计算机联锁系统的基本原理本
「三取二信号计算机联锁系统基础知识」
「三取二信号计算机联锁系统基础知识」一、三取二信号计算机联锁系统的基本原理三取二信号计算机联锁系统是由信号机、联锁机和计算机三个部分组成的。
信号机用来指示车辆行驶的状态，联锁机用来监控信号机的状态并控制其开关，计算机用来处理信号机和联锁机之间的信息传递和计算，保证整个系统的稳定运行。
信号机是在铁路线路上设置的，用来指示驶入信号区域的车辆行驶状态，包括停车、减速和行驶等状态。
信号机采用灯光或者标志进行指示，通过与联锁机连接，接收联锁机发出的指令进行状态切换。
联锁机是负责监控信号机的状态并控制其开关的设备。
联锁机包含多个电气单元，每个电气单元控制一个信号机。
联锁机通过与计算机连接，接收计算机发出的指令，并将指令传递给相应的信号机。
计算机是整个系统的核心部件，负责处理信号机和联锁机之间的信息传递和计算。
计算机会根据车辆的实际情况和系统设定的规则，计算出信号机的状态，并将状态传递给联锁机。
计算机的计算和处理过程是根据预设的算法进行的，确保了整个系统的稳定和可靠性。
二、三取二信号计算机联锁系统的功能三取二信号计算机联锁系统主要实现以下功能：1.区段的占用和释放控制：系统能够实时监测铁路线路上区段的占用和释放情况，确保车辆在行驶过程中不会发生碰撞和冲突。
2.信号状态的控制和切换：根据车辆的位置和状态，系统能够自动控制信号机的状态，并及时进行切换，指示车辆的行驶状态。
3.车辆行驶的安全保护：系统能够根据车辆的实际情况和预设规则，保护车辆在行驶过程中的安全，避免发生事故和故障。
4.故障诊断和报警功能：系统能够实时检测设备的工作状态，对故障进行诊断和报警，防止故障对行车安全造成影响。
5.数据记录和分析：系统能够对行车数据进行记录和存储，并进行数据分析，为后续的系统优化和改进提供参考。
三、三取二信号计算机联锁系统的应用范围三取二信号计算机联锁系统被广泛应用于铁路运输行业中，常用于城市地铁、高铁和轻轨等路网的调度和行车控制。
《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。
计算机联锁系统的基本原理本
计算机联锁系统的基本原理本
1.系统监测和数据采集：计算机联锁系统通过传感器、测量仪表等设
备对系统内各种参数进行实时监测和数据采集，例如电压、电流、温度、
压力等。
2.状态解析和逻辑判断：采集到的数据通过数据解析和处理算法进行
分析和比对，根据预设的逻辑判断条件，判断系统当前的状态和潜在的风险。
3.逻辑控制和动作执行：根据逻辑判断的结果，计算机联锁系统自动
执行相应的控制策略和动作指令，包括开关控制、断路器操作、报警信号
发送等。
4.故障检测和自动恢复：系统不断监测各个组件的运行状态，一旦发
现故障或不正常情况，计算机联锁系统会及时发送警报并采取相应的应急
措施，例如启动备用设备、切换到备用电源等。
5.数据存储和远程通信：计算机联锁系统可以将采集到的数据进行存
储和管理，以供后续的数据分析和故障诊断。
同时，系统还可以通过网络
通信接口与其他设备或者中央监控系统进行数据交换和远程操作。
6.安全保护和权限控制：计算机联锁系统需要确保系统的安全可靠性，通过合理的权限控制和数据加密技术，防止非法操作和数据篡改，以保护
系统的稳定运行和数据的安全性。
总结起来，计算机联锁系统的基本原理包括实时监测和数据采集、逻
辑判断和控制、故障检测和自动恢复、数据存储和远程通信等方面。
这些
原理的结合使得计算机联锁系统能够实现对复杂系统的高效控制和保护，
提高系统的可靠性和安全性。
01-计算机联锁系统-概述3篇
01-计算机联锁系统-概述01-计算机联锁系统-概述计算机联锁系统是一种用于控制铁路交通的系统，由多个计算机节点组成，通过网络互相连接，在控制区域中实现互相通信和数据传输。
联锁系统具有使铁路交通安全、高效运行的重要作用，是铁路运输的关键技术之一。
本节将对计算机联锁系统进行介绍，包括其定义，构成要素和工作原理。
一、定义计算机联锁系统是一种用数字技术进行装置控制的铁路信号系统，可以保证列车的运行安全和信号设备的正常工作。
计算机联锁系统通过网络连接多个计算机节点，实现对所有信号装置和列车的实时监控和控制，能够保证车辆的正常运行轨迹，避免车辆之间的碰撞和信号交叉，并能够快速发现和排除故障。
二、构成要素1.计算机：计算机是整个联锁系统的核心，负责信号设备状态检测、列车位置、速度、方向等信息的处理和分析，并传输控制指令。
计算机还可以根据信号设备和列车数据，进行自主判断和控制，当发生异常时及时进行报警处理。
2.信号系统：信号系统包括轨道电路、信号机、道岔、引导信号灯等一系列设备。
信号系统将车辆的行驶情况转化为数字信号，传输给计算机进行处理和分析。
计算机根据接收到的信号信息，进行列车运行状态的预测和判断，以便正确制动或护送车辆。
3.网络：联锁系统的各个计算机节点通过网络连接起来，实现互相通信和数据传输。
网络的主要作用是将信号设备和计算机连接起来，确保信息的快速传输和处理。
同时也可以避免信号设备某一部分故障时，导致数据不准确或传输失败的情况。
三、工作原理计算机联锁系统的工作原理是：前方列车信息收集-计算机判断-指令下达-信号机与道岔控制-列车运行控制。
具体流程如下：1.前方列车信息收集。
信号设备可以通过轨道电路、道岔检测等方式，实时获取列车的行驶情况，包括车速、车号、位置、表示方向等，将这些信息传输给联锁系统的计算机。
2.计算机判断。
计算机可以根据前方列车信息和运行状态，判断是否需要进行调度控制，如通过对信号机和道岔进行控制，确定列车行驶的道路。
计算机联锁系统的结构与工作原理
1.1 联锁概述
8
（1） 人机会话层。操作人员通过人机会话层向联锁机构输入进路操作信息，接 受联锁机构反馈的联锁设备状态信息和行车作业情况信息。
（2） 联锁层。联锁层实现联锁逻辑处理，是联锁系统的核心。联锁机构对人机 会话层输入的操作信息和监控层反馈的信号机、转辙机、轨道电路等信号设备 状态信息进行联锁逻辑运算，改变联锁系统内部存储信息并产生相应的控制命 令。 （3） 监控层。监控层接受联锁机构的控制命令，通过信号控制电路改变信号机 显示；接受联锁机构的道岔控制命令，驱动道岔转换；向联锁机构反馈信号机 状态、道岔状态和轨道电路状态信息。
1.2 6502电气集中联锁
9
控制联锁对象（信号机、转辙机、轨道电路）并实现它们 之间联锁关系的设备称为联锁设备。联锁设备可以采用机 械、机电或电气的方法实现，可以分散控制也可以集中控 制。在城市轨道交通中，联锁设备是建立进路、控制道岔 的转换和信号机的开放以及进路解锁，以保证行车安全的 重要信号设备。根据使用位置的不同，联锁设备分为正线 车站联锁设备和车辆段联锁设备。 在城市轨道交通信号系统中，正线上通常几个车站的联锁 控制集于一站，称为集中联锁站，该站仅设置一套联锁设 备，该联锁设备与传统的车站联锁设备在原理上相似，即 在信号机、道岔和进路之间建立一定的相互制约关系，以 保证列车在进路上的运行安全。城市轨道交通的车辆段线 路较多，道岔较多，信号机也较多，一般独立采用一套联 锁设备，用以完成车辆段内建立进路、转换道岔、开放信 号及解锁进路等作业，实现道岔、信号、进路之间的联锁 关系，保证行车安全，提高作业效率；并通过ATS车辆段 分机与行车指挥中心交换信息。
1.1 联锁概述
5
（3） 信号机的显示必须与进路的开通状态相符合。如果进路上有车占用，还能开放信号， 则会引起列车、调车车列与原停留车冲突，这是绝对不允许的。通常情况下，车辆段中调 车信号机的显示不代表进路的开通方向，但进段信号机的显示必须指示所防护进路中道岔 开通方向。如图3-2所示，信号机XJ1显示一个黄灯，表示开通直向进路，列车可沿进路 进入车辆段；信号机XJ1显示两个黄灯，表示开通侧向进路，指示列车进入洗车线。
计算机联锁基本知识
♦ 计算机联锁系统处于调度系统与列车间隔
调整系统之间，是联系两个系统的中间环 节。计算机联锁系统应当能够直接接受调 度计划并自动生成进路控制命令以及确定 命令的执行时机，并给调度人员提供更多 的信息，通过列车间隔调整系统、计算机 联锁系统、调度管理信息系统以及调度专 家系统的有机结合，将构成列车指挥与控 制的综合智能系统，为进一步保证行车安 全和提高行车效率创造条件。 ♦ 该系统的研制开发，在硬件选型、结构设 计、软件模块、系统冗余、故障－安全保 证方面，分别从以下几个方面给与考虑。
♦ 计算机联锁取代继电联锁具有以下优点：减少继 计算机联锁取代继电联锁具有以下优点：
电器检修工作量；减少系统设计、施工和维护的 工作量；减少建筑使用面积；当采用分布式系统 结构时，可以节省干线电缆，降低工程造价；当 采用了必要的提高系统的可靠性和安全性的技术 措施后（计算机联锁系统的安全性主要是由计算 机的联锁软件实现的），系统的可靠性和安全性 将得到提高；便于改造，便于增加新的功能。 ♦ 宏观地看，信息化是当代和今后较长时期内社会 发展的基本潮流，信息化的突出标志是智能工具 系统的不断涌现和应用。在系统方能够实现的功 能方面，若计算机联锁系统的水平仅仅达到或略 高于继电联锁系统的水平，则是非常不够的，这 样将不能适应铁路信号向信息化、智能化和综合 化发展的要求。
♦ 1.系统技术的先进性： 系统技术的先进性： 系统技术的先进性 ♦ 计算机联锁系统是由控制中心和车站构成的两层结构广域 实时控制系统，其主要设备由计算机、网络设备、调度集 中和专用设备及其接口电路组成。应用服务器和终端工作 站采用性能优异的X86系列计算机和显示装置，关键设备 采用双机热备工作方式。 ♦ 2.系统的高可靠性： 系统的高可靠性： 系统的高可靠性 ♦ 系统数据服务器采用双机和共享磁盘阵列组成高可靠的机 群系统。应用服务器采用双机热备工作模式。终端工作站 采用互备工作模式。 ♦ 3.系统的开放性和封闭性： 系统的开放性和封闭性： 系统的开放性和封闭性 ♦ 开放的计算机网络平台可以为用户和提供通用的计算机网 络编程技术，为实现版本升级、系统扩容、硬件兼容提供 十分简捷的途径。计算机联锁系统对内部的各子系统是充 分开放的，系统对外部而言，是完全封闭的，从而实现资 源的共享，又实现了与外界的隔离。
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。
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➢ 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
2020/3/17
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 – ④电源设备
控制台
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
来
部
输入
输入
自
总
缓冲器
电路
• （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。
• 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。
• （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
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
DO
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。
• 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
• （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。
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。
• 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。
系统A
RAM
A/D
CPU
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
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。
表示信息
操作信息
联锁处理机
状态信息
控制命令
输入输出接口
室内
– ⑤现场信号设备
室外
• 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
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。
第二章 计算机联锁系统的基本原理2020/3/171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
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。