专利名称：一种计算机联锁控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种计算机联锁控制系统，尤其是一种既适用于铁路信号控 制领域，也适用于城市轨道交通信号控制领域的计算机联锁控制系统。
背景技术：
计算机联锁系统作为轨道交通信号系统中的重要组成部分已经为大家 所熟知，它是通过在信号机、道岔和进路之间建立一定的逻辑关系来保证列 车运行安全。现有的轨道交通系统的计算机联锁系统主要由控显机、联锁机、输入控 制模块、输出控制模块和通信子系统组成，通过控显机进行人机交互，由输 入控制模块负责现场信号设备状态的采集，并将采集的数据输出给联锁机， 联锁机进行联锁运算后，由输出控制模块将运算结果输出给现场设备，对道 叉等进行控制，保证列车的运行安全。其中，各系统模块间的信号传递由通 信子系统来完成。闭塞是轨道交通控制技术领域的技术名词，是指用信号或凭证，保证列 车按照空间间隔制运行的技术方法。闭塞分为固定闭塞和移动闭塞。固定闭 塞是指通过轨道电路或计轴将绵路划分为若干分区，每个分区内只能运行一列列车，分区的始终端固定；移动闭塞是相对固定闭塞而言的，移动闭塞分 区采用无线通信和无线定位技术来实现，始终端不是固定的，是随着列车的 运行而不断变化的。上述现有的计算机联锁系统是基于固定闭塞条件实现 的，列车位置信息的采集是由轨道电路或计轴实现的，无法对列车实现精确 定位，并且一条进路内只能运行一列列车，运营效率有限。现有的计算机联 锁系统无法实现移动闭塞条件下的联锁控制。发明内容本发明要解决的技术问题是提供一种应用于轨道交通的计算机联锁控 制系统，该系统可以实现在移动闭塞条件下，对列车运行的自动联锁控制， 提高运营效率。为了解决上述问题，本发明提供了一种计算机联锁系统，包括地面区域控制中心，用于实时监测列车的位置，并输出列车的位置信息；安全联锁计算机子系统，用于接收所述地面区域控制中心输出的列车位 置信息，根据列车位置进行联锁运算，根据运算结果输出控制信号；输出子系统，用于接收所述安全联锁计算机子系统输出的控制信号，控 制现场设备驱动；通信子系统，用于在地面区域控制中心、安全联锁计算机子系统和输出 子系统之间建立安全通信连接。进一步地，该系统还包括输入子系统，用于现场信号设备的状态信息采集，并将采集的信号输出 给所述安全联锁计算机子系统。进一步地，该系统还包括操作员站子系统，通过所述通信子系统与所述安全联锁计算机子系统相 连，用于提供人机交互功能。进一步地，该系统还包括接口子系统，与所述通信子系统相连，用于与外部系统提供标准通信接口 。进一步地，该系统还包括历史站子系统，与所述通信子系统相连，负责计算机联锁系统信息的存 储、查询和回放。进一步地，所述的通信子系统包括操作控制子网和现场控制子网，所述 操作控制子网采用以太网，连接操作员站子系统、历史站子系统和安全联锁 计算机子系统，采用冗余结构，热备份工作；所述现场控制子网连接安全联锁计算机子系统和输入子系统及输出子系统，采用冗余分布式外设总线，与输入/输出控制单元建立通讯。进一步地，所述安全联锁计算机子系统由三台联锁计算机组成，三台计算机通过冗余管理I/0接口，相互间进行通信，实现同步、测试和控制；三 台计算机分别独立地进行联锁运算，当至少两台计算机的运算结果相同时，输出该运算结果。本发明提供的计算机联锁控制系统的有益效果是(l)即适用于移动闭塞，也适用于准移动闭塞和固定闭塞，灵活性高。本发明在移动闭塞模式下的工作原理是计算机联锁控制系统将线路划 分为若干个通过数据库预先定义的线路单元，称为逻辑区段。通过接收列车 自动防护(ATP)系统传来的列车定位信息进行逻辑区段空闲状态的判断， 进而联锁系统利用逻辑区段空闲状态判断结果来进行列车位置确定和联锁 逻辑运算。(2 )具有与列车自动监控(ATS )系统和ATP系统地面区域控制中心 (ZC)的标准安全通信接口，确保系统通信的安全可靠。(3)同时支持常规、降级和后备三种模式，常规模式对应车地双向无 线通信级列车控制，降级模式对应点式通信级列车控制，后备模式对应联锁 级列车控制。
图1为本发明的计算机联锁控制系统的总体结构图；图2为本发明的计算机联锁控制系统的数据控制流程图；图3为本发明的计算机联锁控制系统的通信模块COMM结构图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术 人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的 限定。如图1所示，本发明所提供的计算机联锁系统包括操作员站子系统(OPSl和OPS2， Operator Station)、历史站子系统(HDS, Historical Data Station )、安全联锁计算机子系统(SIC, Safe Interlock Computer )、 输入子系统、输出子系统、通信子系统和接口子系统等几部分组成。操作员站子系统由热备冗余的双机构成，如图1所示的OPS1和OPS2。 它不仅是系统的操作监视界面，而且是ATS ( Automatic Train Supervision, 列车自动监控)系统和计算机联锁系统之间通讯的网关，起着ATS控制命 令的接收和联锁表示数据上传的作用，同时视需要可以将车站ATS和操作 员站子系统实现一体化。操作员站子系统采用无扰自动切换的高可靠性冗余 结构，系统的切换在不中断联锁的前提下自动完成。也可手动切换，手动优 先于自动。历史站子系统(HDS)的基本功能是实时站场监视和记录，回放历史信 息，包括站场的设备状态变化信息、报警信息、实时站场状态信息、操作信 息等。历史站子系统记录联锁操作信息，包括操作时间，操作者，操作内容， 为站场事故原因分析提供了依据。历史站子系统忠实记录站场各个设备的状 态信息，包括设备正常的变化和异常的变化，当前报警和历史报警都能够在 历史站子系统的历史列表中列举出来。安全联锁计算机子系统是本系统的运算核心，由三台独立计算机 (ICU1、 ICU2和ICU3)所组成，完成三取二表决的三模松散耦合式故障安 全计算机系统。三台计算机完全独立地运行所有与联锁有关的逻辑运算程 序。三台计算机通过冗余管理I/0接口，相互间进行通信，实现同步、测试 和控制。各模块间的通信联接采用光电隔离，确保三台计算机的独立性。为 了降低因环境因素的影响而出现相同错误的危险，三台计算机可以错开数微 秒工作。当一台表决不一致时，首先进行自诊断，当确认故障时，报警并停止联 锁运算和控制，其他两台仍能正常工作；对故障计算机可以在系统仍保持正 常运行的情况下，与系统分离进行更换。更换的计算机上电诊断正常，在完 成了数据更新后投入工作。安全联锁计算机可以通过10Mbps安全数据交换网同通信控制模块(COMM, Communication Control Module)之间进行通信，通过冗余DP (DecentralizedPeriphery,分布式外设)总线控制网与输入输出子系统进行 通信。当然，根据需要，也可以采用其它网络进行通信，例如CAN总线。输入子系统由若干ICM (Input Control Module，输入控制才莫块)组成， 是计算机联锁系统的32路数字量输入模块，通过DP总线同ICU (Interlock Computer Unit,联锁计算单元)进行数据交换。其主要功能为完成现场信 号的采集，并将采集的结果上报给ICU。 ICM对采集的信号进行滤波处理， 向ICU报告正确结果。有完善的故障诊断电路，可以实现板极在线自诊断 功能，实现了智能化，本实施例的输入子系统采用双冗余配置，具有冗余运 行功能，冗余配置的主、备模板，可自动或手动无扰切换，提高了系统的安 全性，采用双断输入技术，有效解决器件损坏引发的安全问题，采用冲全查输 入值的时间冗余诊断技术，实现故障安全输入，可带电插拔，方便现场设备 维护和故障处理。其中，双断输入技术、；险查输入值的时间冗余诊断技术均 为已知纟支术。输出子系统由若干OCM( Output Control Module,输出控制模块)组成， 是计算机联锁系统的32路数字量输出模块，主要完成对现场设备的控制功 能，OCM通过Profibus-DP同ICU进行数据交换。OCM具有完善的故障诊 断电路，可以实现板极的在线自诊断功能，实现了智能化，采用双冗余配置， 具有冗余运行功能，冗余配置的主、备模板，可自动或手动无扰切换，提高 了系统的安全性，采用双断输出技术，有效解决器件损坏引发的安全问题， 采用回读技术，保证输出信息正确，可带电插拔。方便现场设备维护和故障 处理。通信子系统分布在整个联锁系统内部，主要包括两个控制子网操作控 制子网和现场控制子网。操作控制子网连接操作员站子系统、历史站子系统 和安全联锁计算机，釆用1: 1的冗余结构，热备份工作，任何一条网络的 失效都不会影响网络的通信功能。该网络采用10/100Mbps以太网。现场控 制子网连接安全联锁计算机和输入输出控制模块，是实现站场控制的核心网 络，采用冗余Profibus-DP总线，与输入/输出控制单元建立通讯。接口子系统实现计算机联锁系统同外部系统之间的安全通信，主要是指图1所示的A、 B两个4妄口。如图1中所示的接口 A主要是实现ATS系统和计算机联锁系统之间的 安全通信，接口 A采用100Mbps以太网建立ATS和计算机联锁系统的操作 员站子系统之间的通信，采用TCP/IP协议，通信程序模块主要配置在操作 员站子系统上。 一方面，接收ATS下发的控制命令并下发给安全联锁计算 机；另一方面，接收安全联锁计算机上传的站场设备表示数据、进路状态以 及控制命令执行结果等信息并传送给ATS。虽然ATS系统是非安全系统， 但是接口 A仍然按照安全系统通信设计，采用32位CRC校验，确保数据 正确及时地上传和下达。图1中所示的接口 B主要是实现ATP (Automatic Train Protection,列 车自动防护)系统的地面区域控制中心(ZC, Zone Controller)系统和计算 机联锁系统之间的安全通信，接口 B采用Profibus-DP总线在ZC和计算机 联锁系统的通信控制模块COMM之间建立通信，通信控制程序主要配置在 通信控制模块COMM上，通信控制模块如图1中所示的COMM1和 COMM2,两个模块冗余配置。 一方面，接收ZC发送的列车位置信息数据 包并下发给安全联锁计算机；另一方面，接收安全联锁计算机上传的站场设 备表示数据和进路状态等信息并传送给ZC。 ZC和计算机联锁系统同属于安 全系统，它们之间通信的安全性和实时性是主要的特色，采用32位CRC用 于校验，确保通信的安全可靠。如图2所示是本发明所提供的计算机联锁系统的数据控制流程图，由图 2可以看出，本发明所提供的计算机联锁系统主要包括以下几个数据控制流(1) ATS向计算机联锁系统发送控制命令。ATS的控制命令通过图1中的接口 A发送给操作员站子系统，操作员 站子系统通过初步的安全检查后将控制命令通过通信控制模块发送给安全 联锁计算机，安全联锁计算机通过联锁运算并进行3取2表决后，通过输出 控制模块OCM驱动继电器控制现场设备动作。(2 ) ZC向计算机联锁系统发送列车定位信息。ZC的列车定位信息通过图1中的接口 B发送给安全联锁计算机的通信控制模块，通信控制模块将列车定位数据发送给三个联锁运算单元ICU参与联锁运算。(3 )计算机联锁系统向ATS和ZC发送进路状态和站场设备状态等信台计算机联锁系统通过输入控制模块ICM采集现场设备状态信息，通过 图l中的接口 A将数据发送给ATS、通过图1中的接口 B将数据发送给ZC。如图3所示是本发明所提供的计算机联锁系统的通信控制模块COMM 的一实施例的结构图。通信控制模块是本发明所提供的计算机联锁系统中通 信的重要组成部分，在本实施例中，通信控制模块COMM由PC104 CPU板 和多功能板组成，采用Intel486DX4/100兼容处理器，具有16MSDRAM和 8M固态盘，采用电源24V土5M;紋波不大于200Mv。如图2所示，它主要 提供以下几个通信接口(1 )通过10Mbps安全数据交换网同ICU建立通信，进行数据的交换。(2 )通过10/100Mbps以太网同操:作员站子系统和历史站子系统建立 通信，进行数据的交换。(3 )通过冗余Profibus-DP控制网同ATP地面区域控制中心ZC建立通信，进行数据的交换。的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替 代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为 准。
权利要求
1、一种计算机联锁系统，其特征在于，包括地面区域控制中心，用于实时监测列车的位置，并输出列车的位置信息；安全联锁计算机子系统，用于接收所述地面区域控制中心输出的列车位置信息，根据列车位置进行联锁运算，根据运算结果输出控制信号；输出子系统，用于接收所述安全联锁计算机子系统输出的控制信号，控制现场设备驱动；通信子系统，用于在地面区域控制中心、安全联锁计算机子系统和输出子系统之间建立安全通信连接。
2、 如权利要求1所述的计算机联锁系统，其特征在于，还包括输入子系统，用于现场信号设备的状态信息采集，并将釆集的信号输出 给所述安全联锁计算机子系统。
3、 如权利要求2所述的计算机联锁系统，其特征在于，还包括操作员站子系统，通过所述通信子系统与所述安全联锁计算机子系统相 连，用于提供人机交互功能。
4、 如权利要求3所述的计算机联锁系统，其特征在于，还包括 接口子系统，与所述通信子系统相连，用于与外部系统提供标准通信接n 。
5、 如权利要求4所述的计算机联锁系统，其特征在于，还包括历史站子系统，与所述通信子系统相连，负责计算机联锁系统信息的存 <渚、查询和回》文。
6、 如权利要求5所述的计算机联锁系统，其特征在于，所述的通信子 系统包括操作控制子网和现场控制子网，所述操作控制子网采用以太网，连 接搡作员站子系统、历史站子系统和安全联锁计算机子系统，采用冗余结构， 热备份工作；所述现场控制子网连接安全联锁计算机子系统和输入子系统及输出子系统，采用冗余分布式外设总线，与输入/输出控制单元建立通讯。
7、如权利要求1~6中任意一项所述的计算机联锁系统，其特征在于，所述安全联锁计算机子系统由三台联锁计算机组成，三台计算机通过冗余管理I/0接口，相互间进行通信，实现同步、测试和控制；三台计算机分别独 立地进行联锁运算，当至少两台计算机的运算结果相同时，输出该运算结果。
全文摘要
本发明涉及一种计算机联锁控制系统。该系统包括地面区域控制中心，用于实时监测列车的位置，并输出列车的位置信息；安全联锁计算机子系统，用于接收所述地面区域控制中心输出的列车位置信息，根据列车位置进行联锁运算，根据运算结果输出控制信号；输出子系统，用于接收所述安全联锁计算机子系统输出的控制信号，控制现场设备驱动；通信子系统，用于在地面区域控制中心、安全联锁计算机子系统和输出子系统之间建立安全通信连接。本发明的有益效果是即适用于移动闭塞，也适用于准移动闭塞和固定闭塞，灵活性高；具有与ATS系统和ATP系统地面ZC的标准安全通信接口，确保系统通信的安全可靠；支持常规、降级和后备三种模式。
文档编号B61L27/00GK101254790SQ20081010276
公开日2008年9月3日 申请日期2008年3月26日 优先权日2008年3月26日
发明者斌 周, 勇 张, 赵卫刚, 郝瑞琴, 陈建广 申请人:北京和利时系统工程有限公司