自动控制文献翻译——1概述

信号联锁系统是保证交通安全、提高铁路运输效率的关键设备。长期以来，在联锁系统中采用的核心控制计算机是特定的高档安全计算机，例如，西门子的SIMIS、日本信号的EI32等。随着电子技术的飞速发展，定制的安全计算机面临着严重的挑战，例如：高的开发成本、可用性差、弱可扩展性、和缓慢的技术更新。为了克服高档特定计算机的缺点，美国国防部提出：我们应该采用商业标准，来取代军事准则和满足客户需要的标准。与此同时，有许多关于在电子设备中采用开放式系统结构的探索与实践。美国和欧洲已经做了很多关于利用利用划算的容错计算机来代替专用电脑在航天和其它安全关键领域。近年来，在航空航天、工业、交通和其它安全关键领域，利用标准化部件正逐步成为一种新的趋势。

2 铁路信号联锁系统

2.1信号联锁系统的功能

信号联锁系统的基本功能是通过控制信号设备，保护列车运行安全。如控制道岔的转换、信号的开放和控制列车通过车站，它通过一种联锁处理规则控制线路。

自铁路运输诞生以来、信号联锁系统已经经历了手动信号、机械信号、继电器联锁和现代计算机联锁系统。

2.2信号联锁系统的构架

一般来说，联锁系统具有层次结构。根据设备的功能，系统可分为人机会话层、联锁层与监控层这三层。

3 安全计算机的组件设计

3.1设计策略

模块化安全关键计算机组件的设计理念不同于那些特殊定制的计算机。我们对安全联锁计算机的设计理念是基于系统的容错性和系统的综合需求。将其分为三层：标准化组成单元层、软件安全层与系统层，并给每一层分配不同的安全功能，最终将三层集成，并确保系统达到预定的安全完整性水平。三层可以描述如下：

 (1) 标准化组成单元层包括四个独立的标准化CPU模块。这一层实现硬件“安全”逻辑联锁。

 (2) 软件安全层主要用故障-安用策略和容错算法。由于一个完整的安全联锁系统采用两个不同的CPU输出的结果，所以最能确保软件设计某一版本，在设计时存在的多种错误，清除潜在的风险。

 (3) 系统层，旨在提高系统的可用性和冗余系统的可维护性。

3.2容错结构的硬件设计

安全联锁计算机由四个独立单元组成(C11，C12，C21，C22)。采用双容错结构设计(2×2取2)结构，计算单元选用高可靠性、高效率的模块，采用了英特尔XScale内核，533兆赫的处理器。

安全联锁计算机的操作基于两层数据总线上。高速总线采用标准以太网结构和TCP / IP通信协议、低总线控制器局域网(CAN)。C11、C12和C21、C22分别组成两个独立的安全计算部件IC1和IC2，并构成2乘2取2结构，并且每一部分都有计算机监控和外部开关电路动态监测。

3.3标准化组成单元

在研究清楚组成模块后，根据铁路信号联锁系统的临界安全性要求，我们必须做一个二次开发的模块。该设计主要包括电源、接口和其他嵌入式电路。......

1 Introduction

Signal Interlocking System is the critical equipment which can guarantee traffic safety and enhance operational efficiency in railway transportation. For a long time, the core control computer adopts in interlocking system is the special customized high-grade safety computer, for example, the SIMIS of Siemens, the EI32 of Nippon Signal, and so on. Along with the rapid development of electronic technology, the customized safety computer is facing severe challenges, for instance, the high development costs, poor usability, weak expansibility and slow technology update. To overcome the flaws of the high-grade special customized computer, the U.S. Department of Defense has put forward the concept：we should adopt commercial standards to replace military norms and standards for meeting consumers’ demand [1]. In the meantime, there are several explorations and practices about adopting open system architecture in avionics. The United Stated and Europe have do much research about utilizing cost-effective fault-tolerant computer to replace the dedicated computer in aerospace and other safety-critical fields. In recent years, it is gradually becoming a new trend that the utilization of standardized components in aerospace, industry, transportation and other safety-critical fields.

2 Railways signal interlocking system

2.1 Functions of signal interlocking system

The basic function of signal interlocking system is to protect train safety by controlling signal equipments, such as switch points, signals and track units in a station, and it handles routes via a certain interlocking regulation.

Since the birth of the railway transportation, signal interlocking system has gone through manual signal, mechanical signal, relay-based interlocking, and the modern computer-based Interlocking System.

2.2 Architecture of signal interlocking system 

Generally, the Interlocking System has a hierarchical structure. According to the function of equipments, the system can be divided to the function of equipments; the system can be divided into three layers .They are man-machine interface layer,interlocking layer,and monitoring layer.......