WLS型鐵路信號微機聯鎖系統

 一、系統簡介

    本系統吸取瞭國外同領域的先進技術，結合我國鐵路運輸的實際情況，是當前實現鐵路站場內信號、道岔、軌道電路三者聯鎖關系的最佳技術保障系統。該系統以先進的故障－安全理論、計算機控制理論、軟件可靠性設計理論為基礎，綜合瞭信號聯鎖、計算機控制、數字通訊、遠程控制、麵向對象設計方法、現場總線、傳感、網絡、安全性測試、計算機輔助設計、熱插拔、程序自動生成、開關電源、抗乾擾等多種技術，以二級互為復核的集散式工業控制計算機網絡為核心，配以多種專門研制的故障－安全型檢測、執行設備以及成套專用軟件包組成瞭安全可靠、技術先進、功能強大的鐵路信號計算機聯鎖控制系統。

二、系統功能

a、基本聯鎖功能：系統實現瞭接髮車、調車、引導、中途折返、站間聯系等各項聯鎖功能；

b、調度功能：系統為用戶提供瞭兩種作業手段，即傳統的雙按鈕進路調度方式及先進的預排進路調度方式。

c、故障診斷功能：系統能隨時反映系統內設備的工作狀態，並提供完善的故障診斷與故障定位功能，方便維護人員及時排除出現的設備故障。

d、安全性測試：構造聯鎖軟件的安全性測試環境，自動生成測試案例對聯鎖軟件進行測試，保障聯鎖軟件的安全性。

e、重演功能：自動記錄各種站場運行及操作數據，並可在事後以圖形化方式進行重演，為分析事故原因，改進調度策略提供依據。

f、顯示及語音功能：在計算機顯示器上或動態模擬大屏上以模擬圖和文字形式顯示各車列位置、區段占鎖情況、信號機狀態、道岔位置、系統報警等信息。並可對用戶操作進行語音提示，對系統故障發出語音報警。

g、在線維護：系統內所有結合模塊均可進行熱插拔，另外結合模塊的智能化可管理特點使得維護人員可通過管理機在線監測應用環境的變化，遠程調整其參數設置。

h、聯網功能：可通過網絡對站場運行狀況進行實時復顯，並提供數據接口，將生產數據傳送到網絡中。

i、計算機輔助設計：以圖形方式直觀輸入站場數據，所見即所得；並實現瞭PLC程序的自動生成，縮短瞭生產周期，大大減少瞭人為輸入錯誤。

j、遠程控制功能：在一地實現對多個站場的聯鎖控制，降低人員投資及系統成本。

k、遠程診斷功能：異地對系統進行診斷，指導用戶維護，降低維護成本。

l、上下位機熱備功能：聯鎖機與PLC均實現雙機熱備。

三、系統特點

a、聯鎖計算機與PLC二級互為復核集散式控制系統（DCS）結構，具有模塊化、層次化等特點，便於擴展與維護；

b、通過變換邏輯變量的表達形式、算法冗餘等技術手段來保障系統內信息傳遞、處理的安全性；

c、系統地建立瞭計算機聯鎖系統的多層次故障模型，並針對不同層次的故障特點提出瞭相應的診斷與安全導向措施；

d、測控電路引進瞭模擬量檢測與相位判斷機制，在保障瞭安全性的同時減少瞭安全性繼電器的使用數量，大大降低瞭系統造價與其它施工費用；

e、提供瞭常規調度與預排進路兩種調度方式，采用瞭一系列柔性調度算法，實現瞭信號聯鎖關系的自動判定；

f、在系統軟件設計中全麵采用瞭程序數據分離思想和麵向對象的軟件設計方法，提高瞭軟件的可靠性；

g、實現瞭無高級語言編程平臺下的PLC程序自動生成，計算機輔助設計，同時采用瞭系統仿真技術等，進一步保障瞭系統調試實施的可靠性；

h、提供瞭動態重演，調度網絡復顯，遠程控制與診斷，方便瞭系統維護，提高瞭系統的可用性；

I、首次開發瞭智能化的可管理信號結合電路模塊，適應瞭復雜多變的應用環境；

J、安全性測試：構造聯鎖軟件的安全性測試環境，自動生成測試案例對聯鎖軟件進行測試，保障聯鎖軟件的安全性；

K、較高的經濟性：與電氣集中聯鎖系統相比體積大為縮小，施工簡單，維護量小，並節省瞭大量昂貴的安全型繼電器及配線架。對於多站場，采用遠程控制技術可減少上位機設備的投資並實現一站多場控制，可適當減少人力；

L、系統模塊化、層次化結構好，各信號櫃間隻有一根連線，施工方便，便於擴充與功能增添；

M、所有結合模塊均可進行熱插拔，可在線維護。

四、系統結構

a、人機對話層：接受操作員的輸入信息；運用一機多屏技術和現場總線控制的動態模擬大屏技術顯示站場狀態與系統操作信息，並結合語音進行提示、報警。同時，還能完成重演、設備在線管理、網絡復顯、聯網、遠程診斷等多種非聯鎖功能。

b、聯鎖運算層：聯鎖計算機是系統的核心部分，通過其上運行的軟件實現操作輸入的判別、聯鎖信號的調理及分析、聯鎖運算、控制命令生成、故障診斷等主要任務。

c、復核驅動層：復核驅動層由可編程邏輯控制器（PLC）組成，承擔著具有故障－安全特性的信號檢測與調理，聯鎖命令復核，發出具有故障－安全特性的脈動信號驅動控制執行設備，系統自檢等功能。

d、結合層：結合層是聯系計算機與監控對象的中間紐帶，主要有以下任務：①實現現場監控設備表示信息的電平→脈動信號的靜/動轉換以及PLC輸出的脈動驅動信號→電平的動/靜轉換。使PLC的輸入、輸出具有故障－安全性能；②用專用電路規范監控設備的測控過程，並為系統自我監測提供硬件支持；本系統包括軌道電路電壓值及狀態檢測、轉轍機控制及道岔表示信息檢測、信號機控制及回測、燈絲檢測等三種結合電路。本層所有模塊均設計為具有熱插拔特性。

e、監控對象層：是指計算機聯鎖系統中用以監測現場狀態及調度機車信號控制設備。包括作為車列或列車信號指示用的色燈信號機、轉轍道岔用的轉轍機以及檢測現場軌道區段空閒、占用狀態的軌道電路。

五、系統軟件

a、上位計算機聯鎖運算軟件包：是TXWJLS鐵路信號微機聯鎖系統的重要組成部分之一。聯鎖軟件的設計依據鐵道部“6502電氣集中”技術標準和“計算機聯鎖暫行技術條件”技術標準，采用模塊化、標準化設計，它包括圖形顯示模塊、聯鎖運算模塊、模擬測試模塊、聯鎖測試模塊、語音功能模塊、輔助模塊、通信模塊等。

b、電量測試軟件包：運行在上位聯鎖計算機中。此模塊通過綜合控制模塊采樣轉轍機電流，然後經過上位計算機的轉換運算顯示在站場圖形界麵上，方便信號操作員的查看和故障定位。

c、PLC聯鎖軟件包：是TXWJLS鐵路信號微機聯鎖系統的又一個重要組成部分。它安裝在接口櫃的PLC的CPU中，主要包括數據檢測與調理模塊、系統自檢模塊、復核驅動模塊。

d、監督重演軟件包：運行在維護管理計算機上，主要完成系統豐富的設備管理與維護功能，具體模塊如下：①圖形實時顯示模塊：在不進行重演時，實時顯示站場變化的狀態，相當於上位聯鎖計算機的復顯。②重演功能：可根據需要將近日的的所有站場狀態及操作過程及其時間全部記錄下來，真實再現操作人員的各種操作過程及站場狀態的歷史記錄並能分類查看故障報警信息。

e、軌道管理軟件包：運行在維護管理計算機上，用於實時檢測當前各個區段的軌道電壓值和狀態，並可以根據需要保留歷史記錄和打印記錄，方便軌道的管理與維護。

f、組態軟件包：查看和修改存儲站場的相關的靜態數據。通過此軟件可以方便地晚成站場軟件的修改和擴充。組態軟件包運行在上位計算機中，可以單獨運行。

六、系統雙機熱備、遠程控制

a、熱備工作原理

   系統雙機熱備主要是指上位機和下位機系統均采用雙機熱備。主備機之間均通過各自的熱備程序完成故障自檢，數據的鏡像存儲等，一旦主機出現故障，系統會自動導向備機，實現無擾動自動切換，即操作人員感覺不到系統已切換，但能通過報警系統知道目前主機出現故障，已由備機接管控制。待故障排除後，主機首先將備機數據備份到主機，然後自動接管備機直接控制系統。主備機的切換可設定為自動或手動。正常以主機為主運行，當備機故障時，系統也能及時報警。上位機系統的熱備切換分為兩個部分：一部分是聯鎖主機運行程序的切換，另一部分是指操作界麵的切換，即顯示器、鼠標等，這部分的切換需要通過專門設計的共享器來完成。

b、遠程工控制設計

   所謂遠程控制是指通過本地計算機完成遠端設備的監視與控制。

要實現對下位機的遠程控制，關鍵是要解決遠程通訊問題，由於在鐵路信號聯鎖系統中對控制信息流的安全性要求極高，因此，我們在解決遠程控制通訊問題上，主要從以下兩個方麵：1）在通訊接口協議上采用安全可靠的CCM協議和TCP/IP協議，也是目前應用最為廣泛的兩種協議；2）采用雙通道方式，即采用兩種不同的通訊介質，當一個通道受損後，可立即自動（或手動）切換到另一通道，其基本原理如下：

   系統的基本工作原理：遠端下位機完成對現場數據的采集後通過通訊介質傳送至近端室內的上位機，上位機系統的聯鎖機通過聯鎖運算後再將命令下發給下位機，上、下位機在發出命令後均應收到對方的正確應答後方停止發送，否則會重復發送有關命令或信息。但當響應超出一定時間則自動切斷通訊鏈路，此時上位機故障報警，提示操作人員，下位機則自行封鎖站場，保證站場行車安全。