信号开放，以指示列车或列车驶入进路。但考虑在信号开放期间，可能有非法车辆撞入进路，道岔的位置也可能因违章作业而改变，因此，在信号开放过程中，除了检查进路锁闭外，还需不断检查进路空闲和道岔位置正确，一旦发生异常现象，信号应立即关闭。当列车一旦驶入进路后，信号应立即关闭，而对于调车信号机来说，考虑到调车机车推送车辆前进，所以规定列车整体进入信号机内方后，信号才应关闭。

二． 进路解锁

进路解锁就是解除已建立的进路、道岔和敌对进路的进路锁闭。根据不同的情况，进路有多种解锁方式。根据进路解锁的条件和时机的不同，有5种进路解锁方式，即取消进路、人工延时解锁、正常解锁、调车中途折返解锁以及故障解锁。

(1) 取消进路

进路建立后，由于某种原因而需解除时，只要进路确实在预先锁闭状态而且进路空闲时，则在操作人员的规范下课立即解锁。

(2) 人工延时解锁(简称人工解锁)

进路在接近锁闭的状态下，若由于某种原因而需要解锁时，在操作人员的人工解锁规范操作后，首先使信号机关闭，从信号关闭时算起，延迟一定时间并且进路在空闲状态下才能解锁。延迟的时间应大于或者等于制动时间。目前对接车进路和正线发车进路规定的延迟时间为3min，对于侧线发车进路和调车进路规定延迟30s。

(3) 正常解锁

正常解锁是指列车或车列通过了进路中的道岔区段后使进路自动解锁。进路正常解锁分为一次解锁和分段解锁两种方式。一次解锁是指列车或车列越过了进路中的全部道岔区段后，各个道岔和敌对进路同时一次解锁；分段解锁是按进路中的轨道电路区段逐段解锁，即列车每通过一段轨道电路区段，该区段就自动地解锁。

(4) 中途折返解锁

这是调车进路的一种解锁方式。中途折返解锁的关键在于提出充要条件以证明车列确实已经折返而离开了牵出进路中的待解锁区段。

(5) 故障解锁

以上提出的4种进路解锁方式均需要借助于轨道电路的预期的有序的动作情况来判断列车或车列所处位置，不致使区段错误解锁而危及行车安全。如果由于某种故障或其他原因而导致轨道电路出现了异常动作状态时，就采用故障解锁。

2. 计算机联锁仿真系统软件实现

根据第1节原理叙述，应用VC++开发工具进行编程，实现上述功能，其系统界面如图2.1所示。

图2.1 古浪车站计算机联锁仿真系统软件界面

本设计为古浪车站上行咽喉，有6个股道，为复线车站。界面中，中间为古浪站上行咽喉信号平面布置图，左上方为各道岔定反位显示灯，定位时显示绿灯，反位时显示黄灯，道岔处于锁闭状态时，白灯显示转换为红灯显示。下方白色按钮为控制按钮，分别为信号机名称、道岔名称、区段名称、清除；道岔总定位、道岔总反位、道岔单锁、道岔单解；办理进路、取消进路、手动解锁。

3. 计算机联锁仿真系统软件使用说明

3.1 系统应用环境

Windows XP/Windows 7操作系统。

3.2 系统安装

在Windows XP/Windows 7操作系统下，运行exe可执行文件，即可打开计算机联锁仿真系统软件界面。

3.3 系统功能实现

3.3.1 界面显示说明

如图2.1所示，界面中显示了古浪车站上行咽喉信号平面布置，上行方面为武威，下行方面为兰州，有6条股道，第5股道为接触网工业区，不允许接发车；一条货物线；一条安全线；1个进站信号机(S)，1个引导信号机(YS)，1个反方向发车信号机(SF)，10个调车信号机(D2-D20)，5个出站信号机(XⅠ、XⅡ、X3、X4、X6)。

依次点击信号机名称、道岔名称、区段名称按钮，则在界面上显示各信号机的名称，道岔号的名称和各区段的名称，如图3.1所示。点击清除按钮，这些名称将不显示在界面上，如图2.1所示。

图3.1 计算机联锁系统软件界面显示

3.3.2 接车进路的办理和解锁

根据办理接车进路的原则，若所选进路空闲，且没有敌对信号，以4G接车为例办理接车进路。点击“办理进路”按钮，首先点击进路始端按钮S，然后点击进路终端按钮X4。如图3.2所示。

图3.2 正常办理至4G的接车进路

此时，2/4道岔、6/8道岔、20道岔显示为绿色和红色，锁闭为定位；10/12道岔显示为黄色和红色，锁闭为反位；其他信号机未锁闭；进站信号机S显示黄灯，光带变为白色，表示该条进路已办理。

该接车进路解锁时，点击“取消进路”按钮，然后点击始端按钮S，即可办理了该条进路的解锁，此为一次解锁。也可点击“手动解锁”按钮，进行分段解锁。

若进站信号机故障或其他原因不能办理接车进路时，需要进行办理引导接车进路，若此时点击“办理进路”按钮，然后按照正常办理的顺序点击YS按钮和X4按钮时，就会出错，如图3.3所示。在办理引导接车时，在检查完进路空闲并无敌对进路时，需要按压“引导总锁闭”按钮，输入密码，然后把该进路中的各个道岔依次单锁到需要的位置，再按压引导接车按钮进行接车。

图3.3 非正常办理接车进路时提示信息

3.3.3 发车进路的办理和解锁

根据办理发车进路的原则，若所选进路空闲，且没有敌对信号，以由6G发车为例，办理发车进路。点击“办理进路”按钮，首先点击进路始端按钮X6，然后点击进路终端按钮SF。如图3.4所示。

图3.4 正常办理由6G的发车进路

此时，2/4道岔、10/12道岔、20道岔显示为黄色和红色，锁闭为反位；6/8道岔显示为绿色和红色，锁闭为定位；其他信号机未锁闭；出站信号机X6显示绿灯，光带变为白色，表示该条发车进路已办理，可以进行发车。

该发车进路解锁时，点击“取消进路”按钮，然后点击进路始端按钮X6，即办理了该条进路的解锁，此为一次解锁。也可点击“手动解锁”按钮，进行分段解锁。如图3.5所示，图中红色光带为20DG，表示此时该区段正在进行解锁。

图3.5 发车进路的分段解锁

3.3.4 调车进路的办理和解锁

调车进路的办理需要注意以下几点：单置信号机只能做同方向的终端； 并置信号机不能做同方向的终端。

(1) 办理D4至D6的调车进路

点击“办理进路”按钮开始办理进路，点击始端按钮D4，然后点击终端按钮D6，此时，26号道岔表示等显示红色，已锁闭，D4显示白色，光带变为白色，表示此条调车进路已办理，如图3.6所示。

图3.6 D4至D6的调车进路

办理该条进路的解锁时，点击“取消进路”按钮，然后点击始端按钮D4即可解锁该条进路。

(2) 办理D4至D12的调车进路

点击“办理进路”按钮进行办理进路，首先点击始端按钮D4，接着如果点击按钮D12，则界面显示如图3.7所示。

图3.7 并置信号机不能作为同方向终端

故此时，只能把D10作为终端按钮进行调车进路的办理，如图3.8所示。

图3.8并置信号机反方向信号机作为调车终端

(3) 办理D2至D8的调车进路

若该条进路能办理，点击“办理进路”按钮，点击始端按钮D2，点击终端按钮D8时，界面显示如图3.9所示。

图3.9 单置信号机只能作为同方向终端

因此该条进路不能办理，只能办理由D2至D20的调车进路，D20可以作为调车进路的终端按钮。

3.3.5 道岔总定位和总反位的锁闭

若要使联锁系统的所有道岔处于定位或反位，则点击道岔总定位或总反位按钮，按后依次左键双击道岔区段，完成道道岔定位和反位锁闭，图3.10所示。

图3.10 道岔总定位和总反位的锁闭

3.3.6道岔的单锁和单解

在遇到引导接车、故障解锁等状况时，需要对某个道岔进行单锁或单解，此时需要按压道岔单锁和道岔单解按钮，对道岔进行相应的操作。

若对6/8道岔进行单锁，首先点击“道岔单锁”按钮，然后左键双击6/8道岔区段，完成6/8道岔的锁闭，如图3.11所示。

图3.11 6/8道岔的单锁

若要对锁闭的道岔解锁，则点击“道岔单解”按钮，左键双击锁闭的6/8道岔，完成道岔的解锁，如图3.12所示。

图3.12 6/8道岔的单解

4. 总结

本设计以古浪车站上行咽喉信号平面布置图为依据，完成了其计算机联锁软件的设计。通过对软件的测试，该软件具有进路的办理、解锁，道岔的单解、单锁以及道岔定反位状态显示等功能，满足车站计算机联锁系统的要求。

参考文献

[1] 赵志熙. 计算机联锁系统技术[M]. 北京：中国铁道出版社.2008,7.

[2] 高继祥. 铁路信号运营基础[M]. 北京：中国铁道出版社.1998:63-91.

[3] 孙鑫,余安萍. VC++深入详解[M]. 北京：电子工业出版社.2006.6.