计算机联锁的基本原理复习课程
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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。
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。
② 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。
（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。
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。
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
➢ 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。
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。
（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。
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
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。
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）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。
《计算机联锁设备维护》
信号教研室:王素倩
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
（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。
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。
② 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。
（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。
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。
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
➢ 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。
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。
（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。
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
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。
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）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。
《计算机联锁设备维护》
信号教研室:王素倩
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