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1、2019/10/31,第二章 计算机联锁系统基本原理,第二节 计算机联锁系统硬件,2019/10/31,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,2019/10/31,二、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, 可维修性采用分离式钢板，每个插板上增加压条； 采用开放式结构，便于扩充； 强风扇、工业化电源。,1、工业控制计算机优
2、点,2019/10/31,2019/10/31,2019/10/31,2019/10/31,三、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。,2019/10/31,CPU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。,分离式外部总线结构,2019/10/31,网络类型,（1）星型结构 （2）环型结构 （3）总线型结构 （4）星型
3、和总线型结合的复合型结构,2019/10/31,四、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-485,2019/10/31,五、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Controller Area Network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 。,2019/10/31,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
4、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。,2019/10/31,补充通信知识及网络知识,单工通信： 半双工通信： 全工通信,2019/10/31,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,2019/10/31,网络类型
5、,（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,2019/10/31,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,2019/10/31,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,2019/10/31,单模块系统和多模块系统,2019/10/31,二、计算机联锁的层次结构,各个层次的功能,2019/10/31,三、计算机联锁的室内外连接方式,1、专线方式：,2、总线方式：,2019/10/31,四、计算机联锁系统的可靠性与安全性结构,
6、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。,2019/10/31,2、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。,2019/10/31,容错技术方法：,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。 软件冗余：研究无错软件和容错软件。 时间冗余：通过消耗时间资源来达到容错。 信息冗余：增加信息的多余度来提高可靠性。,2019/10/31,3、计算机联锁系统冗余结构：,故障冗余切换技术和
7、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；,2019/10/31,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；,2019/10/31,补充知识：,失效,故障,故障,差错,系统失败,2019/10/31,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
8、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；,2019/10/31,四、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：,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。106,2019/10/31,安全性：系统发生故障后，其后果不会造成重大顺势的性能。,2019/10/31,4、计算机联锁系统可靠性与安全性冗余结构：,2019/10/31,4、计算机联锁系统可靠性与安全性冗余结构：,2019/10/31,五、一般计算机联锁系统硬件结构,2019/10/31,六、切换开关和
9、表决电路,1、切换逻辑控制和切换开关电路,、切换逻辑控制电路（定时监测和动态监测）,2019/10/31,、切换开关电路,2019/10/31,2、三取二表决电路,2019/10/31,七、人机会话层硬件,1、按钮的一般操作方式,、控制台方式,、数字化仪方式,、鼠标方式, 、键盘方式,2019/10/31,2、信息显示硬件,、大屏幕显示器,、智能化图形控制卡,2019/10/31,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,、操作信息处理,、表示信息处理,（1）、人机界面处理功能,、维护与管理信息处理,2019/10/31,、建立进路,、进路锁
10、闭,（2）、联锁控制功能,、信号开放,、信号保持开放,2019/10/31,、进路正常解锁,、进路非正常解锁,、道岔单独操纵,、进路引导锁闭,2019/10/31,、输入控制功能,、输出控制功能,（3）、执行控制功能,2019/10/31,（4）、自动检测与诊断功能,2019/10/31,、非进路调车,、平面溜放,（5）、其他功能,、站内道口控制,、与调度集中调度监督的联系,、和其他系统的结合功能,2019/10/31,2019/10/31,一、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,2019
11、/10/31,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。,2019/10/31,3、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,2019/10/31,二、联锁数据与数据结构,1、联
12、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。,2019/10/31,2、静态数据及结构,固定站场图，静态数据即可选定。,常量,2019/10/31,进路表结构, 结构,站场型结构,2019/10/31,2019/10/31,2019/10/31,2019/10/31,补充知识：,联锁数据分类设计,2019/10/31,3、动态数据及结构,操作输入变量、状态输入变量等六种,2019/10/31,三、人机会话软件,1、人机会话软件任务,信息显示任务,按钮操作任务,2019/10/31,2、人机会话软件的实现,按钮接受与发送,信息显示任务实现,
13、调度模式及流程,2019/10/31,四、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,2019/10/31,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,2019/10/31,2、联锁软件的任务调度方式,集中调度方式,分散调度方式,2019/10/31,2019/10/31,进路处理的调度模块,、各条进路的处理,、一条进路的处理,2019/10/31,进路处理的调度模块,2019/10/31,5、过程输入输出程序,2019/10/31,五、提高软件可靠性的措施,
14、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。,2019/10/31,2、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；,2019/10/31,三、人机会话软件,1、人机会话软件任务u,信息显示任务,按钮操作任务,2019/10/31,2、人机会话软件的实现,按钮接受与发送,信息显示任务实现,调度模式及流程,2019/10/31,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；,、开关性；,、安全性。,2019/10/31,2、接口采用；
15、,、非安全接口采用通用标准接口；,、安全接口分为普通标准接口和动态输入接口。,2019/10/31,二、开关量输入通道,2019/10/31,二、开关量输入通道,信号电路应具备的特性：,、变换：将继电器的吸起和落下转换成1和0；,、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。,、去抖：防止机械抖动，一般采用软件延时；,2019/10/31,信号采集电路一般方式：,2019/10/31,三、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：,2019/10/31,2、表示灯输出接口：,2019/10/31,3、音响报警输出接口：,201
16、9/10/31,四、故障-安全输入输出接口,1、故障-安全输入接口：,、静态接口：,2019/10/31,、动态接口：,2019/10/31,、动态接口：,2019/10/31,2、故障-安全输出接口：,、动态接口：,2019/10/31,五、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。,2019/10/31,六、动态驱动单元,基本结构：,2019/10/31,七、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：,现场设备状态信息：,DBJ FBJ DJ 2DJ GJ ZCJ ZDYJ FDYJ JGJ LQJ ,2019/10/31,控制命令输出的反馈信息：,XJ(LXJ DXJ YXJ TXJ LUXJ前接点 DCJ FCJ前接点,2019/10/31,2、计算机输出的控
