计算机联锁第二章

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二节计算机联锁系统硬件9/22/2023第一节计算机联锁所用的计算机一、计算机实时控制系统实时控制系统是指在限定的时间内对外来事件的做出反应的系统。实时工业控制计算机系统的特点实时性强具有充分的过程输入和控制输出的能力具有通信与联网能力高可靠性可维护性9/22/2023二、工业控制计算机系统防震动、耐冲击、防尘、耐高温、抗电磁干扰、抗电流浪涌、防腐蚀等2、工业控制计算机于普通商用机区别①可维修性采用分离式钢板，每个插板上增加压条；②采用开放式结构，便于扩充；③强风扇、工业化电源。1、工业控制计算机优点9/22/20239/22/2023电容CPU插槽(Socket478)内存插槽电源接口北桥芯片

AGP插槽PCI插槽纽扣电池南桥芯片IDE接口软驱接口BIOS芯片9/22/20239/22/2023三、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。9/22/2023CPU速度不匹配不利于抗干扰总线接口资源少计算机总线和控制总线之间相对独立机箱容量扩展能力强总线本身可以提供测试返回信号。便于主机升级换代。CPU主机网络接口接口板接口板接口板接口板计算机总线外部计算机网络CPU主机网络接口总线转换板机箱控制板外部计算机网络接口板接口板接口板接口板计算机总线控制总线分离式外部总线结构9/22/2023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

9/22/2023四、通道接口计算机联锁系统中，又串行接口和并行接口方式两种典型结构。串行接口：RS-232、RS-4859/22/2023五、CAN总线

CAN总线是一种缩写，全称应是“控制器局域网络总线”，是英文ControllerAreaNetwork的首字母组合而成的。它是总线的一种，与常见的USB总线属于一类概念，只不过CAN总线采用差分信号传输，有很强的错误检测能力，通信距离远，因此被用到一些特殊的场合。9/22/2023

采用非破坏性仲裁技术，当两个节点同时向网络上传送数据时，优先级低的节点主动停止数据发送，而优先级高的节点可不受影响继续传输数据，有效避免了总线冲突；

采用短帧结构，每一帧的有效字节数为8个，数据传输时间短，受干扰的概率低，重新发送的时间短；

每帧数据都有CRC校验及其他检错措施，保证了数据传输的高可靠性，适于在高干扰环境下使用；

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。9/22/2023补充通信知识及网络知识

单工通信：

半双工通信：

全工通信9/22/2023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

9/22/2023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

9/22/2023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9/22/2023第二节计算机联锁系统硬件一、计算机联锁的体系结构1、按照执行功能的计算机数量分为：

单模块系统和多模块系统9/22/2023单模块系统和多模块系统9/22/2023二、计算机联锁的层次结构各个层次的功能9/22/2023三、计算机联锁的室内外连接方式1、专线方式：2、总线方式：9/22/2023四、计算机联锁系统的可靠性与安全性结构1、可靠性与安全性的要求：2、避错技术和容错技术：避错技术是通过对系统进行完善设计，力求使系统避免发生故障的一种技术。分为质量控制技术和环境控制技术。9/22/20232、避错技术和容错技术：容错技术是当系统出现故障时，程序不会因为系统中的故障而终止或被修改，执行结果也不会包含系统中故障引起的差错。9/22/2023容错技术方法：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。9/22/20233、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；9/22/2023补充知识：系统可靠性有关的问题类型：故障：系统硬件中发生的物理缺陷、实际制造的不完善或者软件设计中隐含的错误；差错：系统中由于故障而造成的信息或状态的不正确，是故障的结果；失效：由于硬件的物理性能发生变化，不能完成预定的功能；失败：故障、差错和失效的出现都有可能导致系统不能正常工作，成为系统失败；9/22/2023补充知识：失效故障故障差错系统失败9/22/2023补充知识：系统故障的分类：物理故障和人为故障物理故障：内部元器件老化和外部环境变化（电磁干扰、冲击振动等）；人为故障：无意识的操作错误和操作失误即有目的的对系统的破坏；9/22/2023四、计算机联锁系统的可靠性与安全性结构4、计算机联锁系统可靠性与安全性冗余结构：①可靠性：在规定时间内、规定条件下完成规定功能的能力。MTBF：平均无故障工作时间。1069/22/2023②安全性：系统发生故障后，其后果不会造成重大顺势的性能。9/22/20234、计算机联锁系统可靠性与安全性冗余结构：9/22/20234、计算机联锁系统可靠性与安全性冗余结构：9/22/2023五、一般计算机联锁系统硬件结构9/22/2023六、切换开关和表决电路1、切换逻辑控制和切换开关电路①、切换逻辑控制电路（定时监测和动态监测）9/22/2023②、切换开关电路9/22/20232、三取二表决电路9/22/2023七、人机会话层硬件1、按钮的一般操作方式①、控制台方式②、数字化仪方式③、鼠标方式④、键盘方式9/22/20232、信息显示硬件①、大屏幕显示器②、智能化图形控制卡9/22/2023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、操作信息处理②、表示信息处理（1）、人机界面处理功能③、维护与管理信息处理9/22/2023①、建立进路②、进路锁闭（2）、联锁控制功能③、信号开放④、信号保持开放9/22/2023⑤、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9/22/2023①、输入控制功能②、输出控制功能（3）、执行控制功能9/22/2023（4）、自动检测与诊断功能9/22/2023①、非进路调车②、平面溜放（5）、其他功能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9/22/20239/22/2023一、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9/22/2023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：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。9/22/20233、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9/22/2023二、联锁数据与数据结构1、联锁数据（1）、数据的编码（2）、数据的传输所有参与联锁运算的数据，分为静态数据和动态数据两种。9/22/20232、静态数据及结构固定站场图，静态数据即可选定。①常量9/22/2023进路表结构②结构站场型结构9/22/20239/22/20239/22/20239/22/2023补充知识：联锁数据分类设计BCDXD3D1D9D5D7D13ⅠGⅡG4G1357911S3SⅡ5/7WGⅠAGⅡAG9/22/20233、动态数据及结构操作输入变量、状态输入变量等六种9/22/2023三、人机会话软件1、人机会话软件任务②信息显示任务①按钮操作任务9/22/20232、人机会话软件的实现①按钮接受与发送②信息显示任务实现③调度模式及流程9/22/2023四、联锁软件1、联锁软件的基本模块六个基本模块：

操作输入及操作命令形成模块；

操作命令执行

进路处理

状态输入

表示输出

控制命令输出9/22/2023进路处理模块包括：进路选派一致性

进路锁闭

信号开放和保持

进路正常解锁

取消进路9/22/20232、联锁软件的任务调度方式集中调度方式分散调度方式9/22/20239/22/2023进路处理的调度模块①、各条进路的处理②、一条进路的处理9/22/2023进路处理的调度模块9/22/20235、过程输入输出程序9/22/2023五、提高软件可靠性的措施1、采用软件工程和结构化设计，对软件进行模拟测试；软件的寿命周期：要求/规格说明、设计、实现、维护测试、维护。9/22/20232、软件冗余技术；针对同样的联锁条件，由不同设计者，采用不同的数据结构甚至不同的程序语言设计。3、软件屏蔽技术；9/22/2023三、人机会话软件1、人机会话软件任务u②信息显示任务①按钮操作任务9/22/20232、人机会话软件的实现①按钮接受与发送②信息显示任务实现②调度模式及流程9/22/2023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。9/22/20232、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。9/22/2023二、开关量输入通道9/22/2023二、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；9/22/2023信号采集电路一般方式：9/22/2023三、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：9/22/20232、表示灯输出接口：9/22/20233、音响报警输出接口：9/22/2023四、故障-安全输入输出接口1、故障-安全输入接口：①、静态接口：9/22/2023②、动态接口：9/22/2023②、动态接口：9/22/20232、故障-安全输出接口：②、动态接口：9/22/2023五、动态继电器基本概念：由继电器输出的动态脉冲信号控制，即驱动继电器的信号必须是脉动的。9/22/2023六、动态驱动单元基本结构：9/22/2023七、采集信息和驱动命令的接口电路1、计算机采集的表示信息：①现场设备状态信息：DBJFBJ

DJ2DJ

GJ

ZCJ

ZDYJFDYJ

JGJLQJ

……9/22/2023②控制命令输出的反馈信息：XJ(LXJDXJYXJTXJLUXJ前接点

DCJFCJ前接点

9/22/20232、计算机输出的控制命令：①信号继电器：XJ(LXJDXJYXJZXJZXJTXJ)

9/22/2023②、道岔操纵继电器：DCJFCJ③道岔锁闭防护继电器：

SFJ9/22/20233、信号点灯电路：4、道岔控制电路： 与6502完全一致基本一致，（YCJ或者SFJ），单独操纵也纳入联锁机控制9/22/2023第五节全电子执行单元一、系统构成

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。9/22/2023

1、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。9/22/2023二、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9/22/20231、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9/22/2023三、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

9/22/2023

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

9/22/2023

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9/22/2023四、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。

9/22/2023

1、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。9/22/2023工作原理9/22/2023CA电源输入Z11电源输入Z

电源输入F22

电源输入F预

留33预

留X1\X2H44X1\X2HX3\X4H55X3\X4HX5\X6H66X5\X6HX7\X8H77X7\X8HX188X1X299X2X31010X3X41111X4X51212X5X61313X6X71414X7X81515X8防雷地1616防雷地端子配备9/22/2023

2、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。一个DX-2型信号机模块可以控制8个灯位，即可控制4架调车信号机9/22/2023

2、调车信号模块性能：

一个DX-2型信号机模块可以控制8个灯位，即可控制4架调车信号机

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。9/22/2023工作原理9/22/2023端子配备CA电源输入Z11电源输入Z

电源输入F22

电源输入F预

留33预

留X1\X2H44X1\X2HX3\X4H55X3\X4HX5\X6H66X5\X6HX7\X8H77X7\X8HX188X1X299X2X31010X3X41111X4X51212X5X61313X6X71414X7X81515X8防雷地1616防雷地9/22/2023

3、直流道岔模块DC4X-2型道岔模块替代四线制道岔