马书元

（中铁第一勘察设计院集团有限公司通号处，陕西 西安 710000）

国内已开通的CTCS-2级和CTCS-3级客运专线中，列控系统和计算机联锁系统均采用单独分离设置的方案。由于系统独立设置，导致诸多不利。

首先，使信号分离控制。计算机联锁完成进路、道岔和站内信号的控制，车站列控中心作为列控系统地面设备完成轨道电路编码和控制、自动闭塞和方向控制、区间信号控制以及临时限速处理等功能。各设备均与列车运行密切相关，由此造成联锁系统与列控系统间产生大量信息通信和信息交换。计算机联锁向车站列控中心发送如下信息：区间方向控制命令、进路信息、信号机灯丝断丝信息、调车信号机状态；车站列控中心向计算机联锁发送如下信息：区间方向表示信息、闭塞分区状态、信号降级信息、离去区段防护信号机红灯断丝信息和灾害防护信息。其次，计算机联锁与车站列控中心之间交互的应用数据量会受到传输媒介、通信协议、系统处理能力的限制。系统间若出现通信故障或延迟，将对列车运行和系统性能产生很大影响。由此对分设系统的时钟一致性和通信实时性、可靠性、各系统处理能力要求较高。再次，当计算机联锁与车站列控中心的接口协议发生变化时，需要同时修改两套系统的软件，增加了系统的维护工作量和系统开通的测试和验证工作量。第四，故障点增多，两个设备中的任一设备发生故障均会影响列车的正常运行。第五，分设系统造成资源的较大浪费。

下面对联锁列控一体化系统的可行性进行分析。

1、功能分析。计算机联锁主要完成站内信号控制，车站列控中心主要完成临时限速和区间信号设备的控制。两个设备通过交互信息相互配合完成地面信号设备的一致操作和同步控制实现列车的高速和安全运行。两个设备中的任一设备发生故障、设备间的通信发生故障或者通信延迟都会影响列车的正常运行。因此，从功能的角度，列控-联锁系统一体化能更好的保证列车高速、安全运行以及信号设备可靠、安全、高效工作的本质要求。

2、系统结构分析。计算机联锁系统一般由联锁处理子系统(下位机)、人机界面子系统(控显机)和诊断维护子系统构成。其中，联锁处理子系统通常采用硬件冗余结构，设计的安全电路必须符合故障-安全原则。车站列控中心一般由列控处理子系统(下位机)和诊断维护子系统构成。列控中心采用2乘2取2硬件冗余结构，设备本身、与安全相关的接口和通道的设计应符合故障—安全原则。

从上述系统结构分析可知，计算机联锁和车站列控中心下位机具有相似的系统结构要求，对于下位机的硬件体系结构和设计要求也是相同的。因此，从系统结构的角度，列控-联锁一体化是可行的。

3、设备接口分析

联锁系统和列控系统与不同的系统/设备有不同的接口，具体分析如表1、表2、表3：

表1 接口数量对比表

表2 接口方式对比表

表3 设备接口通信协议对比表

从上表可知，车站列控中心比计算机联锁外部接口多，计算机联锁与车站列控中心与外部设备的接口在连接方式、传输介质、和安全通信协议方面基本相同，仅是交互的应用数据存在差异。联锁列控-一体化系统在通信接口、数据传输和处理能力方面可以完成。

综上分析，考虑将信息通信较多的联锁系统与列控系统进行集成，实现一体化的方案是可行的。现就联锁列控一体化系统设计方案进行分析。

1、功能与设计原则。（1）一体化系统应具备现有计算机联锁和车站列控中心的功能，并满足相关技术条件的要求；（2）一体化系统应采用硬件冗余结构，系统设计应符合故障-安全原则；（3）一体化系统应实现车站和区间信号控制的一体化；（4）一体化系统应管辖其范围内的中继站列控中心和无配线车站列控中心；（5）一体化系统应采用模块化设计，当与列控中心相关处理出现故障时，能保证联锁功能的正常运行。

2、设计方案。联锁列控一体化系统主要由人机界面子系统(控显机)、联锁列控处理子系统(下位机)和诊断维护子系统组成，同时配置维护终端、通信接口设备和电源设备。集中设于信号楼计算机房内。联锁列控一体化系统基本构成如下图所示。

（1）联锁列控处理子系统：联锁列控处理子系统是整个联锁列控一体化系统的核心，由两套“2取2组合故障安全”专用处理单元组成。处理单元的运算核心部由以下几种印制电路板组成：安全逻辑运算板（VLE）；安全校验板（VPS）；输入输出总线接口板（I/OBUS2）；输入输出总线扩展板（I/OBE2）；安全型双采输入板（VIIB）；安全型双断输出板（VOOB）；母板（MB）；安全通讯板（DVCOM）。

在“2*2取2”系统中，单系的VLE板采用“2取2”结构，软件采用双CPU独立运算，两个CPU运算采用的数据互不相同，这些数据包括安全采集数据，安全输出数据，安全通信数据和中间数据，它们都是通过冗余编码选择而得。两个CPU分别进行一个通道的运算，两个CPU之间具有数据比较、同步比较、结果比较等联系。只有两个CPU运算结果相同时，才允许输出。2取2系统结构如图1所示。两个CPU安全采集数据通过每个主周期采集得到，安全输出数据由布尔表达式运算得到。DVCOM板完成与外部接口系统通讯。

图2：2取2系统结构图

（2）人机界面子系统（MMI）：人机界面子系统（MMI）提供联锁列控一体化系统与用户之间的人机接口，通常由工控机、显示器、鼠标、键盘等设备组成，也可根据采用控制台、大显示屏、数字化仪等。MMI采用“N+1”的系统结构，“N”套设备为主用设备，“1”套为备用设备。通常，MMI显示器上显示车站和区间，值班员用鼠标和键盘进行有关操作，系统会给予简洁明了的文字表示和语音提示。

人机界面子系统主要是兼容计算机联锁系统的功能，同时提供临时限速命令、区间信号设备的状态显示。系统采用多窗口界面，正常运行状态下主窗口显示站场图，下方是命令工具条，上方是设备状态栏，中间有可以移动的操作信息框。

（3）诊断维护子系统：主要完成联锁列控一体化系统的诊断维护及接口设备的在线监测的功能。诊断维护子系统还可具备与微机监测站机构成二合一系统（微机监测与诊断维护系统）的功能，以提高整个系统的综合化水平，减少用户的硬件配置和维护工作。

诊断维护子系统（SDM）完成的主要功能有：联锁列控处理子系统(IPS)的诊断与维护。通过高速网口接收IPS的诊断结果信息、输入/输出信息、全站简化参数信息、指定参数详细信息。系统正常工作时，不需要查询，SDM自动接收IPS的工作信息，当SDM故障修复后、或者与列控-联锁处理子系统通信恢复后，SDM仍能接收到IPS记录的一天内的报警和错误信息；通过网络接收来自MMI的操作和表示，并记录关键操作和表示；网络管理；通过MODEM实现远程诊断接入；通过以太网为其它管理系统与列控-联锁一体化系统通信提供接口。

3、接口设计

采用CTCS-2的区段，车站的联锁列控一体化系统与CTC、ZPW2000轨道电路和CSM存在接口，同时与邻站的联锁列控一体化系统或CBI和TCC系统存在接口。图2是CTCS-2区段联锁列控一体化系统的接口示意图。

图2：CTCS-2区段联锁列控一体化系统接口示意图

（1）与CTC接口：联锁列控一体化系统通过控显机与CTC的自律机连接，连接方式采用串口，采用《RSSP-I铁路信号安全协议》；CTC向联锁列控一体化系统发送时钟信息，自律机控制状态信息，控制命令信息，线路限速初始化命令，临时限速命令信息；联锁列控一体化系统应向CTC发送站场和区间表示信息、设备工作状态信息、控制模式转换信息、临时限速命令的状态信息、线路限速状态初始化信息、区间方向信息。（2）与轨道电路接口：联锁列控一体化系统与轨道电路通过CAN总线连接；联锁列控一体化系统向轨道电路发送主轨道和小轨道载频编码信息、主轨道和小轨道低频编码信息；轨道电路向联锁列控一体化系统发送轨道区段主轨道和小轨道状态信息。（3）与CSM接口：联锁列控一体化系统通过维护终端与CSM接口，向CSM系统发送联锁列控一体化系统工作状态信息、报警信息、外部系统应用交互信息等；CSM向联锁列控一体化系统发送指定状态数据的请求命令信息。（4）联锁列控一体化系统间接口(兼容与邻站TCC或CBI接口)：联锁列控一体化系统间采用《RSSP-I铁路信号安全协议》,联锁列控一体化系统间通过以太网连接；联锁列控一体化系统间数据传输采用UDP方式。联锁列控一体化系统间交互信息包括：线路边界信息、线路改方信息、线路限速初始化信息、中继站信号机显示状态信息、中继站闭塞分区状态和低频数据、中继站防灾信息、系统状态及外设连接状态数据和联锁站间信息。CTCS-3线路中，联锁列控一体化系统除以上接口外，增加与RBC、与限速服务器的接口，接口示意如图3所示。接口方式与CTCS-2级类似，不再详述。

图3.CTCS-3区段联锁列控一体化系统接口示意图

集成为联锁列控一体化系统后较目前分设联锁、列控系统有较大优势，主要体现在以下几方面：1、信号系统的安全性和可靠性得到有效提高。系统均需要的车站区间轨道电路状态信息、信号机信息、道岔信息等完全出自同一地址，同类由控制命令同一运算器形成，保证了信息、运算及传输的一致性，从而提高了系统的安全性和可靠性。由于没有系统间交互信息的生成、传输、校验、处理等环节，消除了数据在通信过程中发生变化的危险，信息传输延迟而导致的命令失效等问题消除，从而极大地提高了系统的安全性和可靠性。2、系统处理能力大大提高。采用联锁列控一体化系统，车站与区间的控制信息无需通过外部接口进行交互，原来由通信处理能力限制而导致系统处理能力下降的问题被消除，从而大大提高了系统的处理能力和反应速度，能更好的满足铁路高速发展的需要。 3、完全实现车站和区间信号的一致和同步控制，使信号系统更具整体性。4、减少系统维护工作量。采用联锁列控一体化系统后，需要维护的系统减少了，需要维护的系统间通信通道和故障环节也相应减少，总维护工作量比采用两个系统大幅下降。5、联锁列控一体化系统采用一套处理器、一套存储器、统一对外接口，实现信息与设备的真正意义的共享。6、减少工程投资和施工时间。如今各项目建设工期都很有限，往往导致信号开通调试时间非常紧张。联锁列控一体化系统减少了信号系统中最重要的联锁系统与列控系统间的调试环节，为工程顺利开通节省了时间。7、为整个信号系统的进一步整合提供了可能。在联锁列控一体化系统的基础上，未来可以进一步整合CTC系统的车站自律分机。这样将有助于提高整个地面信号系统的集成度、安全性和可靠性，改善运行能力和运输效率。联锁系统、列控系统作为独立系统均以在普速、高速线路应用，技术成熟。法国等国家在开通的客专中已采用了联锁列控一体化设计。联锁列控一体化乃至信号系统的一体化是我国铁路信号系统装备现代化发展的目标和方向。

[1]《计算机联锁技术条件》TB/T3027-2002.

[2]《客运专线ctcs-2级列控系统配置及运用技术原则（暂行）》铁集成[2007]124号.

[3]《列控中心优化技术方案专家评审意见》运基信号[2008]332号.

[4]《客运专线CTCS-2级列控系统列控中心技术规范》.

[5]《CTCS-3 级列控系统总体技术方案（V1.1）》科技运 [2008]34号.

[6]《高速铁路设计规范（试行）》TB10020-2009.