铁路计算机联锁系统中通用输入输出接口研究

于永祥

深圳市创亿欣精密电子股份有限公司   广东深圳  518000

摘要：在铁路上，从执行模块中，分离开电脑联锁体系内设置的输入输出接口，能够提升体系中模块功能的单一化、专门化程度，让整个系统更加安全、可靠，也对故障诊断、排除更加有利。基于CAN总线来进行组网，十分的方便、快捷。其中输入、输出模块分别会采集、上传设备状态，接收执行命令、管控设备机械。基于此，本文研究了铁路电脑联锁体系及其中的输入输出通用接口。

关键词：计算机联锁；输入输出；通用接口

近些年来，伴随社会经济的增长，计算机技术、通讯技术等先进信息技术也在各行各业日益广泛应用[1]。在我国的铁路行业，通过引进现代信息科学技术，彻底创新改变了整个铁路行业的运行管理模式，并全面提升了整个铁路系统的自动化、智能化水平。在当前的铁路系统中，以全电子电脑连锁体系为控制铁路信号的一种新一代设备，并且让全电子电脑连锁逐步发展成为车站信号连锁的一大主流趋势。就此，在铁路体系中，便以电子单元为主要构成，既具备更小巧的体积，也拥有更强大的功能，还能够提供给地铁体系的自动化、信息化所需的基础信息，并具备对应的远程诊断、管理技术功能。而结合分离出来的输入输出通用接口方式，还让整个系统变得更加可靠、安全。

一、铁路计算机联锁系统的概述

在铁路信号控制体系，全电子电脑联锁体系是一种新联锁设备。在当前的车站信号联锁中，形成了全电子电脑联锁新趋势[2]。关于其中的基本电子单元，不仅功能强、体积小、组网方便，而且还能够为铁路实现信息化、自动化采集基本信息，以达到远程管理、诊断效果。倘若基于专门的输入输出通用接口，来让输入输出接口体系模块与其余功能模块直接分离开来，并且让各个模块具备更加专门化的功能作用，则大幅度提升了整个体系运行的可靠性、安全性。其中基于输出模块，来直接接收来自总线上位机颁发的控制命令，以便从现场科学管控好设备，并完善控制过程，达到准确又可靠的效果。而输入模块则会采集现场设备的工作状态，并经由CAN总线，向上位机发送采集的数据信息，整个采集过程十分的可靠、安全、准确。

二、通用输入输出接口

1、设计思想分析

电脑联锁体系是基于软硬件双重防护形成的全电子监测、执行体系，具体涉及执行、监测的设备。在CAN总线上，让监测机可以和输入、模块模块还有联锁机进行通信。具体的形式是常见的三重冗余，且有对安全协议进行编码。图1显示了相应的设计总框图。

图1设计总框图

通过独立设置的SJA1000系列CAN 控制器，来扩展整个网络。结合简单的连接方式，以SJA1000可让CAN总线上相应的各层功能全面加以展现出来。其中，选用的TJA1050T类型CAN收发器，可在高速通信（60k~1Mbps）中加以使用。在整个驱动电路上，以TJA1050T为限流电路，能够规避发送输出级的短路现象，以真正保护好整个电路。

2、输入接口模块分析

从铁路电脑连锁体系上看，通过输入接口主要会采集设备实际的运行状态信息，并且科学处理这些信息，最后通过CAN总线往监测机上传分析数据结果[3]。在整个系统运行中，同步运行U1、U2双处理器，且U1连上CANA、U2连上CANB，且均连上监测机。这个模块主要用于实时监测模拟电流、电压等的量，防止发生过流情况，也对及时处理过流现象有利。另外，在一个模块上，结合一切设备运行状态过程信息，在MCU中的一个I/O口依次与一路监测相对应。

在用该体系来达到监测设备K状态的情形下，对于未接通的K，则借助MCU就可检测出来I/O口高电平。在光耦原边采取的是交流电输入，则对于接通的K，则借助MCU系列的I/O就能检测出来和AC频率变化一致的电平。基于程序实现，宜在要求的时间段，基于MCU检测完所有电平的变换次数，若脉冲呈现连续状态，就提示设备在接通状态下；若检测出来“0”，就提示已击穿光耦，便可迅速找出故障原由，并采取对应的处理措施。据此，便不会结合常规检测方法手段来评价设备状态，并以此来让所得的设备状态实际返回信息，能够科学地提示开关状态。以上做法的原由就是因为在外界因素条件的影响、干扰下，以常“1”或“0”的检测方法，无法科学证明实际的开关状态，单凭该标准来判断开关状态，极易发生误判、错判情况。反之，结合新方法来检测，则能够有效确保检测过程的有效性、科学性，从而改善整个系统的抗干扰性能。

此外，从处理系统出错上看，可以对MCU程序区、CAN初始化故障等实现初始化报警。此外，还能够对继电器开关击穿或开路报警、实现电路故障采集保障等。

3、输出接口模块分析

从铁路电脑连锁体系上看，输出接口模块的一般用来接收从上位机处发出的一系列执行命令，并结合命令内容来控制现场设备，再采集执行命令以后的实际设备运行状态，并通过CAN总线向上位机反馈。在整个系统运行中，同时让U1、U2双处理器工作。U1连上CANA，U2连上CANB，且均连上联锁机。本模块一般用来监测模拟电压、电流等的量，并且通过CANC往监测机上传结果，以控制、处理过流情况。此外，类似于输入接口模块，整合一切设备工作状态信息到一个模块内，且MCU中的各I/O口，均依次与一路监测工作相对应。

当联锁机发出的控制命令为联锁机直接接收后，则双MCU便开始校验对应的数据。通过校验以后，若两者接收一样的命令，便验证成功按命令内容将命令输出，且完成控制对应设备的工作。若量者接收的命令有差异，则上传错误信息。当MCU发出控制命令以后，相应的I/O口输出就成为“0”，且让光耦N原边导通，也就是继电器J进行原边完成导通，同时次边也在导通状态。这样便实现设备控制，能够进一步提升体系稳定性、安全性、可靠性，能够同步简化电路。

此外，据系统处理出错上看，输出、输入接口模块大体一致。既能够对MCU程序区、CAN初始化故障等进行初始化报警，也可以对继电器开关击穿、开路进行报警，并保障采集电路故障。

4、故障和安全设计

（1）结合硬件和门控制，若在电子模块中出现一个MCU故障或不正确的动作，整个系统便会输出自动导向安全侧；

（2）在模块和现场设备间，引进光电隔离技术；

（3）针对输入电路而言，基于防高压系列元件，防止模块被外电路或雷电等故障所影响。

三、结语

在各个执行单元结构体系中，基于联锁机来达到将电路输入输出通用系列接口分离的效果，能够大幅度提升铁路联锁机的可靠度。在整个计算机联锁系统中，很突出的特性就是以安全性、可靠性为首。所以，最好尽量避免集成众多重要功能，以免一个功能模块发生故障，而进一步可能带来不期望的后果。因此，需要让执行模块功能实现专门化、单一化的效果，当某模块有故障，也可更方便地加以处理，而避免整个系统瘫痪。此外，CAN总线还十分可靠、安全且性能优、方便组网，进而还有助于铁路运输系统的建设与发展。

参考文献

[1]鲍学英,李亚娟,胡所亭,班新林,王琳,许见超.铁路桥隧工程技术接口的关键要素均衡优化[J].浙江大学学报(工学版),2022,56(03):558-568.

[2]李欣,张贺宁,张锦杰.基于微机联锁接口技术的铁路区间自动识别控制系统设计[J].自动化与仪器仪表,2021(08):102-106.

[3]刘红良,杨斌,马西章,解亚龙,吴明杰.基于BIM技术的高速铁路四电接口管理系统研发与应用[J].铁路技术创新,2020(01):11-17.