城市軌道交通聯(lián)鎖系統(tǒng)維護(hù)（第2版）（共2冊）課件 項目3 計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)原理基本認(rèn)知

項目3計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)原理基本認(rèn)知

任務(wù)1計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的技術(shù)基礎(chǔ)任務(wù)2計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)硬件任務(wù)3計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)軟件任務(wù)4計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的過程輸入/輸出通道任務(wù)5繼電結(jié)合電路任務(wù)6計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的操作與顯示項目小結(jié)復(fù)習(xí)思考題

任務(wù)1計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的技術(shù)基礎(chǔ)

3.1.1工業(yè)控制計算機(jī)系統(tǒng)

1.工業(yè)控制計算機(jī)系統(tǒng)的基本硬件組成

工業(yè)控制計算機(jī)系統(tǒng)的硬件組成框圖如圖3－1所示。

工業(yè)控制計算機(jī)系統(tǒng)由工業(yè)控制計算機(jī)和生產(chǎn)過程兩大部分組成。工業(yè)控制計算機(jī)是指按生產(chǎn)過程控制的特點和要求而設(shè)計的計算機(jī)。這類計算機(jī)依賴某種標(biāo)準(zhǔn)總線，按工業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，由包括主機(jī)板在內(nèi)的各種I/O接口功能模塊板組成。對軌道交通信號領(lǐng)域來說，生產(chǎn)過程就是指工業(yè)控制計算機(jī)通過過程輸入/輸出通道和繼電結(jié)合電路對現(xiàn)場監(jiān)控對象（道岔、信號機(jī)和軌道電路）進(jìn)行實時監(jiān)測與控制。

圖3-1工業(yè)控制計算機(jī)系統(tǒng)的硬件組成框圖2.工業(yè)控制計算機(jī)系統(tǒng)的特點

（1）可靠性和可維修性好?？煽啃院涂删S修性是兩個非常重要的因素，它們決定著系統(tǒng)在控制上的可用程度?？煽啃缘暮唵魏x是指設(shè)備在規(guī)定的時間內(nèi)運行不發(fā)生故障，為此采用可靠性技術(shù)來解決；平均故障間隔時間MTBF是表征計算機(jī)控制系統(tǒng)可靠性的重要定量性標(biāo)準(zhǔn)?？删S修性是指工業(yè)控制機(jī)發(fā)生故障時，維修快速、簡單、方便；平均故障修復(fù)時間MTTR是表征計算機(jī)控制系統(tǒng)可維修性的重要定量性標(biāo)準(zhǔn)。

（2）高抗干擾能力。采用具有抗干擾能力的工業(yè)級專用電源，用以抑制電網(wǎng)電壓的波動，阻止通過供電線路可能侵入計算機(jī)的雜波和尖峰脈沖干擾，保護(hù)計算機(jī)正常運行的電源環(huán)境。采用地線隔離、屏蔽地線浮空等技術(shù)措施，以截斷由傳感器、執(zhí)行器的地線引入主機(jī)邏輯地線的干擾，盡量縮短主機(jī)邏輯地線的長度及其延伸的空間范圍，以抑制主機(jī)的電位波動，避免出現(xiàn)死機(jī)現(xiàn)象。

（3）環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)。工業(yè)環(huán)境惡劣，這就要求工業(yè)控制計算機(jī)適應(yīng)高溫、高濕、腐蝕、振動、沖擊、灰塵等環(huán)境。工業(yè)環(huán)境電磁干擾嚴(yán)重，供電條件不良，工業(yè)控制計算機(jī)必須具有極高的電磁兼容性。

（4）完善的輸入/輸出通道。為了對生產(chǎn)過程進(jìn)行控制，需要給工業(yè)控制計算機(jī)配備完善的輸入/輸出通道，如開關(guān)量輸入、開關(guān)量輸出、人－機(jī)通信設(shè)備等。（5）控制的實時性。工業(yè)控制計算機(jī)應(yīng)具有時間驅(qū)動和事件驅(qū)動能力，要能對生產(chǎn)過程工況變化實時地進(jìn)行監(jiān)視和控制。為此，需要配有實時操作系統(tǒng)和中斷系統(tǒng)。

（6）通用性和可擴(kuò)充性好。工業(yè)控制計算機(jī)一般都是采用國家推薦的標(biāo)準(zhǔn)總線，按照這個總線標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的總線信號規(guī)范、電氣規(guī)范、機(jī)械規(guī)范、操作規(guī)范（或稱作定時規(guī)范）進(jìn)行模板的設(shè)計與生產(chǎn)，于是模板就構(gòu)成了系列，有了互換性。這樣，工業(yè)控制計算機(jī)可根據(jù)工業(yè)生產(chǎn)過程在規(guī)模、性質(zhì)、工藝過程要求等方面的不同，選用不同功能的模板來靈活地進(jìn)行組合和擴(kuò)充。（7）具有通信與聯(lián)網(wǎng)能力。隨著系統(tǒng)規(guī)模的增大或所要求的系統(tǒng)功能的增加，工業(yè)控制計算機(jī)系統(tǒng)可能需要構(gòu)成分布式控制系統(tǒng)，這就要求工業(yè)控制計算機(jī)系統(tǒng)要具備可靠而簡捷的通信能力和構(gòu)成局部區(qū)域網(wǎng)的能力。在系列化的功能模板中，有支持標(biāo)準(zhǔn)通信規(guī)程的通信專用模板，也有支持局部區(qū)域通信網(wǎng)的模板。

（8）適當(dāng)?shù)挠嬎銠C(jī)精度和運算速度。一般生產(chǎn)過程，對于精度和運算速度要求并不苛刻。通常字長為8~32位，速度在每秒幾萬次至幾百萬次。但隨著自動化程度的提高，對于精度和運算速度的要求也在不斷提高，應(yīng)根據(jù)具體的應(yīng)用對象及使用方式，選擇合適的機(jī)型。3.1.2總線技術(shù)

總線是一組公用信號線的集合，其中的每根引線的信號、電氣、機(jī)械特性都作了明確規(guī)定。它通過這一組公用信號線將計算機(jī)系統(tǒng)中的各個模板以及各種設(shè)備連接成一個整體，以便彼此之間進(jìn)行信息交換?？偩€是一種在多個模塊之間傳送信息的公共通路，它是在計算機(jī)系統(tǒng)模塊化的發(fā)展過程中產(chǎn)生的。

按照總線的規(guī)模、用途及應(yīng)用場合的不同，計算機(jī)總線分為三類：系統(tǒng)總線（又稱內(nèi)部總線）、通信總線（又稱外部總線）、現(xiàn)場總線。1.系統(tǒng)總線

系統(tǒng)總線又稱內(nèi)部總線，用于計算機(jī)各種模板插件之間進(jìn)行信息傳送。目前流行的系統(tǒng)總線有：STD總線、ISA/PCI總線、VME總線、MULTIBUS總線等。

（1）STD總線

STD總線是一個面向工業(yè)控制的8位微型計算機(jī)總線，它定義了8位微處理器總線標(biāo)準(zhǔn)，可以容納各種8位通用微處理器。為了適應(yīng)16位微處理器，采用周期竊取和總線復(fù)用技術(shù)來擴(kuò)充數(shù)據(jù)線和地址線，使STD總線成為8/16位兼容的總線。近年來又定義了STD32總線標(biāo)準(zhǔn)，能夠與32位微處理器兼容，并與原來8位總線的I/O模板兼容。STD總線是56條信號線的并行底板總線，它實際上由4條小總線組成：8根雙向數(shù)據(jù)線，16根地址線，22根控制線，10根電源線。由于它有著獨具特色的優(yōu)點，因而在工業(yè)控制領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用.

（2）ISA/PCI總線

計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的人機(jī)對話計算機(jī)往往采用ISA/PCI總線標(biāo)準(zhǔn)。

1）ISA總線

ISA總線標(biāo)準(zhǔn)是IBM公司為推出PC/AT機(jī)而建立的系統(tǒng)總線標(biāo)準(zhǔn)，所以也叫IBMPC/AT總線。ISA總線具有16位數(shù)據(jù)總線寬度、24位地址總線寬度、16級中斷和8通道DMA，是為i80286設(shè)計的，主板與接口卡的數(shù)據(jù)傳輸速度為8MHZ。2）PCI總線

PCI總線是當(dāng)前最流行的總線之一，它是由Intel公司推出的一種局部總線。它定義了32位數(shù)據(jù)線，且可擴(kuò)展為64位，能夠充分發(fā)揮Pentium系列64位處理器的優(yōu)點。PCILocalbus的數(shù)據(jù)傳輸速率，在突發(fā)模式中，PCI可達(dá)132MB/s,在連續(xù)模式中，PCI可達(dá)80MB/s，該速率與ISAbus相比快了10倍.PCI局部總線可同時支持多組外圍設(shè)備，且不受制于微處理器，并能兼容現(xiàn)有的ISA、EISA、MCA總線，與它們共存于PC系統(tǒng)中。

（3）VME總線

VME總線的功能模塊由總線底板接口邏輯、四組總線信號線（總線傳輸總線、中斷優(yōu)先級總線、仲裁總線、公用總線

）和一塊功能模塊組成.

VME總線是一種先進(jìn)的微機(jī)總線，它具有以下特點：

1）尋址空間大，數(shù)據(jù)傳輸速度高；

2）在多處理器系統(tǒng)中，其中斷機(jī)構(gòu)能保證各個處理器之間的通信；

3）規(guī)約嚴(yán)格，內(nèi)容全面，易于構(gòu)成開放式系統(tǒng)。

（4）MULTIBUS總線

MULTIBUS總線是Intel公司作為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，為單板機(jī)和擴(kuò)展板之間進(jìn)行通信而設(shè)計的一種通用總線，是異步的多重處理系統(tǒng)總線。運用MULTIBUS及其擴(kuò)展總線，可以很方便地構(gòu)成多微機(jī)處理系統(tǒng)，實現(xiàn)布線處理、多重處理和并行處理。MULTIBUS總線具有以下特點1）適應(yīng)性廣泛，它獨立于微處理機(jī)，不同的微處理機(jī)都可以兼容；

2）以MULTIBUS總線為基礎(chǔ)的iSBX插件版和擴(kuò)展板品種豐富，可以根據(jù)需要選用，靈活地組成不同規(guī)模的系統(tǒng)；

3）可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)；

4）易于通過對插件版的升級、擴(kuò)充使系統(tǒng)性能升級

2.通信總線

通信總線又稱外部總線，是計算機(jī)系統(tǒng)之間或計算機(jī)系統(tǒng)與其他系統(tǒng)（儀器、儀表、控制裝置）之間信息傳輸?shù)耐贰Ｍㄐ趴偩€一般分為并行通信總線和串行通信總線。

（1）并行通信總線

在通信傳送過程中，每次同時傳送一個字節(jié)數(shù)據(jù)，所以傳輸速度高，適用于短距離（數(shù)十米）的快速傳輸。IEEE488總線就是并行通信總線

（2）串行通信總線

在通信傳送過程中，每次傳送一個比特的信息，所以傳輸速度低。但是使用的導(dǎo)線或電纜數(shù)量少，甚至僅用一對雙絞線就可以傳送，成本低，適用于較遠(yuǎn)距離的傳輸。常用的串行通信總線有EIA總線、RS－232C總線、RS－422總線、RS－485總線等。

3.現(xiàn)場總線

現(xiàn)場總線是連接智能現(xiàn)場設(shè)備和自動化系統(tǒng)的數(shù)字式、雙向串行傳輸、多分枝結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)。這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉，而性能不錯。目前較流行的現(xiàn)場總線主要有：CAN、PROFIBUS、Lonworks等。

3.1.3避錯技術(shù)

防止和減少故障發(fā)生的技術(shù)叫避錯技術(shù)。避錯技術(shù)的基本著眼點是通過質(zhì)量控制（如設(shè)計審核、元件篩選、測試等）、環(huán)境保護(hù)（如對外部干擾采取屏蔽）和降額使用等措施設(shè)法消除產(chǎn)生故障的原因，從而防止故障的發(fā)生，延長系統(tǒng)的使用壽命。避錯技術(shù)是提高計算機(jī)系統(tǒng)可靠性的第一道防線，是一種必不可少的常規(guī)技術(shù)。在計算機(jī)系統(tǒng)中必須采取的避錯技術(shù)包括以下幾個方面：

1.質(zhì)量控制技術(shù)

對于計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)來說，主要是針對計算機(jī)及其接口電路等進(jìn)行質(zhì)量控制。具體技術(shù)措施包括：

（1）選用高可靠的工業(yè)控制級的計算機(jī)，并且要求其失效率不大于10－5/h。

（2）盡量選用集成芯片，而不用分立元件。

（3）盡可能采用經(jīng)過考驗的標(biāo)準(zhǔn)電路環(huán)節(jié)及印制板。

（4）對元器件和印制板進(jìn)應(yīng)嚴(yán)格進(jìn)行電性能和工藝性能的篩選和檢查。

（5）降額使用，即在低于元器件額定電流和電壓值的條件下運用。

（6）對裝配、調(diào)試進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量管理，并對系統(tǒng)進(jìn)行最全面的測試和檢查。

（7）實施軟件工程，以保證軟件內(nèi)在的質(zhì)量。總之，力求使設(shè)計、制造的系統(tǒng)完美無缺，在使用中不發(fā)生故障。

2.環(huán)境防護(hù)技術(shù)

環(huán)境因素對計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的可靠性具有十分重要的影響。在實際應(yīng)用環(huán)境中，由于有噪聲、電磁干擾、溫度、濕度的影響，機(jī)械振動、化學(xué)腐蝕的侵襲，計算機(jī)系統(tǒng)容易出錯。為了減少這種影響，一般可從以下幾個方面采取措施：

（1）對系統(tǒng)的元器件、印制板、機(jī)箱或機(jī)柜等采取合適的環(huán)境防護(hù)技術(shù)，具體包括散熱設(shè)計、抗振設(shè)計、化學(xué)防護(hù)設(shè)計以及磁兼容性設(shè)計等.

（2）選用高可靠的接插件，避免接觸不良造成的故障。

（3）改變傳統(tǒng)的焊接配線方式，采用先進(jìn)的壓接或繞接技術(shù)，以提高觸點的可靠性。

（4）改善系統(tǒng)所在機(jī)房的環(huán)境，主要是采取凈化空氣、溫度調(diào)節(jié)、防雷電侵入以及抑制干擾源的強(qiáng)度等措施。

雖然避錯技術(shù)可以防止故障的產(chǎn)生，但有局限性，如采用高可靠性器件，其費用將急劇上升，而且即便采取了避錯技術(shù)，也不一定能滿足系統(tǒng)的可靠性要求。因此在計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)中還必須廣泛采用容錯技術(shù)。3.1.4容錯技術(shù)

1.容錯技術(shù)的基本概念

當(dāng)系統(tǒng)的某一部分發(fā)生故障時仍使系統(tǒng)保持正常工作的技術(shù)叫做容錯技術(shù)。容錯技術(shù)的基本出發(fā)點就在于首先承認(rèn)故障不可避免的事實，進(jìn)而考慮解除故障影響的措施。為了實現(xiàn)這一思想，采取的主要手段就是用外加資源的冗余方法，來達(dá)到掩蔽故障影響或使系統(tǒng)從故障狀態(tài)重新恢復(fù)正常工作的目的。

為了克服故障的效應(yīng)，一個典型的容錯系統(tǒng)可以用十種方式處理故障事件：故障限制、故障檢測、故障診斷、故障屏蔽、重試、重組、恢復(fù)、重啟、修復(fù)、重構(gòu)。

根據(jù)對故障處理的方式不同，可把容錯技術(shù)分為故障檢測技術(shù)、故障屏蔽技術(shù)、動態(tài)冗余技術(shù)和軟件可靠性技術(shù)幾類。

（1）故障檢測技術(shù)

故障檢測技術(shù)是發(fā)現(xiàn)故障的技術(shù)。它包括故障測試和故障定位技術(shù)。根據(jù)對故障的檢測時機(jī)，故障檢測分為聯(lián)機(jī)檢測和脫機(jī)檢測。故障檢測技術(shù)常見的有檢錯碼、二模冗余比較、超時監(jiān)督定時器和自校驗等。

（2）故障屏蔽技術(shù)

故障屏蔽技術(shù)是利用冗余資源，把故障的效應(yīng)掩蓋起來，使系統(tǒng)在故障發(fā)生后仍能持續(xù)工作的一種技術(shù)。因故障屏蔽技術(shù)在故障發(fā)生后并未能使系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)有所改變，所以又稱這種技術(shù)為靜態(tài)冗余技術(shù)。故障屏蔽技術(shù)具有對故障的容忍能力，是實現(xiàn)容錯提高系統(tǒng)可靠性的第一種途徑。其主要特點是不需要故障檢測技術(shù)的配合，不過，當(dāng)冗余資源因故障而耗盡時，若再發(fā)生故障時系統(tǒng)就不能正常工作了。因此，若在系統(tǒng)中增加故障檢測技術(shù)，及時發(fā)現(xiàn)故障，在系統(tǒng)尚未停止工作之前將故障排除，將會進(jìn)一步提高系統(tǒng)的可靠性。

（3）動態(tài)冗余技術(shù)

實現(xiàn)容錯提高系統(tǒng)可靠性的另一種途徑是采用動態(tài)切換方式。當(dāng)故障檢測技術(shù)發(fā)現(xiàn)了系統(tǒng)內(nèi)部發(fā)生故障時，通過系統(tǒng)內(nèi)部的一次重組來切除和替換故障部件，由于重組過程具有動態(tài)性質(zhì)，所以稱這種容錯技術(shù)為動態(tài)冗余技術(shù)。（4）軟件可靠性技術(shù)

軟件的可靠性技術(shù)也分為避錯和容錯兩類。軟件避錯技術(shù)包括軟件管理技術(shù)、程序設(shè)計及驗證技術(shù)等；軟件容錯技術(shù)包括N版本程序設(shè)計技術(shù)和軟件錯誤檢測、恢復(fù)技術(shù)等。

在以上四項技術(shù)中，故障屏蔽技術(shù)和動態(tài)冗余技術(shù)是容錯技術(shù)的核心。

2.實現(xiàn)容錯技術(shù)的主要方法

容錯技術(shù)是依靠外加資源，即冗余的方法來換取系統(tǒng)的可靠性的。冗余的方法有很多，主要有硬件冗余、軟件冗余、時間冗余和信息冗余等方法，這些方法往往要合理使用才能達(dá)到提高可靠性的目的。（1）硬件冗余

廣泛應(yīng)用的硬件冗余技術(shù)之一是硬件重復(fù)冗余，在物理級可通過元器件的重復(fù)而獲得（如相同的元器件串、并聯(lián)等）。在邏輯域可采用多數(shù)表決方案，如3取2的三模冗余和2X2取2的雙模冗余等。

另一種硬件冗余方法叫待機(jī)儲備冗余。該系統(tǒng)中共有m+1個模塊，其中只有一個模塊處于工作狀態(tài)，其余m個模塊都處于待命接替狀態(tài)。一旦工作模塊出了故障，立即切換到一個待機(jī)儲備模塊。當(dāng)換上的模塊發(fā)生故障時，再切換到下一個待機(jī)儲備模塊，直到m+1個模塊全部發(fā)生故障，系統(tǒng)才出現(xiàn)故障狀態(tài)。顯然，這種系統(tǒng)的可靠度比單一模塊工作要提高很多，但必須具有故障檢測和切換裝置。將重復(fù)冗余和待機(jī)儲備冗余結(jié)合運用就構(gòu)成了混合冗余系統(tǒng)。對于這種系統(tǒng)，當(dāng)重復(fù)冗余中有一個模塊發(fā)生故障時，立即將其切除，并代之以無故障的待命模塊。這種冗余方式既可以達(dá)到較高的可靠性，又可以達(dá)到較長的無故障運行時間

（2）軟件冗余

提高軟件可靠性有兩種方法：一是研究無錯誤軟件，其目的在于提供正確的軟件，屬于避錯技術(shù)需解決的問題，這里不加討論；二是研究容錯軟件，其目的在于確保軟件的健壯性，屬于容錯技術(shù)的范疇。

軟件容錯技術(shù)主要是通過軟件冗余技術(shù)進(jìn)行軟件的容錯設(shè)計，來減少軟件的錯誤率，降低因軟件錯誤而造成的不良影響。這種容錯途徑又包括兩個方面：一是設(shè)計容錯軟件，二是實現(xiàn)軟件容錯。

（3）時間冗余

時間冗余是通過消耗時間資源來達(dá)到容錯的目的。常用的有指令復(fù)執(zhí)和程序卷回技術(shù)，均是利用時間代價來換取系統(tǒng)的可靠性。

（4）信息冗余

信息冗余是依靠增加信息的多余度來提高可靠性的。在實際應(yīng)用中，一般是采用編碼技術(shù)，構(gòu)成各種糾錯碼，利用這些糾錯碼，可使信息在傳輸、運算和處理過程中的錯誤得以自動校正。在計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)中，一般是綜合運用上述各種容錯方法，來滿足系統(tǒng)高可靠性的要求

3.1.5故障-安全技術(shù)

故障安全技術(shù)是指設(shè)備或系統(tǒng)發(fā)生故障時，不致錯誤地給出危險側(cè)輸出，能使設(shè)備或系統(tǒng)導(dǎo)向安全測的手段，它是軌道交通信號安全技術(shù)的核心。

實現(xiàn)故障-安全技術(shù)的方法大致有：

（1）設(shè)備失效時使能量減少到最小，從而實現(xiàn)安全側(cè)分配的技術(shù)。例如安全型繼電器和自動道口欄目等。

（2）設(shè)備故障時以維持現(xiàn)狀為安全側(cè)的方法。例如道岔控制系統(tǒng)。

（3）聯(lián)鎖法。用聯(lián)鎖的方法可以使誤操作或誤判斷不致造成危及行車安全的后果（4）安全測分配法。凡涉及行車安全的信號器件和設(shè)備，都可以用兩個相對狀態(tài)來描述。例如信號機(jī)有開放和關(guān)閉兩個狀態(tài)，在這兩個相對的狀態(tài)中，其中一個狀態(tài)與停車相對應(yīng)，也就是說，當(dāng)該狀態(tài)出現(xiàn)時應(yīng)導(dǎo)致停車的后果，我們稱與停車相對應(yīng)的狀態(tài)為安全狀態(tài)或安全側(cè)，那么與之相反的狀態(tài)為危險狀態(tài)或危險側(cè)。安全側(cè)分配法就是要給信號設(shè)備分配安全側(cè)，在此前提才能采取其它技術(shù)使設(shè)備故障時導(dǎo)向安全側(cè)。

3.1.6局域網(wǎng)技術(shù)

計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)一般都采用分散式控制系統(tǒng)，因此，計算機(jī)與計算機(jī)之間要溝通信息，共享資源，協(xié)同工作，于是，出現(xiàn)了用通信線路將各計算機(jī)連接起來的計算機(jī)機(jī)群，以實現(xiàn)資源共享和作業(yè)分布處理，這就是計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。局域網(wǎng)在工業(yè)控制領(lǐng)域應(yīng)用比較廣泛。

（1）集線器

集線器又叫HUB，是連接網(wǎng)絡(luò)的重要而又常用的設(shè)備，主要用于把網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)器和工作站連接到網(wǎng)絡(luò)媒體上，其性能的好壞直接關(guān)系到網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的傳輸特性。

（2）網(wǎng)卡

網(wǎng)卡是局域網(wǎng)中連接獨立的計算機(jī)與通信子網(wǎng)的關(guān)鍵設(shè)備。它負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)從計算機(jī)傳輸?shù)絺鬏斀橘|(zhì)或由傳輸介質(zhì)傳輸?shù)叫盘枺坏┬盘杺鞯侥康脑O(shè)備，目的設(shè)備的網(wǎng)卡就將信號轉(zhuǎn)換回計算機(jī)能夠處理的信息。網(wǎng)卡中完成這種信號轉(zhuǎn)換的電路稱為收發(fā)器。它一般有兩種形式：內(nèi)置式和外置式。內(nèi)置式用于細(xì)電纜，外置式用于粗電纜

（3）局域網(wǎng)電纜

電纜將網(wǎng)絡(luò)中的各結(jié)點連接起來。一個局域網(wǎng)可采用多種傳輸介質(zhì)，如雙絞線、同軸電纜、光纖等。

（4）其他設(shè)備

連接一個網(wǎng)絡(luò)，除了以上設(shè)備外，還有兩類其他設(shè)備：一類是線路連接設(shè)備，如調(diào)制解調(diào)器，還有網(wǎng)絡(luò)連接配件，如連接頭、插座模塊等等；另一類是網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備，如中繼器、網(wǎng)橋和路由器等。

任務(wù)2計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)硬件

以工業(yè)控制計算機(jī)為核心的車站計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)，由于其控制規(guī)模、功能的完善程度、技術(shù)實現(xiàn)方法、經(jīng)濟(jì)因素以及研制的技術(shù)背景和歷史背景的不同，因此在具體結(jié)構(gòu)上存在著一定的差異，盡管如此，但大體上可從層次結(jié)構(gòu)和冗余結(jié)構(gòu)兩個側(cè)面來描述。

3.2.1計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)

1.系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)

所謂層次結(jié)構(gòu)，就是按進(jìn)路的控制層次來描述系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)分為人機(jī)對話層、聯(lián)鎖層和控制層，如圖3－2所示。

圖3-2系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)示意圖

就系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)來說，如果各層的功能由同一臺計算機(jī)來完成，就稱為集中式控制結(jié)構(gòu)；如果對應(yīng)不同層次分別設(shè)置計算機(jī)，各層的功能分別由各自的計算機(jī)來處理，則稱為分散式控制結(jié)構(gòu)。

在分散式控制結(jié)構(gòu)中，人機(jī)對話層設(shè)置人機(jī)對話計算機(jī)，聯(lián)鎖層設(shè)置聯(lián)鎖計算機(jī)，控制層設(shè)置控制器。如圖3－3是分散式控制結(jié)構(gòu)框圖。

圖3－3分散式控制結(jié)構(gòu)框圖（1）人機(jī)對話計算機(jī)

人機(jī)對話計算機(jī)習(xí)慣上稱為上位機(jī)，它是聯(lián)鎖計算機(jī)的通信前置機(jī)，是一種信息管理機(jī)。該機(jī)的主要任務(wù)是完成人機(jī)對話功能，一方面接收來自控制臺的車站值班員操作輸入信息，判明能否構(gòu)成有效的操作命令，并將操作命令轉(zhuǎn)換成約定的格式送給聯(lián)鎖計算機(jī)；另一方面，接收聯(lián)鎖計算機(jī)提供的關(guān)于監(jiān)控對象狀態(tài)和列車運行情況等各種表示信息，把它們轉(zhuǎn)換成表示盤或屏幕顯示器能夠接收的格式。

人機(jī)對話計算機(jī)除完成上述的人機(jī)對話功能外，一般還用于實時記錄和存儲車站值班員按鈕操作情況、列車運行狀態(tài)和聯(lián)鎖系統(tǒng)運行出錯等信息，這些信息均可由打印機(jī)打印輸出，也可以圖像形式再現(xiàn)。此外，聯(lián)鎖系統(tǒng)的進(jìn)路程序控制功能以及與其他自動化系統(tǒng)的聯(lián)系功能可以通過該機(jī)實現(xiàn)。系統(tǒng)的診斷功能也可由人機(jī)對話計算機(jī)來完成，或單獨設(shè)置電務(wù)維修機(jī)實現(xiàn).人機(jī)對話計算機(jī)是為了減輕聯(lián)鎖計算機(jī)的事務(wù)處理工作而設(shè)置的，它本身不具有聯(lián)鎖功能，因此，不要求該機(jī)具有故障一安全特性，但它必須十分可靠才能保證聯(lián)鎖系統(tǒng)正常工作

（2）聯(lián)鎖計算機(jī)

聯(lián)鎖計算機(jī)在這里也稱作下位機(jī)，是聯(lián)鎖系統(tǒng)的核心部分。它接收來自人機(jī)對話計算機(jī)的操作命令，接收來自室外監(jiān)控對象的狀態(tài)信息，進(jìn)行聯(lián)鎖邏輯運算，發(fā)出動作道岔和開放信號的控制命令。聯(lián)鎖計算機(jī)用來實現(xiàn)聯(lián)鎖功能，因此，不僅要求該機(jī)具有高可靠性，而且還要具有故障一安全特性。

聯(lián)鎖計算機(jī)機(jī)以串行通信方式與人機(jī)對話計算機(jī)交換信息，而與控制層的聯(lián)系方式有兩種：專線方式和總線方式。

1）專線方式

像繼電聯(lián)鎖設(shè)備一樣，現(xiàn)場各個監(jiān)控對象（信號機(jī)、道岔、軌道電路）控制命令的輸出和狀態(tài)信息的采集是利用各自的電纜芯線采取一對一的方式與聯(lián)鎖計算機(jī)相連的，亦即對應(yīng)每一監(jiān)控對象都有專門的控制命令輸出口和狀態(tài)信息采集口（對于軌道電路來說，僅有狀態(tài)輸入口）相對應(yīng)。我們稱這種聯(lián)系方式為專線方式，如圖3-4所示。

圖3－4專線方式圖3－5總線方式2）總線方式

采用這種方式需要將室外的監(jiān)控對象按它們的地理位置劃分為若干群，為每一群監(jiān)控對象在其附近設(shè)置一個控制器，由它作中介實現(xiàn)聯(lián)鎖計算機(jī)與監(jiān)控對象的聯(lián)系，如圖3－5所示。

聯(lián)鎖計算機(jī)與控制器之間利用公共傳輸通道交換信息。因此，相對于專線方式而言，采用總線方式可以節(jié)省干線電纜的費用，而且隨著光纜的使用，總線方式會成為聯(lián)鎖計算機(jī)與監(jiān)控對象之間一種主要的聯(lián)系方式。

（3）控制器

它設(shè)于對象群附近，與所轄各對象之間采用專線聯(lián)系方式。控制器是控制命令和狀態(tài)信息的轉(zhuǎn)送站，內(nèi)部必須有自己的內(nèi)部必須有自己的編譯機(jī)構(gòu)，一方面接收和校核來自聯(lián)鎖計算機(jī)的控制代碼，經(jīng)譯碼后形成控制命令，以驅(qū)動相應(yīng)的設(shè)備控制電路；另一方面又接收監(jiān)控對象的狀態(tài)信息，經(jīng)編碼傳送到聯(lián)鎖計算機(jī)?？刂破麟m然不擔(dān)負(fù)聯(lián)鎖邏輯處理任務(wù)，但它所處理的信息均屬于涉及安全的信息，所以應(yīng)具有故障－安全的性能。它本身故障時，也應(yīng)自動通知聯(lián)鎖計算機(jī)，以便及時處理。

計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)采用分散式控制結(jié)構(gòu)，由于各層計算機(jī)均能相對獨立運行，具有一定的并行處理能力，因此，可提高整個聯(lián)鎖系統(tǒng)的處理速度。另外，分散式控制系統(tǒng)是按功能模塊配置計算機(jī)的，在結(jié)構(gòu)上具有模塊化、積木化的特點，因而便于設(shè)計、生產(chǎn)、施工、維護(hù)和擴(kuò)充。3.2.2計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的冗余結(jié)構(gòu)

采用分散式控制結(jié)構(gòu)的計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)，就其實質(zhì)而言，是一種以通用計算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)構(gòu)成的車站信號實時控制系統(tǒng)。然而，就目前所選用的工業(yè)控制計算機(jī)而言，其質(zhì)量水平尚不能滿足聯(lián)鎖系統(tǒng)的高可靠性要求，況且更不具備故障－安全性能。這就需要從軟、硬件方面對聯(lián)鎖系統(tǒng)各層組成模塊采取冗余技術(shù)，構(gòu)成多重化的冗余結(jié)構(gòu)來確保整個系統(tǒng)的高可靠性和高安全性。

計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)采用冗余結(jié)構(gòu)的實質(zhì)在于用增加相同性能的模塊來換取系統(tǒng)的可靠性和安全性的。在這里，增加的模塊從完成系統(tǒng)功能的角度來看是多余的，但從提高系統(tǒng)運行的可靠性和安全性角度來看，卻并非是多余的。1.系統(tǒng)的可靠性冗余結(jié)構(gòu)

計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)可靠性冗余結(jié)構(gòu)，就是指為了使系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)達(dá)到或者超過目標(biāo)值而采取的冗余結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)的可靠性冗余結(jié)構(gòu)，往往采用雙機(jī)熱備系統(tǒng)，其原理結(jié)構(gòu)圖如圖3－6所示。

2.系統(tǒng)的安全性冗余結(jié)構(gòu)

計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的安全性冗余結(jié)構(gòu)就是指為了使系統(tǒng)的安全性指標(biāo)達(dá)到或超過目標(biāo)值而采取的冗余結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)的安全性冗余結(jié)構(gòu)，往往采用雙機(jī)同時工作并彼此間進(jìn)行頻繁比較的二取二冗余結(jié)構(gòu)，其基本結(jié)構(gòu)如圖3－7所示

圖3-6可靠性冗余結(jié)構(gòu)圖3-7安全性冗余結(jié)構(gòu)3.系統(tǒng)冗余結(jié)構(gòu)的應(yīng)用

計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)，既要求有比較高的可靠性指標(biāo)，又要求有比較高的安全性指標(biāo)。因此，計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的可靠性與安全性系統(tǒng)結(jié)構(gòu)將是上述兩種結(jié)構(gòu)的結(jié)合。

1）雙機(jī)熱備系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

雙機(jī)熱備系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3-8所示。

圖3-8雙機(jī)熱備系統(tǒng)結(jié)構(gòu)聯(lián)鎖雙機(jī)采用了可靠性的冗余結(jié)構(gòu)，當(dāng)聯(lián)鎖A機(jī)發(fā)生故障時，通過切換電路，聯(lián)鎖B機(jī)升為主機(jī)，接替故障機(jī)使系統(tǒng)繼續(xù)運行。每一臺聯(lián)鎖機(jī)內(nèi)裝配了兩套功能完全相同、但編程方法完全不同的獨立版本的聯(lián)鎖程序，用單機(jī)順序執(zhí)行雙份程序并對兩者的運算結(jié)果進(jìn)行比較，若運算結(jié)果經(jīng)由硬件或軟件構(gòu)成的比較器比較后相同，則說明聯(lián)鎖機(jī)運行正常，其相同結(jié)果可以作為系統(tǒng)的輸出。一旦發(fā)現(xiàn)結(jié)果不一致，則說明聯(lián)鎖機(jī)發(fā)生了故障，一方面使聯(lián)鎖機(jī)不產(chǎn)生危險側(cè)故障輸出以達(dá)到故障-安全的目的；另一方面進(jìn)行倒機(jī)，從而保證系統(tǒng)不會中斷聯(lián)鎖處理而影響行車作業(yè)。

2)二乘二取二系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

二乘二取二系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3-9所示。

圖3-9二乘二取二系統(tǒng)結(jié)構(gòu)“二取二”指在一套子系統(tǒng)上集成兩套CPU，兩套CPU嚴(yán)格同步，實時比較，只有雙機(jī)運行一致，才對外輸出運算結(jié)果。

“二乘”指用兩套完全相同的二取二子系統(tǒng)構(gòu)成雙機(jī)并用或熱備系統(tǒng)。

每一子系統(tǒng)內(nèi)部為安全性冗余結(jié)構(gòu)，兩子系統(tǒng)形成可靠性冗余結(jié)構(gòu)，這樣，既提高了系統(tǒng)的可靠性，又提高了系統(tǒng)的安全

3）三取二結(jié)構(gòu)

三取二系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3－10所示

圖3-10三取二系統(tǒng)結(jié)構(gòu)三套系統(tǒng)完全相同。三套系統(tǒng)的輸出交由表決器進(jìn)行表決，只要三套系統(tǒng)中的任何兩套的輸出是相同的，則表決器就

有正確的輸出。這種結(jié)構(gòu)提高可靠性的基本思想是把一個已發(fā)生故障的系統(tǒng)屏蔽起來，使其不影響整個系統(tǒng)的正常工作。從故障－安全的角度來看，這種結(jié)構(gòu)的表決器具有對三套系統(tǒng)進(jìn)行兩兩比較的機(jī)能，只有當(dāng)任何兩套系統(tǒng)同時發(fā)生相同的故障，并產(chǎn)生同樣的輸出信息時，表決器才無法檢出這種錯誤信息。如果這種錯誤輸出信息又恰巧是危險側(cè)信息，則整個系統(tǒng)的輸出也就是危險的了。然而，理論分析表明，出現(xiàn)這種情況的概率是極其微小的，因而這種結(jié)構(gòu)是安全的

采取三取二冗余結(jié)構(gòu)需要解決一些技術(shù)問題：三臺計算機(jī)的同步運行；具有更高數(shù)量級的可靠性與安全性的表決器；故障的及時切離與及時修復(fù)。

任務(wù)3計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)軟件

3.3.1計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)軟件的總體結(jié)構(gòu)

計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)軟件的基本結(jié)構(gòu)應(yīng)設(shè)計成實時操作系統(tǒng)或?qū)崟r調(diào)度程序支持下的多任務(wù)的實時操作系統(tǒng)，其軟件的基本結(jié)構(gòu)可歸納如下。

1.按照層次結(jié)構(gòu)分類

按照軟件的層次結(jié)構(gòu)分類，可分為三個層次，即人及對話層、聯(lián)鎖運算層和執(zhí)行層，其結(jié)構(gòu)如圖3-11所示。

人機(jī)對話層完成人機(jī)界面信息處理；聯(lián)鎖運算層完成聯(lián)鎖運算；執(zhí)行層完成控制命令的輸出和表示信息輸入。

圖3-11軟件的層次結(jié)構(gòu)

2.按照冗余結(jié)構(gòu)分類

按照冗余結(jié)構(gòu)分類，可分為三取二系統(tǒng)的單軟件結(jié)構(gòu)和雙機(jī)熱備系統(tǒng)的雙版本軟件結(jié)構(gòu)。其中雙版本軟件結(jié)構(gòu)，如圖3－12所示。

圖3-12雙版本軟件結(jié)構(gòu)

3.按照聯(lián)鎖數(shù)據(jù)的組織形式分類

按照聯(lián)鎖數(shù)據(jù)的組織形式，可分為小站規(guī)模的聯(lián)鎖圖表式軟件結(jié)構(gòu)和中站以上規(guī)模的進(jìn)路控制式的軟件結(jié)構(gòu)。其中進(jìn)路控制式的軟件結(jié)構(gòu)（即模塊化結(jié)構(gòu)）如圖3－13所示。

圖3-13進(jìn)路控制式的軟件結(jié)構(gòu)

3.3.2聯(lián)鎖數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

在計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)中，凡參與聯(lián)鎖運算的有關(guān)數(shù)據(jù)這里統(tǒng)稱它們?yōu)槁?lián)鎖數(shù)據(jù)。聯(lián)鎖數(shù)據(jù)在存儲器中的組成方法稱為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。聯(lián)鎖數(shù)據(jù)包括有靜態(tài)數(shù)據(jù)（常量）和動態(tài)數(shù)據(jù)（變量）兩大類，與之相對應(yīng)的有靜態(tài)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和動態(tài)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

1.靜態(tài)數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

聯(lián)鎖程序需要哪些靜態(tài)數(shù)據(jù)以及這些數(shù)據(jù)在存儲器中的組織形式，對于聯(lián)鎖程序結(jié)構(gòu)有很大的影響。目前最多的采用進(jìn)路表型聯(lián)鎖和站場型聯(lián)鎖，對應(yīng)的就存在兩種不同的靜態(tài)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：進(jìn)路表型靜態(tài)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和站場型靜態(tài)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。建立任何一條進(jìn)路都必須指明該進(jìn)路的特性和有關(guān)監(jiān)控對象的特征及其數(shù)量等，這包括進(jìn)路性質(zhì)；進(jìn)路方向；進(jìn)路的范圍；防護(hù)進(jìn)路的信號機(jī)（信號機(jī)名稱）；進(jìn)路中的軌道電路區(qū)段（名稱）及數(shù)量；進(jìn)路中的道岔（名稱）、應(yīng)處的位置、數(shù)量；進(jìn)路所涉及的侵限絕緣軌道區(qū)段（名稱）及檢查條件；進(jìn)路的接近區(qū)段（名稱）；進(jìn)路的離去區(qū)段（名稱）；進(jìn)路末端是否存在需要結(jié)合或照查的設(shè)施，如閉塞設(shè)備、機(jī)務(wù)段聯(lián)系、駝峰信號設(shè)備等。

若將上述各項納入一個數(shù)據(jù)表中就構(gòu)成了一個進(jìn)路表。將一個車站的全部進(jìn)路（包括迂回進(jìn)路）的進(jìn)路表匯總在一起就構(gòu)成了總進(jìn)路表（它好象我們熟悉的進(jìn)路聯(lián)鎖表）?？傔M(jìn)路表存于ROM中，就是一個靜態(tài)數(shù)據(jù)庫。當(dāng)辦理進(jìn)路時，根據(jù)進(jìn)路操作命令可從靜態(tài)數(shù)據(jù)庫中選出相應(yīng)的進(jìn)路，從而可找到所需的靜態(tài)數(shù)據(jù)。這就構(gòu)成了進(jìn)路表靜態(tài)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。另外，在應(yīng)用進(jìn)路搜索軟件時，需要與之對應(yīng)的靜態(tài)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，即站場型靜態(tài)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

（1）進(jìn)路表型靜態(tài)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

在進(jìn)路表型聯(lián)鎖控制系統(tǒng)中，信號機(jī)、道岔、軌道區(qū)段與進(jìn)路之間的聯(lián)鎖關(guān)系是通過進(jìn)路表的形式表示的，聯(lián)鎖表中包含了所有進(jìn)路及其聯(lián)鎖條件。當(dāng)車站規(guī)模較大，進(jìn)路數(shù)量很大時，總進(jìn)路表勢必十分龐大，占用ROM的容量很大，這就意味著增大了ROM檢測程序的長度和執(zhí)行時間，這是不利于系統(tǒng)的可靠性的。另外，當(dāng)車站改建和擴(kuò)建時，需要對總進(jìn)路表進(jìn)行較大的修改，這也是進(jìn)路表型靜態(tài)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的不足之處。為了提高系統(tǒng)的可靠性，通常采用站場型靜態(tài)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

（2）站場型靜態(tài)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

由人工編制總進(jìn)路表，特別是編制大型的總進(jìn)路表，不僅十分煩瑣的事，而且容易出錯，因此可以采用計算機(jī)輔助設(shè)計方法生成總進(jìn)路表。如果將進(jìn)路生成軟件納入聯(lián)鎖軟件中，當(dāng)辦理進(jìn)路時，由進(jìn)路操作命令調(diào)用該進(jìn)路生成程序，自動生成一個與進(jìn)路操作命令相符合的進(jìn)路表，以供聯(lián)鎖軟件使用。我們把這種生成進(jìn)路表的程序稱做進(jìn)路搜索程序。有了進(jìn)路搜索程序，仍然需要為它提供一個靜態(tài)數(shù)據(jù)庫，不過，這些數(shù)據(jù)庫的規(guī)模和結(jié)構(gòu)有所不同。該數(shù)據(jù)庫是這樣構(gòu)

成的：對應(yīng)車站信號設(shè)備平面布置圖（更確切地說是對應(yīng)控制臺盤面圖）中的每一監(jiān)控對象，如信號機(jī)、道岔、軌道電路區(qū)段、侵限絕緣區(qū)段、特設(shè)的變通按鈕、進(jìn)路終端按鈕（沒有信號機(jī)）等所有內(nèi)容都存入ROM內(nèi)，并各設(shè)一個靜態(tài)數(shù)據(jù)模塊。在模塊中列出表述該監(jiān)控對象特性的數(shù)據(jù)以及進(jìn)路搜索程序所需要的一些標(biāo)志。下面先介紹靜態(tài)數(shù)據(jù)模塊的具體設(shè)置方法。

以圖3－14（a）所示車站信號設(shè)備平面布置圖為例，所設(shè)置模塊鏈接如圖3－14（b）所示。應(yīng)特別指出，對應(yīng)一個侵限絕緣設(shè)置了兩個模塊QX1（侵限1）和QX2（侵限2）。在模塊QX1中列出了道岔區(qū)段3DG及1/3反位（1/3FB）兩個常量，該模塊設(shè)在相當(dāng)于經(jīng)由道岔5反位的進(jìn)路上。當(dāng)辦理一條經(jīng)由5號道岔反位的進(jìn)路時，選擇出QX1，就可將其中的常量編制在進(jìn)路表中，以便進(jìn)行聯(lián)鎖處理時檢查道岔區(qū)段3DG和1/3道岔的狀態(tài)，同理，在相當(dāng)于1/3道岔的渡線處設(shè)置了模塊QX2。

圖3-14車站信號設(shè)備平面布置及模塊鏈接圖

每個靜態(tài)數(shù)據(jù)模塊在ROM中要占用一個區(qū)域，該區(qū)域第一個單元的地址稱為該模塊的首地址，簡稱首址。由于每個模塊均有一個首址，為方便起見，在不致混淆的情況下把模塊的首址的代號也看成是模塊名稱，如圖3－15所示。

圖3-15靜態(tài)數(shù)據(jù)模塊模型

如果把所有的模塊按照它們在車站信號設(shè)備平面布置圖中相互位置鏈接起來，如圖3－14（b）所示，它很像6502組合連接圖。這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在圖形上具有站場形式，所以稱它為站場型靜態(tài)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

利用站場型靜態(tài)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，在辦理一條進(jìn)路時，根據(jù)進(jìn)路操作命令，為進(jìn)路搜索程序指明進(jìn)路的始端模塊首址和終端模塊首址，進(jìn)路搜索程序從站場型靜態(tài)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中搜出與進(jìn)路有關(guān)的全部模塊，再從模塊中找出進(jìn)路聯(lián)鎖程序所需的數(shù)據(jù)，這樣就構(gòu)成了進(jìn)路表。

如何把模塊鏈接起來，以便進(jìn)路搜索程序進(jìn)行搜索？這需要把每個模塊的空間劃分成兩個區(qū)域，即數(shù)據(jù)場和指針場，用數(shù)據(jù)場存放模塊的有關(guān)數(shù)據(jù)，用指針場存放鄰近模塊的首址假設(shè)有三個模塊a、b和c，如圖3－16所示，不管它們在存儲器中的物理位置是否為順序存放，如果希望找到a后就能找到b，找到b后就能找到c，那么只要將b的首址放在a的指針場，將c的首址放在b的指針場，這樣就可以由a找到b，由b找到c。若模塊c沒有后續(xù)模塊，則在它的指針場標(biāo)以Φ（空）。為方便起見，用圓圈代表數(shù)據(jù)模塊并稱為節(jié)點，用有向線段代表鏈接線，如圖3－16（c）所示，在簡化圖中，有向線段的箭頭方向直觀地表明了搜索方向。用箭頭把有關(guān)的靜態(tài)數(shù)據(jù)模塊鏈接到一起，就構(gòu)成了靜態(tài)數(shù)據(jù)組織形式。

圖3-16模塊的鏈接方法

當(dāng)一個節(jié)點有左右兩個鏈接節(jié)點，如果允許雙方向搜索，則這個節(jié)點需要有兩個指針場以便記入兩個鏈接節(jié)點的首址。例如，由a可搜索到c，也可c搜索到a，如圖3－16（d）所示。對于道岔來說，它有三個鏈接節(jié)點，即岔前節(jié)點、岔后直股節(jié)點、岔后彎股節(jié)點。所以在道岔節(jié)點中需要設(shè)三個指針場PQ、PZ、PW，可以用PQ存放岔前節(jié)點首址，用PZ存放岔后直股節(jié)點首址，用PW存放岔后彎股節(jié)點首址。

對于站場型靜態(tài)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來說，僅沿一個方向搜索就可以了。從站場結(jié)構(gòu)看，沿著發(fā)車方向搜索時，遇到對向分歧道岔少，所以搜索效率高。因此，以發(fā)車方向單向搜索為準(zhǔn)，來實現(xiàn)節(jié)點之間的鏈接。根據(jù)這一原則，圖3－14（b）各模塊鏈接簡圖如圖3－17所示。

圖3-17模塊鏈接簡圖

采用站場型靜態(tài)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有以下優(yōu)點：

1）該靜態(tài)數(shù)據(jù)庫所占存儲空間小，有利于檢測；

2）站場型靜態(tài)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是節(jié)點之間鏈接而成的，在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中任何地方增加或減少節(jié)點時，僅涉及指針場中的地址的修改，而不影響個節(jié)點在存儲器中的物理存儲區(qū)，所以容易修改，這非常適應(yīng)站場的改建或擴(kuò)建；

3）節(jié)點的類型是有限的，節(jié)點的內(nèi)容和容量不變，各節(jié)點的鏈接只是在邏輯上是有序的，但是每個節(jié)點在存儲器中具體區(qū)域可以是無序的（即相鏈接的節(jié)點在存儲器中可以不相鄰），利用這種性質(zhì)可用計算機(jī)輔助設(shè)計生成數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。根據(jù)站場型靜態(tài)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)所生成的進(jìn)路表需存于RAM中。對于一個車站來，能同時辦理的進(jìn)路是有限的，并且這些進(jìn)

路表隨著進(jìn)路解鎖而消失，所以占用RAM空間是不大的。

2.動態(tài)數(shù)據(jù)

參與進(jìn)路控制的動態(tài)數(shù)據(jù)主要包括操作輸入變量、狀態(tài)輸入變量、表示輸出變量、控制輸出變量以及聯(lián)鎖處理的中間變量等。

（1）操作輸入變量

操作輸入變量是反映操作人員操作動作的開關(guān)量。在RAM中需設(shè)一個操作變量表集中地存放操作變量。操作變量表根據(jù)系統(tǒng)的硬件體系結(jié)構(gòu)，可能存于人機(jī)對話機(jī)或存于聯(lián)鎖機(jī)中。

操作輸入變量是形成操作命令的原始數(shù)據(jù)。在RAM中應(yīng)開辟一個區(qū)域集中地存放操作命令，稱這些操作命令的集合為操作命令表。一條操作命令形成后，就可以從操作變量表中刪去相應(yīng)的操作變量了。

操作輸入變量除了用以形成操作命令外，還作為表示信息的原始數(shù)據(jù)以及監(jiān)測系統(tǒng)的記錄內(nèi)容。

（2）狀態(tài)輸入變量

狀態(tài)輸入變量是反映監(jiān)控對象狀態(tài)的變量，如軌道區(qū)段狀態(tài)、道岔定位狀態(tài)、道岔反位狀態(tài)、信號狀態(tài)、燈絲狀態(tài)以及與進(jìn)路有關(guān)的其他設(shè)備狀態(tài)等。狀態(tài)輸入變量應(yīng)周期性地及時刷新，以保證變量能確切反映監(jiān)控對象的實際狀態(tài)。

狀態(tài)輸入變量除了參與聯(lián)鎖運算外，還作為表示信息和監(jiān)測系統(tǒng)的原始數(shù)據(jù)。（3）表示輸出變量

表示輸出變量是指向控制臺、表示盤或屏幕顯示器提供的變量。通過這些變量反映有關(guān)列車或車列運行情況、操作人員的操作情況以及聯(lián)鎖設(shè)備工作狀況。在計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)中，可提供比電氣集中更豐富的信息和表現(xiàn)形式（例如光帶、圖形、音響和語音等）。這些信息需取自狀態(tài)輸入變量、操作輸入變量、中間變量以及控制命令輸出變量等。一般是將表示輸出變量集中在一個存儲區(qū)以便輸出。

（4）控制輸出變量

控制輸出變量是指控制信號和道岔的變量。它可存放在動態(tài)數(shù)據(jù)模塊中，而控制命令存放在專辟的控制命令表中。控制命令的邏輯地址與輸出通道一一對應(yīng)。

控制輸出變量和控制命令都應(yīng)周期性地刷新，以保證數(shù)據(jù)的實時性。

（5）中間變量

中間變量是指聯(lián)鎖程序執(zhí)行過程中產(chǎn)生的一些變量。這些變量有的存放在動態(tài)數(shù)據(jù)模塊中，有的需另辟專區(qū)存放。在存儲區(qū)中中間變量一般應(yīng)按一定規(guī)則存放。

3.3.3聯(lián)鎖軟件及其管理

1.聯(lián)鎖軟件的基本模塊

聯(lián)鎖軟件一般來說可分成六個模塊：操作輸入及操作命令形成模塊、操作命令執(zhí)行模塊、進(jìn)路處理模塊、狀態(tài)輸入模塊、表示輸出模塊和控制命令輸出模塊。（1）操作輸入及操作命令形成模塊

操作輸入是指把車站值班員操作按鈕、鍵盤、鼠標(biāo)或光筆等形成的操作信息輸入到計算機(jī)中并記錄下來，分析操作信息是否能構(gòu)成合法的操作命令，不合法時則向操作人員提示。

操作輸入量是很大的，形成的操作命令的種類也有十幾種。該模塊一般由人機(jī)對話計算機(jī)完成。人機(jī)對話計算機(jī)將形成的操作命令經(jīng)由串行數(shù)據(jù)通道輸送到聯(lián)鎖計算機(jī)中，并存儲在一個操作命令表中。

（2）操作命令執(zhí)行模塊

操作命令執(zhí)行模塊是根據(jù)操作命令執(zhí)行相應(yīng)功能的程序模塊。在該執(zhí)行模塊中包括許多子模塊。實際上，有多少種操作命令就有多少個子模塊。每個子模塊執(zhí)行時間很短，不需考慮它們的優(yōu)先權(quán)，在執(zhí)行順序上不受限制。在執(zhí)行該模塊時，根據(jù)操作命令表中每一條現(xiàn)存的命令，從操作命令執(zhí)行模塊中找出相應(yīng)的子模塊予以執(zhí)行。如果執(zhí)行結(jié)果達(dá)到預(yù)期目的，則從操作命令表中刪去相應(yīng)的操作命令。否則應(yīng)給出表示信息，提醒車站值班員采取相應(yīng)的措施。

（3）進(jìn)路處理模塊

進(jìn)路處理模塊是在執(zhí)行了進(jìn)路搜索模塊且對所辦進(jìn)路已形成進(jìn)路表后，對進(jìn)路進(jìn)行處理的模塊。進(jìn)路處理分成4個階段，進(jìn)路處理程序也相應(yīng)的分成4個子模塊

1）進(jìn)路選排及道岔控制命令生成子模塊

該模塊的功能是檢查道岔位置是否符合要求，若不符合要求，則應(yīng)形成相應(yīng)道岔控制命令，使該道岔轉(zhuǎn)至規(guī)定位置。2）進(jìn)路鎖閉模塊

該模塊的功能是檢查鎖閉條件是否滿足，若滿足時給出道岔鎖閉變量及提示信息（如白光帶等）。

3）信號開放與保持子模塊

檢查進(jìn)路信號開放條件是否滿足，若滿足時形成防護(hù)該進(jìn)路信號機(jī)的開放命令。在信號

開放后，不間斷地檢查信號開放條件，若條件滿足使信號保持開放，否則取消信號開放命令，使信號機(jī)關(guān)閉

4）進(jìn)路正常解鎖子模塊

該模塊實現(xiàn)進(jìn)路正常解鎖和調(diào)車進(jìn)路的中途折返解鎖。

（4）狀態(tài)輸入模塊

狀態(tài)輸入模塊功能是將信號機(jī)、道岔和軌道電路等的狀態(tài)信息送入到聯(lián)鎖計算機(jī)中。

（5）表示信息輸出模塊

是將已形成的各種表示信息通過相應(yīng)的接口，使顯示器工作

（6）控制命令輸出模塊

是將已形成的道岔控制命令和信號控制命令通過相應(yīng)的輸出通道，來控制道岔控制電路和信號控制電路。

2.聯(lián)鎖軟件的任務(wù)調(diào)度方式

在聯(lián)鎖計算機(jī)中，如何把各個程序模塊管理起來，使它們有序地工作，是設(shè)計軟件的重要環(huán)節(jié)。對于程序模塊的管理也稱為程序模塊的調(diào)度。一般來說，有集中調(diào)度方式和分散調(diào)度方式兩種。

圖3-18集中調(diào)度方式圖3-19順序控制方式

集中調(diào)度方式是在程序模塊之外，另設(shè)一套調(diào)度程序，用此程序按工作任務(wù)調(diào)用任一個模塊進(jìn)行運行，如圖3－18所示。也就是說，需某個模塊工作時，調(diào)度程序向該模塊發(fā)送一組信息，由此信息激勵本模塊開始工作。當(dāng)模塊執(zhí)行完畢后，該模塊向調(diào)度程序提供一組信息，使調(diào)度程序收到這組信息后確定下一步調(diào)用哪個模塊。

集中調(diào)度方式具有層次結(jié)構(gòu)清晰的特點，調(diào)度程序是上層，各個模塊處于下層。各模塊無需相互聯(lián)系，而只與調(diào)度程序交換信息。集中調(diào)度方式可以根據(jù)模塊優(yōu)先權(quán)進(jìn)行調(diào)度，也可按執(zhí)行情況進(jìn)行調(diào)度。例如，某個模塊由于某種原因超過了規(guī)定的執(zhí)行時間，則強(qiáng)制它停止執(zhí)行而調(diào)用其它模塊。集中調(diào)度方式還能較方便地根據(jù)正在執(zhí)行的模塊的需要確定下一步調(diào)用哪個模塊，而不局限于某種確定的順序，也就是說，對于模塊的調(diào)度具有較大的靈活性。

分散調(diào)度方式是不設(shè)專門的調(diào)度程序，而將調(diào)度功能由各個模塊分別承擔(dān)，一個模塊執(zhí)行結(jié)束時由本模塊自己確定下一步執(zhí)行哪個模塊。分散調(diào)度方式種類較多，但其中最簡單的是順序控制方式，如圖3－19所示。各個模塊的執(zhí)行順序是固定不變的。這種方式結(jié)構(gòu)簡單，節(jié)省時間，但靈活性較差。

對于計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)來說，原則上這兩種方式均可使用，或者混合使用。但是，采用集中調(diào)度方式使得程序的層次化和模塊化結(jié)構(gòu)比較清晰，而且充分利用集中調(diào)度方式的優(yōu)點，例如對各模塊進(jìn)行監(jiān)督等，有利于提高系統(tǒng)的可靠性，所以采用集中調(diào)度方式更好一些。

3.操作命令及操作命令執(zhí)行程序

（1）進(jìn)路操作命令

該命令的任務(wù)是選出一條具體的進(jìn)路。當(dāng)采用站場型靜態(tài)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)時，該命令的任務(wù)是從站場型靜態(tài)數(shù)據(jù)庫中選出一組符合所選進(jìn)路需要的數(shù)據(jù)，形成一個進(jìn)路表，并將該表存于進(jìn)路總表中。因此，稱進(jìn)路操作命令的執(zhí)行程序模塊為“進(jìn)路搜索模塊”。

（2）取消進(jìn)路命令

該命令的任務(wù)是取消已建立的進(jìn)路。在執(zhí)行該命令前，先檢查該進(jìn)路是否建立或已被取消。如果未建立或已取消，則本次命令是無效的。另外，在執(zhí)行該命令時，則必須檢查有關(guān)的聯(lián)鎖條件是否滿足。例如，接近區(qū)段應(yīng)無車，防護(hù)信號機(jī)內(nèi)方應(yīng)無車，信號機(jī)應(yīng)在關(guān)閉狀態(tài)，若這些條件滿足后，才能取消進(jìn)路，也就是從總進(jìn)路表中刪除該進(jìn)路表及有關(guān)的變量（如鎖閉變量），即為解鎖狀態(tài)。

還有人工解鎖命令、進(jìn)路故障解鎖命令、區(qū)段故障解鎖命令、重復(fù)開放信號命令、非常關(guān)閉信號命令、開放引導(dǎo)信號命令、引導(dǎo)鎖閉命令、引導(dǎo)解鎖命令、道岔單獨操作命令和道岔單獨鎖閉及道岔單獨解鎖命令等。

以上這些操作命令的執(zhí)行條件和繼電集中聯(lián)鎖的執(zhí)行條件總體上是一樣的。

對應(yīng)每種操作命令都有一個執(zhí)行程序子模塊。這些子模塊按一定的控制方式聯(lián)系在一起就構(gòu)成了操作命令執(zhí)行程序，如圖3－20所示。這種結(jié)構(gòu)思路是，假如各具體操作命令由人機(jī)對話計算機(jī)已生成并存放于聯(lián)鎖計算機(jī)所開辟的操作命令存儲區(qū)內(nèi)。如果規(guī)定存儲區(qū)內(nèi)最多可存放操作命令為n個，存放操作命令單元順序為Ni（i=1、2、3......）。當(dāng)主程序運行至“操作命令執(zhí)行程序”時，順序地將存儲區(qū)中命令取出并予以執(zhí)行。當(dāng)執(zhí)行條件滿足而成功執(zhí)行后，將該命令從存儲區(qū)內(nèi)刪去，使空出的單元存放后續(xù)的操作命令。

圖3-20操作命令執(zhí)行程序

4.進(jìn)路處理程序

（1）進(jìn)路搜索模塊

進(jìn)路搜索模塊的功能是根據(jù)前面所提到的形成的進(jìn)路操作命令，從站場型靜態(tài)數(shù)據(jù)庫中選出符合進(jìn)路需求的靜態(tài)數(shù)據(jù)，構(gòu)成一個進(jìn)路表并存于進(jìn)路總表中。

在進(jìn)路搜索中，根據(jù)操作命令必須僅能選出一條符合操作意圖的進(jìn)路，即在僅指明進(jìn)路的始端和終端時只能選出一條基本進(jìn)路而不應(yīng)選出繞彎的或平行的迂回進(jìn)路。如果需要選出迂回進(jìn)路，則操作人員必須增加附加操作，指明變更點。為了實現(xiàn)這一要求，這里采取了如下措施：

1）按照進(jìn)路的操作命令，確定相鄰的指定節(jié)點對，按節(jié)點對分段依次搜索。在進(jìn)路中，每兩個相鄰的指定節(jié)點對構(gòu)成一個“節(jié)點對”，而每個節(jié)點對可能是基本進(jìn)路線路上的一段，也可能是迂回進(jìn)路中的一段。

2）設(shè)置搜索引導(dǎo)標(biāo)志Yd，確定優(yōu)先搜索方向。根據(jù)對站場結(jié)構(gòu)的分析，可以確定出以下搜索原則：在進(jìn)路搜索過程中，當(dāng)搜索遇到每個對向道岔（以搜索方向為準(zhǔn)）節(jié)點時，先沿直股搜索下去，當(dāng)搜索不到目標(biāo)節(jié)點（節(jié)點對中第二個節(jié)點）時，再返回到道岔節(jié)點，沿彎股搜索，這種搜索方式稱為直股優(yōu)先。如果要想使彎股優(yōu)先，需要在對向道岔節(jié)點中設(shè)置（彎優(yōu)先）引導(dǎo)標(biāo)志Yd，這樣可先搜索彎股，然后再搜索直股。采用彎股優(yōu)先搜索方案可以選出平行的迂回進(jìn)路，但是有可能搜索出一條錯誤繞彎迂回進(jìn)路。例如在圖3－17中，若指定節(jié)點對為K（D1）和K（SⅡ），如先后操作了K（D1）和K（SⅡ）所指定的元件后，本應(yīng)選出一條由K（D1）到K（SⅡ）的基本進(jìn)路，但由于在K（1）和K（17）中均有彎股優(yōu)先引導(dǎo)標(biāo)志Yd，這樣當(dāng)搜索到K（1）時先沿彎股搜索而找到K（17），而找到K（17）后，又沿彎股搜索到K（SⅡ），這顯然不符合操作意圖。為防止錯誤搜索出迂回進(jìn)路，又作了第三條規(guī)定。

3）在節(jié)點對之間的搜索過程中，只允許沿著同類渡線進(jìn)行搜索，這樣就不致搜索出繞彎的迂回進(jìn)路了。所謂同類渡線搜索，就是在搜索一條進(jìn)路時都按八字一撇或八字一捺進(jìn)行搜索，而不能在一次搜索過程中同時出現(xiàn)八字的撇和捺（除變更進(jìn)路外）渡線。例如，由K（D1）到K（SⅡ）的基本進(jìn)路的搜索，不能出現(xiàn)由K（D1）節(jié)點搜索到K（D13），然后由K（D13）→K（17）→K（19）→K（19DG）→K（SⅡ）錯誤的搜索過程。

（2）進(jìn)路處理模塊

進(jìn)路處理模塊是對已經(jīng)搜索出來的進(jìn)路進(jìn)行處理的模塊。它是各條進(jìn)路所共用的模塊。

對于每條進(jìn)路的處理可按時間先后次序進(jìn)行，其模塊執(zhí)行框圖如圖3－21所示。若設(shè)進(jìn)路總表中最多可存有m條進(jìn)路，所以當(dāng)主程序進(jìn)入進(jìn)路處理階段時，便對進(jìn)路總表中各條進(jìn)路處理一遍，而后轉(zhuǎn)出。如果進(jìn)路總表中的存放進(jìn)路的單元為Li（i=1，2，3，…,n）,單元Li中可能存有進(jìn)路，也可能無進(jìn)路（Li是空的），假如本單元是空著的，則可將地址指針指向下一條進(jìn)路單元進(jìn)行處理。

圖3-21操作命令執(zhí)行程序具體到某一條進(jìn)路的處理，可采用順序非等待性處理方式，參看圖3－21下半部分。我們可以把一條進(jìn)路處理過程主要分成四個階段，即四個處理子模塊：

1）進(jìn)路選排及道岔控制命令生成子模塊（簡稱XP模塊）；

2）進(jìn)路鎖閉子模塊（簡稱S模塊）；

3）信號開放及保持子模塊（簡稱XB模塊）；

4）進(jìn)路自動解鎖子模塊（簡稱JS模塊）。

這些子模塊執(zhí)行采用順序方式。為了表明處理進(jìn)程，設(shè)四個進(jìn)程標(biāo)志：FXP、FS、FXB、FJS。當(dāng)F=FXP時，進(jìn)路處理進(jìn)入XP模塊；當(dāng)F=FS時，進(jìn)路進(jìn)入S模塊處理；當(dāng)F=FS時，進(jìn)路進(jìn)入S模塊處理；當(dāng)F=FXB時，進(jìn)路進(jìn)入XB模塊處理；當(dāng)F=FJS時，進(jìn)路進(jìn)入JS模塊處理。在處理某個具體子模塊時，其執(zhí)行條件不一定滿足，為了不延誤計算機(jī)運行時間，當(dāng)處理某一模塊時，若條件滿足，則處理該模塊，待該模塊執(zhí)行完畢后立即處理它的后續(xù)模塊。否則立即轉(zhuǎn)出，進(jìn)行對另一條進(jìn)路的處理。關(guān)于每個子模塊的具體執(zhí)行過程，我們這里不作介紹。

5.過程輸入/輸出程序

在聯(lián)鎖運算中，需要實時地讀取現(xiàn)場設(shè)備的狀態(tài)和向現(xiàn)場的道岔、信號機(jī)輸出控制命令。這里的過程輸入/輸出指的是，完成將現(xiàn)場的設(shè)備狀態(tài)讀入聯(lián)鎖機(jī)的過程以及向現(xiàn)場的設(shè)備輸出控制命令的過程。相應(yīng)地有完成現(xiàn)場設(shè)備狀態(tài)輸入的安全輸入程序，向現(xiàn)場設(shè)備輸出控制命令的安全輸出程序。這里也不再詳細(xì)介紹了。

任務(wù)4計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的過程輸入/輸出通道

計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)為了實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的控制，需要將生產(chǎn)過程中的各種必要信號（參數(shù)）及時地檢測傳送、并轉(zhuǎn)換成計算機(jī)能夠接收的數(shù)據(jù)形式。計算機(jī)對送入數(shù)據(jù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆治鎏幚砗?，又以生產(chǎn)過程能夠接收的信號形式實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的控制。這種完成在過程信號與計算機(jī)數(shù)據(jù)之間變換傳遞的裝置叫過程輸入/輸出通道。

3.4.1過程輸入通道

過程輸入通道主要由輸入緩沖器、地址譯碼器、輸入電路等組成，如圖3-22所示。輸入緩沖器與地址譯碼器屬于通用接口內(nèi)容范疇，這里就不贅述了。

圖3-22過程輸入通道結(jié)構(gòu)

1.過程輸入通道的作用

過程輸入通道的作用：一是將二值開關(guān)量信息變換成寄存器能夠接收的TTL電平信號；二是抗干擾，保證輸入信號的正確性。

2.輸入電路

輸入電路的作用是將現(xiàn)場輸入的狀態(tài)信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換、保護(hù)、濾波和隔離等，使其變成計

算機(jī)能夠接收的兩種電平信號?，F(xiàn)場狀態(tài)信息的輸入電路如圖3－23所示。

圖3－23輸入電路

若VIN為KZ24V，K閉合時，光耦（光電耦合器的簡稱）的二極管導(dǎo)通發(fā)光，三極管導(dǎo)通，“A”輸出低電平“0”，“B”輸出高電平“1”→CPU

若VIN為KZ24V，K斷開時，光耦的二極管截止，三極管截止，“A”輸出高電平“1”，“B”輸出低電平“0”→CPU

3.故障-安全輸入接口

目前，在計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)中，信號機(jī)、道岔、軌道電路等監(jiān)控對象的狀態(tài)信息多是用安全型繼電器的接點狀態(tài)來反映的，輸入接口的任務(wù)就是將這種數(shù)據(jù)安全地采集進(jìn)來。故障－安全輸入接口分靜態(tài)和動態(tài)兩種輸入方式。（1）靜態(tài)故障－安全輸入接口

靜態(tài)故障－安全輸入接口的設(shè)計思想是采用編碼方式，將反映監(jiān)控對象狀態(tài)的二值開關(guān)量用多元代碼來表達(dá)。假設(shè)取碼長為n，則可組成2n個代碼。若取其中的一個代碼代表危險側(cè)信息，另取其補(bǔ)碼作為安全側(cè)信息，稱這兩個代碼為合法碼，那么余下的2n－2個代碼為非法碼。當(dāng)n足夠大時，一個安全側(cè)代碼錯成危險側(cè)代碼的概率極小，而錯成非法碼的可能性很大。利用這種非對稱的出錯性質(zhì)，就可以實現(xiàn)二值信息在存儲、傳送和處理過程中的故障－安全。

這種輸入接口電路的結(jié)構(gòu)如圖3－24所示。圖中以采集

軌道繼電器（GJ）的狀態(tài)為例當(dāng)GJ勵磁吸起時，四個光電耦合器全部導(dǎo)通，各端輸出均為高電平。。這樣軌道電路的危險側(cè)狀態(tài)由電平信息變換成代碼1111，經(jīng)由通用并行輸入口供計算機(jī)讀入。反之，當(dāng)GJ失磁落下時，四個光電耦合器全部截止，其輸出端均為低電平，軌道電路的安全側(cè)狀態(tài)由電平信息變換成代碼0000，同樣經(jīng)由通用并行輸入口供計算機(jī)讀入。在計算機(jī)內(nèi)部，對四個碼元進(jìn)行“與”運算。如果結(jié)果為1，說明軌道電路在空閑狀態(tài)；如果結(jié)果為0，則說明軌道電路在占用狀態(tài)或者是輸入電路發(fā)生了故障。

圖3－24靜態(tài)故障-安全輸入接口

由于上述接口電路是由若干個信息的編碼反映軌道繼電器狀態(tài)的，因此，即使當(dāng)軌道區(qū)段占用時，若任何一個光電耦合器發(fā)生故障，都不會產(chǎn)生1111的危險側(cè)代碼，從而保證了輸入接口的安全性。只有當(dāng)四個光電耦合器的輸出同時發(fā)生故障，才有可能將安全側(cè)代碼錯變成危險側(cè)代碼，但發(fā)生這種情況的概率是極小的，所以說該接口是故障－安全的。

從理論上講，這是一種信息冗余技術(shù)。冗余程度愈高，安全性愈高，但可靠性和經(jīng)濟(jì)性也愈低。實際應(yīng)用中，一般選用4位或8位碼元代表一個信息。

（2）動態(tài)故障－安全輸入接口

動態(tài)故障－安全輸入接口的電路形式如圖3－25所示。這里仍以采集軌道繼電器的狀態(tài)為例。圖中兩個光電耦合器G1和G2，G1的輸入級和G2的輸出級串聯(lián)，并為G2導(dǎo)通時，由軌道繼電器的接點控制G1的導(dǎo)通和截止。G2的輸入級由計算機(jī)的一個輸出口控制它的通斷，G1的輸出則接向計算機(jī)的一個輸入口。

1）輸出口送出“0”→反相器輸出“1”→G2導(dǎo)通，同時GJ↑→G1導(dǎo)通→反相器輸入“0”并輸出“1”→輸入口收到“1”。

2）輸出口送出“1”→反相器輸出“0”→G2截止，不論GJ↑或↓→G1截止→反相器輸入“1”并輸出“0”→輸入口收到“0”。

因此，輸入口與輸出口信號是互為反相的關(guān)系。3）微機(jī)的輸出口輸出0、1相間隔的動態(tài)的脈沖序列（01010101），在GJ↑且電路無故障的情況下，微機(jī)的輸入口必定收到反相的0、1相間隔的動態(tài)的脈沖序列（10101010）。微機(jī)收到該信號，表明收到了危險側(cè)信息（GJ↑，區(qū)段空閑）。

4）微機(jī)的輸出口輸出0、1相間隔的動態(tài)的脈沖序列（01010101），在GJ↓且電路故障的情況下，微機(jī)的輸入口必定收到穩(wěn)態(tài)的電平（全“0”或全“1”）。微機(jī)收到該信號，表明收到了安全側(cè)信息（GJ↓，區(qū)段占用）。

5）故障-安全特性分析。例如G1的二極管開路，在GJ↑的情況下，微機(jī)的輸出口也照樣送出0、1相間隔的脈沖序列，但返回微機(jī)的必然是穩(wěn)態(tài)的電平“0”，該信號為安全側(cè)信

息，因此實現(xiàn)了故障-安全的思想。

圖3－25動態(tài)故障-安全輸入接口

3.4.2過程輸出通道

過程輸出通道主要由輸出鎖存器、地址譯碼器、輸出驅(qū)動電路等組成,如圖3-26所示輸出鎖存器與地址譯碼器屬于通用接口內(nèi)容范疇，這里就不贅述了。

圖3－26過程輸出通道結(jié)構(gòu)

1.過程輸出通道的作用

過程輸出通道的作用：一是提高驅(qū)動能力，將TTL電平信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換后，傳送給開關(guān)型執(zhí)行器件，控制它們的通/斷。二是實現(xiàn)計算機(jī)與外部設(shè)備之間的隔離，防止干擾信號侵入，保證系統(tǒng)可靠工作。

2.輸出驅(qū)動電路

（1）直流驅(qū)動繼電器電路

直流驅(qū)動繼電器電路功率較小，其電路如圖3-27所示。

中央處理單元（CPU）執(zhí)行輸出指令使輸出鎖存器相應(yīng)位置“1”，高電平信號加到光電耦合器輸入級使它導(dǎo)通，其導(dǎo)通電流使繼電器勵磁；當(dāng)輸出使相應(yīng)位置“0”時，光電耦合器截止，繼電器失磁。因繼電器的驅(qū)動線圈有一定的電感，在開關(guān)瞬間可能會產(chǎn)生較大的電壓，因此輸出端必須加裝克服反電勢的保護(hù)二極管D。圖3-27直流驅(qū)動繼電器電路

（2）大功率交流驅(qū)動電路

大功率交流驅(qū)動電路原理圖如圖3-28所示。

圖中虛線框內(nèi)是固態(tài)繼電器，它是一種四端有源器件。固態(tài)繼電器電路輸入/輸出之間采用光電耦合器進(jìn)行隔離。零交叉電路可使交流電壓變化到0伏附近時，讓電路接通，

圖3-28大功率交流驅(qū)動電路原理圖

從而減少干擾。電路接通后，由觸發(fā)電路給出晶閘管器件的觸發(fā)信號。SCR為雙向晶閘管，是一種大功率的半導(dǎo)體器件；當(dāng)它的陽極和陰極加上交流電源，控制極有觸發(fā)信號時，SCR導(dǎo)通；由于它具有正、反兩個方向都能控制導(dǎo)通的特性，因此它的輸出是交流電壓。該電路工作原理如下：

CPU通過I/O接口送出“1”→反相器反向“0”→光耦二極管導(dǎo)通發(fā)光→三極管導(dǎo)通→零交叉電路工作→觸發(fā)電路工作送出觸發(fā)信號給SCR的控制極，同時SCR陽極和陰極加上交流電源→SCR導(dǎo)通→負(fù)載RL上輸出交流信號。

若CPU通過I/O接口送出“0”→反相器反向“1”→光耦截止→零交叉電路和觸發(fā)電路停止工作→SCR的控制極無觸發(fā)信號而停止工作→RL停止工作。3.故障-安全輸出接口

在計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)中，控制命令的執(zhí)行最終是用繼電器來實現(xiàn)的，它由二值邏輯電平控制，而聯(lián)鎖機(jī)輸出的控制信息通常是代碼形式，且信號電平很低，一般不足以驅(qū)動繼電器工作。為此，輸出接口的任務(wù)是將控制信息從代碼形式轉(zhuǎn)換成電平形式，并將電平放大到足以驅(qū)動繼電器工作，同時要求在變換過程中滿足故障－安全原則。為了達(dá)到上述這一要求，在輸出接口的設(shè)計中，一般是采用代碼→動/靜態(tài)和動/靜態(tài)→電平兩級變換電路實現(xiàn)的。

（1）代碼→動/靜態(tài)變換電路

代碼→動/靜態(tài)變換電路是聯(lián)鎖機(jī)輸出控制信息所必須經(jīng)歷的過程。這種變換可分成軟件變換和硬件變換兩種實現(xiàn)方式這里介紹后者的變換電路，其原理圖如圖3-29所示。計算機(jī)先將危險側(cè)控制代碼并行送入移位寄存器中，然后移位寄存器將代碼返送回計算機(jī)，在檢查代碼沒有因故障而發(fā)生畸變后，啟動控制時鐘，推動移位寄存器輸出脈沖序列，完成代碼→動/靜態(tài)轉(zhuǎn)換。在代碼→動/靜態(tài)變換過程中，利用了閉環(huán)檢測方法。當(dāng)移位寄存器或時鐘發(fā)生故障時，均不會有脈沖序列輸出。因此，這個變換電路是故障－安全的。

（2）動/靜態(tài)－電平變換電路

動/靜態(tài)－電平變換電路是一種只有當(dāng)輸入為規(guī)定的脈沖序列時，其輸出才為高電平，而在其他任何情況下輸出均為低電平的電路，所以稱這類電路是動態(tài)驅(qū)動電路或故障－安全驅(qū)動電路。

圖3-30是一種實用的動/靜態(tài)→電平變換電路。其工作原理是：在電路正常情況下，當(dāng)計算機(jī)沒有控制命令輸出時，A端為低電平，光電耦合器G1截止，電源KZ經(jīng)由R2、D1和D2向電容器C1充電。當(dāng)充電電壓接近電源電壓時，充電過程結(jié)束，此刻電路處于穩(wěn)定狀態(tài)。由于R3、C2沒有電流流過，電容器C2兩端沒有電壓，此時偏極繼電器J處于釋放圖3－29代碼-動/靜態(tài)變換電路

圖3－30動/靜態(tài)-電平變換電路

狀態(tài)。當(dāng)計算機(jī)有控制命令輸出時，作用到A端的則是脈沖序列。當(dāng)A端處于高電平時，G1導(dǎo)通，電容器C1通過G1的集－發(fā)極、R3和D3向C2充電。當(dāng)A端由高電平變?yōu)榈碗娖綍r，G1又重新截止，電容器C1恢復(fù)充電。這樣，在規(guī)定的脈沖序列作用下，隨著A端電平的高低變化，G1就不斷地導(dǎo)通和截止，C1和C2就不斷地進(jìn)行充電和放電。當(dāng)C2兩端達(dá)到繼電器J的吸起值時，繼電器勵磁并保持吸起，直到A端無控制命令（脈沖序列）輸入，G1截止，C2得不到能量補(bǔ)充，待其端電壓降到繼電器的落下值時，才失磁落下。該電路保證不致因一兩個脈沖的干擾而使繼電器誤動。為了防止當(dāng)C1和D3都擊穿時造成繼電器的錯誤吸起，必須采用偏極繼電器以鑒別電流方向。在這個電路中，當(dāng)電路內(nèi)部任一點發(fā)生故障時，電路總處于某種穩(wěn)定狀態(tài)，不會形成電容器反復(fù)充放電過程，C2兩端達(dá)不到使繼電器吸起的電壓，繼電器不會錯誤動作，從而實現(xiàn)故障－安全。

任務(wù)5繼電結(jié)合電路

就我國目前的技術(shù)水平而言，計算機(jī)聯(lián)鎖與室外設(shè)備的結(jié)合仍然以繼電器作接口。計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)通過采集電路了解室外設(shè)備的狀態(tài)，通過驅(qū)動電路完成對室外設(shè)備的控制。因站場規(guī)模不同，計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的采集電路和驅(qū)動電路也會有所不同。這里以圖1-1車站信號設(shè)備平面布置圖為例來進(jìn)行介紹。3.5.1采集電路

計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)了解設(shè)備的狀態(tài)信息，是通過了解繼電器的狀態(tài)實現(xiàn)的。在采集電路中接入這些繼電器的接點，那么設(shè)備的狀態(tài)信息就能輸入到計算機(jī)中。

1.信號

（1）進(jìn)站兼進(jìn)路信號

LXJ、ZXJ、YXJ、LUXJ、TXJ、DJ、2DJ

（2）一方向出站兼調(diào)車

LXJ、DXJ、DJ

（3）二方向出站兼調(diào)車

LXJ、DXJ、ZXJ、DJ

（4）三方向出站兼調(diào)車

LXJ、DXJ、ZXJ、QFJ、DJ、2DJ、3DJ、1LQJ、2LQJ、3LQJ

（5）調(diào)車信號

DXJ、DJ

2.軌道區(qū)段

GJ↑、GJ↓

3.道岔

DBJ、FBJ、四開

3.5.2驅(qū)動電路

計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)對道岔的控制，實際上是控制道岔控制電路中的道岔操縱繼電器動作，然后接通道岔控制電路，使道岔轉(zhuǎn)換到規(guī)定位置。那么它對信號機(jī)的控制，也是控制相應(yīng)的信號繼電器動作，然后接通相應(yīng)信號機(jī)點燈電路，使信號機(jī)開放。

1.信號

（1）進(jìn)站兼進(jìn)路信號

LXJ、ZXJ、YXJ、LUXJ、TXJ

（2）一方向出站兼調(diào)車

LXJ、DXJ

（3）二方向出站兼調(diào)車

LXJ、DXJ、ZXJ

（4）三方向出站兼調(diào)車

LXJ、DXJ、ZXJ、QFJ

（5）調(diào)車信號

DXJ

2.道岔

DCJ、FCJ、SFJ（不同的科研院所，名稱也不一樣）

任務(wù)6計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的操作與顯示

3.6.1計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的操作

1.操作工具

當(dāng)采用鼠標(biāo)器作為操作工具時，對應(yīng)按鈕盤上安裝的每一個按鈕，在顯示器上就有一定的操作區(qū)域，用鼠標(biāo)點擊顯示器上規(guī)定區(qū)域即相當(dāng)于按下了相對應(yīng)的按鈕。2.按鈕設(shè)置

（1）信號按鈕

信號按鈕包括列車和調(diào)車進(jìn)路始端按鈕、終端按鈕，變通按鈕，通過進(jìn)路始端按鈕，坡道延續(xù)進(jìn)路終端按鈕，引導(dǎo)信號按鈕，用于確定進(jìn)路的其他按鈕。某些列車進(jìn)路始端按鈕可兼作列車終端按鈕；某些調(diào)車按鈕可兼作變通按鈕；變通按鈕既可作列車進(jìn)路變通按鈕也可作調(diào)車進(jìn)路變通按鈕。

（2）道岔按鈕

對應(yīng)每組道岔在操作盤上設(shè)有對應(yīng)的道岔按鈕。雙動或多動道岔共用一個道岔按鈕，但在道岔按鈕設(shè)于岔尖時是分別設(shè)置的。

（3）區(qū)段按鈕

對應(yīng)每個道岔區(qū)段，在操作盤上都設(shè)置有對應(yīng)的區(qū)段按鈕，無岔區(qū)段可不設(shè)區(qū)段按鈕。

（4）