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。
控制台 显示器 CRT 表示输出接口 表示信息 状态信息
操作输入接口 操作信息 控制信息 计 算 机 系 统 输 入 / 输 出 接 口
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
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/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。
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集
操作设备 大屏幕CRT 键 盘 CRT 人机对话接口 操作表示机 通 信 网 络 计算机 系 统 联 锁 处 理 机 开关量I/O接口板 光 电 隔 离 板 继 电 器 组 合 架 电务维修机 其它
1、主机
图1—2 计算机联锁硬件结构框图
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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
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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。一般的系统主要设置以下继电器：
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。
故障指示 图1—12三机系统模块故障检测示意图 模块A 表 决 器 系统A 与 门 系统B 系统Ⅰ 或 门 系统A =1 =1 =1 与 门 系统B 系统Ⅱ 模块B 模块C 图1—13 2×2取二系统原理框图
3、双系热备
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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—1所示：
图2—1 JD-1A计算机联锁系统体系结构图
电务维修网 电 务 操作表示机（B机） 维修机 操作表示机（A机）人机对话层 上下位机间 1网 2网 联锁机（A机） 联锁机（B机） 总线转换电路（A） 总线转换电路（B） 外部控制总线 采集电路 输出电路 采集电路 输出电路 （A） （A） （B） （B） 32芯线缆 接口配线、通道防雷 联锁运算层 执行层 执行层 机械室组合架继电器 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
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计算机联锁讲义(修改)
