计算机联锁系统三种主流制式的架构比较与冗余机理分析

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计算机联锁系统三种主流制式的架构比较与冗余机理分析

摘要

高速铁路车站计算机联锁系统是保障行车安全与运输效率的核心信号设备。本文围绕计算机联锁系统的分层架构、冗余机理与主流制式展开论述。首先阐述系统的基本原理与“操作表示—联锁运算—执行控制”三层结构，重点分析双机热备、三机表决与二乘二取二三种冗余方式的工作原理与安全—可靠性关系。随后对TYJL-ADX型、DS6-K5B型与iLOCK型三种主流系统的组成、冗余结构与切换机制进行逐项比较，指出它们在时钟同步、电子终端、独立校验等方面的设计差异。最后从故障导向安全、冗余切换与自诊断功能三个维度归纳系统的安全控制措施，并对现场维护中容易混淆的概念进行辨析。本文旨在为电务人员理解不同制式的技术特点、掌握冗余切换逻辑以及正确执行维护作业提供参考。

关键词

计算机联锁；二乘二取二；冗余结构；故障导向安全；系统制式

引言

车站计算机联锁系统以软件联锁逻辑取代传统的继电联锁电路，已成为高速铁路车站信号控制的核心设备。与继电联锁相比，计算机联锁具有体积小、功能强、易于扩展和维护方便等显著优势。然而，计算机联锁系统的可靠性不仅取决于硬件质量，更依赖于合理的系统架构与冗余设计。当前高速铁路车站普遍采用二乘二取二安全冗余结构，但不同制式在实现方式、切换机制和故障处理上存在差异。现场电务人员若不能准确理解这些差异，在故障判断和备件更换时就可能误判。本文以计算机联锁系统的分层架构为基础，重点分析三种主流制式的组成与冗余机理，并梳理故障导向安全原则在系统设计中的体现，以期为维修与培训提供清晰的逻辑框架。

一、计算机联锁系统的基本原理与分层架构

1.1 基本原理

计算机联锁系统通过信息输入、联锁运算和信息输出三个环节实现联锁控制。操作人员通过人机界面下达命令，同时系统通过输入通道采集现场信号设备（信号机、道岔、轨道电路）的状态信息。这些操作信息和状态信息被转换为二进制代码后，由联锁计算机按照预先编制的联锁程序进行分析处理和逻辑运算。运算结果形成两类输出：控制信息通过输出通道控制道岔转换和信号显示；表示信息则通过表示输出通道驱动显示器，向操作人员提供站场状态反馈。

1.2 三层分层架构

现代计算机联锁系统普遍采用分层设计，将系统划分为三个功能层次。

操作表示层（人机界面层）负责提供人机交互界面，接收操作命令并显示站场状态。该层通常由控显分机或操作员台构成，硬件上多采用双机热备方式，以确保操作的连续性。

联锁逻辑层（联锁运算层）完成核心联锁逻辑运算，是系统的安全关键部分。该层对来自操作表示层的命令和来自执行层的状态信息进行联锁条件判断，只有满足安全条件时才产生控制输出。

执行层（采集驱动层）实现现场设备状态的采集和控制命令的输出。该层包括输入接口电路、输出驱动电路以及与室外设备结合的继电器电路。

各层之间通过高速网络进行数据交换。这种分层设计使系统结构清晰，各层功能明确，便于维护和故障定位。当某一层发生故障时，可快速隔离并更换对应模块，而不影响其他层的正常工作。

二、冗余结构：从双机热备到二乘二取二

为提高系统的可靠性和安全性，计算机联锁系统普遍采用多重冗余技术。不同冗余方式在安全性、可靠性和切换机制上各有特点。

2.1 双机热备

双机热备是最基本的冗余方式。上位机（操作表示机）和联锁机均可采用双机热备配置，一主一备。正常工作时，主机承担全部运算和输出任务，备机处于待命状态并实时同步主机的数据。当主机发生故障时，备机自动切换为主机继续工作，切换过程不影响正常作业，确保控制连续性。双机热备的优点是结构简单、成本较低，但缺点是备机在主机正常时不参与运算，一旦主机故障，备机能否立即承担全部负载取决于同步的完整性。

2.2 三机表决

三机表决方式由三个相同的模块同时运行，每个模块独立进行相同的联锁运算，输出结果送入表决器。表决器对三个模块的输出进行比较，取多数一致的结果作为最终输出。这种方式能够容忍单个模块的故障，因为即使一个模块的输出异常，另外两个模块的多数一致结果仍可保证正确输出。三机表决的安全性较高，但系统复杂度和成本也相应增加，且三个模块之间需要精确的同步机制。

2.3 二乘二取二

二乘二取二是当前高速铁路计算机联锁系统的主流安全冗余结构。这一概念包含两个层次的含义。

“二取二”是指在一套子系统上集成两套CPU，两套CPU严格同步，实时比较各自的运算结果。只有两套CPU的运行结果一致时，子系统才对外输出运算结果。如果两套CPU的结果不一致，子系统立即切断输出，导向安全侧。这种设计保证了子系统内部的安全性——任何单点故障都不会导致危险侧输出。

“二乘二”是指用两套完全相同的“二取二”子系统构成双机并用或热备系统。每一子系统内部为安全性冗余控制，两子系统之间形成可靠性冗余控制。具体工作方式是：系统Ⅰ和系统Ⅱ只要有一个系统正常输出，即可保障整个系统正常工作，这提高了系统的可靠性；而在每个子系统内部，只有A、B两个CPU同时工作正常且结果一致时，该子系统才能有输出，这提高了系统的安全性。

因此，二乘二取二结构同时兼顾了安全性和可靠性。当一套子系统因内部双CPU不一致而切断输出时，另一套子系统仍可继续工作，系统不会中断。只有当两套子系统同时故障时，系统才完全失效。

三、三种主流系统制式的组成与冗余设计

当前高速铁路车站主要采用三种计算机联锁系统制式：TYJL-ADX型、DS6-K5B型和iLOCK型。三种制式均采用二乘二取二安全冗余结构，但在具体实现和系统组成上各有特色。

3.1 TYJL-ADX型

TYJL-ADX型系统采用二乘二取二安全冗余结构，具有时钟级同步技术。系统由联锁主机、区域执表机、监控机、车务控制台和电务维修终端等组成。

联锁机笼采用浮空地设计，与大地完全隔离，可有效避免来自大地的耦合干扰。系统内部采用光纤环网连接方式，提高了通信的可靠性和抗干扰能力。

工作模式为双系并行工作模式，两系互为热备，可实现无缝切换。联锁机具有四种工作状态：待机状态、主系状态、从系状态和故障状态。系统启动时，先上电的一系自动成为主机；后上电的联锁机作为备机，与主机通信并实现同步。当主机发生故障时，会自动停止通信，此时备机立即升为主机继续工作。原主机修复后需要重新开机，作为备机与现主机同步。

3.2 DS6-K5B型

DS6-K5B型系统采用三重系设计，包括人机界面层、联锁运算层和执行控制层。人机界面层由控显分机构成，采用标准工业控制机，硬件上为双机热备。联锁运算层由并列两重系组成，每系都具有故障安全型的主机模块。执行控制层包括电子终端和继电器控制电路。

该系统的重要创新点是电子终端（ET）。电子终端采用故障安全型双CPU构成的智能控制器，具有二重系结构。输出电路严格遵循故障导向安全原则设计，驱动采用静态方式，可直接驱动安全型继电器。每个ET机笼可安装五对电子终端（ET-PIO），每对提供32路输入和32路输出。一个ETNET线路最多可连接三个ET机笼，每个联锁机IF486接口最多可连接五个ETNET线路。这种设计使系统具备较强的扩展能力，可适应不同规模站场的需求。

3.3 iLOCK型

iLOCK型系统采用先进的“2取2”安全结构，并增加独立的故障安全校验CPU（VPS），运用NISAL专利技术。系统由联锁处理子系统（IPS）、人机界面子系统（MMI）、值班员台子系统（GPC）、诊断维护子系统（SDM）、冗余网络子系统（RNET）和电源子系统（PWR）等六大部分组成。

联锁处理子系统IPS采用二乘二取二结构，A、B两系的输出采用并行工作方式。硬件电路保证即使一系的驱动电路故障，也不会影响另一系的安全输出。系统实现了全面冗余，包括N+1热冗余的操作员台MMI、冗余联锁机IPS、双网和双UPS等，确保任意一个或多个子系统故障时，系统能通过自动重组继续稳定工作。

iLOCK型系统属于分布式计算机控制系统，也称集散型测控系统，具有分散控制、集中信息管理的特点。其体系结构包括人机对话层（操作表示层）、联锁运算层和执行层。人机对话层与联锁层之间采用双通讯网通信，双网同时工作，有一网故障时，另一网可保证系统正常通信。外部控制总线可在15米内并行扩展多达16个机箱，每个机箱可插16块采集板（每板32路）或6组输出驱动板（每组驱动32个对象）。

四、故障导向安全原则与安全控制措施

4.1 故障导向安全原则

所有计算机联锁系统的设计均遵循故障导向安全原则。这一原则要求：当系统任何部件发生故障时，系统必须自动导向安全侧，即不得给出允许行车的危险输出。

在采集电路中，系统采用动态脉冲方式。任何器件故障导致脉冲中断，系统即判定为安全状态，相当于接点断开。在输出电路中，驱动电路严格遵循故障导向安全原则设计，采用静态方式直接驱动安全型继电器。这种设计确保即使驱动电路发生故障，继电器也不会错误励磁。

4.2 冗余切换机制

双机热备或二乘二取二结构确保单点故障时系统不中断。主机故障时，备机自动接管。TYJL-ADX型系统的切换机制是：当主机发生故障时，自动停止通信，备机立即升为主机继续工作。iLOCK系统的全面冗余设计则更进一步：任意一个或多个子系统故障时，系统能通过自动重组继续稳定工作。

4.3 自诊断功能

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参考资料

高速铁路车站计算机联锁系统原理与架构（，2026-07-24）

引用依据：
已审核知识库编号：KB-DW-41C2DC5C、KB-GD-A47422B6


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