摘　要:车站计算机联锁系统是铁路信号的基础设备,在城市轨道交通中得到了广泛应用。文章以深圳地铁罗宝线续建线前海车辆段采用基于二乘二取二结构的TYJL-ADX型计算机联锁系统和竹子林车辆段采用双机热备的TYJL-II型计算机联锁系统为例,通过对比分析,阐述了TYJL-ADX计算机联锁系统的优势性和先进性。

关键词:二乘二取二;双机热备;计算机联锁;优越性

 

     电子信息技术的发展和人们对安全可靠性的逐渐重视,使高性能的车站计算机联锁控制系统得到了飞速发展。基于二乘二取二结构的计算机联锁系统和双机热备系统是当前使用比较广泛的两种联锁系统。TYJL-II型计算机联锁系统已在全国铁路、城市轨道交通的400多个站开通运营。而TYJL-ADX型计算机联锁系统是中国铁道科学研究院通信信号研究所在引进日本日立公司ADX1000型专用计算机核心硬件系统、开放软件平台的基础上,通过多年实际运行验证的TYJL系列联锁软件开发而成。本文以深圳地铁罗宝线所使用的两种联锁系统为例进行比较分析,详细阐述了基于二乘二取二结构的TYJL-ADX型计算机联锁系统的优越性。

 

      以深圳地铁罗宝线续建线前海车辆段采用基于二乘二取二结构的TYJL-ADX型计算机联锁系统和竹子林车辆段采用双机热备的TYJL-II型计算机联锁系统为例,通过对两种联锁系统冗余结构、系统组成、安全可靠性、切换方式以及采集驱动电路等方面比较分析,阐述了基于二乘二取二结构的TYJL-ADX计算机联锁系统的优越性。

      TYJL-II型计算机联锁系统采用的是双机热备结构,而TYJL-ADX型计算机联锁系统采用的是二乘二取二结构,这两种结构具有很大的差异性。双机热备系统有两个处理器单元都是加电工作的,只有其中一个单元能够对被控对象进行控制;每个单元都具有独立故障检测和诊断的功能,但是,两个单元在运行过程中产生的结果是不能相互比较的。也就是说,其输入输出处理机均接收同一个联锁计算机发来的信息,而不会采纳联锁机另一系的输出信息。这样只有主系对外的输入信息才能被采纳,当联锁机的主系发生故障时,就会对系统的安全可靠性产生影响。其结构图如图1所示:

      而二乘二取二系统结构的联锁运算层里有四个处理器单元,每两个处理器单元为一个系,单个系为二取二结构。二取二就是在整个系统上集成两个处理器单元,同步实施、即时比较。两个单元的联锁运算产生的结果会分别通过信息通道传送给对方,然后进行结果的比较表决,如果表决结果一致就会产生有效的驱动命令。两个单元从下层的安全智能模块采集信息,通过信息通道也传送给对方,两份采集数据如果表决一致,就会被两个单元认定为有效采集数据。这种结构极大地保证了系统的信息安全性能。而两个系统之间又可以采用双系热比较或是二重比较。其结构图如图2所示:

      在系统组成方面,TYJL-II型计算机联锁系统主要由联锁机、监控机、维修机、电源系统和单元控制台等几部分组成。TYJL-ADX型计算机联锁系统主要由联锁柜(FCX、FFC)、扩展柜、综合柜、维修机和CRT显示器等几部分组成。它将监控机、UPS、配电箱等统一到综合柜中,很明显地优化了系统结构。与之相反,采用双机热备系统的TYJL-II型计算机联锁系统,其监控机、UPS、配电箱是独立的,在组成方面就显得相对冗杂。TYJL-II型计算机联锁系统控制台仍然采用老旧的单元块控制台,操作繁琐且故障率较高,相对而言,TYJL-ADX型计算机联锁系统采用CRT控制终端作为控制台,在操作和维护方面优势明显。

      在切换方式方面,TYJL-ADX型计算机联锁系统采用的二乘二取二结构,通过对输出控制命令分层双重回读的闭环控制,可对驱动混线、驱动板故障、I/O板故障、各级译码器电路错误等故障进行有效检查,当发现可能危及安全的失控情况时立即切断输出电源,倒向安全,实现无缝切换。另外平时每日14∶30 min进行自动切换,从而保证系统的安全性,在主系发生异常时会自动向备系切换。而TYJL-II型计算机联锁系统的双机热备系统结构,平时都需要人工进行切换,虽然在发生故障时会自动切换至备机,但这在很大程度上浪费了人力物力。

      在系统通信方式方面,TYJL-II型计算机联锁系统主备联锁机之间、联锁机与监控机之间的通信通过ARCNET通信接口,采用串口通信;监控机与维修机之间通过以太网卡进行通信。主备联锁机之间通过STD-01板进行通信,以实现双机热备;并且通过STD-01板经切换控制后与监控机通信,接收监控机送来的值班员控制命令,并向其发送站场表示和提示报警信息。而TYJL-ADX型计算机联锁系统联锁机采用以太网通信, I系、II系两系联锁机之间以及FCX与FFC之间通过FCX机笼中CPU板的以太网进行通信,与监控机之间的通信则通过总线层FCX机笼中的以太网通信板ETH完成。监控机、维修机连接到综合柜光交换机以太网口,综合柜光交换机和联锁机光电信号转换器是通过二芯光缆连接,光缆连接时要交叉,即一个光交换机的TX对应另一个光交换机的RX。同时,在提高数据传输效率的同时对两系的数据进行实时校核,确保信息的安全传输。而且所有通信线端口均有收发指示灯,根据指示灯的状态,很容易发现故障,查找出故障位置。由此可见,在系统通信方式上,TYJL-ADX型计算机联锁系统联锁机具有很大优势。

      在安全可靠性方面,TYJL-ADX型计算机联锁系统采用闭环控制原理,通过对输出控制命令分层双重回读的闭环控制,可对驱动混线、驱动板故障、I/O板故障、各级译码器电路错误等故障进行有效检查,当发现可能危及安全的失控情况时立即切断输出电源,倒向安全。它采用动态输出方式,当软、硬件发生故障时,系统将自动停止动态输出,对关键的输出电源进行控制,采用严格的反相双驱动的动态驱动方式,由专用硬件电路对计算机的输出脉冲相位进行检查,如果发现异常,将在数毫秒内熔断保险,确保系统安全。而TYJL-II型计算机联锁系统采用双机热备的动态冗余结构,两套联锁机采用互为主备的工业控制计算机,不分主次。运行期间,通过自诊断系统对是否正常工作进行验证,并实现动态信息的实时交换。所以,双机热备系统的联锁机主机和备机都是单机运行,而二乘二取二结构的联锁系统为双套计算机校核工作,整个联锁系统为四机工作,其安全性和可靠性更高。

      在采集电路方面,TYJL-II型计算机联锁系统采用的是安全性采集电路,联锁控制多功能匹配板产生方波脉冲以后,采集回线送出12 V采集电源至各个继电器的接点,继电器接点闭合则读回至采集板输入端。联锁机只有读到方波脉冲后,才会判定继电器接点的闭合(如图3)。而二乘二取二结构两套联锁机各自的采集电源是独立的,24 V采集电源由机柜内提供,分别从同一继电器的不同接点组采集信息,所以漏采和误采的概率很低(如图4)。在驱动电路方面,双机热备系统结构的继电器采用偏极安全型继电器,动态驱动电路的输入又可以通过回读来检测电路(如图5);而TYJL-ADX型计算机联锁系统每条输出电路提供两条引出线来驱动继电器,由联锁系统通过驱动板输出直流-24V控制相关继电器的动作来完成的。输出电路和它所驱动的继电器呈并联状态,可以实现继电器的双断驱动,继电器在输出时没有共用回线,就可以防止混线误动,从很大程度上提高了系统的安全可靠性(如图6)。

      以深圳地铁罗宝线续建线前海车辆段采用基于二乘二取二结构的TYJL-ADX型计算机联锁系统和竹子林车辆段采用双机热备的TYJL-II型计算机联锁系统为例。通过综合比较可以看出,基于二乘二取二结构的TYJL-ADX型计算机联锁系统在安全性、可靠性方面比基于双机热备结构的TYJL-II型计算机联锁系统有很大的提高。在信号设备安全性要求越来越高的情况下,城市地铁的信号设备更是重中之重。所以,应该普遍采用安全性能好、可靠度高的二乘二取二结构的计算机联锁系统,为地铁信号设备的安全应用奠定良好的基础。

 

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