计算机联锁系统的基本原理本

**第二章计算机联锁系统的基本原理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。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 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 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）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。 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。石家庄铁道大学电气与电子工程学院图2.2计算机总线结构示例RAMROMCPU外部总线接口A/DD/ADIDO内　　　　　　部　　　　　　总　　　　　　线系　统　A系　统　B内　　　　　　部　　　　　　总　　　　　　线DIDOA/DD/A外部总线接口CPURAMROM外　部　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 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 、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。 例如：IEEE－488总线为并行总线，RS－232总线、RS-422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。 （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。 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。 （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。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。 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。 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。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。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。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。 系统的层次结构 系统的冗余结构**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* 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 ④电源设备 ⑤现场信号设备* 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*分散式控制结构 ①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； ②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 ③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。***计算机联锁系统硬件三、计算机联锁系统的室内外联系方式 专线方式每一监控对象都有专门的控制命令输出口和状态信息输入口相对应。可用于既有继电集中联锁的改造。输入输出接口**计算机联锁系统硬件总线方式把室外的监控对象按地理位置划分为若干群。对于每一群设置一个由计算机构成的现场控制器（集中器）。各集中器分别与室内联锁机联系，由他做中介，实现联锁计算机与监控对象之间的联系。**星形网联系方式总线网联系方式控制器控制器联锁计算机室内室外控制器控制器控制器联锁计算机室内室外控制器**（1）系统的可靠性冗余结构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。计算机联锁系统的可靠性的定义是：该系统在规定的时间内、在规定的条件下完成规定功能的能力。度量可靠性的定量标准是可靠度，计算机联锁系统的可靠度往往用其自身的平均故障间隔时间MTBF来表征。计算机联锁系统的可靠性冗余结构，往往采用双机热备二重系统，其原理结构图如图所示。可靠性冗余结构图（2）系统的安全性冗余结构为了使系统的安全性指标达到或者超过目标值而采取的冗余结构。计算机联锁系统的安全性的定义是：当系统的任何部分发生故障时，其后果不会导致人身伤亡或者财产的重大损失的性能。度量系统安全性的技术指标是系统产生不安全性输出的平均间隔时间。计算机联锁系统的安全性冗余结构，往往采用双机同时工作并彼此间进行频繁比较的与门二重冗余构造，其基本结构如图所示。安全性冗余结构图（3）计算机联锁系统的冗余结构应用上位机即监视控制机由于它所处理的信息主要是操作人员的按钮操作信息合联锁系统的各种表示信息，因此不要求该机具有故障—安全特性。只要提高它的可靠性就可以了。上位机的冗余结构联锁机采用的冗余结构对于联锁机来说，由于所处理的状态信息和控制命令均属于安全信息。因此，不仅需要采取可靠性冗余结构以提高它的可靠性，而且还要采取安全性冗余结构来确保它的安全性。a、双机热备冗余结构联锁机的冗余结构（一） b、二乘二取二冗余结构 “二取二”指在一套子系统上集成两套CPU，两套CPU严格同步，实时比较。只有双机运行一致，才对外输出运算结果。 “二乘”指用两套完全相同的二取二子系统构成双机并用或热备系统。 每一子系统内部为安全性冗余结构，两子系统形成可靠性冗余结构，这样，既提高了系统的可靠性，又提高了系统的安全性。c、三取二冗余结构三取二冗余结构示意图如。采用三取二冗余结构需要妥善解决一些技术问题，这些技术问题主要是：１、三台计算机的同步运行问题２、高指标表决器问题３、故障机的及时切离与及时修复问题执行层也要求采用可靠性和安全性冗余结构第三节计算机联锁系统的可靠性与安全性保障 一、可靠性与安全性技术基础系统的可靠性是指在规定的条件（或环境）下，规定的时间内，系统完成规定功能的概率。为了提高系统的可靠性，防止故障造成系统失效，人们在长期的研究中发展了两类基本技术。一类是防止和减少故障发生的技术，叫避错技术；另一类是当系统的某一部分发生故障时仍使系统保持正常工作的技术，叫做容错技术。 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 《全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观软件质量保证措施下载工地伤害及预防措施下载关于贯彻落实的具体措施 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、容错技术 （1）容错技术的基本概念 ①容错技术的含义 当系统的某一部分发生故障时仍使系统保持正常工作的技术叫容错技术。 容错技术的基本出发点就在于首先承认故障不可避免的事实，进而考虑解除故障影响的措施。为了实现这一思想，采取的主要手段就是用外加资源的冗余方法，来达到掩蔽故障影响或使系统从故障状态重新恢复正常工作的目的。 ②容错技术的分类 容错技术又分为两种类型——故障掩蔽技术和系统重组技术（也称动态冗余技术）。 故障掩蔽技术是指防止系统中故障产生差错的各种技术，就是说要将发生的故障掩蔽起来。这一技术不要求在发生容忍故障前检测故障，但要求做到故障包容，即是使故障的影响局部化，防止故障的影响在系统中扩散从而影响整个系统的性能。这种技术中最常用的有纠错码、表决技术等，这是实现容错的第一途径。 系统重组技术是防止系统中的差错导致系统失效的各种技术。系统重组要求首先进行故障检测，然后做到故障复位，最后做到系统恢复，即通过重组等手段使系统保持正常运行，这是实现容错的第二种途径。由于重组过程具有动态性质，所以也称为动态冗余技术。 故障掩蔽技术和系统重组技术都是建立在冗余技术的基础上的，是以资源冗余为前提的，它是容错技术的核心。 （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。 1、双机热备系统 （1）双机热备系统的基本结构（2）双机热备系统的工作方式 双机热各系统的工作方式为:根据开机顺序，首先投人运行的自动为工作机，后投人的为热备机；工作机运行中发生故障后自动退出运行状态，热备机自动转为工作机。 因此热备双机有三种状态：即 停机状态 主机状态 热备状态。（3）双机热备系统的故障检测 双机系统是通过切换进行重组来提高系统的可靠性和可用性的。 系统重组能否成功在很大程度上依赖于故障检测技术“故障检测的目的在于：一是检测计算机内部是否发生了故障，当出现故障时，不能产生危险侧输出；二是在工作机发生故障后，及时驱动切换开关动作，将备机输出接向系统的输出；三是无论工作机还是备机发生故障时，应及时报警，通知维修人员进行修理。 故障检测的原理和方法是多种多样的，常用的检测方法有： 比较法 自诊断法 比较—自诊断法 监督定时器法（或称看门狗法）（4）双机热备系统的通信与同步 双机通信与同步是双机热各系统的基本问题之一。 双机热各系统大多采用比较法进行故障检测，双机的运行时需要同步。 同步的另一种含义是让备机及时了解工作机的运行状况，需要在主备双机之间建立通信联系，以便在工作机发生故障而终止控制命令输出时，备机能立即发动切换，接替控制命令的输出，从而防止诸如突发性关闭信号而造成对行车作业的影响。双机之间的通信联系通常采用半双工通信方式，由备机作为通信主站，定时呼叫作为子站使用的工作机。双机同步可引用两机间的"定点"通信"信号"来实现，其通信周期和联锁程序循环运行周期相同，每隔一定的时间间隔，即联锁程序扫描一个周期，双机相互握手通信一次，确定双机的工作状态，保持双机同步，其同步过程可用图7-32表示。 2、三机表决系统（三取二冗余系统） （1）三机表决系统的结构原理 三机表决系统是一种利用故障屏蔽技术构成的可靠性和故障—安全系统。 该系统由三台构造相同又彼此独立的计算机、表决器、接口电路和故障检测机构等组成。 三台计算机同时执行一样的操作，其输出送到表决器，然后表决器按三取二的方式工作，即只要任何两个计算机输出一致时，则产生控制命令输出。这样，可以屏蔽任一计算机的故障对系统的影响。三取二静态冗余结构 (2)主机 如果三机表决系统中的两台主机发生了同样的故障，即共模故障，有可能会输出错误的危险测信息，从而危及行车作业的安全。 产生共模故障的主要原因是三个模块的硬件和软件在设计上完全相同，而且存在设计错误，这种共同性的错误就导致相同的错误输出。 避免共模故障的方法：一是对主机的硬、软件采用不同的设计方法；二是采取同样设计但确保不存在设计错误。 (3)表决器 表决器本身要具有很高的可靠性与安全性，它应当比三取二系统本身具有更高数量级的可靠性与安全性。 表决器逻辑电路如图7-33所示，由三个两两比较器和一个或门组成。 (4)故障机的及时切离与及时修复以及三台计算机同步运行问题 当经比较发现结果不一致时，要及时地确认究竟是哪一台计算机出现了故障并及时地将其从系统中切除。 同时，故障机一经发现就要在规定的时间间隔内予以修复。如果不及时修复，当又有一台计算机故障时，系统将停止运行，使整个系统呈现瘫痪状态。 另外，由于三台计算机要进行频繁比较，所以它们要严格同步。同步的方法有两种：硬件同步和软件同步。 硬件同步要有专门的同步电路，如时钟同步等。目前实现时钟级同步主要是采用三个时钟源强制同步技术。 软件同步是以软件为主的同步方法，主要是通过对同步标志的测试、比较和计算来实现的。软件同步的方法具有较高的灵活性，但同步精度和效率相对硬件同步方式要低。在实际运用，可根据具体情况，合理选用。 3、二乘二取二系统 (1)二乘二取二系统的结构原理 如图7-15所示，系统I与系统II中，只要有一个系统正常输出即可保障整个系统正常工作，从而提高了系统的可靠性。在任意一个系统中，又由系统A和系统B构成，只有系统A、B两个系统同时工作正常时，系统I或系统II才能有输出，从而提高了系统的安全性。 (2)二取二CPU电路 图7-35为二取二CPU电路原理图。在一个计算机系统中有两个CPU，两个CPU的硬件、软件完全相同。两CPU的运算结果经比较回路检查，一致后形成有效的输出，否则无输出电源，使安全得到最有效的保证。 (3)双系热备 图7-36为二乘二取二系统的双机切换构成模式，双系之间采用的是热备的方式。 在这种双系热备的方式中，输入/输出计算机均同时工作，同时产生输出；并且以并联的方式连接到被驱动的继电器上。因此，双系热备仅对I系和II系计算机而言，对于输入/输出计算机，双系均以二重系并联方式运行。**计算机联锁系统硬件二、计算机联锁系统的层次结构操作台人机对话计算机联锁计算机车站值班员室信号机车站信号机械室现场图形显示器控制器转辙机轨道电路**计算机联锁系统硬件三、计算机联锁系统的室内外联系方式 专线方式每一监控对象都有专门的控制命令输出口和状态信息输入口相对应。可用于既有继电集中联锁的改造。输入输出接口**计算机联锁系统硬件总线方式把室外的监控对象按地理位置划分为若干群。对于每一群设置一个由计算机构成的现场控制器（集中器）。各集中器分别与室内联锁机联系，由他做中介，实现联锁计算机与监控对象之间的联系。**星形网联系方式总线网联系方式控制器控制器联锁计算机室内室外控制器控制器控制器联锁计算机室内室外控制器****计算机联锁系统硬件四、计算机联锁系统的可靠性与安全性结构 可靠性 安全性1、计算机联锁系统的可靠性与安全性要求平均故障间隔时间MTBF值达到106h；故障—安全系统的安全完善度等级必须达到SIL4级。SIL4（SafetyIntegirtyLevel）安全完善性等级IEC61508中规定系统有4种安全完整性级别，SII4是最高的，SIL1是最低**计算机联锁系统硬件2、避错技术和容错技术 避错技术质量控制技术、环境防护技术。 容错技术硬件冗余、软件冗余、时间冗余、信息冗余。根据对故障处理方式的不同，分为：动态冗余和屏蔽冗余。**计算机联锁系统硬件3、计算机联锁系统的冗余结构 故障切换结构（动态冗余技术）双机热备结构、二乘二取二结构。 故障屏蔽结构（屏蔽冗余技术）三取二系统。**计算机联锁系统硬件4、计算机联锁系统的可靠性与安全性冗余结构 可靠性冗余结构双机热备结构。 安全性冗余结构二取二冗余结构。** 可靠性与安全性结构二乘二取二结构、三取二结构**计算机联锁系统硬件五、一般计算机联锁系统的硬件构成以双机热备为例。 系统的层次结构 系统的可靠性结构和安全性结构 硬件构成示意图****计算机联锁系统硬件六、切换开关电路和表决电路1、切换逻辑控制与切换开关电路 切换逻辑控制电路定时监视法动态信号监视法 切换开关电路**�输出口A机Xa输出口B机Xb�AJXaXbAJBJXbXaBJ**AJS1来自A机BJS2来自B机**计算机联锁系统硬件2、三取二表决电路 V(a,b,c)=a·b+a·c+b·cabc>1&a-b&b-c&a-c**计算机联锁系统硬件七、人机会话层的硬件1、按钮操作的硬件 控制台方式 数字化仪方式 鼠标方式 键盘方式**计算机联锁系统硬件2、信息显示的硬件 大屏幕显示器 智能化图形控制卡VGA显示卡、多屏显示卡**第三节计算机联锁系统软件系统软件标准程序库、语言处理程序、操作系统、服务性程序、数据库管理系统、网络软件应用软件根据任务需要编制的各种程序。**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、计算机联锁系统软件的功能 人机界面信息处理功能 联锁控制功能 执行控制功能 自动检测与诊断功能 其他功能**计算机联锁系统软件人机界面信息处理功能 操作信息处理 表示信息处理 维护与管理信息处理**计算机联锁系统软件联锁控制功能 建立进路 进路锁闭 信号开放 信号开放保持 进路正常解锁 进路非正常解锁 道岔单独操纵 进路引导总锁闭**计算机联锁系统软件执行控制功能 输入控制功能 输出控制功能其他功能 平面调车溜放控制功能 站内道口控制功能 与调度集中/TDCS联系功能 与其他系统，如站内调度、管理信息系统等的结合功能 监测联锁设备状态功能**计算机联锁系统软件2、计算机联锁系统软件的任务划分 上位机系统人机会话机、维修机 下位机系统联锁机**计算机联锁系统软件3、计算机联锁系统软件的总体结构 按系统层次结构分类人机会话层、联锁运算层、执行层每个层又根据功能需要划分为几个功能模块，如下图。**人机接口模块通信模块信息提示模块调度模块或实时操作系统基本联锁模块自诊断模块特殊联锁模块与其他系统联锁模块现场设备状态输入模块现场设备控制命令输出模块现场设备人机对话层联锁运算层执行层**计算机联锁系统软件 按冗余结构分类双机热备式的双版本软件结构和三取二系统的单软件结构。 按联锁数据的组织形式分类联锁图表式软件结构和进路控制式的软件结构**计算机联锁系统软件二、联锁数据与数据结构联锁数据是指在联锁计算机中，所有参与联锁运算的数据。计算机联锁系统中软件的运行是依据各种各样不同阶段产生的数据进行的。从计算机联锁系统中数据的变化情况可以分为逻辑变量和常量。**逻辑变量逻辑变量又称作动态数据，主要指运算过程中变化的数据。它包括反映监控对象状态的输入状态变量；与操作动作相对应的操作变量；运算产生的中间结果；标志状态变量；如锁闭、解锁……等等。**常量运算中不会发生变化的数据是常量。也称作静态数据，包括（1）反映监控对象的性质与特点的数据，道岔、双动道岔、无岔区段、照查等等；(2)设备编号，如D1编为01H，D3编为02H'…等等；(3)反映设备相对位置的数据，如X=XX，Y=YY；(4)反映设备之间关系的数据，如某一道岔区段包含多少道岔数，超限绝缘检查地点……。****参与联锁运算的数据量很大，它们在存储器中的组织方法称为数据结构。动态数据应存于读写存储器(RAM)中，以便读、写；而静态数据应存于只读存储器(ROM)中，以防丢失。因此有必要建立两种数据结构——动态数据和静态数据结构。数据的定义及数据结构的建立。应当容易理解，易于生成、易保证联锁程序的运用并且能保证数据的安全性与可靠性。数据的编码数据的传输**1、静态数据及其结构在计算机联锁系统中，首先需要一个静态数据库，该数据库是这样构成的：对应信号平面布置图(更确切地说是对应控制台盘面图)中的每一个监控对象，如信号机、道岔、轨道电路区段、侵限绝缘区段、特设的变通按钮、进路终端按钮（没有信号机）等，各设一个数据模块。在模块中列出表述该监控对象特性的数据以及联锁软件所需要的一些标志。**（1）建立进路所需数据进路性质，是列车进路还是调车进路；进路方向，是接车方向还是发车方向；进路的范围，即进路的两端，如果是迂回进路，还应指明变更点；防护进路的信号机；进路中的轨道电路区段及数量；进路中的道岔、应处的位置及数量；进路所涉及的侵限绝缘轨道区段及检查条件；**进路的接近区段；进路的离去区段；进路末端是否存在需要结合或照查的设施，如闭塞设备、机务段联系、驼峰信号设备等。** 计算机联锁系统软件的功能 联锁数据 常量 变量 数据结构 建立进路所需数据**（2）进路表的生成若将上列各项纳入一个数据表中就构成了一个进路表。将一个车站的全部进路的进路表汇总在一起就构成了总进路表（它很像我们熟悉的进路联锁表）。由人工编制总进路表,特别是大型的总进路表,不仅繁琐而且容易出错。**设计一种进路表生成软件-进路搜索程序。当办理进路时，由进路操作命令调用进路搜索程序，并寻找出存储在ROM中相应的静态数据，自动生成一个与进路操作命令相符的进路表，以供联锁软件使用。**根据站场形数据结构所生成的进路表存于计算机的RAM中。在一个车站上，如果同时能办理n条进路，那么在RAM中就需要存n个进路表。这些进路表是随着办理进路而生成，又随着进路的解除而消失，所以占用RAM的空间是不大的。**对应于信号平面布置图中的每一监控对象，如信号机、道岔、轨道电路区段及其他各种设备，各设一个静态数据模块。**由于这种数据结构在图形上具有站场形式，所以称它为站场形数据结构。这些静态数据都存储在计算机的ROM中，供进路表生成软件使用。*在模块中列出表述监控对象特征的数据以及进路搜索程序所需的一些标志。利用进路搜索程序，根据进路操作信息确定进路的始端和终端，然后搜索出连接始终端的一条路径。这条路径与所选进路应是一致的，组成路径的各个设备的静态数据模块既被搜索出来。则得到的静态数据结构即为站场型数据结构。**如果把所有的模块按照它们在信号布置图中相互位置链接起来，如图(b)所示，它很像6502电气集中的组合连接图。由于这种数据结构在图形上具有站场形式，所以称它为站场形数据结构，它相当于图论中的图形结构。**当办理进路时，根据进路操作命令，为进路搜索程序指明进路的始端模块首址和终端模块首址，进路搜索程序从站场形数据结构中搜出与进路有关的全部模块，再从模块中找出进路联锁程序所需的数据，就可构成进路表了。**假设有三个模块a、b和c，如图所示，****一般来说，一个节点有左右两个链接节点，如果允许双方向搜索，则一个节点需有两个指针场以便记入两个链接节点的首址。图(d)是双向链接图，对它既可由a搜索到c，也可由c搜索到a。对于道岔节点来说，它有三个链接节点：一个是岔前节点，—个是岔后直股节点，再一个是岔后弯股节点。岔前节点的首址，pfz存放岔后直股节点首址，用pfw存放岔后弯股节点首址。**对于站场形数据结构来说，仅沿一个方向进行搜索就可以了。从站场结构来看，沿着发车方向搜索时，遇到的分歧道岔(按搜索方向来说就是对向道岔)较少，所以搜索效率较高。因此，以后将以发车方向的单向搜索为准，来实现节点之间的链接。根据这一原则，前图(b)的各模块链接简图如图所示。****假设办理一条由S3至D7的调车进路。首先根据进路操作命令确定进路的始端节点是K(S3)——搜索的起始节点终端节点K(D7)——搜索的目标节点。由节点K(S3)出发，根据它的指针场中的地址码可以找到K(9DG)，进而找到K(9)。K(9)是一个对向道岔节点，它有两个后继节点K(11)和K(QX2)。*我们约定：每遇到对向道岔节点时先沿直股搜索，如果找不到目标节点，再返回来沿弯股搜索。根据这个约定，下一步搜索到K(11)，接着是K(11DG)，K(D9)，……，终究搜索不到目标节点K(D7)。于是返回到K(9)再沿弯股搜索，可搜索到K(QX2)，K(7)，K(5-7DG)，K(5)和K(D7)。由于K(D7)是目标节点，所以不必再搜索下去了。通过搜索，就把进路中的所有节占(由K(S3)到K(D7))搜索出来了。进路搜索程序进一步从这些节点中提出该进路联锁程序所需的数据，并生成一个进路表，就完成了任务。**2、动态数据及其结构（1）操作输入变量操作输入变量是反映操作人员操作动作的开关量，是形成操作命令的原始数据。在RAM中需各设一个区域存放操作输入变量（操作变量表）和由操作输入变量形成的操作命令（操作命令表）。一条操作命令形成后，就可以从操作变量表中删去相应的操作变量了。操作输入变量除了用以形成操作命令外，还作为表示信息的原始数据以及监测系统的记录 内容 财务内部控制制度的内容财务内部控制制度的内容人员招聘与配置的内容项目成本控制的内容消防安全演练内容 。**（2）状态输入变量 状态输入变量是反映监控对象状态的变量，如轨道区段状态、道岔定位状态、道岔反位状态、信号状态、灯丝状态，以及与进路有关的其它设备状态。 状态变量是参与联锁运算的安全数据，一般都要对其进行双采集。状态变量应周期性地及时刷新，以保证变量能确切反映监控对象的实际状态。 状态变量除了参与联锁外，还作为表示信息和监测系统的原始数据。**状态变量的存储方式 集中存储方式 分散存储方式**由于这种数据结构在图形上具有站场形式，所以称它为站场形数据结构。这些静态数据都存储在计算机的ROM中，供进路表生成软件使用。**（3）表示输出变量表示输出变量是指向屏幕显示器提供的变量，通过这些变量反映有关列车或车列运行情况、操作人员的操作情况以及联锁设备工作状况。计算机联锁系统可提供比电气集中更丰富的信息和表现形式。这些信息需取自状态输入变量、操作输入变量、中间变量以及控制命令输出变量等。**（4）控制变量 控制变量是指控制信号和道岔的变量。任何控制对象都由联锁程序产生双份控制变量，只有双份控制变量一致时才可形成控制命令变量并经由安全输出通道输出。 控制命令和控制变量都应周期性地刷新，以保证数据的实时性。（5）中间变量中间变量是指联锁程序执行过程中产生的一些变量。**由于这种数据结构在图形上具有站场形式，所以称它为站场形数据结构。这些静态数据都存储在计算机的ROM中，供进路表生成软件使用。**计算机联锁系统软件三、人机会话软件1、人机会话软件的任务 按钮命令发送任务按钮的分类按钮的操作原则 信息显示任务接收联锁机数据、处理接收的数据、显示处理后的数据区段状态、道岔状态、信号机状态、功能按钮状态、道岔名和信号名显示、操作提示、其他提示**显示界面1**网络状态画面*通过系统菜单选择(点击)了查看系统网络结构图后，系统显示主界面显示系统的网络结构图和实时的系统网络状态、主机运行状态等信息，如图所示：图中列出了上位机A、B，联锁机A、B和电务维修机本身。通过它们边框和文字的颜色来实时显示某机器当前的状态，具体颜色定义如下：绿色－表示某机器正在主控，电务维修机为工作。黄色－表示某机器正处于热备状态。白色－对于联锁机，表明它和主控操作表示机网络通信正常，但不处于主控和热备状态；对于操作表示机，表明它和电务维修机网络通信正常，但和主控操作表示机通信故障或不处于热备状态。红色－对于联锁机，表明它和主控操作表示机失去联系（网络通信中断）；对于操作表示机，表明它和电务维修机网络通信中断且和主控操作表示机通信中断。 图中还画出了操作表示机、联锁机间的双网结构图和操作表示机、电务维修机间的网络结构图，当某两机器间网络通信完好时，显示绿色，否则显示红色。具体定义如下：绿色－在联锁双网，对于联锁机和非主控操作表示机，表明其和主控操作表示机之间通信正常；在电务维修网，表明操作表示机和电务维修机通信正常。红色－在联锁双网，对于联锁机和非主控操作表示机，表明其和主控操作表示机之间通信中断；在电务维修网，表明操作表示机和电务维修机通信中断。 在进行再现功能时，网络图显示的是再现时刻的状态。**四、联锁软件1、联锁软件的基本模块 操作输入及操作命令形成模块 操作命令执行模块 进路处理模块进路选排一致性检查及道岔控制命令形成子模块进路锁闭子模块信号开放与保持子模块**进路正常解锁子模块取消进路子模块 状态输入模块 表示信息输出模块 控制命令输出模块**2、联锁软件的任务调度方式 集中调度方式 分散调度方式调度程序模块1模块2模块j模块n模块1模块2模块j模块n**3、操作命令执行程序操作人员的操作由人机对话计算机采集并传送到联锁计算机，由按钮分析模块对按钮操作进行分析后，形成操作命令并存储在操作命令表中，当主程序执行“操作命令执行模块”时，顺序的从存储区中取出命令并予以执行，当命令的执行条件满足而成功执行后，从存储区删去相应的命令。**i←1i>m取im中的命令i←i+1是否转出操作命令执行模块进路操作是否取消进路是否人工解锁是否是否进路搜索模块取消进路模块人工解锁模块**（1）操作命令类型与功能 进路操作命令 取消进路命令 人工解锁命令 进路故障解锁 区段故障解锁 重复开放信号 非常关闭信号命令 开放引导信号命令 引导锁闭命令 引导解锁命令 道岔单独操作命令 道岔单独锁闭命令 道岔单独解锁命令**（2）操作命令的形成与任务分配 进路操作命令的形成进路选路操作关闭信号操作解锁进路操作 道岔操作命令的形成定操、反操、单锁、单解、封锁、封解 其他的特殊任务操作非进路调车、平面溜放、闭塞手续的办理、场间联系**（3）道岔控制程序的实现 道岔控制技术条件的检查道岔总定位、总反位单锁、单解封锁、封解 道岔操作命令程序的结构流程**接收道岔控制命令并确定任务类型检查道岔控制任务的相应技术条件是否满足，如不满足清除该命令，如满足则进行下一步发出道岔控制命令，并检查命令的执行情况，执行完成则清除相关任务表，如不能实现则给出提示**4、进路处理程序 进路搜索程序动态生成进路从进路总表中选出进路利用计算机辅助设计方式来生成静态进路表 进路处理模块标准检查子模块进路处理基本子模块进路处理模块的调度*标准检查：进路空闲检查子模块、道岔位置检查子模块、照查条件检查子模块进路处理：进路选排及道岔控制命令生成模块子模块、进路锁闭子模块、信号开放与保持子模块、进路正常解锁子模块、取消进路子模块、**标准检查子模块进路空闲检查子模块道岔位置检查子模块照查条件检查子模块进路控制表设置子模块进路处理基本子模块进路选排及道岔控制命令生成模块子模块进路锁闭子模块信号开放与保持子模块进路正常解锁子模块取消进路子模块**满足不满足****进路故障解锁子模块的流程检查进路是否存在命令无效12否346否否存在？列车通过？是进路空闲?是进路解锁5是**进路处理模块的调度各条进路的处理一条进路的处理****5、过程输入输出程序 安全输入程序输入清零模块读入数据模块置回执模块 安全输出程序调用输出模块0检查有无控制命令调用输出模块0输出安全性检查一致性检查**计算机联锁系统软件五、提高软件可靠性的措施避错检测屏蔽**第四节计算机联锁系统的通道与接口 计算机联锁系统输入、输出信息与接口 开关量输入通道 开关量输出通道 故障—安全输入/输出接口 动态继电器 动态驱动单元 采集信息和驱动命令的接口电路 计算机联锁与列控设备的接口 计算机联锁与TDCS/CTC结合**计算机联锁系统的通道与接口一、计算机联锁系统输入、输出信息与接口 计算机联锁系统输入/输出信息的性质开关性安全性 计算机联锁系统接口的采用状态信息的采集采用动态输入的方式控制信息的输出采用动态驱动的方式**计算机联锁系统的通道与接口二、开关量输入通道信号形成电路数字输入寄存器开关量输入通用接口电路微机信号形成电路数字输入寄存器开关量输入信号形成电路数字输入寄存器开关量输入总线开关量输入通道**计算机联锁系统的通道与接口信号形成电路的形式如图所示。R1R2CG+5VR3R1R2CG+5V**计算机联锁系统的通道与接口信号形成电路的功能：变换隔离去抖开关量输入通道的形式：直接输入方式分组输入方式矩阵输入方式**计算机联锁系统的通道与接口三、开关量输出通道**计算机联锁系统的通道与接口控制对象：执行继电器表示灯音响报警装置开关量输出通道的主要功能：提高驱动能力实现计算机与外部设备之间的电气隔离**计算机联锁系统的通道与接口继电器输出接口JRJGVcD~220V**计算机联锁系统的通道与接口表示灯输出接口数字输出寄存器数字输出寄存器R+5V数字输出寄存器R+5VR+5V**计算机联锁系统的通道与接口音响报警输出接口**计算机联锁系统的通道与接口四、故障—安全输入/输出接口 故障—安全输入接口静态故障—安全输入接口动态故障—安全输入接口 故障—安全输出接口代码→动/静态变换电路动/静态→电平变换电路**计算机联锁系统的通道与接口静态故障—安全输入接口采用编码方式。假设取码长为n，则可组成2n个代码。**计算机联锁系统的通道与接口动态故障—安全输入接口****计算机联锁系统的通道与接口故障—安全输出接口信号机控制电路、道岔控制电路。输出接口的任务：将控制信息从代码形式转换为电平形式，并将电平放大到足以驱动继电器工作。一般采用以下两级变换电路来实现。（1）代码→动/静态变换电路（2）动/静态→电平变换电路********计算机联锁系统的通道与接口五、动态继电器 JAC -1000型动态继电器 JARC-1000型动态继电器 JDXC-1700型动态继电器******计算机联锁系统的通道与接口结合电路 采集电路 控制电路**************计算机联锁系统的通道与接口七、采集信息和驱动命令的接口电路 计算机采集的表示信息 计算机输出的控制命令 信号电灯电路 道岔控制电路**信号机信号机采用集中供电，由室内电源屏供出220V电源，在信号机处设信号变压器变压后供给信号灯灯泡点灯。进站信号机有五个灯位：黄、绿、红、黄、白。显示：绿、黄、双黄、红、红白、绿黄。由LXJ、TXJ、ZXJ、LUXJ、YXJ控制。**设置：正线信号继电器——ZXJJWXC-1700YX通过信号继电器——TXJJWXC-1700YX绿黄信号继电器——LUXJJWXC-1700YX引导信号继电器——YXJJWXC-H340YX**点一个红灯：LXJ↓+YXJ↓点一个绿灯：LXJ↑+ZXJ↑+TXJ↑点一个黄灯：LXJ↑+ZXJ↑+TXJ↓+LUXJ↓点两个黄灯：LXJ↑+ZXJ↓+TXJ↓+2DJ↑点一个绿灯和一个黄灯：LXJ↑+ZXJ↑+TXJ↓+LUXJ↑+2DJ↑点一个红灯和一个月白灯：LXJ↓+YXJ↑+2DJ↑****出站兼调车信号机点灯电路1、平时状态H检查LXJ↓、DXJ↓→DJ↑→点红灯2、向主要方向发车一离去空闲、二离去空闲L检查LXJ↑、ZXJ↑、2LQJ↑→DJ↑→点绿灯**3、向主要方向发车一离去空闲、二离去有车占用U检查LXJ↑、ZXJ↑、2LQJ↓→DJ↑→点黄灯**4、向次要方向发车双L检查LXJF↑、ZXJ↓、→2DJ↑→点2绿检查LXJ↑、ZXJ↓、2DJ↑→1DJ↑→点1绿5、开放调车信号B检查LXJ↓、DXJ↑→DJ↑→点白灯****调车信号机点灯电路1、平时状态A检查DXJ↓→DJ↑→点蓝灯2、开放调车信号B检查DXJ↑→DJ↑→点白灯****道岔继电接口电路道岔接口电路分为：道岔启动电路和道岔表示电路。作用：道岔启动电路：动作电动转辙机转换道岔。道岔表示电路：反映道岔的实际位置。**道岔启动电路技术要求：1.有车不能转—道岔区段有车占用时，该区段内的道岔不应转换。称为区段锁闭。2．锁闭不能转—进路在锁闭状态时，进路上的道岔不能转换。称为进路锁闭。**3．要转转到底—道岔一经启动，就应转换到底，不受车辆进入影响，也不受值班员的控制。4．不转就断电—道岔若未能转换，则自动切断启动电路，防止故障消失后，道岔自行转换。5．遇阻向回转—道岔若转换过程中遇阻不能继续转换时，应保证在值班员的操纵下，可以转换回原位。不致停在四开位置。6．转完断电源—道岔转换完毕，自动断开启动电路电源。********道岔表示电路组成：DBJ、FBJ用JWPX-1000型继电器。技术条件：（1）联锁条件使用道岔表示条件时，必须用↑表示位置，不允许用↓表示位置。（实现断线防护）**（2）外线混线时，必须保证DBJ、FBJ不会错误吸起。采用偏极继电器。（混线防护）。（3）在道岔转换或发生挤岔、停电、断线等故障时，应保证DBJ、FBJ均落下。（使用安全型继电器）。**********计算机联锁系统的通道与接口八、计算机与列控设备的接口 在应用CTCS-2的既有线计算机联锁与车站列控中心的接口计算机联锁设备的改造计算机联锁与车站列控中心的连接进站信号机降级显示 在应用CTCS-2的客运专线计算机联锁与车站列控中心的接口计算机联锁发给列控中心的信息：区间方向控制信息、进路信息、进站信号机灯丝断丝信息列控中心发给计算机联锁的信息：区间方向表示信息、闭塞分区状态信息、信号降级显示信息、接近、离去区段信号机红灯断丝信息**计算机联锁系统的通道与接口 在应用CTCS-3的客运专线计算机联锁与列控设备的接口计算机联锁设备与无线闭塞中心RBC的接口计算机联锁与车站列控中心TCC的接口****计算机联锁或6502电气集中车站列控中心CTC或TDCS站机微机监测BTM有源应答器无源应答器ATP车载设备**计算机联锁系统的通道与接口九、计算机联锁与TDCS/CTC结合 计算机联锁与TDCS的结合 计算机联锁与CTC的结合连接方式输入信息输出信息**第五节全电子执行单元 系统构成 系统功能 系统特点 电子模块 电源系统***石家庄铁道大学电气与电子工程学院*石家庄铁道大学电气与电子工程学院*****在模块中列出表述监控对象特征的数据以及进路搜索程序所需的一些标志。利用进路搜索程序，根据进路操作信息确定进路的始端和终端，然后搜索出连接始终端的一条路径。这条路径与所选进路应是一致的，组成路径的各个设备的静态数据模块既被搜索出来。则得到的静态数据结构即为站场型数据结构。*我们约定：每遇到对向道岔节点时先沿直股搜索，如果找不到目标节点，再返回来沿弯股搜索。根据这个约定，下一步搜索到K(11)，接着是K(11DG)，K(D9)，……，终究搜索不到目标节点K(D7)。于是返回到K(9)再沿弯股搜索，可搜索到K(QX2)，K(7)，K(5-7DG)，K(5)和K(D7)。由于K(D7)是目标节点，所以不必再搜索下去了。通过搜索，就把进路中的所有节占(由K(S3)到K(D7))搜索出来了。进路搜索程序进一步从这些节点中提出该进路联锁程序所需的数据，并生成一个进路表，就完成了任务。*通过系统菜单选择(点击)了查看系统网络结构图后，系统显示主界面显示系统的网络结构图和实时的系统网络状态、主机运行状态等信息，如图所示：图中列出了上位机A、B，联锁机A、B和电务维修机本身。通过它们边框和文字的颜色来实时显示某机器当前的状态，具体颜色定义如下：绿色－表示某机器正在主控，电务维修机为工作。黄色－表示某机器正处于热备状态。白色－对于联锁机，表明它和主控操作表示机网络通信正常，但不处于主控和热备状态；对于操作表示机，表明它和电务维修机网络通信正常，但和主控操作表示机通信故障或不处于热备状态。红色－对于联锁机，表明它和主控操作表示机失去联系（网络通信中断）；对于操作表示机，表明它和电务维修机网络通信中断且和主控操作表示机通信中断。 图中还画出了操作表示机、联锁机间的双网结构图和操作表示机、电务维修机间的网络结构图，当某两机器间网络通信完好时，显示绿色，否则显示红色。具体定义如下：绿色－在联锁双网，对于联锁机和非主控操作表示机，表明其和主控操作表示机之间通信正常；在电务维修网，表明操作表示机和电务维修机通信正常。红色－在联锁双网，对于联锁机和非主控操作表示机，表明其和主控操作表示机之间通信中断；在电务维修网，表明操作表示机和电务维修机通信中断。 在进行再现功能时，网络图显示的是再现时刻的状态。*标准检查：进路空闲检查子模块、道岔位置检查子模块、照查条件检查子模块进路处理：进路选排及道岔控制命令生成模块子模块、进路锁闭子模块、信号开放与保持子模块、进路正常解锁子模块、取消进路子模块、