计算机联锁系统的基本原理本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。
计算机联锁系统介绍_V0.0.1
- - P 10
计算机联锁系统的发展概况
• 我国的计算机联锁系统的研制工作是从 80年代在一些研究部门和高等院校相继 开始的。 • 1984年，通信信号总公司研究设计 院研制生产出了国内第一个车站计算机 联锁系统，并成功的应用于地方铁路， 填补了我国计算机联锁控制系统的空白。
- - P 11
计算机联锁系统的发展概况
铁路运输系统及分工
• 铁路运输：以机车车辆等移动设备和铁道线路、桥梁 隧道、站场等固定设备为基本设备，以车站为运输生 产基地的实现旅客和货物运输的系统 • 车：车务段，运输指挥部门 • 机：机务段，负责机车的维修保养及司机 • 工：工务段，负责线路的维修保养养护 • 电 : 电务段，负责维修地面及机车信号 设备，负责 “交通红绿灯”，保障各部门能协调工作，保证列车 按计划有效运行 • 辆：车辆段，负责客车的车厢及列车员 • 其他：通信、水电、建筑、物资、生活
K5B
- - P 26
交大微联计算机联锁产品
- - P 27
铁科院计算机联锁产品
TYJL-II
TYJL-TR9
TYJL-III
- - P 28
计算机联锁系统的技术要求
• 《TB-T_3027-2002_计算机联锁技术条件》总则 – 计算机联锁是以计算机为主要技术手段实现车站联锁的信号系统。计算机联锁应能满足 各种车站、车场（不含驼峰场）规模和运输作业的需要，应保证行车安全, 提高运输效 率, 改善劳动条件,并具备大信息量和联网能力。 – 计算机联锁必须工作可靠并符合故障-安全原则。 – 联锁计算机必须采用高可靠性硬件和冗余结构。 – 计算机联锁软件的安全完整性等级宜划分为5级，由高至低依次为4～0级。等级的划分 等同于EN50128和EN50129的规定。 – 有关电源、电磁环境、外部接口、人机接口（考虑操作失误）等环境条件和使用条件的 设计应采用与安全完整性等级相适应的设计方法。 – 联锁计算机在发生一处故障与一次错误办理同时存在的情况下，不得产生危险侧输出。 – 计算机联锁的硬件和软件结构应实现模块化和标准化。 – 计算机联锁应能与其他信号系统结合, 并能与其他管理信息系统交换数据。 – 计算机联锁与其他系统通信时，应遵循规定的通信协议。 – 计算机联锁应能够与分散自律调度集中系统接口，向其提供车站状态信息，接收调度集 中传来的操作命令并予以执行。 – 计算机联锁应能够与无线闭塞中心、车站列控中心等列控系统接口，向其提供行车必要 的状态信息，接收传来的信号降级显示命令并予以执行。 – 计算机联锁应能与微机监测系统接口，向其提供室内外联锁设备的联锁状态监测信息。 -- 计算机联锁必须向规定的软件检测设备提供必要的接口。
TYJL-II计算机联锁系统讲义
制台的第二个缺点是，控制台按钮等损坏后，修 复的时间长不如换鼠标（现在现场已在控制台上
用盒子装了热备的备用鼠标，值班员只需要启封
便可使用），或更换显示器来得快，不利于安全 生产。 切换板：控制台内的切换板是用来将工作的 监控机与显示器、音响及鼠标连接起来，同时把
备用监控机暂时甩开的一套装臵。具体工作过程
的,但他们实现的软件功能不同。
联锁机的主要功能： 负责信号设备的联锁逻辑运算，完成进路确选、
锁闭；发出动作道岔和开发信号等的控制命令。
采集现场信号设备的状态和其它运用状态。 输出动态控制命令，动作现场设备。 实现与上位机（执表机）通信调度。 实现主备机间的同步。
18
执表机的主要功能： 接收联锁机发出的执行命令。
向联锁机发送采集信息。
采集现场信号设备的状态。 输出动态控制命令，动作现场设备。
5.2
联锁机柜的结构
从执表机的功能可以看出，执表机就像 一个帮手，拿主义得靠联锁机。就联锁机柜 而言，根据车站得大小，分为Ⅰ、Ⅱ、 Ⅲ 型三种型号， Ⅰ型为普通型；Ⅱ型是在一 个机柜内安装两套联锁系统，
19
上部为联锁A机，下部为联锁B机，一般供三
4.3
监控系统维护注意事项
CPU的风扇运转是否正常，用手触摸机箱顶
部，如感觉较热，拆开机笼检查更换。 机笼正面的散热风扇停止转动，进行更换； 每月对隔网海棉除尘，保持进风效果。 注意检查网卡外部的各种网线、电源线插
头。
15
注意不要机笼误碰电源开关和“RESET”,以免造 成停电或重启，影响正常使用。
386A口
集线器
386B口
零层切换板 STD-01板
LSA机
维修机
TDCS 微监
用盒子装了热备的备用鼠标，值班员只需要启封
便可使用），或更换显示器来得快，不利于安全 生产。 切换板：控制台内的切换板是用来将工作的 监控机与显示器、音响及鼠标连接起来，同时把
备用监控机暂时甩开的一套装臵。具体工作过程
的,但他们实现的软件功能不同。
联锁机的主要功能： 负责信号设备的联锁逻辑运算，完成进路确选、
锁闭；发出动作道岔和开发信号等的控制命令。
采集现场信号设备的状态和其它运用状态。 输出动态控制命令，动作现场设备。 实现与上位机（执表机）通信调度。 实现主备机间的同步。
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执表机的主要功能： 接收联锁机发出的执行命令。
向联锁机发送采集信息。
采集现场信号设备的状态。 输出动态控制命令，动作现场设备。
5.2
联锁机柜的结构
从执表机的功能可以看出，执表机就像 一个帮手，拿主义得靠联锁机。就联锁机柜 而言，根据车站得大小，分为Ⅰ、Ⅱ、 Ⅲ 型三种型号， Ⅰ型为普通型；Ⅱ型是在一 个机柜内安装两套联锁系统，
19
上部为联锁A机，下部为联锁B机，一般供三
4.3
监控系统维护注意事项
CPU的风扇运转是否正常，用手触摸机箱顶
部，如感觉较热，拆开机笼检查更换。 机笼正面的散热风扇停止转动，进行更换； 每月对隔网海棉除尘，保持进风效果。 注意检查网卡外部的各种网线、电源线插
头。
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注意不要机笼误碰电源开关和“RESET”,以免造 成停电或重启，影响正常使用。
386A口
集线器
386B口
零层切换板 STD-01板
LSA机
维修机
TDCS 微监
车站信号计算机联锁控制系统软件.课件.ppt
2、联锁控制功能
基本联锁控制功能主要实现进路控制，进路控制过程分 为两个阶段：进路建立和进路解锁。
进路控制
进路建立 进路解锁
进路选择 进路锁闭 开放信号
信号开放保持
自动解锁
正常解锁 调车中途返回解锁
非自动解锁
取消进路 人工解锁 故障解锁 ……
计算机联锁技术计算机联 第4页，共21页。
除进路控制功能模块外，还包括信号操作、道岔操作等功能 （3）信号操作功能
模块 1
模块 2
模块 n-1
模块 n
计算机联锁技术计算机联 第16页，共21页。
1、进路建立过程
（1）选排一致检查及道岔控制命令生成子模块 功能需求
进路选排一致性检查及道岔控制命令形成子模块的基本功能是检查道岔位置是否符合进路要求，如果不符合则 形成相应的道岔控制命令。
实现技术条件的功能函数
BYTE 进路选排处理(BYTE l1) {
计算机联锁技术计算机联 第10页，共21页。
计算机联锁技术计算机联 第11页，共21页。
计算机联锁技术计算机联 第12页，共21页。
（三）动态数据及其结构
参与进路控制的动态数据主要包括操作输入变量、状态输入变量、表示输出变量、控 制输出变量以及联锁处理的中间变量等。
1. 操作输入变量 在联锁系统中，为了防止误动一个操作而形成操作命令，一般需由两次或两次
以上的操作才能形成操作命令。
作用：形成操作命令，作为表示信息的原始数据和监测系统的记录内容。
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他设备状态等。 作用：参与联锁运算外，还作为表示信息和监测系统的原始数据
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。
铁路车站计算机联锁基本原理
3~4秒后自动解锁。
分段解锁简要过程：
①关闭信号。
对列车进路，列车压入进路即关闭信号； 对调车进路，车列完整进入进路时关闭信号。 ②车列完整通过区段。
③延时3~4秒。 ④区段自动解锁。
对进路中每个区段
19
例：D11→5G进路解锁： 车完整进入11-13DG时，关闭信号。 11-13DG：车完整出清时，延时3~4s解锁。 21DG：车完整出清时，延时3~4s解锁。
S5 25
5G IIIG
SIII
取消进路过程： （1）人工办理取消进路手续。 （2）关闭进路始端信号。 （3）进路自动解锁。
17
人工延时解锁： 列车已经进入进路外方接近区段，但未进入进路时，采用人工延时解
锁方式使进路解锁。 例：D11→5G
5G
XD
S5
13 11
25
IIIG
7
D11
21
SIII
人工延时解锁过程：
牵出进路 调车进路 折返进路 调车信号机防护
上行I股道发车进路
由D1向I股道调车进路 I
由X1向D4调车进路 X1
S1
D4
X
D1
II
XII
SII
D2
S
上行II股道发车进路
上行II股道接车进路
通过进路
11
如何将IIG上机车调到1G上？（为1G上货车安上机车）
X
D1
1
牵出
折返
1G
X1
S1
IIG XII
站内作业（控制命令）
控制命令
系统状态
控制执行
动作命令
设备状态
车站联锁系统基本结构
3
被控对象（室外信号设备）
分段解锁简要过程：
①关闭信号。
对列车进路，列车压入进路即关闭信号； 对调车进路，车列完整进入进路时关闭信号。 ②车列完整通过区段。
③延时3~4秒。 ④区段自动解锁。
对进路中每个区段
19
例：D11→5G进路解锁： 车完整进入11-13DG时，关闭信号。 11-13DG：车完整出清时，延时3~4s解锁。 21DG：车完整出清时，延时3~4s解锁。
S5 25
5G IIIG
SIII
取消进路过程： （1）人工办理取消进路手续。 （2）关闭进路始端信号。 （3）进路自动解锁。
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人工延时解锁： 列车已经进入进路外方接近区段，但未进入进路时，采用人工延时解
锁方式使进路解锁。 例：D11→5G
5G
XD
S5
13 11
25
IIIG
7
D11
21
SIII
人工延时解锁过程：
牵出进路 调车进路 折返进路 调车信号机防护
上行I股道发车进路
由D1向I股道调车进路 I
由X1向D4调车进路 X1
S1
D4
X
D1
II
XII
SII
D2
S
上行II股道发车进路
上行II股道接车进路
通过进路
11
如何将IIG上机车调到1G上？（为1G上货车安上机车）
X
D1
1
牵出
折返
1G
X1
S1
IIG XII
站内作业（控制命令）
控制命令
系统状态
控制执行
动作命令
设备状态
车站联锁系统基本结构
3
被控对象（室外信号设备）
TYJL-II计算机联锁系统讲义
24
STD01通信板：用以实现联锁机之间，联锁 机与执表机之间，以及联锁机与监控机之间的通 信。其通信通道用计算机网线连接。
报警板：机柜上的指示灯和蜂鸣其的控制板。 正面的表示灯含义如下：
运行灯：指示计算机CPU运行状态，运行灯 闪烁表示CPU运行正常。
中断灯：现只有中断2灯使用，闪烁表示CPU 中断请求信号正常。
5控制台jkajkblsalsb维修机微机监测组合架显示器应急台tdcs图1系统结构框图继电器室运转室计算机室63系统的软件结构31系统的的安全性安全可靠性示衡量实现计算机联锁系统的基本指标tyjlii型计算机联锁具有良好的可靠型和故障安全性能
TYJL-II计算机联锁系统
培训讲义
罗金银
1
1、TYJL-II计算机联锁的特点
18
执表机的主要功能：
接收联锁机发出的执行命令。 向联锁机发送采集信息。 采集现场信号设备的状态。 输出动态控制命令，动作现场设备。
5.2 联锁机柜的结构 从执表机的功能可以看出，执表机就像 一个帮手，拿主义得靠联锁机。就联锁机柜 而言，根据车站得大小，分为Ⅰ、Ⅱ、 Ⅲ 型三种型号， Ⅰ型为普通型；Ⅱ型是在一 个机柜内安装两套联锁系统，
2、TYJL-II型计算机联锁系统的构成
TYJL-II计算机联锁系统为分布式多微机系 统，根据其构成，可分为以下系统： ⑴监控系统：由监控机（又称上位机）和控制 台、应急台组成。
3
⑵主控系统：联锁机（执表机）系统。 ⑶接口系统：采集结合电路、驱动结合电路 和继电电路组成 。 ⑷辅助系统：维修机和微机监测系统组成。 ⑸电源系统：净化屏、UPS和电源柜组成。
20
电源层 STD层 采集层 驱动层 零层
图3 联锁机柜示意图
STD01通信板：用以实现联锁机之间，联锁 机与执表机之间，以及联锁机与监控机之间的通 信。其通信通道用计算机网线连接。
报警板：机柜上的指示灯和蜂鸣其的控制板。 正面的表示灯含义如下：
运行灯：指示计算机CPU运行状态，运行灯 闪烁表示CPU运行正常。
中断灯：现只有中断2灯使用，闪烁表示CPU 中断请求信号正常。
5控制台jkajkblsalsb维修机微机监测组合架显示器应急台tdcs图1系统结构框图继电器室运转室计算机室63系统的软件结构31系统的的安全性安全可靠性示衡量实现计算机联锁系统的基本指标tyjlii型计算机联锁具有良好的可靠型和故障安全性能
TYJL-II计算机联锁系统
培训讲义
罗金银
1
1、TYJL-II计算机联锁的特点
18
执表机的主要功能：
接收联锁机发出的执行命令。 向联锁机发送采集信息。 采集现场信号设备的状态。 输出动态控制命令，动作现场设备。
5.2 联锁机柜的结构 从执表机的功能可以看出，执表机就像 一个帮手，拿主义得靠联锁机。就联锁机柜 而言，根据车站得大小，分为Ⅰ、Ⅱ、 Ⅲ 型三种型号， Ⅰ型为普通型；Ⅱ型是在一 个机柜内安装两套联锁系统，
2、TYJL-II型计算机联锁系统的构成
TYJL-II计算机联锁系统为分布式多微机系 统，根据其构成，可分为以下系统： ⑴监控系统：由监控机（又称上位机）和控制 台、应急台组成。
3
⑵主控系统：联锁机（执表机）系统。 ⑶接口系统：采集结合电路、驱动结合电路 和继电电路组成 。 ⑷辅助系统：维修机和微机监测系统组成。 ⑸电源系统：净化屏、UPS和电源柜组成。
20
电源层 STD层 采集层 驱动层 零层
图3 联锁机柜示意图
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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。
• 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
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。
.
• （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。
➢ 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
2020/5/23
.
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
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
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。 • 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。
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
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。
• （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
控制台
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
.
• 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
第二章 计算机联锁系统的基本原理
2020/5/23
.
1
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。
• （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。 •
.
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
• （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。
• 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
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。
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• （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。
➢ 系统的层次结构
➢ 系统的冗余结构
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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
2020/5/23
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• 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
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
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。 • 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。
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
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。
• （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。
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（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
控制台
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
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• 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
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• 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。
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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
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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。
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• 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
第二章 计算机联锁系统的基本原理
2020/5/23
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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
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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。
• （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。 •
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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