铁路信号微机联锁系统（精选8篇）
铁路信号微机联锁系统 第1篇
铁路系统是我国重要的陆上交通通道,通过新建与完善铁路网络建设,构建起了我国完善的铁路运输脉络。随着铁路提速与高速列车的投入使用,为铁路运行带来新的挑战,铁路的信号管理是确保铁路安全运行的重要一环,通过构建铁路信号微机联锁系统使得铁路的信号管理更为方便快捷,对于确保铁路的安全运行具有十分重要的意义。但是在铁路信号微机联锁系统的运用过程中发现其仍存在着一些问题,通过对这些问题进行系统的统计分类后对每一种故障引发的原因进行分析并提出解决方案,对于确保铁路信号微机联锁系统的安全运行具有十分重要的意义。
1 铁路信号微机联锁系统中的网络中断故障
铁路信号微机联锁系统主要采用的计算机网络控制的方式,在铁路信号微机联锁系统的应用过程中,控制铁路信号的内部局域网出现中断时,计算机管理系统会发出断网提示提醒工作人员及时予以处理。在处理网络中断故障时可以从以下几个方面入手:(1)首先对网线的连接进行检查,查看链接的指示灯是否正常闪烁。(2)当确定网络的连接正常时,则需要对计算机内部的程序运作进行检查,发现问题的要及时予以处理。(3)当上述两个问题都检查无误时,则需要重点检查计算机的网卡,通过更换新的计算机网卡如网络恢复正常则可断定网卡出现问题。
2 铁路信号微机联锁系统中的上下位机通讯故障
铁路信号微机联锁系统中的上下位机通讯故障指的是上下位机之间采用的串口通讯中断故障,造成这一故障的原因众多可以从以下几个方面入手进行铁路信号微机联锁系统上下位机铜须故障的排除:(1)首先对上下位机之间的通讯接口进行检查,查看是否有松动。(2)检查上下位机之间的通讯线缆是否完好,线缆中间是否有断线问题,在确认线缆、接口正常后需要对长线驱动(对于远程监督来说)进行检查,查看其工作是否正常。(3)如确认线路完好,则需要再次检查模板是否完好。通过以上几种措施即可完成故障的排除。
3 铁路信号微机联锁系统中的道岔故障
铁路信号微机联锁系统中的道岔故障也是铁路信号微机联锁系统中一种较为常见的故障类型,通过对铁路信号微机联锁系统中的道岔故障进行统计分析主要有以下几种故障类型:(1)铁路道岔在动作过程中下位机模板上的指示灯的点亮顺序,在铁路信号微机联锁系统道岔动作的过程中,其下位机模板上的指示灯会按照一定的顺序进行点亮,通过在铁路信号微机联锁系统道岔动作时对指示灯的点亮顺序进行观察有助于道岔的故障分析。(2)做好对于铁路信号微机联锁系统中的室内、外故障的判断,在铁路信号微机联锁系统中其主要分析室内的控制启动电路与室外道岔上的动作电路两个主要的组成部分,因此在对铁路信号微机联锁系统故障进行判断时需要注意区分室内、外故障点以方便故障的排除,在铁路信号微机联锁系统中采用四线制道岔的室外控制线路中,X1主要用于实现对于道岔的定位和表示线,X2主要用于反位的控制与表示线,X3则多用于表示的专用回线,X4则用于控制的专用回线。
在铁路信号微机联锁系统室内故障的处理中,常见的铁路信号微机联锁系统室内硬件故障主要有线路故障和设备硬件故障两大类型,在铁路信号微机联锁系统的动作过程中,通过控制指令发出到2DQJ正常转极则表示为铁路信号微机联锁系统的启动电路能够正常的工作,同时如果在分线盘上的X1(或是X2)与X4间能够测得瞬间动作电压220V则表示铁路信号微机联锁系统中的室内工作部分能够正常控制,通过在铁路信号微机联锁系统的转辙机处进行电压的测量如能够测得相应的电压则表示铁路信号微机联锁系统中的线路能够正常工作,如动作不正常则表示还有其他的问题。此时可以将铁路信号微机联锁系统中的分线盘上的X1、X2、X3与铁路信号微机联锁系统的室外控制线进行断开,在X1与X3之间用一反向二极管进行两者之间的连接,在X3与X2之间使用一组正向二极管进行连接,为进行故障的判断可以在上述线路向来回对道岔进行单项操作以进行故障点的判断,如果铁路信号微机联锁系统能够正常动作则表示铁路信号微机联锁系统中的室内控制部分能够正常工作。只要确定了铁路信号微机联锁系统中的故障范围则可以通过电气控制图来对故障进行分析查找,从而对铁路信号微机联锁系统的故障原因进行确定,便于后期的故障排除。
4 铁路信号微机联锁系统中的信号故障
铁路信号微机联锁系统中的信号点灯电路原理与铁路信号微机联锁系统的道岔控制动作相类似,铁路信号微机联锁系统中的信号点灯与道岔控制相类似,首先通过由操作人员发出相关的控制指令,控制微机经过联锁运算后,在铁路信号微机联锁系统中的I/O控制板中相应的位置输出控制脉冲信号,从而控制相应的继电器动作来为室外点灯电路进行送电,而后通过检查1DJ和2DJ是否正常吸合以检查室外点灯的控制是否正常。由它们和信号继电器的接点组成回路给I/O板相应位置输入表示电压,从而在显示器上返回正确的显示。在对铁路信号微机联锁系统信号故障进行分析时,首先需要从铁路信号微机联锁系统中的分线盘进行检查,通过指令发出到继电器的吸合则表示启动控制电路正常工作,在平时的信号灯动作时主要动作的是禁止灯光,因此在对铁路信号微机联锁系统的分线盘进行测量时首先需要在分线盘上进行电压的测量,如果需要控制色灯的动作需要能够确保在分线盘上进行电压的测量,用以实现对于室内故障点的排除,如果铁路信号微机联锁系统中的点灯正常则表示有问题,因此需要着重检查铁路信号微机联锁系统内的室内接点线路。
5 铁路信号微机联锁系统中的轨道电路故障
在铁路信号微机联锁系统中的轨道电路中常见的故障现象有:轨道电路的光带显示不正常,为排除这一故障,首先需要在铁路信号微机联锁系统中的分线盘上对轨道电路空闲时的电压进行测量,查看控制电压是否超出继电器的工作电压(9.7V),如果测量电压高于9.7V则表示室内正常,对于室外电路故障的检查首先需要对受、送电端的变压器二次侧电压进行测量,分段查找故障点,用以最终实现控制线路或是设备上故障点的确定。
6 结束语
铁路信号微机联锁系统是铁道信号系统中的重要一环,尤其是现今高速铁路的运行更是对铁路信号微机联锁系统的安全运行提出了更高的要求。尤其是在铁路信号微机联锁系统的实际操作和运行过程中,往往会出现一些预料之外的问题,同时也存在着众多故障的联锁反应,需要根据故障现象进行分析查找故障点,确保铁路信号微机联锁系统的安全运行。文章在分析了铁路信号微机联锁系统应用特点的基础上对铁路信号微机联锁系统的常见故障进行了分析并提出了相应的解决措施。
摘要：铁路是我国重要的陆上交通方式,每年都会通过铁路完成大量的人员及物资运输的输送,确保铁路运输安全可靠的运行具有十分重要的现实意义。在铁路的运行过程中,铁路的信号系统是十分重要的系统,经过多年的发展与演变,现今的铁路运行的信号管理工作多采用的是微机联锁的方式予以实现的,具有方便快捷便于操作等的特点。文章将在分析铁路信号微机联锁系统使用特点的基础上对铁路信号微机联锁系统在使用的过程中较为常见的一些故障进行分析阐述并提出相应的解决方案。
关键词：铁路信号微机联锁系统,常见故障,解决措施
参考文献
[1]王瑞莲.铁路信号微机联锁系统常见故障及解决方案[J].科技与企业,2013(24):380.
[2]王海燕.燃料运输铁路信号微机联锁系统技术改造[J].科学之友,2011(12):60-62.
铁路信号微机联锁系统 第2篇
2.1基本作用
结合铁路信号微机联锁系统构成，可以确定其具备的以下几方面基本作用：
（1）基本联锁功能。进路选排、进路锁闭、进路解锁、道岔动作、信号开放、总取消、人工解锁等联锁运算属于铁路信号微机联锁系统的基本作用，这些作用可以为路运输自动化实现提供基础支持。
（2）人机对话功能。通过输入设备，操作工作站显示器可动态显示区段、道岔、站场图形动态等设备信息，同时能够自动播报故障、各类操作的语音提升。
（3）计算机辅助设计。可通过图形方式直观输入站场数据，联锁设计周期大大缩短，以往因人工大量参与导致的输入错误问题也会成为过去式。
2.2铁路运输自动化中的作用
铁路信号微机联锁系统在铁路运输自动化中的作用主要体现在四个方面，即便于改造、扩展性优秀、防溜预警、调度监督。
2.2.1便于改造
实际调研发现，很多对铁路运输依赖性较强的企业存在场内生产改造频繁情况，这就使得铁路信号微机联锁系统往往需要一同进行改造。对于有的企业来说，铁路信号微机联锁系统的改造便利程度、改善劳动强度能力、提高运输效率功能极为重要。例如，攀钢将在近两年内完全取消了重力式安全性继电器，全面落实了计算机控制、电子开关等技术，这些会使得该企业的铁路信号微机联锁系统减少了大量配线，由此实现的站场改造便捷化、维护简单化、减员增效直观证明了铁路信号微机联锁系统在铁路运输自动化中所能够发挥的显著作用。
2.2.2扩展性优秀
随着各领域的快速发展，业界、企业往往会对铁路信号微机联锁系统提出新的或特殊的功能要求，特别是近年来我国铁路运输自动化发展中出现的许多新环节、新内容更对铁路信号微机联锁系统提出了较强挑战。以上文提及的铁路信号微机联锁系统为例可以清楚发现，该系统能够与机车安全控制系统、铁路运输信息管理系统实现紧密融合，而这就使得其在实现特色联锁功能方面表现优秀，结合实际需要、特殊需求开展灵活设计可进一步提升铁路信号微机联锁系统在铁路运输自动化中的作用发挥。
2.2.3防溜预警
线路复杂、通过公铁道口较多属于很多企业铁路存在的特点，而由于公铁道口附近铁路站场多设置股道线，这就使得股道线上停留车辆受站场坡度影响可能出现自动溜出的隐患，这显然不利于铁路运输自动化的实现。但在铁路信号微机联锁系统支持下，该系统可以灵活联动溜车预警设备，车辆自动溜出隐患自然能够得以解决。值得注意的是，为实现车辆自动溜出隐患的更深入解决，铁路信号微机联锁系统还应联动安全应急措施，同时将公路方向的通过信号自动转换成禁止信号且通过系统实现声光报警，即可进一步减少车辆自动溜出带来的损失。
2.2.4调度监督
调度监督属于铁路运输自动化实现中需突破的难点，而本文研究的铁路信号微机联锁系统便能够在这一难点的突破中发挥重要作用。攀钢通过光纤开展了运输部网络环网布置，该环网连接了运输部每个站内的交换机，由此微机联锁数据信息、行调数据信息、货调数据信息即可通过网线传送至环网系统，通过总服务器实现集中交换，可大幅提升信息传输的安全性、可靠性、迅速性。在运输部建立的以太网支持下，开展了分布式调度监督系统的建立，该系统具备向调度员、有关人员准确提供实时现场信号设备状态、列车运行情况功能，而这些均能够在设备构成不变的情况下实现。在铁路信号微机联锁系统支持下，攀钢通过明确“联锁”机制明确了有效信号采集点。这里的有效信号采集点源于大量的继电器组合，信号灯、轨道电路、电动转辙机均属于其中的重要组成。在分布式调度监督系统的运行中，分布式控制结构能够将数据信息通过总线传输至调度中心，在铁路信号微机联锁系统支持下，数据采集模块将采集现场数据信息传输至以太网，最终满足运输部及时查看现场运行情况的需要，由此即可为铁路运输自动化的实现提供更有力支持。
3结语
综上所述，铁路信号微机联锁系统能够在铁路运输自动化中发挥较为积极作用。
参考文献：
[1]张文晶.微机联锁系统在铁路信号中的应用优势及前景展望分析[J].科技创新与应用,，(03):231.
[2]王法军.铁路信号微机联锁仿真系统初探[J].自动化与仪器仪表,，(04):207-208.
铁路信号微机联锁系统 第3篇
【关键词】安全型；铁路信号；计算机联锁热备系统；研究；实现
一、铁路信号及故障问题概述
在铁路运行中，铁路信号发挥着极为重要的作用，是保障行车安全，提高运行效率，改善工作人员劳动条件的关键设施。铁路信号即铁路运输部门组织、指挥与控制车辆行驶的技术措施，是所有信号、联锁与闭塞设备的总称。铁路信号设备主要包括铁轨、道岔、信号机、轨道电路、控制设备及线路等。一旦铁路信号设备出现异常或故障，则会带来严重后果，带来严重的人员伤亡及经济损失。随着计算机技术的进步，计算机联锁系统获得快速发展并在铁路运输领域获得广泛应用。
二、HJ04A铁路信号计算机联锁系统分析
（一）HJ04A铁路信号计算机联锁系统概述
HJ04A铁路信号计算机联锁系统整合了铁路站场内信号、岔道与进路联锁的保障系统，实现了对铁路站场的自动调度与实时监控。该联锁系统分为人机对话层、联锁运算层、复合驱动层、结合层、监控对象层等，可以实现铁路中信号联锁，与电路可以进行轨道状态、道岔状态、信号机状态等检测，让该系统具备了故障-安全特性，联锁机进行站场实况监控与显示，并负责进路选择，进路锁闭与解锁等运算，实现联锁控制。应用计算机、PLC程序进行系统设计，保障了该系统的可靠性。HJ04A铁路信号计算机联锁系统具备故障自动诊断功能，可以实现在线维护与故障报警，采取算法冗余保障系统信号传递的安全性。一旦系统主机出现故障问题，可以以人工干预形式，将主机与PLC通讯转换为联锁备机与PLC通讯，保障通信可靠性。该系统通讯逻辑结构如下图所示：
图1：HJ04A铁路信号计算机联锁系统通讯结构示意图
在上图中，①代表联锁主机接入外部设备，②代表联锁备机作业时接入外部设备，③代表管理及与联锁主机之间的数据传递，④代表联锁主机与PLC通讯，⑤联锁主机与联锁备机属于冷备方式，一旦主机故障故障问题，可以通过人工调整方式转换通讯设备，保障通讯安全。
（二）HJ04A铁路信号计算机联锁系统应用软件结构
HJ04A铁路信号计算机联锁系统软件机构主要包括联锁软件、联锁管理软件、轨道管理软件与用户编辑辅助软件等。其中联锁软件属于整个计算机联锁系统的重要组成部分，主要分为通讯模块、数据采集模块、控制模块、运算与分析模块等。联锁管理软件则负责记录站场数据及用户操作信息，串口通讯属于联锁机主要数据来源。轨道管理软件则是应用RS485总线与轨道综合控制模块相连接，负责轨道电压显示、故障分析、参数标定等功能。
（三）HJ04A铁路信号计算机联锁系统故障与安全性评估
通过故障与安全性评估，查看HJ04A铁路信号计算机联锁系统在故障发生后，整个系统是否安全。通过研究发现，该系统上位机出现故障时，下位机可以进行站场封锁与及时检测，当下位机出现故障问题时，接口电路不能驱动外部设备，保障系统安全，在软件中出现指令错误后，下位机会通过联锁复核，信息一致后方执行指令，保障系统软件应用的安全性。
然而在现行的HJ04A铁路信号计算机联锁系统中，其热备系统可靠性、便捷性较低，且一旦出现故障问题后，容易出现信息传递延时，状态数据出现异常，安全性偏低。为此，提出实现安全型铁路信号联锁热备系统。
三、安全型铁路信号计算机联锁热备系统设计及实现
在HJ04A系统的基础上，设计安全型双机热备系统，提高数据传输与控制的准确性与实时性，提高系统运行的安全性与可靠性，充分保障行车安全。在HJ04A系统中进行双机热备设计与实现，其主要技术难点在系统安全性、联锁运算同步、输入输出同步、时钟同步等技术问题。为充分保障系统运行安全可靠，安全型铁路信号计算机联锁热备系统设计中，应用支持TCP/IP协议的PLC通讯模块双机热备方案，将点对点通讯方式转变为网络通讯，实现数据传输同步。联锁软件结构中，将主机与管理机，PLC与主机之间的通讯方式改变为TCP通讯模式，实施时钟校验与状态侦测。通过PLC进行故障侦测与判断。共享器属于安全型铁路信号计算机联锁热备系统关键设备，具备鼠标及键盘共享功能、显示设备切换功能、串口切换功能、侦测功能、电量切换功能、容错处理功能等，一般共享器配置如下表所示：
表1：共享器配置表
在热备系统中设计报警处理模块，当系统中出现故障问题时，可以实现自动报警。充分保障系统运行可靠性。通过故障与安全性评估后发现，新型的安全型铁路信号计算机联锁热备系统较之HJ04A铁路信号计算机联锁系统安全性较好，可靠性较高。将新型的安全型铁路信号计算机联锁热备系统进行试点，结果发现系统运行稳定，数据传输可靠，整体效果较好。
四、结语
随着铁路运输的快速发展，保障铁路行车安全的要求越来越高，随着计算机技术的高度发展，计算机联锁控制系统在铁路领域获得广泛应用。以HJ04A铁路信号计算机联锁系统为重点，介绍了HJ04A铁路信号计算机联锁系统的基本状况，在该系统热备系统运行中，其热备系统可靠性、便捷性较低，提出安全型铁路信号计算机联锁热备系统研究，在HJ04A系统的基础上进行改进设计，提高了系统运行的可靠性及安全性，保障了系统运行的综合效益。
参考文献：
[1]张金全. 基于铁路信号计算机联锁控制系统的研究与设计[D].西安建筑科技大学，2009.
[2]李卢强. 铁路信号计算机联锁系统自动测试系统的构造研究[D].合肥工业大学，2010.
关于高速铁路微机联锁系统的研究 第4篇
1 高铁微机联锁系统框架
高速铁路微机联锁系统由软件、硬件两部分构成, 其层次结构如图1所示。
1.1 人机交互层
该层建于车站值班室, 反映的是行车作业情况和设备工作状态, 并提供操作员进行相关信息及操作命令的输入或输出。
1.2 联锁层
是系统核心, 其工作任务为两项:
(1) 接收来源于人机交互层的指令信息和反映轨道电路状态、信号机动力、转辙机状态等相关重要信息 (均来源于监控层) 。
(2) 按设定规则, 对以上信息进行逻辑运算与处理, 产生出处理信息 (即道岔控制命令和信号控制命令) , 并发送监控层的控制电路进行执行。该层宜设在信号楼机械室内。
1.3 I/O接口层
接收来源于联锁层的执行指令, 经过内部电路的运行, 实现信号显示改变、道岔状态自动转换等控制目标, 并向微机联锁机构返送实时的道岔状态、轨道电路状态、信号状态等重要信息。
2 高速铁路微机联锁系统的硬件布置
微机联锁系统的硬件一般包括五个部分:
(1) 由控制台和上位机组成的监控部分。
(2) 以联锁机为主要部件的主控部分。
(3) 由继电控制、动态驱动以及采集结合等设备组成的接口部分。
(4) 由维修机、监测系统组成的辅助系统。
(5) 电源系统。限于篇幅, 本文将重点就监控部分和主控部分的硬件配置进行描述。
2.1 监控部分硬件配置
该部分对铁道信号设备的运行实施全天候监测, 因此需选用性能足够优秀的元件。以东部某高铁站为例, 监控主机的配置如下:
(1) 主机板:主频66兆赫兹, 内存容量128M, 硬盘容量40G, 保证满足报警记录、操作记录等信息的存储。
(2) RS232串行通信接口2个, 15英寸CRT一个。
(3) 网板型号CP-01, 能与联锁机通信。
(4) 以太网卡、局域网卡、音卡、多屏VGA显卡各1块。
另外, 配置两台彩显监视器, 用于显示站场图形和设备运行情况, 以及事故报警。
2.2 主控部分硬件配置
主控机柜由计算机层、驱动层、电源层、采集层和零层五部分构成。仍以上面高铁站为例, 该部分的典型配置如下:
(1) 计算机层选用AS-1报警指示板、STD5093微处理器板、NSTD-01通讯板、STD 1604 I/O接口板。
(2) 驱动层中的驱动母板背侧、里侧用的是32芯插座、96芯插座, 驱动板运用光电隔离技术, 通过电源层的STDSV接受5V电。
(3) 采集层的配置与驱动层一样。
(4) 零层由零端子、接地端子和联锁总线切换合组成, 其中零端子2个 (作为切换校核配线和电源配线用) , 联锁总线切换合设6个接插端口。
3 软件设计
软件部分主要含四块:进路控制、信息处理、执行控制、自检测及诊断。其中, “进路控制”最为重要, 也是本文研究的重点。高铁运输中要求列车进路为自动办理, 目前多采用PRC进路系统。PRC系统的结构框架如图2所示。
4 现场总线
现场总线实现自控系统与现场设备之间的多分支、数字式通信。高铁运输中的现场总线分物理层、应用层、数据链路层和用户层四个层次:
(1) 物理层。选用光纤为传输介质构成H2型高速总线, 拓扑结构点对点, 速率达到2.5Mbps/500m。
(3) 应用层。由FMS子层和AFS子层组成。上层提供索取或发布方式, 下层衔接数据链路层。
(3) 集中式数据链路层, 采用LIN MASTER DEVICE令牌环网方式。
(4) 用户层, 主要为一些标准功能模块, 实现先进、辅助功能、基本功能、计算等内容。
5 常见故障类型
微机联锁系统的常见故障罗列为:
(1) 网络中断。
(2) 上下位机通讯中断。
(3) 下位机模板故障。
(4) 计算机、显示器故障。
(5) 道岔故障。
(6) 信号故障。
(7) 轨道电路故障。
这需要我们在实践运行中注意分门别类积累故障处理经验, 同时做好应急预案。
6 结语
高铁环境下, 微机联锁系统得到快速发展。为给高铁运输保驾护航, 必须对微机联锁作深入研究。
参考文献
[1]刘宝东.高速铁路微机联锁控制系统技术研究[J].科协论坛, 2013 (09) :38-39.
铁路信号微机联锁系统 第5篇
关键词：铁路信号,联锁控制系统,发展构建
随着社会的不断进步和发展, 从目前的情况来看铁路是目前为止出现的一种大容量、快捷、安全的交通运输工具, 这个交通工具已经成为了各界的共识。铁路运输是其中一种最有效的已知陆上交通方式。铁轨能提供极光滑及坚硬的媒介让火车的车轮在以最小的摩擦力磙动。这样, 乘客会感到更舒适, 而且节省能量。在铁路的整体运行当中联锁系统是保障列车运行安全、实现行车指挥以及列车运行的关键系统设备。目前我国社会经济水平正在不断增加, 进而对铁路要求也越来越严格。这样也就意味着铁路正在朝着高速、重载、大运量、高密度等多层次的方向快速发展。在铁路的运行过程中联锁系统的全电子化可以让系统更加安全、高效、智能。这样也就意味着在铁路运行当中使用联锁系统的全电子化可以使得综合成本更低, 维护简便, 系统的生命周期更长。
1 国外铁路联锁系统概况
在国外, 铁路上的信号联锁经历了从机械化、电气化、计算机联锁一直到全电子化联锁的这些发展过程。在90年代的时候, 很多国家已就已经开始推广计算机联锁系统, 电气化联锁已经开始由计算机联锁取代。随着时代的不断进步和发展, 经历了20多年的不断完善, 计算机联锁技术在发达国家当中已经成为了一项成为完善成熟的技术, 具体的应用现状总体上可总结为以下几个方面:
(1) 在各个国家当中计算机联锁系统大多采用硬件来有效的保障系统的安全运行, 为进一步提升系统的可用性和可靠性, 采用了三重系统不停顿故障重组技术来实现。
(2) 各国计算机联锁系统正在朝着全电子化联锁系统的方向不断的发展, 使得计算机联锁系统具有开放式结构, 从而使得该系统更加小型化以及智能化。
(3) 集中式联锁以及分散式控制方式是国外铁路运行当中最为常用的控制方式, 若干小站均由一个站点控制。采用这种控制方式来进行系统的控制主要是因为这个控制方法与他们国家的铁路行车组织有着密切的关系, 在铁路运行的过程中有着很多的小站, 这些小站不设行车人员, 全部都是由调度人员或枢纽站车站的工作人员进行控制, 这样就可以对这个控制产生优化的作用。而且采用这样的方式还可以起到节约人员的目的, 最大程度上减少日常的运营和维护成本。
2 国内铁路联锁系统概况
从目前的情况来看, 与国外的铁路联锁控制系统相比, 差别并不大, 经历了机械联锁控制、电气集中联锁控制、计算机联锁等三个大的发展阶段。从80年代我国开始研发计算机联锁加继电器控制系统, 有进一步突破则是在90年代。由于受到当时技术的限制, 站在安全角度, 通常都是采用进口专用硬件设备或计算机做联锁机, 执行电路均是采用继电器。但随着我国技术的发展和进步, 正逐渐采用安全关键型联锁计算机方向努力, 另一方面, 也在对全电子化联锁系统进行进一步的研究。
3 铁路全电子化联锁系统技术要素
3.1 电力电子开关技术
随着经济的不断提升和发展, 科学科技水平不断的提升, 无论是功率方面、电流方面还是在电压方面, 电力电子开关器件的技术正在逐渐完善。因为电力电子开关技术有着体积小、寿命长、可靠性高等多项的优势, 使用电力电子开关技术的固态开关或固态继电器来对传统的机械继电器和电磁继电器进行替代已经成为目前主要的发展趋势。
3.2 安全分析技术
针对于传统的联锁系统而言, 其工作原理是通过安全型继电器结构设计, 按照故障到安全的设计原则。但电子系统则大不一样, 需通过不具安全性或非对称硬件的设计, 通过智能和高速实现信号系统的安全性。随着我国技术的不断发展, 使得电子器件构成的铁路信号系统正在不断成熟, 同时当前已有不少国家采用风险分析确保铁路系统的安全性和可靠性。
3.3 通信技术的发展
铁路信号系统中无论是通信技术还是计算机技术等, 均得到了极其广泛的应用。众所周知, 安全系统与铁路信号系统之间息息相关, 故这些系统内部和通信之间都需要满足实时安全通信以确保安全。在引进国外先进技术的同时, 我国也制定了一系列安全通信条例和协议。为了能够更好地控制城市铁路以及控制系统, 这些协议和条例都起到了至关重要的作用, 同时正变得日益成熟, 具有极高的参考价值。
4 结束语
未来铁路信号系统的技术发展和改革将受到当今电子化联锁技术的发展的影响, 因此, 在现有的技术和理论支持下要求我们需要不断对全电子化联锁系统的技术特点进行发现和改进, 对其自身的安全性进行全面分析, 并且对电子化联锁系统的体系架构进行深入分析和讨论, 对工程应用模式进行系统研究, 这些都对促进电子化联锁系统的发展和运用有着积极的作用。同时在功能、性能和可靠性等诸多方面都有了更加严格的要求, 需要不断完善和改进, 发现其中的问题。采用全电子化联锁系统可以使得该系统更加安全、高效、智能, 综合对比这样也就意味着该系统的成本更低, 维护更加方便, 使用寿命更长。
参考文献
[1]齐志华.车站信号电子执表系统研究[D].北京交通大学, 2013, 2 (11) :134-135.
[2]王玺.基于安全信息传输网的分布式计算机联锁系统设计[D].北京交通大学, 2014, 8 (11) :155-156.
铁路信号微机联锁系统 第6篇
铁路信号系统是为保证铁路运输安全设置的, 铁路车站信号联锁系统是铁路信号系统的重要组成部分, 车站联锁软件是一种典型的安全性软件。车站联锁软件也是一种实时系统, 实时系统不仅要求所产生的结果在逻辑上是正确的, 而且要求在时间上也是正确的。为了保证车站联锁系统的正确性和安全性, 采用形式化方法对其进行描述、和分析是非常重要的。铁路车站信号联锁系统逻辑的形式化描述无论对计算机联锁软件的开发, 还是对联锁软件的测试, 都是非常重要的。铁路车站的联锁逻辑十分复杂, 对其进行形式化描述是一项艰难的工作。为了对实时系统进行建模和验证, 引入了时间自动机对实时系统行为进行建模的方法[1]。UPPAAL[2]是一种基于时间自动机的实时系统的模型检测工具, 它可以对实时系统建模、确认和验证, 是一种发展成熟, 功能强大的模型验证工具。
1 时间自动机及其验证工具UPPAAL
1.1 时间自动机定义
定义1 时钟约束[3,4] 对于一个时钟变量集X, 时钟约束φ的集合Φ (X) 定义为如下。
φ:= x≦c| c≦x | x<c | c<x | φ1∧φ2 |
这里, x是X中的一个时钟, c是Q中的一个常量。
定义2 时钟解释[3,4] 一个时钟集合X的一个时钟解释ν是指给每个时钟分配一个实数值;即:它是一个从X到非负实数集R的一个映射。X的一个时钟解释ν满足X上的一个时钟约束φ, 当且仅当依照ν给出的值φ为真。对于δ∈R, ν+δ表示一个时钟解释, 它对每一个时钟x的赋值为ν (x) + δ。对Y⊆X, ν[Y:=0]表示X的一个时钟解释, 它给每个x∈Y复位零值, 并使其余的时钟值保持增加。
一个时间自动机A是一个六元组< L, L0, ∑, X, I, E >[4], 这里:L是一个有穷的 位置集合;L0⊂L是一个开始位置集合;∑是一个有穷符号集合;X是一个有穷时钟集合;I是一个映射, 它给L中的每个位置s指定Φ (X) 中的一个时钟约束;E⊂L∑2XΦL是一个转换集合。<s, a, φ, λ, s′>表示输入符号a时, 从位置s到位置s′的转换。φ是X上的一个时钟约束, 它在转变发生时被满足;λ⊆X是在该转换发生时复位零值的时钟集合。
时间自动机A的语义通过联合一个转换系统SA来定义。SA的一个状态是一个二元组 (s, ν) , s是A的一个位置, ν是满足I (S) 的X的一个时钟解释。A的所有状态的集合记为QA, 如果s是A的一个初始位置, 且对于所有的时钟x, ν (x) =0, 那么状态 (s, ν) 是一个初始状态。有两种类型的转换:
(1) 状态可以因为时间流逝而改变。对一个状态 (s, ν) 和一个实数值时间增量δ≧0, 如果对于所有0≦δ′≦δ, ν+δ′满足I (s) , 那么
(2) 状态可以因为一个位置转换而改变。对于一个状态 (s, ν) 和一个转换< s, a, φ, λ, s′>, 如果ν满足φ, 那么
2.2 验证工具UPPAAL[2,5]
UPPAAL是基于时间自动机的实时系统的模型检测工具, 于1995年由Aalborg大学和Uppsala大学联合提出, 它适用于可以被描述为非确定的并行过程的积的系统。每一个过程被描述为由有限控制结构、实数值时钟和变量组成的时间自动机, 过程之间通过管道和 (或者) 共享变量来进行通讯, 管道用于保证不同自动机中的两个转换同时执行。
UPPAAL 有一个易于用户操作和使用的集成环境, 图形用户主界面包括三个部分: 系统编辑器 (Editor) 、模拟器 (Simulator) 和验证器 (Verifier) 。系统编辑器用于创建和编辑要分析的系统, 一个系统被描述为一系列过程模板、一些全局声明、过程分配和一个系统定义。模拟器是一个确认工具, 检查所建系统模型可能的执行是否有错, 以便在验证前发现错误。验证器通过快速搜索系统的状态空间来检查时钟约束和活性。UPPAAL 提供描述自动机的可视化界面。另外, 模板带有参数, 给模板传递不同的参数可得到不同的过程, 因此, 通过设计模板可以描述控制结构相同的多个过程。UPPAAL主要通过快速搜索机制来验证时钟约束和可达性。它的主要优点是其高效性和使用的方便性。
UPPALL使用时序逻辑描述系统的性质, 该时序逻辑的BNF语法如下。
φ∷= A[]β|E<>β|E[]β|A<>β|βγ。
其中, β、γ为描述被检测系统性质的逻辑表达式;字符A和E用来量化路径, 1条路径就是系统的1个状态转移序列s0s1si, A表示给定的性质对于所有路径均满足, E表示至少有1条路径满足给定的性质;符号[]和<>用来量化路径上的状态, []表示路径上的所有状态均满足给定的性质, <>表示路径上至少有1个状态满足给定的性质。
因此, 性质E<>β为可满足的, 当且仅当存在1条路径, 逻辑表达式β在该路径的状态序列中的某一个状态下是满足的;性质E[]β为可满足的, 当且仅当系统中存在1条路径, 逻辑表达式β在该路径状态序列中的所有状态下均是满足的;性质A<>β为可满足的, 当且仅当对于所有路径, 逻辑表达式β在任一路径的状态序列中的某个状态下是满足的;性质A[]β为可满足的当且仅当对于所有路径, 逻辑表达式β在任一路径状态序列中的所有状态下均是满足的。
2 铁路车站信号联锁系统的建模以及验证
车站联锁系统是一个实时系统, 联锁软件是关于进路建立和解锁的控制软件。在车站控制系统中, 主要包括进路的建立和解锁两个阶段。下面以其中的一个阶段建立进路为例进行建模和验证。
2.1 建模
建立进路, 就是把进路上的道岔转换到进路要求的位置上, 然后再将该进路的防护信号机开放。若道岔的位置不对, 则不准信号机开放。如果一旦信号机开放, 就不准进路上的道岔再变换位置, 直至信号机关闭。进路处理过程的各个状态变化在文献[6]中有详细描述。
根据建立进路命令, 可以分解为“选路 (岔) ”、“道岔转换”、“进路锁闭”和“开放信号”四个不同的阶段。首先我们要确定所选路的正确与否, 因此我们把建立进路也抽象成一个时间自动机, 得到Route, select_route, switch_change, route_lock, signal_open五个时间自动机模型, 在UPPALL工具的编辑器editor中建立模型, 如图1所示。
在这个系统中, 做如下全局说明:
chan begin, success, fail, accord, discord, locked;
int r;
clock waitingtime;
const int a=5, b=5, c=5, d=5, e=5, f=5, g=5。
变量r表示选路成功与否的全局变量, 变量z, y, z, u是局部时钟变量;begin, success, fail, accord, discord, locked为管道, 用于不同时间自动机之间的通信。
2.2 验证
建立进路的过程就是保证在转岔成功的条件下, 保证信号机的正常开放。如果在选路和转岔不成功下进路的建立是不成功的, 验证的目的就是保证模型中的每个状态都是可达的。在UPPAAL工具的模拟器simulator中得到一个随机序列, 由于篇幅的关系, 文章只截了其中一部分的图, 如图2所示。
经过多次模拟和观察, 可以初步判定该模型的每个状态都是可达的, 是符合系统要求的。在验证器verifier中使用规范的BNF语法进行分析验证, A[] not deadlock表明系统没有死锁, 即每个状态都是能够到达的。E<> (switch_change.accordsignal_open.locked) 说明道岔的位置正确, 进路锁闭, 信号机开放。其他的性质也可用表达式来验证, 在此就不一一列出。
4 总结
由于铁路车站的联锁逻辑十分复杂, 对其进行形式化描述是非常不容易的。UPPAAL有一个易于用户操作和使用的集成环境, 具有使用方便和功能强大的特性。所以在UPPALL工具的支持下, 以建立进路为例在编辑器中建立了联锁设备之间联锁关系基于时间自动机的模型, 在模拟器中生成一个随机序列来说明各个联锁设备之间的逻辑关系, 最后在验证器中对模型进行验证, 验证了各个状态的可达性。现只是简单地对进路的建立进行建模, 而且时间自动机这种形式化描述方法应用于铁路信号系统中也只停留在理论阶段, 要想具体应用还要进一步地研究。
参考文献
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[2] Bengtsson J, Larsson F, Larson F, et al.UPPAAL—a tool for auto-matic verification of real-time systems.Proceedings of Workshop onVerification and Control of Hybrid Systems III, 1995:232—243
[3] Alur R, Dill D L.A theory of timed automata.Journal of TheoreticalComputer Science, 1994;126 (2) :183—235
[4] Alur R.Timed Automata.NATO-AST1998 Summer School on Veri-fication of Digital and Hybrid Systems, 1998
[5] Larsen K G, Pettersson P, Wang Y.Uppaal in a nutshell.Journal onSoftware Tools for Technolog Transfer, 1997, 1 (1—2) :134—152.
铁路信号微机联锁系统 第7篇
作为铁路信号设备室外三大件之一的道岔转辙机实时监测是其中尤为重要的一项内容, 通过与监测站机相连的道岔传感器实时采集道岔动作电流, 实时反映道岔转辙机的电气特性, 实现对道岔转辙机不间断地24h监测。
这种道岔传感器属于线性霍尔传感器, 为了实现对道岔动作电流的实时测量, 同时又不能影响道岔控制电路对道岔转辙机的控制, 只能采用隔离耐压效果好的霍尔元件进行间接测量。这种道岔传感器隔离彻底、响应快、耐冲击, 使用0~20mA电流源, 通过采样电阻输出0~5V标准电压。
1 测量原理
1.1 霍尔效应
半导体薄片置于磁感应强度为B的磁场中, 磁场方向垂直于薄片, 当有电流Ic流过薄片时, 在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势EH, 这种现象称为霍尔效应。霍尔电势EH可用下式表示:
1.2 线性霍尔传感器测量原理
见图1当被测电流IIN流过原边回路时, 在导线周围产生磁场HIN, 这个磁场被聚磁环聚集, 并感应给霍尔器件, 使其有一个信号UH输出;这一信号经放大器A放大, 输入到功率放大器中Q1, Q2中, 这时相应的功率管导通, 从而获得一个补偿电流IO;由于此电流通过多匝绕组所产生的磁场HO与原边回路电流所产生的磁场HIN相反;因而补偿了原来的磁场, 使霍尔器件的输出电压UH逐渐减小, 最后当IO与匝数相乘N2IO所产生的磁场与原边N1IIN所产生的磁场相等时, IO不再增加, 这时霍尔器件就达到零磁通检测作用。这一平衡所建立的时间在1μS之内, 这是一个动态平衡过程, 即原边回路电流IIN的任何变化均会破坏这一平衡的磁场, 场失去平衡, 霍尔元件就有信号输出, 经过放大后, 立即有相应的电流流过副边线圈进行补偿。因此从宏观上看副边补偿电流的安匝数在任何时间都与原边电流的安匝数保持相等, 即N1IIN=N2IO, 所以IIN=N2I2/N1 (IIN为被测电流, 即磁芯中初级绕组中的电流, N1为初级绕组的匝数;IO为补偿绕组中的电流;N2为补偿绕组的匝数) 。由原、副边匝数可知, 只要测得补偿线圈的电流IO, 即可知道原边电流IIN, 如原边为导线穿心式, 则N1=1, IIN=N2IO。
2 道岔电流工程测量方法
道岔传感器采用线性霍尔元件, 可监测10A以内的交、直流电流。通过对道岔动作电流的实时监测, 可分析判断道岔转辙机的电气特性、时间特性和机械特性。本论述以直流道岔采样为例进行说明, 交流道岔采样与此类似, 仍采用基于霍尔元件的交流道岔传感器。
直流道岔转辙机动作电流监测原理电路见图2所示, 首先在直流道岔的动作回路中选取采样点, 工程上就是组合架侧面端子05-18。接着, 将道岔动作电路回线穿入道岔传感器 (即ZD6电流采样模块) 采样圆孔, 绕3圈后, 再连接至1DQJ (1道岔启动继电器) , 这样就可以隔离采集道岔动作电流。再将采样信号运算放大、精密整流、再运算放大, 整理转换成0~5V的标准电压, 送入道岔采集机模拟量输入板, 经选通送至CPU进行A/D转换。再将转换后的数字信号 (即电流曲线的数据) 暂存在道岔采集机存储器里, 当站机发出命令索要数据时将一条完整的道岔电流曲线数据送往站机处理。
运用中常有几组道岔同时动作, 为区分每个转辙机的工作状态和动作电流, 保证实时监测, 采集系统要求在每组道岔的动作回路中均串入该传感器。该道岔传感器采用固态模块, 采样信号整理放大电路集成在模块里, 每个模块有1路输出至采集机。
3 工程设计
使用道岔传感器就可方便的进行道岔的测量, 工程中主要是对道岔、道岔传感器以及测量电路进行配线、接线, 因此工程设计的内容主要是配线。一般直流道岔需要一个道岔传感器, 每三个为一组安装在一块道岔传感器安装板 (简称DCB板) 上。交流道岔使用一个交流道岔传感器, 安装在一块DCB板上。再根据车站站场的道岔组数, 确定道岔传感器的数量。明确这些数量后, 就可根据各道岔在组合架上的位置进行工程配线设计了。例如:某车站站场5号直流单动道岔, 对应组合架位置是13-10, 找到该位置的组合, 配线侧面端子为05-18, 从该端子上得到控制回线, 穿过道岔传感器监测孔后, 返回原电路, 接着从该传感器模块的输出端引线到传感器板插座号是DCB2板插座3上, 这样就基本完成了对该5号道岔的监测设计。
4 结束语
工程中, 信号微机监测系统由于采用了这种基于霍尔效应的道岔传感器, 在不破坏原控制电路的基础上实现了对道岔动作电流的全程监测, 并能测量和记录动作曲线、动作时间, 通过分析这种动作曲线, 可以判断道岔的故障趋势, 为铁路现场信号设备维修缩短故障延时提供数据支持, 最终实现设备的状态修, 节省了人员和物资需求。实践证明, 这种传感器应用良好, 是铁路现场设备维修的好帮手。
摘要：通过分析基于霍尔元件的线性霍尔传感器的测量原理, 提出该传感器在铁路信号微机监测系统中的工程测量方法, 并对其工程设计进行了举例说明。
关键词：信号微机监测,霍尔效应,传感器,测量,工程设计
参考文献
[1]信号微机监测系统技术条件 (暂行[) S].铁道部, 2006.
[2]施文龙.传感器在检测系统中的应用[J].考试周刊, 2010, 36:176-177.
铁路信号微机联锁系统 第8篇
1 微机控制系统系统概述
铁路信号微机控制系统中电路的功能是对机械室的环境信号和供电电压信号进行采集, 其中有些信号是数字信号, 而有些是模拟信号, 因此在电路中有些信号可以直接进行采集, 而另外一些信号则需要进行模数转换。其中有些数字信号不能直接为单片机所使用, 而是需要软件处理后才能使用。首先系统需要一个电源电路来给整个硬件部分提供稳定的电源。本系统硬件的核心部分是中央处理器, 本文采用的是单片机W77E58, 其外围电路采用的是随机存储器32KB的62256和512KB的闪存39SF040, 同时还使用了时钟芯片DS12887为系统提供日期和时间。对于系统所采集的多种多路信号, 本电路采用了三种不同方法进行区分, 第一种方法是利用模数转换器本身提供的多路信号转换功能来进行测量, 本文采用的MAX125A/D转换器就提供了将七路电压进行模数转换功能:第二种方法是采用多路选通器来逐一选择通道, 本文中采用了74HC251八路选通器, 其中6路温度信号就是通过选通器进行选通。温度是脉宽信号。温度传感器将温度直接转换为脉宽信号, 然后经过软件处理得出温度值;第三种方法则是对于逻辑信号, 即利用传感器直接对开关量进行采集, 利用总线缓冲器送往单片机。同时为了对电路进行有效的保护和提高电路的抗干扰能力, 所有的外部信号都经过光耦合器件连入电路。对电压信号的采集更是采取了双隔离的方法, 即电流互感器隔离和光电隔离。
电路的微机控制系统核心单元为单片机W77E58。在W77E58单片机中设置有32KBflash EPROM1KB片上外部数据存储器, 但是容量较小, 不便使用, 因此必须进行外部扩展, 在该系统中选用32KB, HM62256B存储器和512KB, SST39SF040flas h EEPROM芯片作为外部扩展随机存储器和外部数据存储器。控制系统各单元器件主要作用分别为:W77E58微处理器是整个硬件平台的核心器件;RAM62256存储器用于存放系统运行时的程序、数据;Flash存储器可存放故障录波数据及系统设定参数;时钟芯片DS12887为系统提供日期和时间。W77E58是一个快速8051兼容微控制器:它的内核经过重新设计, 提高了时钟速度和存储器访问周期速度。由于采用全静态CMOS设计, W77E5台能够在低时钟频率下运行。W77E58内含32KB Flas h E-PROM, 工作电压为4.5V-5.5V, 具有1KH片内部数据存储器, 当用户应用时使用片内SRAM代替外部SRAM, 可节省更多I/O口。W77E58是一个8位CMOS微控制器, 最大外部时钟频率为40MHZ.
W77E58通过地址锁存器74HC573与HM62256B和SST39SF040 flas h EEPROM的连接来构成32KB外部随机存储器和512KB的外部数据存储器, W77E58的P0口作为低8位地址输出端, 连接到74HC573的地址输入端D0-D7, 又作为存储器进行数据传送的数据输入/输出端连接到HM62256B的数据端口D0-D7和SST39SF040 flas h EEPROM的数据端口DQ0-DQ7。HM62256B和SST39SF040 flash EEPROM的低8位地址由74HC573提供, HM62256B的高8位和SST39SF040 flas h EEPROM的高6位地址由W77E58的P2口提供, 片选信号由单片机直接提供。
2 单片机和Flash存储器的连接
FLASH存储器是一种可擦除、可改写的只读存储器, 在MCS-51系列使用中, 内部FLASH作为程序存储器, 外部存储器一般用作数据存储器。在本设计中外部数据存储器采用的是39SF040存贮器。39SF040是一款4Mbit (512Kx8) Super Flash EEPROM, 其功能是扩展单片机的Flash EEPROM, 在本设计中用于存放应用程序和采集到的信号和数据。由于39SF040的容量是512k B, 需要有19条地址线才可以充分使用全部的存贮单元, 最简单的办法就是从W77E58的P1口分配几条线作为地址线使用。具体地址的连接方法是:W77E58的P0, 经地址锁存器74HC573加到39SF040的A0-A7;W77E58的P2口P2.0-P2.4直接接到39SF040的A8-A12;W77E58的P0, 经过地址所存器74HC574加到39SF040的A13-A18;另外还要产生必要的片选和读RAM的信号。
39SF040作为W77E58的外部数据存贮器的连接, 用74HC573存贮低8位地址A0-A7, 用ALE作为输入选通信号, A8-A12直接连接到W77E58的P2口, 用74HC574存贮高6位地址A13-A18, 也是由P0口提供。74HC573是电位触发的锁存器, 74HC574是脉冲边沿触发的锁存器, 用指令在P2.1, P2.2, P2.3上产生的负脉冲作为74HC574的输入时钟。
3 结语
本文实现了铁路信号微机控制系统单片机和Flash存储器的连接, 从而扩展了系统中单片机的Flash EEPROM功能, 实现了专门对接口进行控制和管理, 大大提高了系统的运算速度, 相信此方法在铁路信号微机控制系统中可以得到广泛地应用。
摘要：本文详细介绍了基于单片机W77E58和模数转换MAX125的铁路信号微机控制系统的设计过程。重点讨论了系统中单片机和Flash存储器的连接问题。
关键词：铁路信号微机控制系统,单片机,Flash存储器
参考文献
[1]龚运新, 胡长胜主编.单片机实用技术教程.北京:北京师范大学出版社, 2005.
