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。

即将人机对话、联锁运算、系统监测等功能分别用不同的主机来处理。

因此，图1—1 的计算机系统(主机)是由几个子系统组成，一般包括上位机(也称操作表示机或控制显示机或监视控制机)、下位机(也称联锁处理机)、电务维修机(也称监测机)等。

而且，为了提高系统的可靠性，上位机采用双机冗余控制，联锁机采用双机热备、三机表决或2×2取二控制，如图1—2所示。

各部分计算机的功能如下：(1) 上位机:一是接收车务人员的操作命令，将操作信息通过网络通信传给联锁机；二是接收来自联锁机的状态信息和提示信息等，控制显示器显示系统及监控对象的状态，及时显示各种提示信息和报警信息；三是将各种表示信息、报警信息及时转发给电务维修机。

(2)下位机：一方面接收上位机下发的操作命令,另一方面通过输入接口采图1—2 计算机联锁硬件结构框图集现场信号设备的状态信息。

对输入的信息进行逻辑处理、联锁运算。

根据运算结果，形成控制命令和表示信息。

控制信息通过输出接口电路控制组合架的继电器动作。

表示信息是将现场信号设备的状态信息、提示信息、报警信息等及时传给上位机。

(3)电务维修机:它是专门为电务维修人员配备的机器。

其主要任务是接收操作表示机发来的状态信息、操作信息、提示信息和报警信息等，通过显示器可及时显示。

同时将各种信息的数据储存记忆，以便查询。

2、人—机对话设备目前使用的计算机联锁系统，人—机对话设备均采用操纵与表示分离的方式，操纵设备主要有按钮盘或数字化仪、鼠标等，表示设备有大屏幕显示器及大屏幕表示盘。

此外还有供电务维修人员维护监测使用的键盘、鼠标及显示器等。

3、通道与接口通道与接口是连接主机与外部设备的纽带。

在计算机联锁系统中，主机一方面通过人—机接口接收值班员的操作命令，同时为显示设备提供各种表示信息；另一方面，通过与监控对象之间的输入通道和接口采集现场设备的状态信息，经过逻辑运算后，形成控制命令，通过与监控对象之间的输出通道和接口控制现场的信号设备。

由于在现有的计算机联锁系统中，监控对象的执行部件仍然是继电器，因此，与主机相连时，需要通过输入通道将继电器接点的开关状态变换成计算机能够接收的数字信号(数据)后，才能经由接口送入计算机。

同样，计算机输出的控制命令也需要输出通道的变换和传送才能驱动继电器。

外部设备与主机之间的连接还必须解决两者之间诸如工作速度匹配、通信联络，有时还要完成信息数据的串/并或并/串数据转换等任务。

这些任务都是通过接口电路来完成的。

由于操作信息和表示信息与安全不直接相关，因此，称这类信息为非安全性信息。

传输非安全性信息的人—机对话接口通常采用通用的标准接口。

而表示现场设备状态的信息和计算机输出的控制信息直接关系到行车的安全，因此，称这类信息为安全性信息。

传输安全性信息的计算机与监控对象之间的接口必须采用为计算机联锁系统专门设计的故障—安全接口。

4、继电器结合电路由于铁路信号对系统的安全性要求非常高，目前国内的计算机联锁系统受到软、硬件技术水平的限制，还不能完全取消继电器。

控制、监督室外信号设备的最后一级执行部件仍然用继电器。

一般的系统主要设臵以下继电器：对应轨道区段保留轨道继电器(GJ)；对应信号机保留信号继电器(XJ)和灯丝继电器(DJ)等；对应道岔控制电路保留道岔启动继电器(1DQJ、2DQJ)和表示继电器(DBJ、FBJ)等。

这样可以保证继电器对室外信号设备的控制与6502电气集中基本一样。

此外，还有控制系统实现双机转换的有关继电器。

因此，一般的计算机联锁系统所用的继电器的数量仍为6502电气集中的三分之一左右。

(四) 2×2取二系统1.2×2取二系统的概述(1)二取二的含义：在一套子系统上集成两套CPU，两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。

(2)2×2的含义：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控制，两子系统形成可靠性冗余控制，这样，既提高了系统的可靠性又提高了系统的安全性。

2、2×2取二系统的结构原理如图1—13所示，系统Ⅰ或系统Ⅱ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。

在系统Ⅰ或系统Ⅱ每一个子系统均由系统A和系统B构成，只有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。

图1—13 2×2取二系统原理框图在实际应用中，计算机联锁系统的联锁机采用 2×2取二系统，输入输出处理机采用两二取二系统并用方式，两环节主机为I系，备机为II系。

每环节为双机四主热备控制，两环节构成四机八主系统，两环节之间采用光纤双冗余网络通信。

联锁机发生故障时，可自动完成主备系切换。

I系和II系的输入输出处理机同时接收主联锁机的输出信息，备联锁机的输出信息只作校核用不作为输出；两输入输出处理机同时运行，两输出并行同时控制执行继电器。

第二章 JD—1A型计算机联锁系统第一节 JD—1A型计算机联锁系统的组成一、JD—1A型计算机联锁系统的体系结构JD-1A型计算机联锁系统是北京交通大学微联公司研制开发的分布式计算机控制系统，也称集散型测控系统，其特点是分散控制、集中信息管理。

系统的体系结构如图2图2—1 JD-1A计算机联锁系统体系结构图系统包括人机对话层（也称操作表示层）、联锁运算层和执行层。

人机对话层与联锁层之间采用双通讯网通信，双网同时工作，有一网故障时，另一网可保证系统正常通信。

联锁层和执行层之间采用外部控制型总线控制器实现了与计算机总线的分离。

系统所用的联锁机、操作表示机和电务维修机可根据需要选择不同的规格和档次。

联锁机通过两套故障安全型动态采集电路采集组合架有关继电器接点的状态，通过双套动态驱动电路输出对动态执行继电器的控制信息，并由动态检测电路对输出电压进行回读检测。

二、JD—1A型计算机联锁系统的硬件组成与功能系统的硬件结构如图2—2所示，在运转室，通过车务前台监视器、音箱、输入设备（鼠标）等为车站值班员提供操作表示界面。

同时在运转室还可以提供后台监视器，便于车站值班员监视前台操作及站场运行情况。

在微机室，有联锁A柜、联锁B柜、操作表示机柜、防雷接口柜，以及提供给电务人员的维修机和终端设备。

图2—2 JD—1A计算机联锁系统硬件结构图如图2—3、2—4所示，A联锁机柜中包括倒机电路、12V、5V、32V直流电源（供接口电路、继电器驱动使用）、联锁微机，以及采集机箱、输出驱动检测机箱。

如图2—5、2—6所示，B联锁机柜中包括操作表示机、维修机、操作机倒机单元以及不间断电源UPS。

如图2—7所示，防雷接口柜包括电源系统、从组合架接口来的配线（带防雷）以及到联锁机柜中的采集/驱动配线。

下面分别介绍上、下位机的组成与功能：(一)操作表示机/上位机本系统的操作表示机简称上位机采用双机热备的工作方式。

上位机A、上位机B、以及上位机倒机电路都放在上位机柜中。

系统运行时，两台上位机同时工作，先开启的为主机，后开启的为备机，当主用上位机发生故障时，自动切换到备用上位机。

主用上位机运行时，接收鼠标操作，向下位机（联锁机）发送车站值班员的操作命令，播放语音提示信息。

备用上位机运行时，只能接收下位机传来的站场状态信息，跟踪显示站场运行情况、系统运行情况等，它不能接收操作信息和向下位机发送操作命令，也不能播放语音提示信息。

操作表示机具有以下功能：(1)操作功能：它接收车站值班员的按钮操作信息，将按钮操作信息通过网图2—3 A联锁机柜正视图络通信传送给联锁机。

(2)显示功能：它接收来自联锁机的站场状态数据和提示信息等，控制CRT显示器或控制台显示站场情况、系统工作状况、提示信息、报警信息等，对主图2—4 A联锁机柜背视图要的错误或故障提供相应的语音报警。

(3)信息转发功能——将站场状态数据及提示信息、报警信息、系统状态信息等转发给电务维修机。

图2—5 B联锁机柜正视图(二)联锁机/下位机1.联锁机柜的结构本系统的联锁机柜采用欧洲标准结构，每个机柜内包括工控机箱、直流电源图2—6 B联锁机柜背视图机箱、采集机箱、输出驱动及检测机箱。

采集、输出驱动检测机箱内提供接口板插槽，接口板从机箱前面插入，其面板上设有指示灯，用以观察设备运行情况以及输入/输出接口状态，如图2—3和2—5所示。

每个机箱有一块“机箱控制电路板”，对本机箱的输入或输出板进行选址。

另有一块I/O 匹配板，提供本机箱的外部控制总线终端匹配。

每个机箱后面安装有一块I/O 母板，用以提供外部控制总线。

输入或输出电路板通过机箱插槽插在I/O 母板上。

机箱对外的连线通过I/O 母板后面的接插件连接。

每一个联锁机柜，必须有一个机箱里用一块多功能匹配板取代I/O 终端匹配UPS 电源AJD —ⅠA 型计算机联锁系统1U 补空板 UPS 电源BAL0 AL1 AL2 AL3 AL4 AL5 AL6 AL7CZ1 CZ2 FL1FL2 CZ1 CZ2 FL1FL2 CZ1 CZ2 FL1FL2 CZ1 CZ2 FL1FL2 CZ1 CZ2 FL1FL2 CZ1 CZ2 FL1FL2 CZ1 CZ2 FL1FL2 CZ1 CZ2FL1FL2 AL8 AL9 AL10 AL11 AL12CZ1 CZ2 FL1FL2 CZ1 CZ2 FL1FL2 CZ1 CZ2 FL1FL2 CZ1 CZ2 FL1FL2 CZ1 CZ2FL1FL2 Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5CZ1 CZ2CZ3CZ1 CZ2CZ3 CZ1 CZ2CZ3 CZ1 CZ2CZ3 CZ1 CZ2 CZ3 CZ1 CZ2CZ3A 采集防雷管短路 监督 B 采集防雷管短路 监督2000V A 1:1隔离变压器1A 空开1A 空开A 防雷 监督B 防雷监督 2000V A 1:1隔离变压器图2—7 防雷接口柜正视图板，该板除了具有终端匹配板功能，还具有对本联锁机柜倒机组合的驱动、采集功能。