苏 曼，蒋 晟

（湖南高速铁路职业技术学院 湖南 衡阳 421002）

1 引言

近几年，我国社会经济发展迅速，促使计算机技术、互联网通讯技术等现代信息技术，在社会各个行业、领域，得到了越来越广泛且深入的应用。就铁路领域而言，现代信息技术的引入和应用，从根本上改变了铁路运行管理的工作模式，提高了国内铁路系统整体的智能化、自动化水平。就现代铁路系统而言，全电子计算机连锁系统是其进行铁路信号控制的全新一代设备，而全电子计算机连锁就是车站信号连锁的主流发展趋势。在这种环境背景下，铁路系统将主要由电子单元构成，不仅体积更加小巧，功能更加强大，同时可以为地铁信息化、自动化提供基础信息，并提供相应的远程诊断、远程管理功能，提高系统整体的安全性和可靠性。本文即围绕铁路计算机连锁系统，就其通用输入输出结构的设计研究，进行了分析和探讨，具体内容如下。

2 通用接入接触口的总体设计思想分析

计算机连锁系统具体是指在软件防护和硬件防护基础上，得到一种全电子监测和执行系统。一般情况下，计算机连锁系统由监测机和执行机两部分内容构成，其中，监测机与输入模块、联锁机与输出模块间，使用CAN总线完成通信。具体来说，就是使用三重冗余CAN总线和经过编码的安全协议进行通讯。

为了实现更好的网络扩展，本设计选用SJA1000独立CAN控制器，根据相关功能要求和标准规范进行简单连接后，SKA1000可实现CAN总线对应数据链路层和物理层的所有功能；CAN收发器主要采用TJA1050T完成，即主要应用于通信速度处于60K～1Mbps区间内的高速应用领域。同时，TJA1050T在驱动电路中具有相应的限制电路，故而可有效避免输出级对地、对电源或负载短路的问题，从而可以达到一定的安全保护效果。

3 输入接口模块的实现分析

就铁路计算机连锁系统而言，输入接口的主要任务，就是采集当前设备的运行状态信息，并针对采集的设备状态信息进行科学处理，最终将分析数据经由CAN总线上传到监测机。系统运行过程中，U1、U2双处理器同时进行工作，其中U1与CAN A相连，U2与CAN B相连，同时都与监测机相连。该模块主要负责对电流、电压等模拟量的实时监测，以避免出现过流问题，也有利于过流问题的及时处理。此外，所有的设备运行状态信息都将整合在一个模块当中，MCU内的每个I/O口，分别对应一路的监测工作。

假设使用以上系统对设备K的运行状态实施监测，如设备K处于未接通状态，则MCU对应的I/O口检测到高电平。由于光耦原边设定为交流电输入，当设备K处于接通状态时，MCU对应的I/O就可以检测与AC频率高低变化相一致的电平。从程序实现的角度分析，需要保障MCU在规定的时间内，完成对应/O口电平变换次数的检测，如检测到连续的脉冲，则说明设备处于接通状态；如检测到“0”，则表明光耦被击穿，由此就可以快速地找到故障成因，并进行相应的处理。在这种环境背景下，就可以有效避免依靠检测常“1”或常“0”的方法，进行设备状态的判断，从而确保返回的设备状态信息，可以科学地说明开关的具体状态。这样做的原因是由于在外界条件因素的干扰和影响下，使用检测常“1”或常“0”的方法，并不足以证明开关的状态，仅依靠这一标准进行开关状态的判断，较容易出现误判、错判的问题。相反，采用新方法进行检测，就可以有效保障检测的科学性和有效性，进而提高系统整体的抗干扰性。

另外，从系统出错处理的角度分析，具有CAN初始化、MCU程序区故障等初始化报警，同时具有继电器开关击穿报警、采集电路故障保障、以及继电器开路报警等。

4 输出接口模块的实现分析

就铁路计算机连锁系统而言，输出接口模块的主要作用，是接收上位机下达的各类执行命令，并根据命令内容完成现场设备的控制，并采集命令执行后的设备运行状态，最终经由CAN总线反馈至上位机。系统运行过程中，U1、U2双处理器同时进行工作，其中U1与CAN A相连，U2与CAN B相连，同时都与联锁机相连。该模块主要针对电压、电流等模拟量进行监测，监测结果会经由CAN C上传至监测机，从而实现对过流的控制和处理。另外，与输入接口模块相似，所有的设备运行状态信息都将整合在一个模块当中，MCU内的每个I/O口，就可以分别对应一路的监测工作。

联锁机下达的控制命令被联锁机接收后，双MCU就会开始相应的数据校验，经过数据校验后，如二者接收的命令相同，则验证成功根据命令内容输出命令，并完成相应的设备控制；如二者接收的命令存在差异，就错误信息进行上传。MCU下达控制命令后，其对应的I/O口输出变为“0”，并控制光耦N原边导通，即继电器J的原边完成导通，次边同时出于导通状态。由此完成对设备的控制，可以进一步提高系统的安全性、稳定性和可靠性，同时可以达到简化电路的目的。

另外，从系统出错处理的角度分析，输出接口模块与输入接口模块相一致，不仅具有CAN初始化、MCU程序区故障等初始化报警，同时具有继电器开关击穿报警、采集电路故障保障、以及继电器开路报警。

5 故障-安全设计分析

故障-安全设计主要包含以下几点内容：一，系统内部采用门和硬件控制，如电子模块中的任意一个MCU出现故障或者存在错误动作，系统都会自动导向安全侧，并进行相应的输出；二，为进一步提高系统的安全性和可靠性，现场设备与模块间将采用光电隔离技术实施隔离，从而控制减少系统故障问题的发生；三，系统输入电路中会相应使用防高压元件，以提高系统整体的抗高压性能，最大限度地避免雷击或电路故障对于模块的损坏影响，确保系统的安全运行。

6 结语

综上所述，随着我国铁路事业不断发展，相关部门及人员需全面提高对铁路计算机连锁系统的重视和关注，通过在联锁机各执行单元中分离出输入输出接口的方式，全方位提高系统的运行安全性和可靠性，同时实现模块功能的优化整合，优化系统的故障检测和处理流程，控制降低系统故障可能造成的不良影响，从而促进我国铁路事业的进一步发展。

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