计算机联锁的基本原理ppt课件
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《计算机联锁》课件
2
展望
结语
总结本次课程的重点和难点，展望计算机联锁在未来的应用前景。
探索计算机联锁在工业自动化、安全保障和交通运输领域的广泛应用。
计算机联锁在工业自动化中的应用
计算机联锁在安全保障中的应用
计算机联锁在交通运输中的应用
第五部分：计算机联锁的优势和未来发 展方向
综合分析计算机联锁的优势、局限性以及未来的发展趋势和展望。
1
计算机联锁的优势和局限性分
析
计算机联锁的发展趋势和未来
计算机联锁的基本原理
计算机联锁的技术特点
计算机联锁的相关技术
第三部分：计算机联锁系统的设计与实现
学习计算机联锁系统的设计流程、软硬件配置和实现方法，掌握如何构建一个高效可靠的计算机联锁系 统。
1
计算机联锁系统的设计流程
计算机联锁系统的软硬件配置
2
3
计算机联锁系统的实现方法
第四部分：计算机联锁在工业控制中 的应用
《计算机联锁》PPT课件
计算机联锁PPT课Biblioteka 大纲第一部分：计算机联锁的概述
计算机联锁通过结合计算机技术和信号系统，实现自动化与安全性的双重保障。了解计算机联锁 是什么以及其发展历史和应用场景。
什么是计算机联锁？
计算机联锁的发展历史
计算机联锁的应用场景
第二部分：计算机联锁的原理与技术
深入了解计算机联锁的基本原理、技术特点和相关技术，探索计算机联锁的内在机制。
计算机联锁第二章PPT课件
节点在错误严重的情况下，具有自动关闭总线的功能， 切断它与总线的联系，以使总线上其他操作不受影响；
可以点对点，一对多及广播集中方式传送和接受数据。
07.08.2020
13
补充通信知识及网络知识
单工通信： 半双工通信： 全工通信
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14
网络类型
（1）星型结构 （2）环型结构 （3）总线型结构 （4）星型和总线型结合的复合型结构
①硬件冗余：通过硬件的堆积冗余或者待命储备冗余 来达到容错。 ②软件冗余：研究无错软件和容错软件。 ③时间冗余：通过消耗时间资源来达到容错。 ④信息冗余：增加信息的多余度来提高可靠性。
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24
3、计算机联锁系统冗余结构： 故障冗余切换技术和故障屏蔽技术 双机热备和二乘二取二属于采用故障冗余切换技术； 三取二计算机联锁结构采用故障屏蔽技术；
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系统A
RAM
A/D
CPU
ROM
D/A
DI
外部总
DO
线接口
外
内
部
总
线
部
总
系统B
线
RAM
A/D
CPU
ROM
D/A
DI
外Байду номын сангаас总
DO
线接口
内
部
总
线
图 2.2 计算机总线结构示例
07.08.2020
7
三、常见总线类型
内部总线：ISA、PCI、STD
外部总线： RS232 串口，20m, 连接简单； RS485 串口，千米以内,适用于多点互联； IEEE-488 并口，20m, 1Mbit/s，一般用于仪表显示。
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可以点对点，一对多及广播集中方式传送和接受数据。
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补充通信知识及网络知识
单工通信： 半双工通信： 全工通信
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网络类型
（1）星型结构 （2）环型结构 （3）总线型结构 （4）星型和总线型结合的复合型结构
①硬件冗余：通过硬件的堆积冗余或者待命储备冗余 来达到容错。 ②软件冗余：研究无错软件和容错软件。 ③时间冗余：通过消耗时间资源来达到容错。 ④信息冗余：增加信息的多余度来提高可靠性。
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3、计算机联锁系统冗余结构： 故障冗余切换技术和故障屏蔽技术 双机热备和二乘二取二属于采用故障冗余切换技术； 三取二计算机联锁结构采用故障屏蔽技术；
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系统A
RAM
A/D
CPU
ROM
D/A
DI
外部总
DO
线接口
外
内
部
总
线
部
总
系统B
线
RAM
A/D
CPU
ROM
D/A
DI
外Байду номын сангаас总
DO
线接口
内
部
总
线
图 2.2 计算机总线结构示例
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三、常见总线类型
内部总线：ISA、PCI、STD
外部总线： RS232 串口，20m, 连接简单； RS485 串口，千米以内,适用于多点互联； IEEE-488 并口，20m, 1Mbit/s，一般用于仪表显示。
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计算机联锁系统的基本原理
与门
对106h的可靠性冗余系统采取
系统B
安全性技术措施即为安全性冗
余结构。
安全性冗余结构图
二乘二取二
系统A 系统B 系统A 系统B
为了使统既具有可靠性又具有安全性，就需要 采用多重冗余结构，如二乘二取二系统，利用了四台 计算机系统，其中的两个系统处于热备状态。
与门
与门
或门
二乘二取二
在一套子系统上集成两套CPU，两套CPU严格同步，实 二取二 时比较，只有双机运行一致才对外输出运算结果。
联锁程序的执行
进路搜索必须采取的措施：
①按照进路的操作命令，确定相邻的指定节点对，按节点对分段依次搜索。 ②设置搜索引导标志Yd，确定优先搜索方向。
直股优先：当搜索遇到每个对向道岔（以搜索方向为准）节点时，先沿直股搜索下去，当搜索不 到目标节点（节点对中第二个节点）时，再返回到道岔节点，沿弯股搜索。
目录
Contents
学习目标
1、层次结构 2、层次功能 3、冗余结构 4、数据组织形式
总体结构
计算机联锁系统以计算机为主要核心技术实现车站联 锁要求的实时控制系统，为此，系统软件的基本结构应设 计成实时操作系统或实时调度程序支持下的多任务的实时 系统。
层次结构
人机接口模块
通信模块
信息提示模块 人机对话层
该模块是根据操作命令执行相应功能的程序模块。在该执行模块中 包括许多子模块，有多少种操作命令就有多少个子模块。
基本模块
（3）进路处理模块
该模块是在执行了进路生成模块且对所办进路已形成进路表后，对进路进行 处理的模块。对进路处理模块执行可以划分为四个阶段，所以进路处理程序也就 分成了四个子模块。
①检查进路选排一致性和形成道岔控制命令子模块。该模块的功能是检查道岔 位置是否符合要求，若不符合要Байду номын сангаас，则应形成相应道岔控制命令，使该道岔转至 规定位置。
计算机联锁(吕永昌)配套PPT2-4-1
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
第四节 计算机联锁通道和接口
一、输入输出信息接口 1、输入输出信息要求； ①、开关性； ②、安全性。
2、接口采用； ①、非安全接口采用通用标准接口； ②、安全接口分为普通标准接口和动态输入接口。
二、开关量输入通道
二、开关量输入通道 信号电路应具备的特性： ①、变换：将继电器的吸起和落下转换成1和0； ②、隔离：防止现场强电磁干扰或者工频点压通过 输入通道反串到计算机系统中，一般需要采用通道 隔离技术。
③、去抖：防止机械抖动，一般采用软件延时；
信号采集电路一般方式：
三、开关量输出通道 信号采集电路一般方式： 1、继电器输出接口：
2、表示灯输出接口：
3、音响报警输出接口：
。
计算机联锁系统的基本原理本
CPU
ROM
D/A
DI
外部总
DO
线接口
外
内
部
总
线
部
总
系统B
线
RAM
A/D
CPU
ROM
D/A
DI
外部总DOFra bibliotek线接口
内
部
总
线
图 2.2 计算机总线结构示例
• （1）内部（系统）总线 •
• 内部总线（I-BUS）又称“系统总线” 是 通用微型计算机和测控系统用计算机内部所特 有的总线。计算机的内部总线一般都是并行总 线，系统总线是各种模板进行信息传送的通路 ，把测控计算机系统的各种模板插件连接起来 ，构成完整的计算机测控系统。 • 常用的内部总线有STD总线、VME总线、ISA 总线、PCI总线、等均是系统总线。
• （3）现场总线
• 根据国际电工委员会IEC标准和现场总线基 金会FF的定义：现场总线是连接智能现场设 备和自动化系统的数字式、双向串行传输、 多分枝结构的通信网络。 • 目前较流行的现场总线主要有：CAN、 PROFIBUS、Lonworks、HART、FF。计算机联 锁系统使用比较多的是 CAN控制器局域网络 。
➢ 系统的层次结构
➢ 系统的冗余结构
精品课件
第二节 计算机联锁系统硬件
一、计算机联锁系统的体系结构
2020/11/15
精品课件
16
• 集中式控制与分散式控制结构
• 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
–①控制台 –②联锁处理机 –③输入输出接口
控制台
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• （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》PPT课件
•
轨道继电器落下
• 反之就是次安全侧信息 —危险信息。
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11
4.3.2 计算机联锁系统的现状与发展
• 计算机联锁既用计算机取代继电器构成联锁机 构来完成车站信号的联锁任务。我国的计算机联锁 开始于80年代。铁道部在指定的“九五”规划中， 提出了积极发展计算机联锁系统的技术政策，从而 使我国的计算机联锁系统在国家铁路上的应用和发 展进入了一个新的时期。目前，铁道部已定点四个 研制单位，分别为铁道科学研究院、北京全路通号 通信信号研究设计院、北京交通大学、和卡斯柯信 号有限公司，实行了规范管理，使计算机联锁系统 走向了积极有序的发展道路，
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5
• (1)电气集中系统的特点：
• 6502电气集中联锁系统是继电电路构成 的
• 人机会话层——控制台
• 联锁机构——继电逻辑电路
• 监控层——由AX继电器电路构成（具有 一定的能量控制功能）
• 6502电气集中继电电路需要大量的继电 器（每组道岔30台左右）继电器的检修 工作量极大。因此用计算机代替继电器 完成逻辑运算的功能是必然的趋势。
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14
• 目前我国的计算机联锁系统已处于可用阶段， 但可靠性和功能方面都有待于提高。这是由于 我国铁路目前的状态、各车站作业十分复杂。 就可靠性而言，由于计算机技术的发展，理论 上，其可靠性已超过继电电路系统。但还有待 实际考验。
• 继电电气联锁系统是一种风险分散系统，局部 故障仅影响系统的局部功能。
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6
• (2)计算机联锁系统的特点
• 人机会话层——专用控制台、鼠标、数字化仪、 键盘等
• 联锁层——计算机
• 其优点和可实现性：
计算机联锁的基本原理ppt课件
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。
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
1、避错技术 避错技术的基本着眼点是通过质量控制（如
设计审核、元件筛选、测试等）、环境保护（如对 外部干扰采取屏蔽）和减载使用等措施设法消除产 生故障的原因，从而防止故障的发生，延长系统的 使用寿命。避错技术是提高系统可靠性的第一道防 线，是必不可少的常规技术。
（1）质量控制技术 （2）环境防护技术
（2）实现容错技术的主要方法
容错技术是依靠外加资源，即冗余的方法来换取系统 的可靠性的。
主要方法有： 硬件冗余 软件冗余 时间冗余 信息冗余
二、计算机联锁系统的可靠性与安全性技术保障
计算机联锁系统的可靠性冗余结构，就是指为了使系统 的可靠性指标达到或者超过目标值而采取的冗余结构。
目前，广泛使用和研究的计算机联锁系统冗余结构主要 有双机热备动态冗余结构、三取二静态冗余结构、二乘二取 二冗余结构。
分散式控制结构的计算机联锁系统组成
人机对话层
控制台 上位机
运转 室
联锁运算层 执行控制层
联锁机
室内
接口设备 继电器控制设备 室外信号设备
微机 室
机械 室
室外
联锁机 上也位称机下位机，主要用于实现信号设备的联锁逻辑处理功能， 完成进上路位确机选也、称锁监闭视、控发制出机开，放它信是号联和锁动机作的道通岔信的前控置制机命，令是。一它种经 串信口息与管上理位计机算相机连。而主与要执任行务层是的完联成系任方机式对有话两功种能：。专线方式和总线
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
1、避错技术 避错技术的基本着眼点是通过质量控制（如
设计审核、元件筛选、测试等）、环境保护（如对 外部干扰采取屏蔽）和减载使用等措施设法消除产 生故障的原因，从而防止故障的发生，延长系统的 使用寿命。避错技术是提高系统可靠性的第一道防 线，是必不可少的常规技术。
（1）质量控制技术 （2）环境防护技术
（2）实现容错技术的主要方法
容错技术是依靠外加资源，即冗余的方法来换取系统 的可靠性的。
主要方法有： 硬件冗余 软件冗余 时间冗余 信息冗余
二、计算机联锁系统的可靠性与安全性技术保障
计算机联锁系统的可靠性冗余结构，就是指为了使系统 的可靠性指标达到或者超过目标值而采取的冗余结构。
目前，广泛使用和研究的计算机联锁系统冗余结构主要 有双机热备动态冗余结构、三取二静态冗余结构、二乘二取 二冗余结构。
分散式控制结构的计算机联锁系统组成
人机对话层
控制台 上位机
运转 室
联锁运算层 执行控制层
联锁机
室内
接口设备 继电器控制设备 室外信号设备
微机 室
机械 室
室外
联锁机 上也位称机下位机，主要用于实现信号设备的联锁逻辑处理功能， 完成进上路位确机选也、称锁监闭视、控发制出机开，放它信是号联和锁动机作的道通岔信的前控置制机命，令是。一它种经 串信口息与管上理位计机算相机连。而主与要执任行务层是的完联成系任方机式对有话两功种能：。专线方式和总线
EI32-JD计算机联锁系统培训(联锁部分)PPT课件
输入操作命令
根据需要输入相应的操作命令，如道岔转换、 信号开放等。
关闭系统
在结束工作后，需要关闭软件和设备，以确 保系统的安全。
常见故障处理
道岔转换不灵活
检查道岔控制电路和电机是否正常， 如有问题及时修复。
信号灯不亮
检查信号机内部接线是否松动或断路， 灯泡是否损坏，及时更换。
系统死机
重启计算机和联锁软件，检查是否有 病毒或软件冲突。
EI32-JD计算机联锁系统的智能化控 制可以提高列车运行的调度水平，优 化列车运行计划，提高铁路运输的效 率和效益。
通过该系统的应用，可以实现对铁路 信号设备的全面监控和管理，及时发 现和处理设备故障，减少设备故障对 列车运行的影响。
EI32-JD计算机联锁系统的历史与发展
EI32-JD计算机联锁系统的发展经历了 多个阶段，最早的计算机联锁系统诞生 于上世纪70年代，随着计算机技术和 铁路信号技术的发展，该系统的功能和
非法获取或篡改。
03
工作原理
联锁逻辑
联锁逻辑的主要功能是保证列车运行的安全，实现进 路控制、信号控制、道岔控制等功能。
联锁逻辑是EI32-JD计算机联锁系统的核心，它通过 一系列的逻辑运算，实现对信号机、道岔、轨道电路 等铁路信号设备的控制。
联锁逻辑采用双套互为备份的结构，提高系统的可靠 性和安全性。
通信故障
检查通信接口和电缆是否正常，通信 参数设置是否正确。
系统维护与保养
定期清理
软件更新
定期清理计算机内部灰尘，保持散热良好 。
及时更新软件和病毒库，确保系统安全。
硬件检查
备份数据
定期检查接线、电缆、保险丝等是否完好 ，及时更换损坏部件。
定期备份系统数据和配置信息，以防数据 丢失。
计算机联锁的基本原理
优化策略与方案
01
硬件升级
采用高性能的硬件设备，提高计 算机联锁系统的运算速度和可靠
性。
03
数据备份与恢复
建立完善的数据备份和恢复机制 ，确保计算机联锁系统的数据安
全。
02
软件优化
对软件系统进行优化，提高系法等。
04
网络安全
加强网络安全防护，防止黑客攻 击和病毒入侵，确保计算机联锁
掌握计算机联锁的技 术，为进一步推广和 应用该技术提供理论 支持。
02
CATALOGUE
计算机联锁系统概述
计算机联锁的定义
01
计算机联锁系统是指利用计算机 对车站的信号设备进行控制，以 实现列车的安全、高效运行和作 业安全防护的控制系统。
02
它是一种先进的信号控制系统， 具有高可靠性、高安全性、高效 率等特点，是现代铁路信号系统 的重要组成部分。
安全侧优先
计算机联锁系统在处理多个进路冲突时，优先选择安全侧进路，以确保列车运行的安全性。
故障恢复
当计算机联锁系统发生故障时，应能够通过人工干预或自动恢复的方式，尽快恢复正常运行状态。
05
CATALOGUE
计算机联锁的通信技术
数据传输技术
串行传输
01
数据一位一位的依次传输，接收方通过按位接收组成
Modbus协议
一种串行通信协议，常用于工业控制系统中 。
数据同步与校核
数据同步
计算机联锁系统中的各个设备需要保持 时钟同步，以确保数据传输的准确性和 一致性。
VS
数据校核
为了保证数据的完整性和准确性，需要对 数据进行校核，包括奇偶校验、CRC校验 等。
06
CATALOGUE
计算机联锁第三章PPT课件
1、系统软件。
① 实时多任务处理程序：系统软件的核心。完成任 务调度，中断处理，时钟管理等； ② 设备管理程序：提供对外部设备，如打印机、 键盘、磁盘操作的管理； ③ 软件调试工具：系统开发、调试及维护工具。
2、应用软件。
上位机
上位机系统
联锁机
通信线 下位机系统
2、应用软件。
计算机联锁系统从功能实现角度来说，单一计算 机可以完成整个功能。但考虑到任务的重要性不 同，同时为了减轻单一计算机的负担，保证联锁 功能的正常实现，将计算机联锁系统分为上位机 系统和下位机系统。操作表示功能由上位机实现， 下位机系统包括联锁运算层、输入和输出层；下 位机系统的联锁运算层、输入和输出层可以用联 锁机实现；
输入和输出接口使用直流24V电源，电压范围为 24V±10%。输入板及状态板电源由信号电源屏输 出的直流24V电源供给，输出板24V电源由计算机 系统提供。采用动态板时需另配一路动态板局部电 源，电压为32V。
5、系统供电和接地。
系统要求为计算机系统单独设置两根地线。一根为安 全工作地线，另一根为防雷地线。安全工作地线接地 电阻要求小于4欧姆，防雷地线接地电阻要求小于10 欧姆。两根地线埋设地点及与其它地线间距均要求不 小于20米。地线上不得搭接其他设备。
微机 输入 接口
DJ
LXJ
ZXJ FXJ
L ZT7A/B 2L ZT11A/B
DXJ B ZT5A/B
KF
H ZT8A/B
断丝 ZT13A/B
ZT7代码表示出站信号开放(显示绿色灯光)。 ZT11代码表示出站信号开放(显示双绿灯光)。 ZT5代码表示开放调车信号(显示白色灯光)。 ZT8代码表示出站信号关闭(显示红色灯光)。 ZT13代码表示灯丝断丝。
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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。
（1）内部（系统）总线
内部总线（I-BUS）又称“系统总线” 是通 用微型计算机和测控系统用计算机内部所特有的 总线。计算机的内部总线一般都是并行总线，系 统总线是各种模板进行信息传送的通路，把测控 计算机系统的各种模板插件连接起来，构成完整 的计算机测控系统。
常用的内部总线有STD总线、VME总线、ISA总 线、PCI总线、等均是系统总线。
（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。
3、过程输入/输出通道
计算机联锁系统为了实现对生产过程的控 制，需要将生产过程中的各种必要信号及时 地检测传送、并转换成计算机能够接受的数 据形式。计算机对送入数据进行适当的分析 处理后，又以生产过程能够接受的信号形式 实现对生产过程的控制。这种完成在过程信 号与计算机数据之间变换传递的装置叫过程 输入/输出通道。
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。
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
分散式控制结构的计算机联锁系统组成
人机对话层
控制台 上位机
运转 室
联锁运算层 执行控制层
联锁机
室内
接口设备 继电器控制设备 室外信号设备
微机 室
机械 室
例如：IEEE－488总线为并行总线，RS－232总线、RS422总线、RS-485总线为串行总线。并行总线的优点是信号 线各自独立，每次同时传送一个数据字节，所以传输速度 高，接口简单；缺点是电缆线数多，适用于短距离（数十 米）的快速传输。
串行总线的优点是电缆线数少，便于远距离传送；缺点 是信号传输慢，每次传送一个比特的信息，接口比较复杂。 串行通信一般可分为异步模式和同步模式常用的外部总线 除了以上几种形式，还包括现场总线和工业以太网。
现场监控对象
计算机联锁系统硬件组成
1、工业控制计算机
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。
（1）通用I/O接口原理
在计算机联锁系统中，外部通道是不能直接与中 央处理单元（CPU）相连的，因为它们的速度、数 据格式不一定相同，信号形式也不一定匹配。为了 便于两者交换信息，往往需要一套连接CPU和外部 通道的中间环节，即接口电路（简称接口）。
接口是计算机联锁系统各通道中多个设备协调一 致地运行的保证，它具有电平变换、数据转换、缓 冲和状态信息提供等功能，所以接口是通道建立的 基础。
（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
2、总线
总线是一组公用信号线的集合，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。
主要由输入缓冲器、输入电路、地址译码器等组成。
内
来
部
输入
输入
自
总
缓冲器
电路
生
线
产
过
程 地址译码器
开关量输入通道结构
（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
系统的层次结构
系统的冗余结构
1、系统的层次结构
所谓层次结构，就是按 进路的控制层次来描述系统 的结构的。
联锁系统从操作到监控 对象的进路控制往往可以分 为：人机对话层联锁层
控制层
控制台 人机对话层 联锁层 控制层 监控对象
就系统的层次结构来说，有集中式控制结构和分散 式控制结构两种。
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。
内
去
部
输出
输出
生
总
锁存器
驱动器
产
线
过
程
地址译码器
二、计算机联锁系统的硬件结构
以工业控制机算机为核心构成的计算机联锁 系统，由于其控制规模的大小不同，功能的完善 程度不同，技术实现方法，经济因素以及研制的 技术背景和历史背景的不同，景观在具体结构上 存在着一定的差异，但大体上可从层次结构和冗 余结构两个侧面来描述。
《计算机联锁设备维护》
1
计算机联锁系统的基本原理
第一节 计算机联锁系统硬件 第二节 计算机联锁系统软件 第三节 可靠性与安全性保障 第四节 结合电路
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
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
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。
（3）现场总线
根据国际电工委员会IEC标准和现场总线基 金会FF的定义：现场总线是连接智能现场设 备和自动化系统的数字式、双向串行传输、 多分枝结构的通信网络。
目前较流行的现场总线主要有：CAN、 PROFIBUS、Lonworks、HART、FF。计算机联 锁系统使用比较多的是 CAN控制器局域网络。
（1）内部（系统）总线
内部总线（I-BUS）又称“系统总线” 是通 用微型计算机和测控系统用计算机内部所特有的 总线。计算机的内部总线一般都是并行总线，系 统总线是各种模板进行信息传送的通路，把测控 计算机系统的各种模板插件连接起来，构成完整 的计算机测控系统。
常用的内部总线有STD总线、VME总线、ISA总 线、PCI总线、等均是系统总线。
（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。
3、过程输入/输出通道
计算机联锁系统为了实现对生产过程的控 制，需要将生产过程中的各种必要信号及时 地检测传送、并转换成计算机能够接受的数 据形式。计算机对送入数据进行适当的分析 处理后，又以生产过程能够接受的信号形式 实现对生产过程的控制。这种完成在过程信 号与计算机数据之间变换传递的装置叫过程 输入/输出通道。
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。
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
分散式控制结构的计算机联锁系统组成
人机对话层
控制台 上位机
运转 室
联锁运算层 执行控制层
联锁机
室内
接口设备 继电器控制设备 室外信号设备
微机 室
机械 室
例如：IEEE－488总线为并行总线，RS－232总线、RS422总线、RS-485总线为串行总线。并行总线的优点是信号 线各自独立，每次同时传送一个数据字节，所以传输速度 高，接口简单；缺点是电缆线数多，适用于短距离（数十 米）的快速传输。
串行总线的优点是电缆线数少，便于远距离传送；缺点 是信号传输慢，每次传送一个比特的信息，接口比较复杂。 串行通信一般可分为异步模式和同步模式常用的外部总线 除了以上几种形式，还包括现场总线和工业以太网。
现场监控对象
计算机联锁系统硬件组成
1、工业控制计算机
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。
（1）通用I/O接口原理
在计算机联锁系统中，外部通道是不能直接与中 央处理单元（CPU）相连的，因为它们的速度、数 据格式不一定相同，信号形式也不一定匹配。为了 便于两者交换信息，往往需要一套连接CPU和外部 通道的中间环节，即接口电路（简称接口）。
接口是计算机联锁系统各通道中多个设备协调一 致地运行的保证，它具有电平变换、数据转换、缓 冲和状态信息提供等功能，所以接口是通道建立的 基础。
（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
2、总线
总线是一组公用信号线的集合，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。
主要由输入缓冲器、输入电路、地址译码器等组成。
内
来
部
输入
输入
自
总
缓冲器
电路
生
线
产
过
程 地址译码器
开关量输入通道结构
（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
系统的层次结构
系统的冗余结构
1、系统的层次结构
所谓层次结构，就是按 进路的控制层次来描述系统 的结构的。
联锁系统从操作到监控 对象的进路控制往往可以分 为：人机对话层联锁层
控制层
控制台 人机对话层 联锁层 控制层 监控对象
就系统的层次结构来说，有集中式控制结构和分散 式控制结构两种。
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。
内
去
部
输出
输出
生
总
锁存器
驱动器
产
线
过
程
地址译码器
二、计算机联锁系统的硬件结构
以工业控制机算机为核心构成的计算机联锁 系统，由于其控制规模的大小不同，功能的完善 程度不同，技术实现方法，经济因素以及研制的 技术背景和历史背景的不同，景观在具体结构上 存在着一定的差异，但大体上可从层次结构和冗 余结构两个侧面来描述。
《计算机联锁设备维护》
1
计算机联锁系统的基本原理
第一节 计算机联锁系统硬件 第二节 计算机联锁系统软件 第三节 可靠性与安全性保障 第四节 结合电路
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
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
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。
（3）现场总线
根据国际电工委员会IEC标准和现场总线基 金会FF的定义：现场总线是连接智能现场设 备和自动化系统的数字式、双向串行传输、 多分枝结构的通信网络。
目前较流行的现场总线主要有：CAN、 PROFIBUS、Lonworks、HART、FF。计算机联 锁系统使用比较多的是 CAN控制器局域网络。