計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖講義(修改)

第一章計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖基礎(chǔ)

第一節(jié)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖概述

一、計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖的基本原理

眾所周知，繼電聯(lián)鎖是靠繼電器的線圈、接點(diǎn)組成一套復(fù)雜的開關(guān)量控制電

路，實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)設(shè)備的聯(lián)鎖控制。而計(jì)算機(jī)是一個(gè)能夠?qū)ΧM(jìn)制代碼進(jìn)行各種復(fù)

雜運(yùn)算的智能機(jī)器，要用計(jì)算機(jī)取代繼電器實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖控制就必須將各種開關(guān)量轉(zhuǎn)

換為1、。相間的代碼，構(gòu)成一套復(fù)雜的控制系統(tǒng)。

圖1—1計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖基本原理框圖

圖1—1是計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制的原理框圖，實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖控制主要經(jīng)過信息輸入、

聯(lián)鎖運(yùn)算和信息輸出三個(gè)環(huán)節(jié)。計(jì)算機(jī)一方面通過操作輸入通道和接口接收由操

作設(shè)備（控制臺(tái)）產(chǎn)生的操作信息；另一方面通過狀態(tài)輸入通道和接口采集室外信

號(hào)設(shè)備的狀態(tài)信息，將上述兩種開關(guān)量的動(dòng)作變?yōu)槎M(jìn)制代碼送入計(jì)算機(jī)。信息

代碼進(jìn)入計(jì)算機(jī)以后，計(jì)算機(jī)按照聯(lián)鎖程序的要求對(duì)輸入的信息進(jìn)行分析處理和

復(fù)雜的邏輯運(yùn)算（這里稱為聯(lián)鎖運(yùn)算），其結(jié)果形成了對(duì)信號(hào)設(shè)備的控制信息和各

種表示信息?？刂菩畔⑼ㄟ^輸出通道和接口控制道岔轉(zhuǎn)換和信號(hào)變換顯示；表示

信息則通過表示輸出通道和接口控制顯示器的顯示。

第二節(jié)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的硬件組成

一、計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖的硬件基本結(jié)構(gòu)

各種型號(hào)的計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)由于設(shè)計(jì)思路不同，所采用的硬件不完全相同。

即使同一種型號(hào)的系統(tǒng)，其控制的車站規(guī)模不同，所需要的硬件數(shù)量也不相同。

但各種系統(tǒng)的基本功能和基本任務(wù)大致一樣，因此它們的硬件組成的基本形式差

異不大。

計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)主要由人機(jī)對(duì)話設(shè)備、聯(lián)鎖控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱主機(jī)）、輸

入/輸出通道與接口、繼電器結(jié)合電路及其監(jiān)控對(duì)象（信號(hào)機(jī)、道岔、軌道電路）

等部分組成。圖1—2是計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖。

下面對(duì)各組成部分作以簡(jiǎn)要說明。

1、主機(jī)圖1—2計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖硬件結(jié)構(gòu)框圖

主機(jī)是計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的核心，它要完成所有信息的處理、接口管理及與外

部設(shè)備的信息交換。由于計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)接收和處理的信息很多，而且許多信息

在時(shí)間上重疊，為了避免信息丟失，提高系統(tǒng)的運(yùn)行速度，目前應(yīng)用的各種型號(hào)

的計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖設(shè)備均采用多主系統(tǒng)。即將人機(jī)對(duì)話、聯(lián)鎖運(yùn)算、系統(tǒng)監(jiān)測(cè)等功能

分別用不同的主機(jī)來處理。因此，圖1—1的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（主機(jī)）是由幾個(gè)子系統(tǒng)

組成，一般包括上位機(jī)（也稱操作表示機(jī)或控制顯示機(jī)或監(jiān)視控制機(jī)）、下位機(jī)（也

稱聯(lián)鎖處理機(jī)）、電務(wù)維修機(jī)（也稱監(jiān)測(cè)機(jī)）等。而且，為了提高系統(tǒng)的可靠性，上

位機(jī)采用雙機(jī)冗余控制，聯(lián)鎖機(jī)采用雙機(jī)熱備、三機(jī)表決或2x2取二控制，如

圖1一2所示。各部分計(jì)算機(jī)的功能如下：

（1）上位機(jī):一是接收車務(wù)人員的操作命令，將操作信息通過網(wǎng)絡(luò)通信傳給

聯(lián)鎖機(jī)；二是接收來自聯(lián)鎖機(jī)的狀態(tài)信息和提示信息等，控制顯示器顯示系統(tǒng)及

監(jiān)控對(duì)象的狀態(tài)，及時(shí)顯示各種提示信息和報(bào)警信息；三是將各種表示信息、報(bào)

警信息及時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)給電務(wù)維修機(jī)。

（2）下位機(jī)：一方面接收上位機(jī)下發(fā)的操作命令,另一方面通過輸入接口采集

現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)設(shè)備的狀態(tài)信息。對(duì)輸入的信息進(jìn)行邏輯處理、聯(lián)鎖運(yùn)算。根據(jù)運(yùn)算結(jié)

果，形成控制命令和表示信息?？刂菩畔⑼ㄟ^輸出接口電路控制組合架的繼電器

動(dòng)作。表示信息是將現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)設(shè)備的狀態(tài)信息、提示信息、報(bào)警信息等及時(shí)傳給

上位機(jī)。

(3)電務(wù)維修機(jī):它是專門為電務(wù)維修人員配備的機(jī)器。其主要任務(wù)是接收操

作表示機(jī)發(fā)來的狀態(tài)信息、操作信息、提示信息和報(bào)警信息等，通過顯示器可及

時(shí)顯示。同時(shí)將各種信息的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存記憶，以便查詢。

2、人一機(jī)對(duì)話設(shè)備

目前使用的計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)，人一機(jī)對(duì)話設(shè)備均采用操縱與表示分離的方式，

操縱設(shè)備主要有按鈕盤或數(shù)字化儀、鼠標(biāo)等，表示設(shè)備有大屏幕顯示器及大屏幕

表示盤。此外還有供電務(wù)維修人員維護(hù)監(jiān)測(cè)使用的鍵盤、鼠標(biāo)及顯示器等。

3、通道與接口

通道與接口是連接主機(jī)與外部設(shè)備的紐帶。在計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)中，主機(jī)一方

面通過人一機(jī)接口接收值班員的操作命令，同時(shí)為顯示設(shè)備提供各種表示信息；

另一方面，通過與監(jiān)控對(duì)象之間的輸入通道和接口采集現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的狀態(tài)信息，經(jīng)

過邏輯運(yùn)算后，形成控制命令，通過與監(jiān)控對(duì)象之間的輸出通道和接口控制現(xiàn)場(chǎng)

的信號(hào)設(shè)備。

由于在現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)中，監(jiān)控對(duì)象的執(zhí)行部件仍然是繼電器，因此，

與主機(jī)相連時(shí)，需要通過輸入通道將繼電器接點(diǎn)的開關(guān)狀態(tài)變換成計(jì)算機(jī)能夠接

收的數(shù)字信號(hào)(數(shù)據(jù))后，才能經(jīng)由接口送入計(jì)算機(jī)。同樣，計(jì)算機(jī)輸出的控制命

令也需要輸出通道的變換和傳送才能驅(qū)動(dòng)繼電器。

外部設(shè)備與主機(jī)之間的連接還必須解決兩者之間諸如工作速度匹配、通信聯(lián)

絡(luò)，有時(shí)還要完成信息數(shù)據(jù)的串/并或并/串?dāng)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等任務(wù)。這些任務(wù)都是通過

接口電路來完成的。

由于操作信息和表示信息與安全不直接相關(guān)，因此，稱這類信息為非安全性

信息。傳輸非安全性信息的人一機(jī)對(duì)話接口通常采用通用的標(biāo)準(zhǔn)接口。而表示現(xiàn)

場(chǎng)設(shè)備狀態(tài)的信息和計(jì)算機(jī)輸出的控制信息直接關(guān)系到行車的安全，因此，稱這

類信息為安全性信息。傳輸安全性信息的計(jì)算機(jī)與監(jiān)控對(duì)象之間的接口必須采用

為計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)專門設(shè)計(jì)的故障一安全接口。

4、繼電器結(jié)合電路

由于鐵路信號(hào)對(duì)系統(tǒng)的安全性要求非常高，目前國(guó)內(nèi)的計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)受到

軟、硬件技術(shù)水平的限制，還不能完全取消繼電器。控制、監(jiān)督室外信號(hào)設(shè)備的

最后一級(jí)執(zhí)行部件仍然用繼電器。一般的系統(tǒng)主要設(shè)置以下繼電器：

對(duì)應(yīng)軌道區(qū)段保留軌道繼電器(GJ);對(duì)應(yīng)信號(hào)機(jī)保留信號(hào)繼電器(XJ)和燈

絲繼電器(DJ)等；對(duì)應(yīng)道岔控制電路保留道岔啟動(dòng)繼電器(1DQJ、2DQJ)和表示

繼電器(DBJ、FBJ)等。這樣可以保證繼電器對(duì)室外信號(hào)設(shè)備的控制與6502電氣

集中基本一樣。

此外，還有控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)雙機(jī)轉(zhuǎn)換的有關(guān)繼電器。

因此，一般的計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)所用的繼電器的數(shù)量仍為6502電氣集中的三

分之一左右。

(0)2x2取二系統(tǒng)

1.2x2取二系統(tǒng)的概述

(1)二取二的含義：在一套子系統(tǒng)上集成兩套CPU,兩CPU嚴(yán)格同步，實(shí)時(shí)

比較。只有雙機(jī)運(yùn)行一致，才對(duì)外輸出運(yùn)算結(jié)果。

(2)2x2的含義：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)部為安全性冗余控制，兩子系統(tǒng)形成可靠性冗余控制，這樣，既提

高了系統(tǒng)的可靠性又提高了系統(tǒng)的安全性。

2、2x2取二系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理

如圖1—13所示，系統(tǒng)I或系統(tǒng)II只要有一個(gè)系統(tǒng)正常輸出即可保障整個(gè)系統(tǒng)

正常工作，從而提高了系統(tǒng)的可靠性。在系統(tǒng)I或系統(tǒng)II每一個(gè)子系統(tǒng)均由系統(tǒng)A

和系統(tǒng)B構(gòu)成，只有A、B兩個(gè)系統(tǒng)同時(shí)工作正常時(shí)，系統(tǒng)I或系統(tǒng)II才能有輸出

從而提高了系統(tǒng)的安全性。，---------------------------------！

模塊A

表

決系統(tǒng)B

模塊B器

或門

模塊C

系統(tǒng)B

圖1—12三機(jī)系統(tǒng)模塊故障檢測(cè)示意圖圖1—132X2取二系統(tǒng)原理框圖

3、雙系熱備

在實(shí)際應(yīng)用中，計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的聯(lián)鎖機(jī)采用2x2取二系統(tǒng)，輸入輸出處

理機(jī)采用兩二取二系統(tǒng)并用方式，兩環(huán)節(jié)主機(jī)為I系，備機(jī)為II系。每環(huán)節(jié)為雙

機(jī)四主熱備控制，兩環(huán)節(jié)構(gòu)成四機(jī)八主系統(tǒng)，兩環(huán)節(jié)之間采用光纖雙冗余網(wǎng)絡(luò)通

信。聯(lián)鎖機(jī)發(fā)生故障時(shí)，可自動(dòng)完成主備系切換。

I系和II系的輸入輸出處理機(jī)同時(shí)接收主聯(lián)鎖機(jī)的輸出信息，備聯(lián)鎖機(jī)的輸

出信息只作校核用不作為輸出；兩輸入輸出處理機(jī)同時(shí)運(yùn)行，兩輸出并行同時(shí)控

制執(zhí)行繼電器。

第二章JD-1A型計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)

第一節(jié)JD—1A型計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的組成

一、JD-1A型計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)

JD-1A型計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)是北京交通大學(xué)微聯(lián)公司研制開發(fā)的分布式計(jì)算機(jī)

控制系統(tǒng)，也稱集散型測(cè)控系統(tǒng)，其特點(diǎn)是分散控制、集中信息管理。系統(tǒng)的體

系結(jié)構(gòu)如圖2—1所不：

??-----?-------,-----------------------------1

?2—1TD-1A1+管和聯(lián)錨案締休索綏構(gòu)圖

系統(tǒng)包括人機(jī)對(duì)話層（也稱操作表示層）、聯(lián)鎖運(yùn)算層和執(zhí)行層。人機(jī)對(duì)話

層與聯(lián)鎖層之間采用雙通訊網(wǎng)通信，雙網(wǎng)同時(shí)工作，有一網(wǎng)故障時(shí)，另一網(wǎng)可保

證系統(tǒng)正常通信。聯(lián)鎖層和執(zhí)行層之間采用外部控制型總線控制器實(shí)現(xiàn)了與計(jì)算

機(jī)總線的分離。

系統(tǒng)所用的聯(lián)鎖機(jī)、操作表示機(jī)和電務(wù)維修機(jī)可根據(jù)需要選擇不同的規(guī)格和

檔次。

聯(lián)鎖機(jī)通過兩套故障安全型動(dòng)態(tài)采集電路采集組合架有關(guān)繼電器接點(diǎn)的狀

態(tài)，通過雙套動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)電路輸出對(duì)動(dòng)態(tài)執(zhí)行繼電器的控制信息，并由動(dòng)態(tài)檢測(cè)電

路對(duì)輸出電壓進(jìn)行回讀檢測(cè)。

二、JD—1A型計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的硬件組成與功能

系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖2—2所示，在運(yùn)轉(zhuǎn)室，通過車務(wù)前臺(tái)監(jiān)視器、音箱、

輸入設(shè)備（鼠標(biāo)）等為車站值班員提供操作表示界面。同時(shí)在運(yùn)轉(zhuǎn)室還可以提供

后臺(tái)監(jiān)視器，便于車站值班員監(jiān)視前臺(tái)操作及站場(chǎng)運(yùn)行情況。

在微機(jī)室，有聯(lián)鎖A柜、聯(lián)鎖B柜、操作表示機(jī)柜、防雷接口柜，以及提

供給電務(wù)人員的維修機(jī)和終端設(shè)備。

音箱大屏幕A大屏幕B鼠標(biāo)

圖例

——同軸細(xì)纜

打印機(jī)電務(wù)維修機(jī)切換電路

——雙絞線

L--I操作機(jī)A|——臊樂機(jī)B-------RJ45|?

|仿真|

|廁試機(jī)|

輸出驅(qū)動(dòng)檢測(cè)板輸出驅(qū)動(dòng)檢測(cè)板采集板

繼電設(shè)備

如圖2—3、2—4所示，A聯(lián)鎖機(jī)柜中包括倒機(jī)電路、12V、5V、32V直流

電源（供接口電路、繼電器驅(qū)動(dòng)使用X聯(lián)鎖微機(jī)，以及采集機(jī)箱、輸出驅(qū)動(dòng)檢

測(cè)機(jī)箱。

如圖2—5、2—6所示，B聯(lián)鎖機(jī)柜中包括操作表示機(jī)、維修機(jī)、操作機(jī)倒

機(jī)單元以及不間斷電源UPS。

如圖2—7所示，防雷接口柜包括電源系統(tǒng)、從組合架接口來的配線（帶防

雷）以及到聯(lián)鎖機(jī)柜中的采集/驅(qū)動(dòng)配線。

下面分別介紹上、下位機(jī)的組成與功能：

（一）操作表示機(jī)/上位機(jī)

本系統(tǒng)的操作表示機(jī)簡(jiǎn)稱上位機(jī)采用雙機(jī)熱備的工作方式。上位機(jī)A、上

位機(jī)B、以及上位機(jī)倒機(jī)電路都放在上位機(jī)柜中。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，兩臺(tái)上位機(jī)同時(shí)

工作，先開啟的為主機(jī)，后開啟的為備機(jī)，當(dāng)主用上位機(jī)發(fā)生故障時(shí)，自動(dòng)切換

到備用上位機(jī)。

主用上位機(jī)運(yùn)行時(shí)，接收鼠標(biāo)操作，向下位機(jī)（聯(lián)鎖機(jī)）發(fā)送車站值班員

的操作命令，播放語音提示信息。

備用上位機(jī)運(yùn)行時(shí)，只能接收下位機(jī)傳來的站場(chǎng)狀態(tài)信息，跟蹤顯示站場(chǎng)

運(yùn)行情況、系統(tǒng)運(yùn)行情況等，它不能接收操作信息和向下位機(jī)發(fā)送操作命令，也

不能播放語音提示信息。

操作表示機(jī)具有以下功能：

(1)操作功能：它接收車站值班員的按鈕操作信息，將按鈕操作信息通過網(wǎng)

驅(qū)采電源A

5V12V32V

5V12V32V聯(lián)鎖機(jī)

熱備竹主用

?1?

???

O聯(lián)鎖

O]5V12V/32V

1:111:^3^3

操作表示機(jī)A

OODDDODOODD

oDDDDDDDOJDD

UXAKB肋'儂蒯制備2

POWER12345678

網(wǎng)絡(luò)集線器A?■■■■■■■■回

kJLAAAAAJ

忸血蹌\|偶舞機(jī)制備2

POWER12345678^/普

網(wǎng)絡(luò)集線器B?■■■■■■■■0

聯(lián)鎖機(jī)A

采集

A機(jī)

采

采

采

采

采

采

采

采

采

采

采

采

采

采

補(bǔ)補(bǔ)

補(bǔ)機(jī)

采

采

空

空空

I/匹O

箱

集

集

集

集

集

集

集

集

渠

集

集

集

集

集

集

集

配

板

板板

捽

板

板

板

板

板

板

板

板

板

板

板

板

板

板

板

板

板

制123456789

板110111112111311141151161

采

A集

多

補(bǔ)補(bǔ)

機(jī)

采

采

采

采

采

采

采

采

采

采

補(bǔ)

補(bǔ)補(bǔ)

補(bǔ)

補(bǔ)

補(bǔ)補(bǔ)