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【摘要】 本文以全电子化计算机联锁系统的研究与实际应用为工程背景，应用计算机控制技术、电力电子技术、通信技术和可靠性理论，对联锁系统中的自动测试仿真平台的研究设计作了论述。
【关键词】自动测试模块 计算机联锁 全电子
【中图分类号】N945.23
引言
在我国现阶段铁路车站信号控制领域中，计算机联锁系统的应用已经相当普及，但这些系统的室外设备控制部件仍然以有接点的电磁继电器为主，以微电子器件控制现场的道岔、信号机，并与其它主要现场设备建立无接点联系，是全电子计算机联锁系统的关键所在。
1. 自动测试仿真平台的结构设计
目前国内的计算机联锁系统由联锁机、执行继电器等组成。自动测试执行单元是计算机联锁的执行表示电路，采用全电子电路，由具有不同功能的各种电子模块组成。电子模块按照转辙机、信号机、轨道电路等不同类型的控制与采集对象，按完全独立的单元模块结构研究设计，每个模块相对独立。电子模块本身具有命令执行、表示采集、动作监测、故障保护等功能，它通过执行单元柜模块槽内两组32位欧式插接件连接，可带电热插拔。执行单元柜内装有鉴别销，用于防止错插模块。执行单元与联锁机间信息交换采用两路CAN通信接口，与监测机间信息交换采用1路CAN通信接口。执行单元经过防雷柜、分线盘与室外设备相连，见图1。
在执行单元中设置监测计算机，用于监听通信总线的工作状态和采集存储现场设备的模拟量信息。该设备对其他设备不发生任何控制和应答信息。监测计算机符合铁道行业标准TB/T2496-2000《信号微机监测系统技术条件》的要求。
电子模块为执行单元的核心，分为信号、道岔、轨道、零散电路等多种类型，根据设备类型又可细分为多种型号。信号模块用于控制各种信号机、表示器的灯光显示，满足原电气集中对信号点灯控制电路运营技术条件。根据信号模块所控制信号机种类的不同，又可分为1驱1列车信号模块、1驱2列车信号模块和1驱4调车模块等3种模块。
道岔模块分为直流四线制、直流六线制、三相交流五线制、单相交流液压、三相交流液压等类型。1个道岔模块控制一组道岔电路，其外电路可以是一台转辙机也可以是多台转辙机。
轨道电路模块分为交流480型轨道电路模块和25 Hz相敏轨道电路模块，满足轨道电路的运营技术条件。每个轨道模块具有4组轨道电流采集电路，用于替代6502电气集中电路中4个轨道继电器的功能，即1个交流轨道模块可以替代4个480型轨道继电器。同样，1个25Hz相敏轨道电路模块可以替代4个二元二位相敏轨道继电器的功能。
零散电路模块用于个别零散电路的状态采集、命令执行。
半自動闭塞模块是继电半自动接口模块，主要用于64D继电半自动组合电路的驱动和采集，可以适应铁道科学研究院和通号设计院的继电半自动电路通用图组合电路。
场间联系模块（简称场联模块）主要用于场间联系、道口通知、闭塞方向电路等继电器电路接口。每个场联模块有两路输出、两路输入。
2.执行模块在信号设计中的基本应用
执行模块分为道岔、信号、轨道、零散四种类型，根据设备类型又可分细分多种，模块外部接线采用定型化配线，便于设计施工。
2.1信号模块
信号模块用于控制各种信号机、表示器的灯光，分为三个模块，具有短路保护功能。模块有固定的灯位，在失去命令时模块会自动点禁止灯光，关闭信号灯光。每个模块有8条驱动线和4条回线，模块将8条点灯线的信号机点灯状态反馈给联锁机，由联锁机自行判断工作是否正常。
2.2 道岔模块
道岔模块分为直流四线制、直流六线制、三相交流五线制等，我们采用的是直流四线制。一个道岔模块控制一组道岔电路，其外电路可以是一台转辙机也可以是多动转辙机，模块具有短路保护、混线报警功能。
2.3 轨道电路模块
轨道电路模块分为交流轨道电路（480型）、25周相敏轨道电路模块，我们选用的是交流轨道电路。每个轨道模块具有四组轨道电路单元，用于一送多受区段时，多个受电端同时上传给联锁机，由联锁机判断一送多受区段是否空闲或占用。
2.4 零散电路模块
零散电路模块用于个别零散电路的状态采集、命令执行，具有以下接口功能：
1. 上下行道岔总锁闭用于切断电源屏道岔启动电源；
2. 上下行列车主灯丝断丝报警；
3. 执行单元柜主断路器开路报警；
4. 信号调压控制及主副电源监督；
5. 上下行交流轨道停电监督。
3.可靠性与安全性分析
有资料表明，安全型继电器的危险比δ≤10-3/h。而对于电子元器件来说，它不具有故障-安全特性，即δ≈1。因此，必须在电路上采取措施，达到故障-安全的要求。对于铁路信号控制系统，安全应是第一位的，应该满足故障-安全的原则。为此，我们采取了以下的故障-安全措施：
1.控制命令的传输
采用冗余编码和CRC 等多重校核方式，确保控制命令准确无误。
2.输出控制环节
采用双DSP 逻辑“与”控制，进一步提高输出控制的安全性。
3.控制过程全程闭环监测
各项控制命令在输出后，即刻采样反馈信号，形成闭环监测，如有不正常状态，可及时发现报警，在上传报警信息的同时，自动倒向备机工作，备用模块正常输出控制命令，以确保故障倒向安全侧。
4.电源设计
采取了集中供电的设计方案，每个模块的工作电源为+5V 和+12V 两种，均集中供电，而不在每个模块中设计电源。集中供电的电源选用可热插拔的双冗余高可靠开关电源。
结论
通过对自动化仿真平台的研究设计，表明将新型的微电子器件和通信技术应用于开发和研制全电子计算机联锁控制系统中，是完全可行的。现就在设计中采用的关键技术总结如下。
1.成功地将CAN总线的通信技术应用到信号模块与联锁机的通信制式中，并规范了CAN在应用层的协议。
2.用串行通信协议I2C来实现2取2系统中主从机之间的通信，实践证明该方案简单易行、运行可靠。
3.利用复杂可编程逻辑器件来实现双机比较一致后输出控制命令的功能，达到了预期的设计目标。
4.利用固态继电器等有关器件实现对信号点灯电路的控制，并采取了必要的故障一安全措施。
参考文献
[1].万林.全电子计算机联锁系统道岔单元的设计.西南交通大学硕士学位论文.2005.1.
[2].王增力，方亚非.全电子化计算机联锁系统.铁道通信信号，2002 （8）1-6
【关键词】自动测试模块 计算机联锁 全电子
【中图分类号】N945.23
引言
在我国现阶段铁路车站信号控制领域中，计算机联锁系统的应用已经相当普及，但这些系统的室外设备控制部件仍然以有接点的电磁继电器为主，以微电子器件控制现场的道岔、信号机，并与其它主要现场设备建立无接点联系，是全电子计算机联锁系统的关键所在。
1. 自动测试仿真平台的结构设计
目前国内的计算机联锁系统由联锁机、执行继电器等组成。自动测试执行单元是计算机联锁的执行表示电路，采用全电子电路，由具有不同功能的各种电子模块组成。电子模块按照转辙机、信号机、轨道电路等不同类型的控制与采集对象，按完全独立的单元模块结构研究设计，每个模块相对独立。电子模块本身具有命令执行、表示采集、动作监测、故障保护等功能，它通过执行单元柜模块槽内两组32位欧式插接件连接，可带电热插拔。执行单元柜内装有鉴别销，用于防止错插模块。执行单元与联锁机间信息交换采用两路CAN通信接口，与监测机间信息交换采用1路CAN通信接口。执行单元经过防雷柜、分线盘与室外设备相连，见图1。
在执行单元中设置监测计算机，用于监听通信总线的工作状态和采集存储现场设备的模拟量信息。该设备对其他设备不发生任何控制和应答信息。监测计算机符合铁道行业标准TB/T2496-2000《信号微机监测系统技术条件》的要求。
电子模块为执行单元的核心，分为信号、道岔、轨道、零散电路等多种类型，根据设备类型又可细分为多种型号。信号模块用于控制各种信号机、表示器的灯光显示，满足原电气集中对信号点灯控制电路运营技术条件。根据信号模块所控制信号机种类的不同，又可分为1驱1列车信号模块、1驱2列车信号模块和1驱4调车模块等3种模块。
道岔模块分为直流四线制、直流六线制、三相交流五线制、单相交流液压、三相交流液压等类型。1个道岔模块控制一组道岔电路，其外电路可以是一台转辙机也可以是多台转辙机。
轨道电路模块分为交流480型轨道电路模块和25 Hz相敏轨道电路模块，满足轨道电路的运营技术条件。每个轨道模块具有4组轨道电流采集电路，用于替代6502电气集中电路中4个轨道继电器的功能，即1个交流轨道模块可以替代4个480型轨道继电器。同样，1个25Hz相敏轨道电路模块可以替代4个二元二位相敏轨道继电器的功能。
零散电路模块用于个别零散电路的状态采集、命令执行。
半自動闭塞模块是继电半自动接口模块，主要用于64D继电半自动组合电路的驱动和采集，可以适应铁道科学研究院和通号设计院的继电半自动电路通用图组合电路。
场间联系模块（简称场联模块）主要用于场间联系、道口通知、闭塞方向电路等继电器电路接口。每个场联模块有两路输出、两路输入。
2.执行模块在信号设计中的基本应用
执行模块分为道岔、信号、轨道、零散四种类型，根据设备类型又可分细分多种，模块外部接线采用定型化配线，便于设计施工。
2.1信号模块
信号模块用于控制各种信号机、表示器的灯光，分为三个模块，具有短路保护功能。模块有固定的灯位，在失去命令时模块会自动点禁止灯光，关闭信号灯光。每个模块有8条驱动线和4条回线，模块将8条点灯线的信号机点灯状态反馈给联锁机，由联锁机自行判断工作是否正常。
2.2 道岔模块
道岔模块分为直流四线制、直流六线制、三相交流五线制等，我们采用的是直流四线制。一个道岔模块控制一组道岔电路，其外电路可以是一台转辙机也可以是多动转辙机，模块具有短路保护、混线报警功能。
2.3 轨道电路模块
轨道电路模块分为交流轨道电路（480型）、25周相敏轨道电路模块，我们选用的是交流轨道电路。每个轨道模块具有四组轨道电路单元，用于一送多受区段时，多个受电端同时上传给联锁机，由联锁机判断一送多受区段是否空闲或占用。
2.4 零散电路模块
零散电路模块用于个别零散电路的状态采集、命令执行，具有以下接口功能：
1. 上下行道岔总锁闭用于切断电源屏道岔启动电源；
2. 上下行列车主灯丝断丝报警；
3. 执行单元柜主断路器开路报警；
4. 信号调压控制及主副电源监督；
5. 上下行交流轨道停电监督。
3.可靠性与安全性分析
有资料表明，安全型继电器的危险比δ≤10-3/h。而对于电子元器件来说，它不具有故障-安全特性，即δ≈1。因此，必须在电路上采取措施，达到故障-安全的要求。对于铁路信号控制系统，安全应是第一位的，应该满足故障-安全的原则。为此，我们采取了以下的故障-安全措施：
1.控制命令的传输
采用冗余编码和CRC 等多重校核方式，确保控制命令准确无误。
2.输出控制环节
采用双DSP 逻辑“与”控制，进一步提高输出控制的安全性。
3.控制过程全程闭环监测
各项控制命令在输出后，即刻采样反馈信号，形成闭环监测，如有不正常状态，可及时发现报警，在上传报警信息的同时，自动倒向备机工作，备用模块正常输出控制命令，以确保故障倒向安全侧。
4.电源设计
采取了集中供电的设计方案，每个模块的工作电源为+5V 和+12V 两种，均集中供电，而不在每个模块中设计电源。集中供电的电源选用可热插拔的双冗余高可靠开关电源。
结论
通过对自动化仿真平台的研究设计，表明将新型的微电子器件和通信技术应用于开发和研制全电子计算机联锁控制系统中，是完全可行的。现就在设计中采用的关键技术总结如下。
1.成功地将CAN总线的通信技术应用到信号模块与联锁机的通信制式中，并规范了CAN在应用层的协议。
2.用串行通信协议I2C来实现2取2系统中主从机之间的通信，实践证明该方案简单易行、运行可靠。
3.利用复杂可编程逻辑器件来实现双机比较一致后输出控制命令的功能，达到了预期的设计目标。
4.利用固态继电器等有关器件实现对信号点灯电路的控制，并采取了必要的故障一安全措施。
参考文献
[1].万林.全电子计算机联锁系统道岔单元的设计.西南交通大学硕士学位论文.2005.1.
[2].王增力，方亚非.全电子化计算机联锁系统.铁道通信信号，2002 （8）1-6