计算机联锁及软件设计.docx

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计算机联锁及软件设计

实验名称：

计算机联锁及软件设计实验

学院：

电子信息工程学院

专业：

自动化（信号）1201

小组成员：

蒋司琪黄涛

孙昊天孟琦

任课教师：

张文静

2015年6月10日

实验二：

典型小站的联锁系统总体设计

实验要求：

根据所给站场设计一套计算机联锁系统，要求完成以下工作：

1、分析站场的基本作业需求

2、设计一套符合当前主流技术的计算机联锁系统，要求采用双机热备模式，上下位机分离，采用继电器接口，确定接口组合及其数量。

3、说明各组成部分所采用的主要技术和功能。

实验设计：

一、站场的基本作业需求：

站场作业分为：

列车作业、调车作业和转场作业三种。

1.列车作业包括列车发车作业、列车接车作业和列车通过作业。

列车发车作业：

办理列车由股道向区间发车。

列车接车作业：

将列车由区间接入股道。

分为正线接车和侧线接车。

因设备故障不能办理正常的接车作业或由非接车线路接车时，应该办理引导接车作业。

列车经由股道不停车通过车站。

2.调车作业：

在车站站场内进行的机车出入库、转线、车列解体、列车编组、摘挂以及取送车等作业。

3.转场作业：

包括列车转场作业和机车车辆转场作业。

在所给站场中：

接车作业：

下行方向接车至1股道、至Ⅱ股道、至3股道；上行方向接车至1股道、至Ⅱ股道、至3股道。

共6条接车进路。

发车作业：

由1股道、Ⅱ股道、3股道分别发车上行或者下行，共6条发车进路。

调车进路：

由D1至D4、由D1分别至1股道、至Ⅱ股道、至3股道、由D2分别至1股道、至Ⅱ股道、至3股道，共7条调车进路。

二、联锁系统的设计：

纳入《维规》的9种计算机联锁系统，TYJL-Ⅱ（铁科研）、DS6-11（北京通号公司）、VPI（卡斯柯）CIS-1（卡斯柯）、JD-1A（北京交大）五种为双机热备结构，TYJL-ECC、TYJL-TR9两种为三取二容错结构，DS6-K5B、EI32-JD两种为二乘二取二结构，以及《维规》公布实施后，取得“行政许可”的TYJL-ADX、TYJL-Ⅲ两种也为二乘二取二计算机联锁系统。

目前，高铁线路上运用的计算机主流产品为DS6-K5B型计算机联锁系统及EI32-JD型计算机联锁系统，在本实验中我们采用DS6-K5B型计算机联锁系统.

DS6-K5B型计算机联锁是通号设计院与日本京三制作所联合开发的一套用于车站信号联锁控制的系统。

该系统的核心硬件联锁机和输入输出电路采用京三公司的K5B型产品。

该产品所有涉及到安全信息处理和传输的部件均按照“故障-安全”原则采取了2重系结构设计。

DS6-K5B计算机联锁系统由控制台、联锁机、电务维修机、输入输出接口和电源五个部分组成。

系统配置示意图如下：

各部分功能分区如下：

根据车站连锁控制的层次结构：

DS6-K5B型计算机联锁系统采用了采用双机热备模式，上下位机分离，采用继电器接口。

三、接口组合及数量：

分析：

一个组合可以放10个继电器。

对于信号机：

进站信号机点灯电路中有13个继电器：

控制信号显示作用的继电器共有5个：

列车信号继电器LXJ、引导信号继电器YXJ、正线信号继电器ZXJ、通过信号继电器TXJ、绿黄信号继电器LUXJ。

监督信号机灯泡灯丝的继电器有2个：

灯丝继电器DJ、2DJ。

灯丝转换继电器共5个：

UDZJ、LDZJ、HDZJ、2UDZJ、YBDZJ。

另外，还有1个列车信号复示继电器LXJF。

因此，每架进站信号机的接口电路共有13个继电器。

出站信号机有5个继电器：

控制显示作用的继电器共有4个：

列车信号继电器LXJ、主信号继电器ZXJ、第二离去继电器2LQJ、调车信号继电器DXJ。

监督信号机灯泡灯丝的继电器有2个：

灯丝继电器DJ、第二灯丝继电器2DJ。

灯丝转换继电器4个。

列车信号复示继电器LXJF1个。

因此，每架出站信号机的接口电路共有11个继电器。

调车信号机有2个继电器：

控制显示作用的信号机有1个：

调车信号继电器DXJ。

监督灯丝状态的继电器有1个：

灯丝继电器DJ。

因此，每架调车信号机的接口电路共有2个继电器。

图中：

进站信号机组合：

2个进站信号机26个继电器

出站信号机组合：

6个出站信号机66个继电器

调车信号机组合：

3个调车信号机6个继电器

预告信号机组合：

2个预告信号机

对于道岔，每个四线制道岔接口电路中有7个继电器：

若采用四线制道岔控制电路，则：

每个道岔的道岔启动电路中共有5个继电器：

锁闭继电器SJ、第一道岔启动继电器1DQJ、第二道岔启动继电器2DQJ、定位操作继电器DCJ、反位操作继电器FCJ；每个道岔的表示电路中共有2个继电器：

定位表示继电器DBJ、反位表示继电器FBJ。

因此，每个道岔继电器接口电路共有7个继电器。

图中：

有五个道岔共35个继电器

对于轨道电路：

无分支轨道电路：

在股道或无岔区段上装设的轨道电路为无分支轨道电路，每段无分支轨道电路上只有1个继电器：

轨道继电器GJ。

有分支轨道电路：

采用一送多受并联式轨道电路。

一送两受：

有1个主轨道继电器DGJ、1个分支轨道继电器DGJ1，共两个继电器。

一送三受：

有1个主轨道继电器DGJ、2个分支轨道继电器DGJ1、DGJ2，共3个继电器。

图中：

有13个区段：

9个无分支轨道电路：

9个继电器

三个一送两受轨道电路：

6个继电器

一个一送三受轨道电路：

3个继电器

综上所述：

需要信号机继电器接口11个、道岔继电器接口电路5个、轨道电路继电器接口电路13个，共需要151个继电器。

四、各部分技术及功能：

一、各组成部分：

DS6-K5B计算机联锁系统由控制台、联锁机、电务维修机、输入输出接口和电源五个部分组成。

（一）控制台

1、控制台是系统的人机界面，其由控显A、B双机，车站值班员办理行车作业的操作和显示设备组成。

操作设备一般选择鼠标，显示设备一般选用图形显示器。

2、每一台控显机安装了两个采用光缆连接的串行通信接口板（INIO卡），用于同联锁机的2重系通信。

控显双机的工作方式为双机热备。

3、每一台控显机配备专用CTC通信接口，具有与分散自律型调度集中系统结合的功能。

（二）联锁机

联锁机由联锁逻辑部和前置通信机两部分构成，其中联锁逻辑部用来实现基本联锁功能运算，前置通信机主要用来与外部系统（TCC或RBC）建立链接和安全校验处理。

联锁逻辑部和前置通信机之间通过125Mbit/sLAN组成一个内部闭环网络，实现信息交互。

DS6-K5B的联锁双机（1系和2系）安装在一个800×330mm的机架内。

两系的组成完全相同。

每一系由IPU6电源板、F486-4联锁CPU板，FSIO1电子终端接口板，FSIO2电子终端通信扩展接口板、125Mbit/sLAN通信板五块电路板组成。

每一系的机架有两个空闲插槽，需要时可插入与其他系统通信的接口板（如CTC系统通信用OPU板等）。

各板之间通过VME总线互连。

联锁1系电源和联锁2系电源是两个输入直流24V，输出直流5V的DC/DC电源。

用于分别向联锁1系和联锁2系的逻辑电路提供5V电源。

1、F486-4板

F486-4是联锁机的主CPU板。

两重系每一系各有一块F486-4板。

安装在联锁机架每一系左边第一个槽位（正面）。

F486-4的功能：

完成联锁逻辑运算，两重系间通信及切换控制，两重系一致性检查、系统的故障检测及报警，异常时停止动作。

板上的ROM存储系统管理程序。

每次联锁机加电需从IC卡读入联锁程序和站场数据，存储在RAM中。

2、FSIO板

FSIO板式联锁机与控显机、监控机以及电子终端之间的通信接口板。

安装在联锁机的第三槽位，每块FSIO板只有三条与电子终端连接的回线，如不够可以在第四槽位再插入一块FSIO板，但板内地址设置与第一块板不同。

板上ROM固化有通信程序。

（三）电务维护台

1、电务维护台设备包括检测机、通信检测机、键盘、显示器、KVM切换器等；每套电务维护台配备专用传输通道与集中监测系统通信。

2、监测机和通信监测机针对联锁系统的相关命令和操作进行记录。

监测机、通信监测机内均安装有两个采用光缆连接的串行通信接口板（INIO板），分别用于与联锁机2重系和前置通信机2重系通信，从联锁双机和前置通信机取得联锁的系统维护信息。

3、电务维护人员可以通过键盘，显示器，查询或输出各类监测信息。

（四）电子终端ET

在DS6-K5B系统中，表示信息输入和控制输出接口电路称为“电子终端”，用“ET”表示。

电子终端是采用故障-安全型双CPU（FSCPU）构成的智能控制器，其输出电路按故障倒向安全的原则设计，输入采集电路通过有效的自检测功能，能够检测出输入电路故障，保证输入信息的安全性。

因此输出驱动和输入采集均采用静态方式，直接驱动安全继电器。

简化接口电路设计，方便系统维护。

电子终端也是2重系统结构，安装ET机笼内。

每个ET机架内安装一对ETLINE通信模块，并用两根两芯光缆与联锁2系的TLIO接口的一个ETLINE线路连接。

每个ET机笼内可安装五对电子终端（ET-PIO），每个电子终端带有32路输入和32路输出、最多可以连接三个ET机架。

（五）电源

1、DS6-K5B计算机系统要求信号电源屏经隔离变压器单独提供一路单相交流220V电源。

从电源屏来的220V电源送到DS6-K5B的电源柜。

经过UPS后向计算机设备供电。

2控显机、监测机及控制台显示器等设备使用UPS输出的220V电源。

3、K5B的联锁机和ET-PIO采用两路直流24V电源供电。

第一路称为逻辑24V电源（L24）。

此电源经K5B内部的DC-DC变换，产生逻辑电路工作所需的5V电源。

第二路称为接口24V电源（I24）。

供输出接口驱动继电器和输入接口采集继电器状态。

控制台

显示器

信号电源屏L24

~220V●●

I24

DS6-K5B电源系统图

在组合架上，所有受计算机控制的继电器用的24V电源，均由计算机系统的I24V电源供电。

在组合架上，不受计算机控制的继电器的电源仍使用信号电源屏电源。

1、计算机输出电路送出24V+。

经过继电器线圈，环成公共回线，回到I24V。

2、计算机采集的继电器接点组的中间接点连接到I24V+。

经过采集接点组的前接点或后接点回到计算机输入电路。

3、供K5B设备的两路24V电源，安装在计算机系统的电源柜内。

每一路24V电源均由三个AC-DC开关稳压电源模块组成。

其中两个模块在线工作互为热备，可自动切换。

另一个模块为冷备份。

4、电源柜输出的两路直流24V分别送到联锁柜和电子终端柜底部的滤波器盒（NFB-BOX）的8柱端子板8P-A上。

经过NFB-BOX前面板上空气开关进入滤波器。

通过滤波器输出的24V电源连接到10柱端子板10P-A上。

5、逻辑24V（L24V）从10P-A（1、2端为24V+，3、4端为24V-）接到电源总线1（POWERBUS1）。

6、接口24V（I24V）从10P-A（5、6、7端为24V+，8、9、10端为24V-）接到电源总线2（POWERBIUS2）。

电源总线的1、3、5接“+”；2、4、6接“-”。

二、关键技术：

计算机联锁的关键技术有下：

硬件可靠性保障技术

（1）避错技术:

防止和减少故障发生的技术

高可靠性元部件的选择和降额使用

环境防护设计:

抗气候环境设计、抗机械环境设计、电磁兼容性设计

质量控制:

老化实验和筛选

（2）容错技术:

当系统的某一部分发生故障时仍使系统保持正常工作的技术

故障掩蔽技术（静态冗余技术）

系统重组技术（动态冗余技术）

硬件安全性性保障技术

（1）铁路信号的安全包括两重含义

功能安全和故障-安全

（2）安全侧分配方法

基于能量的安全侧定义方法

基于闭路法和串联法的安全侧定义方法

基于时间的安全侧定义方法

设备故障时维持现状定义为安全侧

（3）提高系统故障安全度的有效方法

危险侧故障率最小化技术。

故障弱化技术

联锁技术

硬件可靠性安全性保障技术

（1）系统级安全保障技术

双机热备、三取二、二乘二取二

（2）设备级安全保险技术

输入输出通道安全电路

输入/输出通道的故障—安全技术

静态故障-安全输入电路

动态故障-安全输入电路

动态故障-安全输出电路

系统级安全性可靠性保障技术

双机热备动态冗余结构

三取二静态冗余结构

二乘二取二冗余结构