02_计算机联锁系统技术_第二章
计算机联锁讲义(修改)
第一章计算机联锁基础第一节计算机联锁概述一、计算机联锁的基本原理众所周知，继电联锁是靠继电器的线圈、接点组成一套复杂的开关量控制电路，实现对信号设备的联锁控制。
而计算机是一个能够对二进制代码进行各种复杂运算的智能机器，要用计算机取代继电器实现联锁控制就必须将各种开关量转换为1、0相间的代码，构成一套复杂的控制系统。
图1—1计算机联锁基本原理框图图1—1是计算机联锁控制的原理框图，实现联锁控制主要经过信息输入、联锁运算和信息输出三个环节。
计算机一方面通过操作输入通道和接口接收由操作设备(控制台)产生的操作信息；另一方面通过状态输入通道和接口采集室外信号设备的状态信息，将上述两种开关量的动作变为二进制代码送入计算机。
信息代码进入计算机以后,计算机按照联锁程序的要求对输入的信息进行分析处理和复杂的逻辑运算(这里称为联锁运算)，其结果形成了对信号设备的控制信息和各种表示信息。
控制信息通过输出通道和接口控制道岔转换和信号变换显示；表示信息则通过表示输出通道和接口控制显示器的显示。
第二节计算机联锁系统的硬件组成一、计算机联锁的硬件基本结构各种型号的计算机联锁系统由于设计思路不同，所采用的硬件不完全相同。
即使同一种型号的系统，其控制的车站规模不同，所需要的硬件数量也不相同。
但各种系统的基本功能和基本任务大致一样，因此它们的硬件组成的基本形式差异不大。
计算机联锁系统主要由人机对话设备、联锁控制计算机系统(简称主机) 、输入/输出通道与接口、继电器结合电路及其监控对象(信号机、道岔、轨道电路) 等部分组成。
图1—2是计算机联锁系统的硬件结构框图。
下面对各组成部分作以简要说明。
1、主机主机是计算机联锁系统的核心，它要完成所有信息的处理、接口管理及与外部设备的信息交换。
由于计算机联锁系统接收和处理的信息很多，而且许多信息在时间上重叠，为了避免信息丢失，提高系统的运行速度，目前应用的各种型号的计算机联锁设备均采用多主系统。
计算机联锁工程
第一章:概述计算机联锁首先于1978年在瑞典哥德堡投入运用,1984年中国铁路开发出第一台计算机联锁,此后取得迅速发展,1991年11月19日,中国铁路干线上第一个微机联锁系统在广深线红海站开通.截至1995年底中国铁路及厂矿企业使用计算机联锁的车站已有47个。
铁路在此方面的计算机联锁是指利用计算机对车站作业人员的操作命令及现场表示信息记性逻辑运算,从而实现对信号机及道岔轨道电路信息采集发送等设备进行集中控制,使其达到相互制约的车站联锁设备。
计算机工程的设计宝库室内和室外两部分,室外部分与继电联锁部分设计基本相同。
计算机联锁的全部联锁功能由软件来实现,它的电路结构和继电联锁有着本质的区别,除了所保留的执行电路,包括道岔控制电路,信号点灯电路,轨道电路以及灯丝断丝报警电路,断路器报警电路外,其室内部分设计与继电联锁的设计有着和大的不同。
在对采用计算机联锁的车站进行工程设计时,不需要像继电联锁那样处理网状电路图和设计控制台,因为计算机联锁不存在网状电路,控制台的设计由生产厂家完成。
本论文将根据自己设计的简单的车站引出各部分电路图的设计以及组合的选用及排列。
第二章:设计内容第一节:设计综述一、计算机联锁设计包括室内和室外设计，室外与继电联锁大致相同，室内设计包括电路图的设计，组合及排列的选用，信号设备在室内的布局等。
电路图的设计包括：采集电路图、驱动电路图、执行电路、与区间设备结合电路图、站内电码化电路图、电源电路图、灯丝断丝报警电路图、断路器报警电路图、配线图表。
二、对计算机生产厂家提出的要求1、对驱动的要求一般车站对驱动提出以下要求：（1）LUXJ与TXJ的励磁关系在四显示自动闭塞区段，要求通过信号继电器TXJ吸起时绿黄信号继电器吸起进站信号机点绿灯时，TXJ和LUXJ均吸起，点绿黄灯时，LUXJ吸起,TXJ落下。
（2）ZXJ励磁条件对于进站或接车进路信号机的正线继电器ZXJ，必须检查进路上所有道岔的定位表示继电器DBJ条件。
计算机联锁系统
计算机联锁系统1.基本概念1.1 联锁系统概念区间：在车站之间的铁路线段进路：在车站内的线段，列车和调车车列（以下简称车列）由某一指定地点运行至另一指定地点所经过的路段。
信号机：线段入口处的防护设备联锁：保证行车安全，信号、道路与进路之间以技术手段保持的一定制约关系和操作顺序。
包括：（1）道岔、进路间的联锁（2）道岔与信号机之间的联锁（3）进路与进路间的联锁（4）进路与信号机之间的联锁（5）信号机与信号机间的联锁车站联锁系统主要包括的技术：（1）进路空闲的检测技术（2）道岔控制技术（3）信号控制技术（4）联锁技术（5）故障－安全技术1.2计算机联锁系统计算机联锁：用微型计算机对车站值班人员的操作命令与现场实际状态的表示信息进行逻辑运算，从而实现对信号机、道岔及进路进行集中控制和联锁的车站联锁设备。
计算机联锁系统的功能联锁控制功能：进路控制；信号开放、关闭；道岔单独操作、锁闭、解锁显示功能：①站场基本图形显示；②现场信号设备状态显示；③值班员按压按钮动作的确认显示；④联锁系统工作状态、故障报警显示；⑤时钟显示、汉字提示等记录存储和故障检测与诊断功能：①系统可按时间顺序自动记录和存储值班员按钮操作情况、现场设备动作情况和行车作业情况；②提供图像再现功能；③实现进路存储和自动办理；④具有集中检测和报警功能结合功能：利用标准化通信接口板，网络接口板，可以直接与现代化信息处理系统相联结进行数据交换2.计算机联锁系统的结构2.1集中式控制结构集中式控制系统由室内、室外两部分构成，特点是联锁系统的各层功能均由一台计算机完成。
2.2分散式控制结构分散式控制结构的特点是将联锁系统的功能按结构层次划分成若干相对独立又有一定联系的功能模块，均由相应的计算机来处理。
由于功能模块的划分并非唯一，所以具体结构形式是多种多样的监视控制机（上位机）－信息管理计算机，人机会话功能，还用于实时记录信息及其再现，另外还有诊断功能；联锁机（下位机）－实现信号设备的联锁逻辑处理功能，完成进来确选、锁闭、发出开放信号和动作道岔的控制命令，与执行层有两种方式：专线方式和总线方式目标控制器－控制命令和状态信息的转送站，一方面接收和效核来自联锁机的控制代码，经译码后形成控制命令，以驱动相应的设备控制电路；另一方面由接收监控对象的状态信息，经编码传送到联锁机。
计算机联锁系统的基本原理本
2013-6-21
1
第一节 计算机联锁系统硬件
一、计算机联锁系统的技术基础 典型的计算机联锁系统硬件组成如图所示。 继电器结合电路
主机
外部设备
总线
总线
过程输 入/输 出通道
现场监控对象
• 1、工业控制计算机
计算机联锁系统硬件组成
• 工业控制计算机是指按生产过程控制的特点和要求而设计的计算 机，它包括硬件和软件两部分。 • （1）工业控制计算机的硬件组成 • 工业控制计算机的硬件组成结构如图7－2所示，它主要由主 机板、内部总线和外部总线、人－机接口、系统支持板、磁盘系统、 通信接口和过程输入/输出通道等组成。
下面主要介绍开关量输入/输出通道和故障—安全输入输出接口。 (2)开关量输入通道 开关量输入通道的作用：一是将二值开关量信息变换成寄存器能够接收的 TTL两种电平；二是抗干扰，以保证输入信号的正确性。 ① 开关量输入通道的结构 主要由输入缓冲器、输入电路、地址译码器等组成。
内 部 总 线
输入 缓冲器
（2）工业控制计算机的特点
可靠性和可维护性好 高抗干扰能力 环境适应性强 完善的输入、输出通道 控制的实时性 通用性和可扩充性好 具有通信与联网能力 适当的计算机精度信号线的集合，它定义了各引线的信号、电气、机械 特性，把计算机或计算机联锁系统中的各个模板以及各种设备连接成一个 整体，以便彼此之间进行信息交换。 • 计算机联锁系统中的总线，一般根据其功能和规模分类。一般分为 三类，即内部总线、外部总线和现场总线。
• （2）外部总线
• 外部总线（E-BUS）又称“通信总线”， 它是计算机系统之间或是计算机系统与其他 系统（仪器、仪表、控制装置）之间信息传 输的通路，常借用其他领域已有的总线标准。 计算机的外部总线通常分为并行总线和串行 总线两种。
计算机联锁系统技术
电务维修机
人机会话机
联锁机
5.1.1联锁系统
电务维修机
站场状态跟踪与回放 操作命令记录与故障记录 输入/输出故障定位
人机会话机
对操作命令进行接收、判断与发送 站场信息显示 系统信息提示
联锁机
按钮操作处理及站场信息处理 联锁运算 继电器的输入和输出
5.1.2按钮命令发送任务
状态时办理人工解锁用。
有效操作命令
总人解（带锁）＋调车始端按钮：调车进路处于接近锁闭 状态时办理人工解锁用。
总定位＋道岔按钮：单独操纵道岔转向定位时使用。 总反位＋道岔按钮；单独操纵道岔转向反位时使用。 单钡（带锁）＋道岔按钮：排列专列使用的进路时单独锁
闭道岔使用。 单解（带锁）＋道岔按钮：解除道岔单独锁闭时使用。 封锁（带锁）＋道岔按钮：维修道岔时单独封锁道岔使用。 封解（带琐）＋道岔按钮：解除道岔单独封锁时使用。 进故解（带锁）＋列车终端按钮：列车进路因故障未能自
本节主要内容
人机会话层的任务 人机会话层的硬件支持系统 人机会话层的软件支持系统 人机会话层软件的实现和特点
5.1人机会话层的任务
计算机联锁系统（为保障联锁功能的实现）
上位机系统 人机会话层－人机会话机实现 维修诊断层－电务维修机实现
下位机系统－联锁机实现 操作与表示层 联锁运算层 输入和输出层
动解钡时，人工使未解锁区段解锁用， 进故解（带锁）＋调车终端按钮：调车进路因故障未能自
动解锁时，人工使未解锁区段解锁用。
有效操作命令
区故解（带领）＋道岔按钮（或区段按钮）：区段因故障 未能自动解锁时，人工分段解除区段故ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ锁闭用。
复原：清除错误操作及由于其他故障而出现的各种表示和 汉字提示。
轨道交通信号系统中的联锁技术研究
轨道交通信号系统中的联锁技术研究第一章绪论随着城市的发展，轨道交通在城市交通体系中的地位日益重要。
然而，轨道交通的运营管理是一项巨大而复杂的工程，需要依靠各种技术手段来确保其运营安全和高效。
信号系统是轨道交通的核心技术之一，其作用相当于“交通灯”，控制列车的行驶，确保列车的行驶安全和整个线路的运营效率。
联锁技术作为信号系统中的重要一环，保障列车工作时具有一定的准确定位和防止误操作、误报警等安全功能，是保障轨道交通运营安全、稳定、高效的关键技术之一。
本文将介绍轨道交通信号系统中的联锁技术研究，主要包括联锁技术的基本概念和原理、联锁系统的设计和实施、联锁系统的测试和维护等方面。
通过对联锁技术的深入研究，可以更好地理解轨道交通信号系统中的联锁技术，并为轨道交通的建设和管理提供参考和借鉴。
第二章联锁技术的基本概念和原理2.1 联锁技术的定义联锁技术定义：“联锁系统是在一定条件下控制轨道交通信号、轨道交通信号机、轨道交通道岔机等设备动作，以保证列车的行驶安全、避免信号设备之间相互冲突，防止人为误操作、重复操作和对具体列车接近信号、通过信号时的实时检查，达到防止机车、车辆及其仪表被破坏和让备用控制系统生效掌控的目的。
”2.2 联锁技术的原理联锁技术的原理是利用先进的电子信息技术来实现对列车运行的监控、控制和保护。
通过联锁技术，可以防止交叉、错误和其他异常现象的发生，保证列车及乘客的安全。
联锁技术主要基于以下原则：（1）自动化原则：通过自动化的方式来确保列车运行的正常、安全和稳定。
（2）可靠性原则：采用先进的技术和设备，确保联锁系统的可靠性和稳定性。
（3）互锁原则：在联锁系统中，各个设备之间采用互锁的方式，确保各个设备之间的协调运作。
（4）检查原则：采用先进的检测技术，对列车运行状态进行检查。
（5）反馈原则：对列车运行状态进行及时反馈，确保系统的准确和及时性。
2.3 联锁技术的分类联锁技术根据使用的硬件和软件系统的不同，可以分成四种类型：（1）电气联锁技术：利用电气控制的方式实现列车的行驶控制和保护。
第二章 计算机联锁系统硬件
第二章计算机联锁系统概述一、计算机联锁系统的发展（一）车站联锁系统的功能与一般层次结构现代的联锁系统是以色灯信号机、动力转辙机和轨道电路作为室外三大基础设备，以电气设备或电子设备实现联锁功能并采取集中控制方式对信号机和道岔进行控制的系统。
系统的一般层次结构如图2—1所示。
图2—1 系统的一般层次结构（二）对继电集中联锁的再认识继电联锁系统的特点：①由继电电路来实现信号、道岔和进路之间的联锁关系。
②以安全型继电器为主要控制器件，并把它们集中放在信号楼内。
其优点是：性能比较稳定，在保障铁路行车安全、提高效率起到了良好的作用。
其缺点是：①功能不够完善，特别是人机对话功能贫乏，也比较难于增加或扩展其它功能。
②不便于和现代化的信息处理系统相连接。
③经济方面，大规模集成电路价格日趋下降而专用继电器价格相对稳定，使得大站的计算机联锁系统的价格低于电气集中联锁；与计算机联锁系统相比，电气集中联锁系统要使用更多的电缆；电气集中联锁占地面积大，标准化程度比计算机联锁系统低，维修量大等。
（三）计算机联锁系统优点以计算机技术取代继电电路具有以下优点：①减少继电器检修工作量；②减少系统的设计、施工和维护的工作量；③减少建筑使用面积；④当采用分布式系统结构时，可以节省干线电缆，从而降低工程造价；⑤当采取了必要的提高系统的可靠性和安全性的技术措施后，系统的可靠性和安全性将得到提高；⑥便于改造；⑦便于增加新功能。
最关键的是，计算机联锁系统为铁路信号向智能化和网络化方向发展创造了条件。
二、计算机实时控制系统计算机联锁系统是计算机实时控制系统的一个实例。
实时控制系统是指在限定的时间内对外来事件能够作出反应的系统。
实时工业控制计算机系统的主要特点有：①实时性②现场信号的输入和控制输出能力③高可靠性④可维护性⑤其它特点：除了以上特点之外，实时工业控制系统一般要求允许工作环境比较恶劣，如温度高、湿度大、抗冲击、震动性强等。
典型的实时工业计算机控制系统的结构如图2—2所示。
计算机联锁系统教材
《计算机联锁系统》内容简介本书对计算机联锁系统的总体结构，硬件构成，软件构成，系统可靠性与安全性技术保障等方面的内容作了详细的阐述，同时对计算机监测系统以及目前铁路上采用的四家研发单位的产品作了介绍，并对由兰州交通大学开发的全电子计算机联锁系统进行了说明。
本书为从事铁路信号的人员学习与掌握计算机联锁系统及其技术而编写，也可作为铁路信号专业的大学本科和专科的教材和参考用书。
目录1. 计算机联锁系统概述 (5)1.1. 铁路运输与铁路信号系统 (5)1.2. 铁路信号系统的安全性与可靠性 (5)1.3. 车站信号机的布置与进路 (6)1.4. 联锁与进路控制 (6)1.5. 从电气联锁到计算机联锁系统 (6)1.6. 计算机联锁系统的现状与发展 (7)2. 现代工业控制计算机技术 (8)2.1. 现代计算机技术 (8)2.2. 工业控制计算机系统的特点 (8)2.3. 几种主要的计算机总线标准 (9)2.4. 用于过程控制的标准接口 (9)3. 系统的硬件结构 (11)3.1. 计算机联锁系统的体系结构 (11)3.2. 系统的硬件结构 (12)3.3. 系统的硬件构成 (13)3.4. 大型车站的系统硬件结构 (13)3.5. 容错计算机系统的硬件结构 (13)4. 系统的软件结构 (16)4.1. 软件的功能与总体结构 (16)4.2. 联锁数据与数据结构 (17)4.3. 联锁控制程序及其任务调度方式 (18)5. 人机会话层的构成 (22)5.1. 人机会话层的任务 (22)5.2. 人机会话层的硬件支持系统 (22)5.3. 人机会话层的软件支持系统 (22)6. 系统可靠性与安全性技术保障 (24)6.1. 安全性与可靠性 (24)6.2. 系统的安全性保障 (24)6.3. I/O通道的安全性保障 (25)6.4. 无接点安全输出接口电路 (26)6.5. 计算机系统的安全保障 (26)6.6. 系统的可靠保障 (27)6.7. 故障掩蔽技术和系统重组技术 (27)6.8. 故障检测与诊断方法 (27)7. 系统可靠性与安全性评估 (29)7.1. 系统的可靠性和安全性估算 (29)7.2. 单机系统的故障-安全模型 (29)7.3. 三重冗余系统可靠性和安全性评估 (29)8. 计算机监测系统 (30)8.1. 系统的功能及技术条件 (30)8.2. 监测系统的结构 (30)9. 系统的检验与测试 (32)9.1. 系统检测的意义与发展趋势 (32)9.2. 系统的检验方法 (32)9.3. 检验系统的功能和结构 (32)1.计算机联锁系统概述本章主要介绍铁路信号的一些相关概念，在此基础上对车站信号的一些重点知识进行简要的说明（例如：车站信号机的布置，进路的控制等内容）。
计算机联锁系统
高可靠性、高安全性、高灵活性、易 于维护和升级。
系统组成与功能
系统组成
主要包括硬件和软件两部分。硬 件包括控制站、输入输出接口、 信号设备等；软件包括系统软件 、应用软件和数据库等。
功能
实现信号灯控制、道岔控制、进 路控制、列车检测等功能，保障 列车运行的安全和效率。
发展历程与趋势
发展历程
计算机联锁系统自20世纪70年代开始发展，经历了模拟电路 、继电器电路、微机控制等不同阶段，目前已经进入了计算 机联锁系统时代。
输入输出接口
连接信号设备，实现信号的控 制和采集。
存储设备
用于存储程序、数据和历史记 录。
电源设备
提供稳定的电源，确保系统的 正常运行。
软件设计
操作系统
联锁程序
诊断程序
人机界面程序
负责系统的资源管理和 调度。
实现信号的控制逻辑和 安全逻辑。
监测系统的运行状态， 及时发现和处理故障。
提供友好的人机交互界 面，方便用户操作。
发展趋势
未来计算机联锁系统将朝着高可靠性、高安全性、高智能化 、高可维护性的方向发展，同时将与现代通信技术、物联网 技术等相结合，实现更加高效、智能的铁路交通控制和管理 。
CHAPTER 02
计算机联锁系统的技术原理
硬件结构
01
02
03
04
中央处理器
计算机联锁系统的核心，负责 接收、处理和发送指令。
故障检测与处理
实时监测系统的运行状态，及时发现和处理ห้องสมุดไป่ตู้故障。
安全认证
对系统进行安全认证，确保系统的安全性。
CHAPTER 03
计算机联锁系统的应用场景
计算机联锁系统
计算机联锁系统介绍与设计
计算机联锁系统介绍与设计发布时间：2022-09-19T06:17:44.032Z 来源：《科技新时代》2022年（2月）4期作者：安禹学徐华祥[导读] 计算机联锁是以计算机技术为核心，采用了通信技术、可靠性技术与容错技术以及“安禹学徐华祥中车青岛四方机车车辆股份有限公司，青岛 266111摘要计算机联锁是以计算机技术为核心，采用了通信技术、可靠性技术与容错技术以及“故障—安全”技术实现车站联锁要求，自动实现车站内的道岔、信号机和进路之间的控制的技术，它是确保铁路系统安全、高效行车所必需的一种重要保障设施。
在计算机联锁系统中，上位机用于人机交互，用来接收工作人员输入的操作指令，经过联锁机的逻辑运算控制车站信号设备工作，并将信号设备的工作状态通过上位机表示出来，实时监控信号设备运行。
第一章绪论1.1 计算机联锁的背景随着我国铁路运输事业的不断进步和发展,高密性以及快捷性都成为其主要的发展目标和方向,许多联锁设备无法满足对安全方面越来越高的要求。
从技术上来看,电气式联锁和机械式联锁是我国铁路信号控制技术发展的两个阶段。
随着计算机技术理论的完善，发展出了计算机联锁。
目前我国现有的主要干线铁路均采用计算机联锁系统国内外1.2 国内外研究现状分析1978年世界上第一套新型的微机联锁设备在瑞典哥德保市诞生以来，各个地区的新型计算机联锁设备和系统技术都发展得相当迅速。
瑞典作为目前世界上最早的自主开发且通过自主创新设计成功研制广泛应用于国际的计算机联锁的技术国家之一,其生产技术上的发展周期可以大致划分表现为两个主要时期,第一代微机产品主要就是采用了传动继电器技术来进行控制供电信号及道岔,并且还首次具备了控制轨道传动的专用继电器。
第二代系列产品的道岔和信号系统设计采用了更为安全的一种无接点控制电路。
1985年前在哈尔斯堡站首次投入使用了该产品系列。
西德国铁1979年决定自主研制第一套微机联锁,自1983年起就开始由西门子、劳伦茨、 AGE 公司联合研制,1985年12月,联锁铁路首套微机联锁设备在慕尼黑地区正式交付投入运营。
计算机联锁(吕永昌)配套PPT2-5-2
第二章 计算机联锁系统基本原理第一节 计算机联锁系统使用的计算机 第二节 计算机联锁系统硬件 第三节 计算机联锁系统软件 第四节 计算机联锁系统的通道与接口 第五节 全电子执行单元2013/1/13四、电子模块1、列车信号模块是替代原电气 6502进站、进路信号机和带调车信号 的两方向的出站信号机的控制电路， 并取消灯丝继电器，接收和执行由联 锁机下发的控制命令，直接控制信号 机的信号灯的点亮和熄灭，并实时监 测信号灯的点亮和熄灭的工作状态， 反馈给联锁机。
一个LXA信号机模块 可以控制 8个灯位，即可控制1架列 车信号机。
2013/1/131、列车信号模块性能 一个LXA-2型信号机模块可以控制 8个灯位，即 可控制1架列车信号机； 模块采用无触点式控制技术，延长模块使用寿命； 模块具有过载和负载短路自动保护功能，取消了电路 熔丝，故障排除后自动恢复，不需要人工干预； 模块提供一个标准通信接口，可将实时测量的信 号点灯传至微机监测系统； 模块具有完备的自检、报警功能，模块的工作状 态可传至微机监测系统； 模块支持热插拔，允许用户 不间断系统进行更换。
2013/1/13工作原理2013/1/13端子配备预 留C 电源输入Z 电源输入 电源输入F 电源输入 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16A 电源输入Z 电源输入 电源输入F 电源输入 预 留 X1\X2H X3\X4H X5\X6H X7\X8H X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X8 防雷地X1\X2H X3\X4H X5\X6H X7\X8H X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X8 防雷地2013/1/132、调车信号模块 DX-2型信号机模块是替代 原电气集中6502调车信号机的 控制电路 ，并取消灯丝继电 器，接收和执行由联锁机下发 的控制命令，直接控制信号机 的点亮和熄灭，并实时监测信 号机的工作状态，反馈给联锁 机。
计算机联锁系统培训
计算机联锁的发展要进一步提高 软、硬件标准和安全、可靠性水平， 逐步统一为二乘二取二或三取二的体 系，统一操作方法，统一操作界面， 统一外特性端子使用。
三、计算机联锁技术的发展 1、冗余技术的发展
最早采用的计算机联锁系统曾采用单机结构， 其可靠性和安全性远远不能满足车站联锁的严格 要求。 后来改为双机热备结构，并由一个CPU执行 两套功能相同而编码各异以及诊断程序，来提高 计算机联锁系统的可靠性和安全性。目前，我国 大部分计算机联锁是双机热备系统。但是，双机 热备系统存在着双机切换问题，切换失败将产生 危险后果。
第三阶段——CTCS体系 2004年在北京召开的国际铁路联盟UIC大 会，正式宣布确立CTCS体系。 CTCS-2级列控系统
♣ 基于轨道电路加点式应答器传输列车运行许可信息并采 用目标距离模式监控列车安全运行。 ♣ 系统主要由车站列控中心、轨道电路、应答器、车载设 备等构成。
第三阶段——既有线列控系统集成创 新
3、区域计算机联锁技术的发展
区域计算机联锁是集中式的联锁控制方式， 即由一个站控制周围的若干个小站及区间的道岔 控制点。 区域计算机联锁系统提高了行车组织的工作 效率和设备的远程维护能力，为中小车站信号系 统的数字化、网络化、综合化奠定了基础，有利 于提高铁路的管理水平，是铁路运输指挥系统实 行综合现代化、实现减员增效目标的根本性措施 之一。 我国也进行了区域计算机联锁系统的研发。
计算机联锁系统培训
赵米秀
2008.10.
计算机联锁系统技术讲解目录
车站信号联锁系统的概述 计算机联锁系统的特点 计算机联锁系统的技术基础 计算机联锁系统的硬件 计算机联锁系统的软件 计算机联锁系统的通道与接口
第一章 计算机联锁系统概述
2计算机联锁控制系统技术基础资料
2.2.3 总线接口技术
（3）RS-422总线 – RS-422的最大传输距离为4000英尺（约1219 米），最大传输速率为10Mb/s。其平衡双绞 线的长度与传输速率成反比，在 100kb/s速 率以下，才可能达到最大传输距离。只有在 很短的距离下才能获得最高速率传输。一般 100米长的双绞线上所能获得的最大传输速 率仅为 1Mb/s。
2.2.4 工业网络技术
（3）总线形结构 总线形结构属于分散型网络，其结构灵活， 易于扩展。由于采用无源传输总线，一个站 的故障不会影响其它站的工作，可靠性高。 总线形结构的使用是最普遍的。 除了上述三种基本结构外，还有网形结 构、树形结构以及各种混合形结构。这些结 构相对比较复杂，信息的传输可能有多条路 径。
2.2.3 总线接口技术
（4）RS-488总线 上述两种外部总线是串行总线，而RS-488 总线 是并行总线接口标准。总线上最多可连接15 台设备。最大传输距离为 20 米，信号传输 速度一般为500KB/s，最大传输速度为1MB/s。
2.2.4 工业网络技术
1、网络的拓扑结构
星形
环形
总线形
2.2.4 工业网络技术
• ISA总线
ISA（industrial standard architecture）总线标准是IBM 公司为推出PC/AT机 而建立的系统总线标准，所以也叫AT总线。它是对XT总线的扩展，以适应 8/16位数据总线要求。
• VME总线
该总线结构是为其各种模块之间的接口和充分发挥16/32位的微处理器 MC68000的功能 而设计的。VME总线是一种性能极高的开放式总线。
2.2.6 计算机控制系统的分类
1、集中式数字控制系统 – 集中式数字控制系统（DDC, Direct Digital Control）在20世纪七八十年代占主导地位。 它采用单片机、可编程逻辑控制器（PLC）、 顺序逻辑控制器（SLC, Sequence Logical Controller）或微机作为控制器。集中式数 字控制系统的优点是易于根据全局情况进行 控制计算和判断，在控制方式、控制时间的 选择上可以统一调度和安排。不足是对控制 器本身要求很高，必须具有足够的处理能力 和极高的可靠性，当系统任务增加时，控制 器的效率和可靠性将急剧下降。
计算机联锁系统的基本原理本
• （1）工业控制计算机的硬件组成
•
工业控制计算机的硬件组成结构如图7－2所示，它主要由主
机板、内部总线和外部总线、人－机接口、系统支持板、磁盘系统、
通信接口和过程输入/输出通道等组成。
精选课件
3
（2）工业控制计算机的特点
可靠性和可维护性好 高抗干扰能力 环境适应性强 完善的输入、输出通道 控制的实时性 通用性和可扩充性好 具有通信与联网能力 适当的计算机精度和运算速度
精选课件
10
①I/O接口的寻址 I/O接口的编址方式：包括存储器映射方式和
隔离式编址方式（I/O编址方式）。 I/O接口的地址译码：译码电路的构成形式通
常有固定式端口地址译码和开关可选式地 址译码两种。 ②常用的I/O接口
精选课件
11
输入输出通道
• 非安全接口是不涉及行车安全数据的接口， 均可采用通用的标准接口。 • 对传输安全数据的串行接口电路来说，可采 用编码理论中的差错控制技术发现数据错误，所 以可采用标准通用接口。 • 输安全数据的并行接口电路，不能简单地用 通用标准接口，须采用故障—安全输入输出接口。
自
总
缓冲器
电路
生
线
产
过
程 地址译码器
开关量精输选入课通件道结构
13
（3）开关量输出通道
联锁计算机输出的开关量是用来控制执行继电器、表示灯或音响报 警装置的。
开关量输出通道的主要功能：一是提高驱动能力；二是实现了计算 机与外部设备之间的电气隔离。
① 开关量输出通道的结构
开关量输出通道主要由输出锁存器、输出驱动电路、口地址译码器 等组成，如图所示。
精选课件
12
下面主要介绍开关量输入/输出通道和故障—安全输入输出接口。 (2)开关量输入通道 开关量输入通道的作用：一是将二值开关量信息变换成寄存器能够接收的 TTL两种电平；二是抗干扰，以保证输入信号的正确性。 ① 开关量输入通道的结构
计算机联锁(吕永昌)配套PPT 2-3-1
第二章 计算机联锁系统基本原理第一节 计算机联锁系统使用的计算机 第二节 计算机联锁系统硬件 第三节 计算机联锁系统软件第四节 计算机联锁系统的通道与接口 第五节 全电子执行单元第三节计算机联锁系统软件一、计算机联锁系统软件的功能与总体结构 1、计算机联锁软件的功能 、 （1）、人机界面处理功能 ①、操作信息处理 ②、表示信息处理 ③、维护与管理信息处理（2）、联锁控制功能 ①、建立进路 ②、进路锁闭 ③、信号开放 ④、信号保持开放⑤、进路正常解锁 ⑥、进路非正常解锁 ⑦、道岔单独操纵 ⑧、进路引导锁闭（3）、执行控制功能 ①、输入控制功能 ②、输出控制功能（4）、自动检测与诊断功能（5）、其他功能 ①、非进路调车 ②、平面溜放 ③、站内道口控制 ④、与调度集中调度监督的联系 ⑤、和其他系统的结合功能一、计算机联锁系统软件的功能与总体结构 2、计算机联锁软件的划分 、 （1）、上位机 （2）、下位机 （3）、联锁机、人机会话机、电务维修机软 件功能上位机： 上位机：上位机接收值班员的操作，实时显示站场图形， 也叫操作表示机。
联锁机： 联锁机：联锁机采集现场信息，进行联锁运算，输出驱动 控制，联锁机也叫下位机。
联锁网： 联锁网：位机和联锁机之间是通过相互独立的两条通信网 络连接起来的，它可以是CAN总线网络结构，也可以是以 太网络结构。
系统通过相互独立的两条网络达到通信冗余 的目的。
电务网： 电务网：电务维修机和上位机之间通过以太网相连传递数 据，这条网络叫电务网，它和联锁网完全独立，不与联锁 机相连。
3、计算机联锁软件的总体结构（1）、系统层次结构（2）、冗余结构（3）、联锁数据组织形式二、联锁数据与数据结构1、联锁数据所有参与联锁运算的数据，分为静态数据和动态数据两种。
（1）、数据的编码（2）、数据的传输2、静态数据及结构①常量固定站场图，静态数据即可选定。
②结构进路表结构站场型结构补充知识补充知识：：联锁数据分类设计B CD X D3D1D9D5D7D13ⅠG ⅡG 4G 1357911S3S Ⅱ5/7WG ⅠAG ⅡAG3、动态数据及结构操作输入变量、状态输入变量等六种。
02_计算机联锁系统技术_第二章
P961
STD
简单的单 处理系统
Pro-Log
P996
PC bus
希望具有 IBM PC适配 板优点的 中规模微型计 算机系统 高级别的微型 计算机系统
IEEE/PCET
P1014
VME
Motorola
总线的分类
系统总线
内总线，系统总线是各种模板插件之间信息传送的通路 STD、ISA/PCI、VME
DDR
DDR
DDR (Double Data Rate)是一种继SDRAM后产生的内存 技术，顾名思义，就是双数据传输模式。之所以称其 为“双”，也就意味着有“单”，我们日常所使用的 SDRAM都是“单数据传输模式”，这种内存的特性是在 一个内存时钟周期中，在一个方波上升沿时进行一次 操作(读或写)，而DDR则引用了一种新的设计，其在一 个内存时钟周期中，在方波上升沿时进行一次操作， 在方波的下降沿时也做一次操作，之所以在一个时钟 周期中，DDR则可以完成SDRAM两个周期才能完成的任 务，所以理论上同速率的DDR内存与SDR内存相比，性 能要超出一倍，可以简单理解为100MHZ DDR=200MHZ SDR。
项 道 目 岔 状 态 变 量 控 制 变 量
2×30＝60 4×2＋3×14＋2×24＝95 1×40＝40 198
2×30＝60 3×2＋2×14＋1×24＝58
信 号 机 轨道电路 总 计
118
表中仅统计了开关型变量，不包括模拟型变量，也没有冗余技术。
标准化与系列化
尽量采用国家推荐的标准总线及优选工业 控制机机型，这样可以增加成功的概率， 同时能够共享采用规模化生产所带来的低 价格、高性能，避免在低层次上的重复性 开发，缩短系统设计、制造、调试、开通 的周期。 在软件系统的标准化方面主要是MS-DOS 与Windows操作系统，软件的应用开都 基于此。
计算机联锁(吕永昌)配套PPT2-5-1
第二章 计算机联锁系统基本原理第一节 计算机联锁系统使用的计算机 第二节 计算机联锁系统硬件 第三节 计算机联锁系统软件 第四节 计算机联锁系统的通道与接口 第五节 全电子执行单元2013/1/13第五节一、系统构成全电子执行单元全电子执行单元采用计算机技术、电子信息技术、 电力电子开关技术、自动控制技术，替代了6502电 气集中以安全型继电器作为控制单元的电路形式， 与联锁计算机相结合，完成了计算机联锁系统的末 级控制和采集功能；执行单元采用控制监测一体化 的方式，将道岔动作电流、轨道受电端电压等模拟 量采集功能也纳入其中，实现了微机监测系统对现 场信号的采集、调理与处理功能，执行单元提供标 准通信接口，将信息可传至微机监测系统。
2013/1/131、联锁机 2、电子执行单元 3、微机监测 4、系统电源 5、通信接口 联锁机与执行单元通信； 联锁机与模块监测机通信； 监测机与执行 机模块柜通信。
2013/1/13二、系统性能 模块采用无触点式控制技术，延长模块使用寿 命模块具有过载和负载短路自动保护功能，取消了 电路熔丝，故障排除后自动恢复，不需要人工干预 模块提供一个标准通信接口，可将道岔的动作 情况及电流曲线传至微机监测系统 模块具有完备的自检、报警功能，模块的工作 状态可传至微机监测系统 模块支持热插拔，允许用户不间断系统进行更 换2013/1/131、驱动采集模块 执行部分：采用双重结构，包含联锁执行模块、 通信子模块、智能采集模块； 2、网络管理模块 联锁控制网络模块和设备监测网络模块 3、设备监测功能模块 信号设备输入和输出模块2013/1/13三、系统特点 执行单元采用无触点式控制技术，延长设备使 用寿命，设备采用状态 执行单元具有过载和负载短路自动保护功能， 取消了电路熔丝，故障排除后自动恢复，不需要人 工干预 执行单元采用控制监测一体化的方式通过监测 通道向监测机提供轨道电压、道岔电流、道岔动作 时间等数据，具有微机监测的功能，监测主机可以 通过网络进行远程监测和诊断2013/1/13执行单元自检、报警功能完备，系统支持热插 拔，允许用户不间断系统进行更换，因此故障恢复 时间短 执行单元采用模块化设计思路，无需专业维护人 员，降低运营维护成本 执行单元配线简单，可大幅缩短施工周期2013/1/13设备占地面积少，可节省房屋投资 执行单元采用双现场总线逻辑与控制方式，可 以与各种型号联锁计算机结合 执行单元基于网络平台设计，支持远程操作与 控制，为实现区域联锁控制提供了基础条件2013/1/13。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2.1.2存储器RAM
Flash Memory 32位传输、72Pin设计的FPM DRAM EDO DRAM 64位传输、168Pin设计的SDRAM 当前的DDRD与DDR2
5
Flash Memory
定义
一种固态 ，不易挥发，可复写的内存，其运作方式就 像随机存取内存与硬碟的混合体。具有持久，能够在 低电压状态下运作，以及能够在 电源关闭后保存资料。 断电情况下仍能保持所存储的数据信息。 数据删除不是以单个的字节为单位而是以固定的区块 为单位。（区块大小一般 由256K到20MB） FLASH这个词最初由东芝因为该芯片的瞬间清除能力 而提出，源于EPROM。正在成为EPROM的替代品。 被广泛用于PCMCIA卡，PCMCIA闪存盘，其它形式硬 盘，嵌入式控制器。
21
2.2.7通信与联网能力
信号传输方式
①基带传输：数字通信信号的信道上直接传输数据的 基带信号，不包含任何调制，数据传输速率为0～ 10Mbit/s，且只能为半双工或单工方式。 ②载波传输：采用数字信号对载波进行调制后传输， 基本调制方式有幅度调制（ASK）、频移键控 （FSK）、相移键控（PSK）。 ③宽带网：计算机网络传输，可划分为多条基带信道， 数据传输速率范围为0～400Mbit/s ④异步传输模式ATM（Asynchronous Transfer Mode）:传输与交换数字信息技术，支持多媒体信息， 具有低延迟特性，速率达155Mbit/s～2.4Gbit/s。
通信总线
外总线，用于系统之间或系统与设备之间的通信 并行通信总线－速度高，但距离短 串行通信总线－速度低，但成本低，用于长距离
开放式实时系统，一种串行数字通信链路，处于现场与自 动控制装置之间 控制器局部网CAN
28
现场总线
STD总线标准
STD总线
面向工业控制的8位微型计算机总线，后扩展 为16/32位，如STD32 STD的逻辑规范，见后图 STD的技术特点
8
2.1.3硬盘驱动器与光盘驱动器
硬盘接口规格
IDE－集成解码电路接口 SCSI－小型计算机系统接口（容量大、速度 快） Normal－正常模式 Large－扩充的C/H/S方式 LBA－逻辑块寻址模式 类似于硬盘驱动器
9
硬盘的工作模式
光盘驱动器
SCSI与SATA
性能
SCSI硬盘目前的最高转速可达 15000rpm，SATA硬盘则是 10000rpm，更高的转速可以获得更高的 寻址速度，这永远是高转速硬盘的优势。 SCSI的接口速度其最高的水平是 320MB/s，SATA是150MB/s SATA硬盘容量要大于SCSI硬盘，而且 SATA硬盘的价格更加便宜 ，同时SATA硬 盘还具备热插拔能力
工业计算机能否投入运行的重要条件：是否具有丰富的 输入设备与输出设备以及完善的外部设备。 例如：一个中等规模的计算机联锁系统，包括30组道 岔、40架信号机、40个轨道电路区段，则其主要状态 变量和控制变量的数量如下表：
项 道 目 岔 状 态 变 量 控 制 变 量
2×30＝60 4×2＋3×14＋2×24＝95 1×40＝40 198
10
容量与成本
2.1.4显示卡与显示器－监控作用
显示卡
AGP－（Accelerated Graphics Port） PCI-PCI E 分辨率与点距 模拟调整与数字调整 环保功能 防电辐射
显示器
11
PCI-E接口
PCI Express
采用了目前业内流行的点对点串行连接，每个设备都 有自己的专用连接，可以把数据传输率提高到一个很 高的频率，达到PCI所不能提供的高带宽。 PCI Express的双单工连接能提供更高的传输速率和 质量，它们之间的差异跟半双工和全双工类似。 PCI Express的接口根据总线位宽不同而有所差异， 包括X1、X4、X8以及X16,PCI Express接口能够 支持热拔插，这也是个不小的飞跃。 PCI Express规格从1条通道连接到32条通道连接， 有非常强的伸缩性，以满足不同系统设备对数据传输 带宽不同的需求。
P961
STD
简单的单 处理系统
Pro-Log
P996
PC bus
希望具有 IBM PC适配 板优点的 中规模微型计 算机系统 高级别的微型 计算机系统
IEEE/PCET
P1014
VME
Motorola
26
与计算机联锁系统相关的总线标准
名称 简要说明 用途 提出单位
IBM PC/XT bus IBM PC/AT bus （ISA bus）
总线的标准化
GBIP 、STD、 PC bus、 VME
IBM PC/XT（AT）bus、VESA bus、PCI bus
25
与计算机联锁系统相关的总线
IEEE总线标准
IEEE 标准号 488 通用名 GBIP 简要说明 常用的仪器 总线标准， 包括电气、 机械、 功能规范 得到广泛支持的 低级别微型计 算机总线 基于IBM PC总线 的 系统或子 系统总线， 可扩展至32位 原支持 Motorola 68000 系列微型计算机 的流行系统总线 用途 通用实验室测量 仪器自动化 发起单位 Hewlett－ Packard
计算机联锁系统技术
第二章 现代工业控制计算机技术
1
本章主要内容
计算机技术的现状简述 工业控制计算机技术的特点 计算机的主要总线标准 过程控制的标准接口
2
2.1现代计算机技术
核心处理器CPU 存储器RAM 驱动器－硬盘驱动器和光盘驱动器 显示卡与显示器－监控作用 声卡－提示作用
7
DDR２
DDR２
与DDR相比，DDR2最主要的改进是在内存模 块速度相同的情况下，可以提供相当于DDR 内存两倍的带宽。这主要是通过在每个设备上 高效率使用两个 DRAM核心来实现的。作为 对比，在每个设备上DDR内存只能够使用一 个DRAM核心。技术上讲，DDR2内存上仍然 只有一个DRAM核心，但是它可以并行存取， 在每次存取中处理4个数据而不是两个数据。
IBM
IBM
VESA Local bus
个人计算机系统
Compaq等
PCI bus
外围设备控制总线 （PCI：Peripheral Component Interconnect）
个人计算机系统
27
2.3.1总线的分类
系统总线
内总线，系统总线是各种模板插件之间信息传送的通路 STD、ISA/PCI、VME
通用I/O接口板－n
内存扩充板 多功能CPU板
多功能板
多功能CPU板
（a）外接式高抗干扰型电源（8088）
实时性
系统应具备的能在限定时间内对外来事件作出 反应的特性
要求系统在周期内对所有事件巡检的同时， 仍能随时响应中断请求。
20m 25m
t1＝（25＋20）/（160×1000）×3600＝1.08s
t2 ＝（25＋20）/（250×1000）×3600＝0.648s
15
2.2.2具有充分的过程输入与输出能力
3
2.1.1核心处理器CPU
浮点数运算
协处理器FPU－>内置浮点运算（Pentium系 列）
超标量结构
解码/执行管线至少要有两条－提高效率的设 计 解决存储器与高速运行的处理器的搭配问题
相当于数字信号处理器
4
内置高速缓冲存储器Cache Ram
Pentium系列加入多媒体扩展MMX
17
2.2.4高可靠性
系统需具备很高的MTBF
MTBF－平均无故障时间或者平均故障间隔 时间 通常MTBF>104h(1.16年) 增加冗余－需要更多的经济与技术投入
强抗干扰能力 系统总线的强驱动能力 定时自启动能力 硬件自检能力
18
2.2.5系统结构模块化
模块化的优点
高度模块化； 严格的标准化，良好的兼容性； 面向I/O的设计，适用与测控系统； 高可靠性
29
STD的逻辑规范
30
STD的逻辑规范
31
可构成的硬件结构
系统支持板 ST D 总 线 印 制 母 板 ST D 总 线 印 制 母 板 系统支持板
通用I/O接口板－1
通用I/O接口板－1
通用I/O接口板－n
22
2.2.8质量与服务保障体系
质量保障体系
选用先进成熟的总线标准与优选机型 元器件选用工业级产品 系统运行前要仔细调试检查 现场施工要按照标准 有完整的备件、工具和文件资料 维护用备件的供应有保障 对系统技术要讲解，对人员要培训
23
服务保障体系
2.3主要的计算机总线标准
简化设计工作、缩短设计周期 成批生产，质量稳定，成本较低 结构灵活，适应性强，便于更新与扩充 维修方便
模块化可大大减少二次开发的工作量，可 更集中的进行整体设计。
19
2.2.6系统开发环境
自主式开发方式
使系统构成具有自主开发能力的系统 使个人计算机与工业控制计算机系统联接起来， 充分利用个人计算机的物质资源和人力资源。