馬書元

（中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司通號處，陜西 西安 710000）

國內(nèi)已開通的CTCS-2級和CTCS-3級客運(yùn)專線中，列控系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)均采用單獨(dú)分離設(shè)置的方案。由于系統(tǒng)獨(dú)立設(shè)置，導(dǎo)致諸多不利。

首先，使信號分離控制。計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖完成進(jìn)路、道岔和站內(nèi)信號的控制，車站列控中心作為列控系統(tǒng)地面設(shè)備完成軌道電路編碼和控制、自動閉塞和方向控制、區(qū)間信號控制以及臨時(shí)限速處理等功能。各設(shè)備均與列車運(yùn)行密切相關(guān)，由此造成聯(lián)鎖系統(tǒng)與列控系統(tǒng)間產(chǎn)生大量信息通信和信息交換。計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖向車站列控中心發(fā)送如下信息：區(qū)間方向控制命令、進(jìn)路信息、信號機(jī)燈絲斷絲信息、調(diào)車信號機(jī)狀態(tài)；車站列控中心向計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖發(fā)送如下信息：區(qū)間方向表示信息、閉塞分區(qū)狀態(tài)、信號降級信息、離去區(qū)段防護(hù)信號機(jī)紅燈斷絲信息和災(zāi)害防護(hù)信息。其次，計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖與車站列控中心之間交互的應(yīng)用數(shù)據(jù)量會受到傳輸媒介、通信協(xié)議、系統(tǒng)處理能力的限制。系統(tǒng)間若出現(xiàn)通信故障或延遲，將對列車運(yùn)行和系統(tǒng)性能產(chǎn)生很大影響。由此對分設(shè)系統(tǒng)的時(shí)鐘一致性和通信實(shí)時(shí)性、可靠性、各系統(tǒng)處理能力要求較高。再次，當(dāng)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖與車站列控中心的接口協(xié)議發(fā)生變化時(shí)，需要同時(shí)修改兩套系統(tǒng)的軟件，增加了系統(tǒng)的維護(hù)工作量和系統(tǒng)開通的測試和驗(yàn)證工作量。第四，故障點(diǎn)增多，兩個(gè)設(shè)備中的任一設(shè)備發(fā)生故障均會影響列車的正常運(yùn)行。第五，分設(shè)系統(tǒng)造成資源的較大浪費(fèi)。

下面對聯(lián)鎖列控一體化系統(tǒng)的可行性進(jìn)行分析。

1、功能分析。計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖主要完成站內(nèi)信號控制，車站列控中心主要完成臨時(shí)限速和區(qū)間信號設(shè)備的控制。兩個(gè)設(shè)備通過交互信息相互配合完成地面信號設(shè)備的一致操作和同步控制實(shí)現(xiàn)列車的高速和安全運(yùn)行。兩個(gè)設(shè)備中的任一設(shè)備發(fā)生故障、設(shè)備間的通信發(fā)生故障或者通信延遲都會影響列車的正常運(yùn)行。因此，從功能的角度，列控-聯(lián)鎖系統(tǒng)一體化能更好的保證列車高速、安全運(yùn)行以及信號設(shè)備可靠、安全、高效工作的本質(zhì)要求。

2、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析。計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)一般由聯(lián)鎖處理子系統(tǒng)(下位機(jī))、人機(jī)界面子系統(tǒng)(控顯機(jī))和診斷維護(hù)子系統(tǒng)構(gòu)成。其中，聯(lián)鎖處理子系統(tǒng)通常采用硬件冗余結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)的安全電路必須符合故障-安全原則。車站列控中心一般由列控處理子系統(tǒng)(下位機(jī))和診斷維護(hù)子系統(tǒng)構(gòu)成。列控中心采用2乘2取2硬件冗余結(jié)構(gòu)，設(shè)備本身、與安全相關(guān)的接口和通道的設(shè)計(jì)應(yīng)符合故障—安全原則。

從上述系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析可知，計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖和車站列控中心下位機(jī)具有相似的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)要求，對于下位機(jī)的硬件體系結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)要求也是相同的。因此，從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的角度，列控-聯(lián)鎖一體化是可行的。

3、設(shè)備接口分析

聯(lián)鎖系統(tǒng)和列控系統(tǒng)與不同的系統(tǒng)/設(shè)備有不同的接口，具體分析如表1、表2、表3：

表1 接口數(shù)量對比表

表2 接口方式對比表

表3 設(shè)備接口通信協(xié)議對比表

從上表可知，車站列控中心比計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖外部接口多，計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖與車站列控中心與外部設(shè)備的接口在連接方式、傳輸介質(zhì)、和安全通信協(xié)議方面基本相同，僅是交互的應(yīng)用數(shù)據(jù)存在差異。聯(lián)鎖列控-一體化系統(tǒng)在通信接口、數(shù)據(jù)傳輸和處理能力方面可以完成。

綜上分析，考慮將信息通信較多的聯(lián)鎖系統(tǒng)與列控系統(tǒng)進(jìn)行集成，實(shí)現(xiàn)一體化的方案是可行的?，F(xiàn)就聯(lián)鎖列控一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行分析。

1、功能與設(shè)計(jì)原則。（1）一體化系統(tǒng)應(yīng)具備現(xiàn)有計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖和車站列控中心的功能，并滿足相關(guān)技術(shù)條件的要求；（2）一體化系統(tǒng)應(yīng)采用硬件冗余結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)符合故障-安全原則；（3）一體化系統(tǒng)應(yīng)實(shí)現(xiàn)車站和區(qū)間信號控制的一體化；（4）一體化系統(tǒng)應(yīng)管轄其范圍內(nèi)的中繼站列控中心和無配線車站列控中心；（5）一體化系統(tǒng)應(yīng)采用模塊化設(shè)計(jì)，當(dāng)與列控中心相關(guān)處理出現(xiàn)故障時(shí)，能保證聯(lián)鎖功能的正常運(yùn)行。

2、設(shè)計(jì)方案。聯(lián)鎖列控一體化系統(tǒng)主要由人機(jī)界面子系統(tǒng)(控顯機(jī))、聯(lián)鎖列控處理子系統(tǒng)(下位機(jī))和診斷維護(hù)子系統(tǒng)組成，同時(shí)配置維護(hù)終端、通信接口設(shè)備和電源設(shè)備。集中設(shè)于信號樓計(jì)算機(jī)房內(nèi)。聯(lián)鎖列控一體化系統(tǒng)基本構(gòu)成如下圖所示。

（1）聯(lián)鎖列控處理子系統(tǒng)：聯(lián)鎖列控處理子系統(tǒng)是整個(gè)聯(lián)鎖列控一體化系統(tǒng)的核心，由兩套“2取2組合故障安全”專用處理單元組成。處理單元的運(yùn)算核心部由以下幾種印制電路板組成：安全邏輯運(yùn)算板（VLE）；安全校驗(yàn)板（VPS）；輸入輸出總線接口板（I/OBUS2）；輸入輸出總線擴(kuò)展板（I/OBE2）；安全型雙采輸入板（VIIB）；安全型雙斷輸出板（VOOB）；母板（MB）；安全通訊板（DVCOM）。

在“2*2取2”系統(tǒng)中，單系的VLE板采用“2取2”結(jié)構(gòu)，軟件采用雙CPU獨(dú)立運(yùn)算，兩個(gè)CPU運(yùn)算采用的數(shù)據(jù)互不相同，這些數(shù)據(jù)包括安全采集數(shù)據(jù)，安全輸出數(shù)據(jù)，安全通信數(shù)據(jù)和中間數(shù)據(jù)，它們都是通過冗余編碼選擇而得。兩個(gè)CPU分別進(jìn)行一個(gè)通道的運(yùn)算，兩個(gè)CPU之間具有數(shù)據(jù)比較、同步比較、結(jié)果比較等聯(lián)系。只有兩個(gè)CPU運(yùn)算結(jié)果相同時(shí)，才允許輸出。2取2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。兩個(gè)CPU安全采集數(shù)據(jù)通過每個(gè)主周期采集得到，安全輸出數(shù)據(jù)由布爾表達(dá)式運(yùn)算得到。DVCOM板完成與外部接口系統(tǒng)通訊。

圖2：2取2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

（2）人機(jī)界面子系統(tǒng)（MMI）：人機(jī)界面子系統(tǒng)（MMI）提供聯(lián)鎖列控一體化系統(tǒng)與用戶之間的人機(jī)接口，通常由工控機(jī)、顯示器、鼠標(biāo)、鍵盤等設(shè)備組成，也可根據(jù)采用控制臺、大顯示屏、數(shù)字化儀等。MMI采用“N+1”的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，“N”套設(shè)備為主用設(shè)備，“1”套為備用設(shè)備。通常，MMI顯示器上顯示車站和區(qū)間，值班員用鼠標(biāo)和鍵盤進(jìn)行有關(guān)操作，系統(tǒng)會給予簡潔明了的文字表示和語音提示。

人機(jī)界面子系統(tǒng)主要是兼容計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的功能，同時(shí)提供臨時(shí)限速命令、區(qū)間信號設(shè)備的狀態(tài)顯示。系統(tǒng)采用多窗口界面，正常運(yùn)行狀態(tài)下主窗口顯示站場圖，下方是命令工具條，上方是設(shè)備狀態(tài)欄，中間有可以移動的操作信息框。

（3）診斷維護(hù)子系統(tǒng)：主要完成聯(lián)鎖列控一體化系統(tǒng)的診斷維護(hù)及接口設(shè)備的在線監(jiān)測的功能。診斷維護(hù)子系統(tǒng)還可具備與微機(jī)監(jiān)測站機(jī)構(gòu)成二合一系統(tǒng)（微機(jī)監(jiān)測與診斷維護(hù)系統(tǒng)）的功能，以提高整個(gè)系統(tǒng)的綜合化水平，減少用戶的硬件配置和維護(hù)工作。

診斷維護(hù)子系統(tǒng)（SDM）完成的主要功能有：聯(lián)鎖列控處理子系統(tǒng)(IPS)的診斷與維護(hù)。通過高速網(wǎng)口接收IPS的診斷結(jié)果信息、輸入/輸出信息、全站簡化參數(shù)信息、指定參數(shù)詳細(xì)信息。系統(tǒng)正常工作時(shí)，不需要查詢，SDM自動接收IPS的工作信息，當(dāng)SDM故障修復(fù)后、或者與列控-聯(lián)鎖處理子系統(tǒng)通信恢復(fù)后，SDM仍能接收到IPS記錄的一天內(nèi)的報(bào)警和錯(cuò)誤信息；通過網(wǎng)絡(luò)接收來自MMI的操作和表示，并記錄關(guān)鍵操作和表示；網(wǎng)絡(luò)管理；通過MODEM實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程診斷接入；通過以太網(wǎng)為其它管理系統(tǒng)與列控-聯(lián)鎖一體化系統(tǒng)通信提供接口。

3、接口設(shè)計(jì)

采用CTCS-2的區(qū)段，車站的聯(lián)鎖列控一體化系統(tǒng)與CTC、ZPW2000軌道電路和CSM存在接口，同時(shí)與鄰站的聯(lián)鎖列控一體化系統(tǒng)或CBI和TCC系統(tǒng)存在接口。圖2是CTCS-2區(qū)段聯(lián)鎖列控一體化系統(tǒng)的接口示意圖。

圖2：CTCS-2區(qū)段聯(lián)鎖列控一體化系統(tǒng)接口示意圖

（1）與CTC接口：聯(lián)鎖列控一體化系統(tǒng)通過控顯機(jī)與CTC的自律機(jī)連接，連接方式采用串口，采用《RSSP-I鐵路信號安全協(xié)議》；CTC向聯(lián)鎖列控一體化系統(tǒng)發(fā)送時(shí)鐘信息，自律機(jī)控制狀態(tài)信息，控制命令信息，線路限速初始化命令，臨時(shí)限速命令信息；聯(lián)鎖列控一體化系統(tǒng)應(yīng)向CTC發(fā)送站場和區(qū)間表示信息、設(shè)備工作狀態(tài)信息、控制模式轉(zhuǎn)換信息、臨時(shí)限速命令的狀態(tài)信息、線路限速狀態(tài)初始化信息、區(qū)間方向信息。（2）與軌道電路接口：聯(lián)鎖列控一體化系統(tǒng)與軌道電路通過CAN總線連接；聯(lián)鎖列控一體化系統(tǒng)向軌道電路發(fā)送主軌道和小軌道載頻編碼信息、主軌道和小軌道低頻編碼信息；軌道電路向聯(lián)鎖列控一體化系統(tǒng)發(fā)送軌道區(qū)段主軌道和小軌道狀態(tài)信息。（3）與CSM接口：聯(lián)鎖列控一體化系統(tǒng)通過維護(hù)終端與CSM接口，向CSM系統(tǒng)發(fā)送聯(lián)鎖列控一體化系統(tǒng)工作狀態(tài)信息、報(bào)警信息、外部系統(tǒng)應(yīng)用交互信息等；CSM向聯(lián)鎖列控一體化系統(tǒng)發(fā)送指定狀態(tài)數(shù)據(jù)的請求命令信息。（4）聯(lián)鎖列控一體化系統(tǒng)間接口(兼容與鄰站TCC或CBI接口)：聯(lián)鎖列控一體化系統(tǒng)間采用《RSSP-I鐵路信號安全協(xié)議》,聯(lián)鎖列控一體化系統(tǒng)間通過以太網(wǎng)連接；聯(lián)鎖列控一體化系統(tǒng)間數(shù)據(jù)傳輸采用UDP方式。聯(lián)鎖列控一體化系統(tǒng)間交互信息包括：線路邊界信息、線路改方信息、線路限速初始化信息、中繼站信號機(jī)顯示狀態(tài)信息、中繼站閉塞分區(qū)狀態(tài)和低頻數(shù)據(jù)、中繼站防災(zāi)信息、系統(tǒng)狀態(tài)及外設(shè)連接狀態(tài)數(shù)據(jù)和聯(lián)鎖站間信息。CTCS-3線路中，聯(lián)鎖列控一體化系統(tǒng)除以上接口外，增加與RBC、與限速服務(wù)器的接口，接口示意如圖3所示。接口方式與CTCS-2級類似，不再詳述。

圖3.CTCS-3區(qū)段聯(lián)鎖列控一體化系統(tǒng)接口示意圖

集成為聯(lián)鎖列控一體化系統(tǒng)后較目前分設(shè)聯(lián)鎖、列控系統(tǒng)有較大優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在以下幾方面：1、信號系統(tǒng)的安全性和可靠性得到有效提高。系統(tǒng)均需要的車站區(qū)間軌道電路狀態(tài)信息、信號機(jī)信息、道岔信息等完全出自同一地址，同類由控制命令同一運(yùn)算器形成，保證了信息、運(yùn)算及傳輸?shù)囊恢滦?，從而提高了系統(tǒng)的安全性和可靠性。由于沒有系統(tǒng)間交互信息的生成、傳輸、校驗(yàn)、處理等環(huán)節(jié)，消除了數(shù)據(jù)在通信過程中發(fā)生變化的危險(xiǎn)，信息傳輸延遲而導(dǎo)致的命令失效等問題消除，從而極大地提高了系統(tǒng)的安全性和可靠性。2、系統(tǒng)處理能力大大提高。采用聯(lián)鎖列控一體化系統(tǒng)，車站與區(qū)間的控制信息無需通過外部接口進(jìn)行交互，原來由通信處理能力限制而導(dǎo)致系統(tǒng)處理能力下降的問題被消除，從而大大提高了系統(tǒng)的處理能力和反應(yīng)速度，能更好的滿足鐵路高速發(fā)展的需要。 3、完全實(shí)現(xiàn)車站和區(qū)間信號的一致和同步控制，使信號系統(tǒng)更具整體性。4、減少系統(tǒng)維護(hù)工作量。采用聯(lián)鎖列控一體化系統(tǒng)后，需要維護(hù)的系統(tǒng)減少了，需要維護(hù)的系統(tǒng)間通信通道和故障環(huán)節(jié)也相應(yīng)減少，總維護(hù)工作量比采用兩個(gè)系統(tǒng)大幅下降。5、聯(lián)鎖列控一體化系統(tǒng)采用一套處理器、一套存儲器、統(tǒng)一對外接口，實(shí)現(xiàn)信息與設(shè)備的真正意義的共享。6、減少工程投資和施工時(shí)間。如今各項(xiàng)目建設(shè)工期都很有限，往往導(dǎo)致信號開通調(diào)試時(shí)間非常緊張。聯(lián)鎖列控一體化系統(tǒng)減少了信號系統(tǒng)中最重要的聯(lián)鎖系統(tǒng)與列控系統(tǒng)間的調(diào)試環(huán)節(jié)，為工程順利開通節(jié)省了時(shí)間。7、為整個(gè)信號系統(tǒng)的進(jìn)一步整合提供了可能。在聯(lián)鎖列控一體化系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，未來可以進(jìn)一步整合CTC系統(tǒng)的車站自律分機(jī)。這樣將有助于提高整個(gè)地面信號系統(tǒng)的集成度、安全性和可靠性，改善運(yùn)行能力和運(yùn)輸效率。聯(lián)鎖系統(tǒng)、列控系統(tǒng)作為獨(dú)立系統(tǒng)均以在普速、高速線路應(yīng)用，技術(shù)成熟。法國等國家在開通的客專中已采用了聯(lián)鎖列控一體化設(shè)計(jì)。聯(lián)鎖列控一體化乃至信號系統(tǒng)的一體化是我國鐵路信號系統(tǒng)裝備現(xiàn)代化發(fā)展的目標(biāo)和方向。

[1]《計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖技術(shù)條件》TB/T3027-2002.

[2]《客運(yùn)專線ctcs-2級列控系統(tǒng)配置及運(yùn)用技術(shù)原則（暫行）》鐵集成[2007]124號.

[3]《列控中心優(yōu)化技術(shù)方案專家評審意見》運(yùn)基信號[2008]332號.

[4]《客運(yùn)專線CTCS-2級列控系統(tǒng)列控中心技術(shù)規(guī)范》.

[5]《CTCS-3 級列控系統(tǒng)總體技術(shù)方案（V1.1）》科技運(yùn) [2008]34號.

[6]《高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范（試行）》TB10020-2009.