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1、计算机联锁系统l 车站信号联锁系统的概述l 计算机联锁系统的特点l 计算机联锁系统的技术基础l 计算机联锁系统的硬件l 计算机联锁系统的软件l 计算机联锁系统的通道与接口第一章 计算机联锁系统概述 一、车站信号控制系统的发展概况 l 人工信号l 机械联锁l 电气集中（继电联锁）l 计算机联锁系统 二、计算机联锁系统的发展概况 首先是国外的一些发达国家相继开展了计算机联锁系统的研究。1978年瑞典ABB公司研制的世界上第一套计算机联锁系统EBILOCK首先在歌德堡站成功投入使用，掀开了车站联锁控制系统研究与应用的新篇章。后来德国、美国、日本、英国、法国、奥地利等一些发达国家也陆续地使用了计算机联
2、锁系统。到了90年代，不少国家已开始大面积推广计算机联锁控制系统。l 我国的计算机联锁系统的研制工作是从80年代在一些研究部门和高等院校相继开始的。l 1984年，通信信号总公司研究设计院研制生产出了国内第一个车站计算机联锁系统，并成功的应用于地方铁路，填补了我国计算机联锁控制系统的空白。 进入21世纪以后，我国的计算机联锁发展非常迅速，现已有上千个车站采用计算机联锁。有的区段已发展了成段计算机联锁。 也有提出用电子单元代替继电器，构成全电子计算机联锁系统。因为电子单元具有体积小、功能强大等特点，便于组网、远程管理和远程诊断。在国外，只有少数车站采用。国产车站全电子计算机联锁系统研制始于199
3、6年，1999年纳入铁道部铁路科技发展计划项目，“计算机联锁智能型全电子信号道岔控制一体化的研究”于2000年1月通过铁道部技术鉴定。该系统从2001年开始，先后在信阳电厂、襄樊北机务段整备场投产使用。但是，由于多方面的原因，未能推广。 我国计算机联锁的发展 三个阶段： 第一阶段 自主研发 DS6-30、TYJL-I、TYJL-II、DS6-11、JD-1A、TYJL-2000、CIS-1、TYJL-III 全套引进 SSI、VPI、K5、ACC、SIMENS-W、 EBILOCK850 第二阶段 引进核心硬件进行系统集成 TYJL-TR9、DS6-20、DS6-K5B、EI32-JD、TYJ
4、L-ECC、TYJL-ADX第三阶段 现阶段 第一阶段 自主研发阶段 l 1、1984年元月，铁道部通信信号研究设计院的计算机联锁控制系统DS-30设备，安装在南京梅山铁矿井下进行试验，并于1984年7月通过了冶金部科技司和铁道部电务局的联合技术鉴定。1986年太钢配料站开通。这是国内第一个计算机联锁系统。l 2、铁道部科学研究院通信信号所研制的TYJL-I型驼峰编组场尾部微机联锁系统作为国家级科研项目于1989年末通过鉴定，并在郑州北编组站使用，这是计算机联锁系统应用于国家铁路的开始。l 3、铁科院通号所研制的TYJL-II型计算机联锁系统于1993年又在拉滨线平房站开通。我国第一个双机热备
5、计算机联锁系统。第一阶段自主研发l 4、通号总公司研究设计院的DS6-11型计算机联锁系统于1994年在浦口交通站安装计算机联锁，至此，我国铁路开始在铁路干线采用计算机联锁系统。l 5、铁科院TYJL-II型计算机联锁系统于1995年在南昌向塘客站开通。这是国内第一个枢纽客站的计算机联锁系统。l 6、铁科院TYJL-II型计算机联锁系统于1997年在阜阳枢纽四个场使用。这是国内第一个全部采用计算机联锁系统的铁路枢纽。l 7、铁科院TYJL-II型计算机联锁系统于1999-2000年用于武广线。这是国内第一个采用计算机联锁系统的干线铁路。l 8、铁科院TYJL-III型计算机联锁系统于2004年
6、用于广州北站。这是第一个国产二乘二取二计算机联锁系统。第一阶段全套引进阶段l 1、英国西屋公司的SSI计算机联锁系统86年开始，原定郑州局小李庄站。因系统只允许有5条长调车进路，若增加进路需扩展计算机容量，且所需甚巨。搁置数年后移至长调车进路不足5条的丁营站。l 2、美国GRS公司的VPI计算机联锁系统91年广州局红海站开通。这是我国铁路干线上的第一个计算机联锁系统（单机结构）。l 3、日本京三制作所的K5型二乘二取二计算机联锁系统96年济南局周村站开通。第一阶段全套引进阶段l 4、意大利安萨尔多公司的ACC三重冗余计算机联锁系统96年京九线南北两段共开通13个站。l 5、德国西门子公司的SI
7、MENS-W型三重冗余计算机联锁系统98年京九阜阳枢纽开通四个场。l 6、瑞典ABB公司的EBILOCK850型计算机联锁系统96年开始引进，北京局百子湾，至今未能开通。第二阶段引进集成阶段l 1、铁科院通号所的TYJL-TR9核心硬件采用TRICON三重冗余容错控制器，1996年在哈尔滨铁路局密山车站开通使用。l 2、通号公司研究设计院的DS6-20采用美国GE公司的三重冗余GENIUS 系统构成，曾开通了6个站场。l 3、通号公司研究设计院的DS6-K5B采用日本京三公司的K5核心硬件，2001年在兰州局陇西站开通了第一个车站。第二阶段引进集成阶段l 4、北京交通大学的EI32-JD采用日
8、本信号株式会社的二乘二取二冗余结构的EI-32系统的核心硬件，2003年6月在北京局张辛站开通了第一个车站。l 5、铁科院通号所的TYJL-ECC引进西门子公司最新的ECC三重冗余联锁系统的核心硬件，2003年8月在兰州交接站开通了第一个站场。l 6、铁科院通号所的TYJL-ADX引进日本日立公司的ADX二乘二取二计算机联锁系统的核心硬件，2004年11月在哈尔滨局桦南站开通了第一个车站。第三阶段l 功能上 列控中心技术（发展契机） 站区一体化系统l 技术上 借鉴引进系统，自主开发易于达到高安全性的、采用整体硬件安全冗余结构的高等级计算机联锁系统。 采用安全信息传输技术及分布智能化技术。 全电
9、子化。l 管理上 进一步标准化和规范化，健全维护维修体制，完善测试测验制度。 逐步建立认证制度。 第三阶段CTCS体系l 2004年在北京召开的国际铁路联盟UIC大会，正式宣布确立CTCS体系。l CTCS-2级列控系统 基于轨道电路加点式应答器传输列车运行许可信息并采用目标距离模式监控列车安全运行。 系统主要由车站列控中心、轨道电路、应答器、车载设备等构成。 第三阶段既有线列控系统集成创新 应答器技术引进欧洲标准应答器。 LEU技术引进（外国公司进行了“透明化”改造）。 车载设备技术引进（外国公司进行集成和适应性改进）。 轨道设备既有设备。 列控中心自主研发（关键结合部采用了欧洲标准和国外企
10、业标准）。l （二乘二取二硬件安全冗余结构的系统平台（铁科、通号院、卡斯柯、和利时均采用了自主研发的平台）。 在铁路跨越式发展的进程中，将加快计算机联锁的发展： （1）、CTC（调度集中）区段和列车速度超过160km/h的区段、客运专线、煤运专线、高速铁路均应采用计算机联锁系统；基建、更新改造和大修工程应成段发展计算机联锁，以便有利于CTC和TDCS（调度指挥管理系统）的发展。还应加快以联锁为核心的车站、区间、列车控制一体化的研发和应用。 （2）、枢纽和有需求的区段应积极发展区域计算机联锁。 （3）、继续完善计算机联锁系统的功能。要充分利用计算机的综合优势，实现6502电气集中基础上安全可靠功
11、能的新突破。进一步研究和制定适应客运专线和高速铁路的联锁技术条件，开发相应的计算机联锁。 （4）、全面提高计算机联锁的软件、硬件质量。要高标准配置系统硬件，优化软件设计，完善自诊断和检测功能，实现高安全、高可靠、无维修的目标。 （5）、要进一步完善出厂检测和现场测试手段，为规范管理创造有利的条件。同时，要加强对已上道运用设备的抽检，确保运用质量。 计算机联锁的发展要进一步提高软、硬件标准和安全、可靠性水平，逐步统一为二乘二取二或三取二的体系，统一操作方法，统一操作界面，统一外特性端子使用。 三、计算机联锁技术的发展 1、冗余技术的发展l 最早采用的计算机联锁系统曾采用单机结构，其可靠性和安全性
12、远远不能满足车站联锁的严格要求。l 后来改为双机热备结构，并由一个CPU执行两套功能相同而编码各异以及诊断程序，来提高计算机联锁系统的可靠性和安全性。目前，我国大部分计算机联锁是双机热备系统。但是，双机热备系统存在着双机切换问题，切换失败将产生危险后果。l 与此同时，开发了采用屏蔽技术的三取二系统，3个CPU运算结果两两进行比较，产生危险输出的可能性极小。但是，存在着不能停机检修的问题。l 近几年，又推出二乘二取二系统，由两个CPU构成一个子系统执行联锁任务(主机），另两个CPU处于热备状态（备机），这就大大提高了计算机联锁系统的可靠性和安全性，而且方便维修。当前，主要干线的技术改造都优先考虑
13、采用二乘二取二系统。 2、动态输出技术的发展l 目前广泛使用的计算机联锁系统，其信号机和道岔的控制器件仍然由继电器来完成。为了提高计算机联锁输出的可靠性和安全性，双机热备结构的计算机联锁系统多采用动态继电器，后来又采用动态驱动单元或动态驱动柜，将驱动电路与继电器分离开来，使继电器带动更多组接点。l 有些双机热备结构的计算机联锁，以及三取二和二乘二取二的计算机联锁则在系统内部完成了动态输出，不再采用动态继电器，也不需要动态驱动单元或动态驱动柜，直接驱动偏极继电器，甚至无极继电器。l 也有提出用电子单元代替继电器，构成全电子计算机联锁系统。因为电子单元具有体积小、功能强大等特点，便于组网、远程管理
14、和远程诊断。在国外，只有少数车站采用。国产车站全电子计算机联锁系统研制始于1996年，1999年纳入铁道部铁路科技发展计划项目，“计算机联锁智能型全电子信号道岔控制一体化的研究”于2000年1月通过铁道部技术鉴定。该系统从2001年开始，先后在信阳电厂、襄樊北机务段整备场投产使用。但是，由于多方面的原因，未能推广。 3、区域计算机联锁技术的发展l 区域计算机联锁是集中式的联锁控制方式，即由一个站控制周围的若干个小站及区间的道岔控制点。l 区域计算机联锁系统提高了行车组织的工作效率和设备的远程维护能力，为中小车站信号系统的数字化、网络化、综合化奠定了基础，有利于提高铁路的管理水平，是铁路运输指挥
15、系统实行综合现代化、实现减员增效目标的根本性措施之一。l 我国也进行了区域计算机联锁系统的研发。国内计算机联锁系统的研制单位l 铁道科学研究院通信信号所l 铁道部通信信号研究设计院l 北京交通大学微联公司l 卡斯柯信号有限公司各研发单位的主要产品l 铁道科学研究院通信信号所：TYJL-I、TYJL-II、TYJL-III、TYJL-TR9、TYJL-ECC、TYJL-ADX、TYJL-2000。l 铁道部通信信号研究设计院：DS6-30、DS6-11、DS6-20、DS6-K5B。l 北京交通大学微联公司：JD-1A、EI32-JDl 卡斯柯信号有限公司：VPI、CIS-1、Ilock。第二章
16、 计算机联锁的特点 一、计算机联锁与传统的继电联锁的主要区别： （1）利用计算机对车站值班员的操作命令和现场监控设备的表示信息进行逻辑运算后，完成对信号机、道岔及进路的联锁和控制。l （2）计算机发出的控制信息和现场发回的表示信息，若实现串行信息接口，均能由传输通道串行传送，可节省大量的干线电缆，并使采用光缆传输成为可能。l （3）用CRT屏幕显示代替现行的表示盘，大大缩小了体积，简化了结构，不但方便使用，还可根据需要多台并机使用。l （4）采用积木式的模块化软件和硬件结构，便于站场变更，并容易实现故障控制、分析等功能。 二、 与继电联锁相比，计算机联锁具有如下显著优点: (1)进一步提高了安
17、全性、可靠性 继电联锁的安全性、可靠性受到继电器等元器件的指标限制。如:轨道分路不良，只能对轨道继电器提出种种要求，而系统只能做到三点检查。计算机联锁就灵活得多，它能连续检查列车头部和尾部的位置，可以防止因轨道电路分路不良造成的错误动作和漏解锁。 计算机联锁采用二重系或三取二表决冗余技术，增加了系统的可靠性。如软件冗余技术，对每台计算机设计两组程序，由于它们的数据结构不同，两组程序存入存储器的区域也不相同，两组程序以不同的步骤运算，对硬件的故障很容易发现，从而提高了系统的可靠性，同时因两组程序对外界干扰有不同的反应 ，通过比较电路很容易发现，增加了抗干扰功能，外部比较器则采用“故障-安全”元件
18、。 （2）增加和完善了功能 继电联锁虽然不断改进和完善，但受到继电器电路的限制，或由于费用昂贵等原因，在联锁功能方面仍存在不足。 如：由于轨道电路的误动而造成进路错误解锁的可能性仍然存在，以致妨碍进路的预排；再如，在转线调车作业过程中，如果调车车列越过折返信号机而继续前进，折返信号机前方的调车区段有可能正常解锁，而折返信号机开放时，又不能将该解锁的道岔区段加以锁闭，可能危及行车安全。目前只能由调车员指示调车机车在车列刚刚全部越过折返信号机时立刻停车以保证安全。 这些缺点，在计算机联锁系统中，可以用较少的硬件投资和发挥软件的作用加以克服。 l 因为计算机具有工作速度快、信息量大的特点，所以计算机
19、联锁很容易实现自动控制功能，还能安全地实现自动选路和储存进路等继电集中无法完成的功能。运行图变更时还能自动选择最佳方案。计算机联锁不仅可扩大控制范围，适用于任何模式的车站（尤其是大型枢纽及远离咽喉区的信号设备的控制等），而且还可以利用计算机进行站内行车业务管理，以提高工作效率。CRT显示也较传统的表示盘灵活方便。 简化操作手续和减少人工直接干预，以减少和防止操作失误，提高作业效率。计算机联锁系统为提高办理列车进路的自动化程度创造了条件。如：可将接发车计划（包括车次号、到发股道、到发时间以及车站出入口等）预先存在计算机中，利用车次号系统选择接车进路，利用列车接近车站的信息确保办理进路的时机。对于
20、发车进路来说，由于涉及到列车始发、旅客乘降、货车装卸等情况，在办理方式上可以采取人工、定时和按计划自动办理等。l 在行车信息管理方面，计算机联锁系统可以向旅客服务系统(如广播、车次到发显示牌等）、列车运行监视系统以及行车指挥系统提供信息。由于这类系统日趋计算机化，系统之间就容易结合。l 计算机联锁系统还能很方便地进行自身的管理，包括对操作人员的操作、设备工作情况的记录和打印，对电子器件、信号设备的检测、诊断并给出必要的表示、打印等。自动监测功能能及时发现故障，确定故障位置。自动监测既用硬件也用软件来实现。 （3）方便设计 计算机联锁使设计工作为之一新。由于其采用模块结构，容易实现标准化，进一步
21、提高了工厂化施工的程度。它将车站联锁的逻辑编成程序，不论站场如何变化，或遇到任何类型的站场，都不需重新改变硬件系统，只要补充和改变程序，即可满足联锁的要求。它采用标准接口，不需增加设备就可以和其它自动化系统结合。通过辅助设计系统（CAD），线路图和进路表等车站固有的联锁条件以人机对话的形式输入后，即可自动做成联锁图表和数据外存。 （4）省工省料，降低造价 继电联锁全部采用继电器，组合间配线复杂，特别是信号楼和现场设备间所用电缆很多。由于计算机联锁采用了计算机软硬件技术，用它取代成千上万只继电器，而且其价格日益低廉。计算机联锁的信息若能串行传输，就可大大减少干线电缆。计算机联锁系统的室内设备的体
22、积远小于继电联锁，可大大节约占地面积，这些都降低了造价。此外，计算机联锁易于实现标准化，可缩短设计周期和施工周期，并可降低设计、施工、维护费用。由于施工、改建和故障修复时间的缩短，减少了对运输的干扰，其经济效益是显著的。据报道，目前计算机联锁设备的造价已接近继电联锁设备。计算机联锁之所以能付诸实用，经济合理是重要原因。第三章 计算机联锁系统的技术基础 第一节 计算机联锁系统所用的计算机 一、计算机实时控制系统 计算机联锁系统是计算机实时控制系统的一个实例。 实时控制系统是指在限定的时间内对外来事件能够作出反应的系统。即，如果一个计算机系统需要在确切的时间内从外部环境输入数据，并向它发送数据，或
23、者进行一些其它的处理，该系统就是一个计算机实时控制系统。 计算机实时控制系统要求采用实时工业控制计算机。 实时工业控制计算机系统的主要特点有： 、实时性强； 、具有充分的过程输入和过程输出能力； 、具有通信和联网能力； 、高可靠性； 、可维护性； 、标准化、系列化； 、模块化。 此外，需要尽可能封闭的系统开发环境、良好的产品质量保障体系和服务保障体系。一般要求允许工作环境比较恶劣，如:温度高、湿度大、抗冲击、震动性强等。 典型的实时工业计算机控制系统的结构如图示： 在此系统中，基本问题是计算机接口技术和人机接口技术。l 计算机接口技术有输入接口和输出接口；l 人机接口技术有输入技术、显示技术、
24、打印技术。 二、工业控制计算机系统 普通商用计算机不能用作工业控制计算机。 商用计算机在设计上是针对良好的工作环境，在整机的机械、防振动、耐冲击、防尘、耐高温、抗电磁干扰、抗电流浪涌、抗化学腐蚀等方面没有采取特殊的措施，可靠性较差；没有采用开发式的总线结构，也没有开发相应于工业应用的数据采集和输出等I/O接口模板，而这些又是工业现场对所应用的计算机提出的基本要求。 工业控制计算机是指作为工业现场监测与控制用的计算机。它依赖于某种标准总线，按工业化标准设计，包括主机板在内的各种I/O接口功能模板而组成的计算机。(一)、工业控制计算机构成 1、硬件系统 （1）、主机 同普通计算机一样。 （2）、总
25、线 （3）、人机接口 人机接口是一种标准结构，即由标准的PC键盘、显示器和打印机等组成。 （4）、系统支持功能 、监控定时器：俗称“看门狗”（Watchdog ）。其主要作用是当系统因干扰或软件故障等原因出现异常时，如“飞程序”或程序进入死循环，可以使系统自动恢复运行，从而提高系统的可靠性。l 、电源掉电检测：工业控制计算机在工业现场运行过程中如出现电源掉电故障，应及时发现并保护当时的重要数据和计算机各寄存器的状态，一旦上电后，工业控制计算机能从断电处继续运行。l 、保护重要数据的后备存储器：Watchdog和掉电检测功能均要有能保存 重要数据的后备存储器。为了保证掉电后所存数据不丢失，故通常
26、采用后备电池的存储器。为了保护数据不丢失，在系统的存储器工作期间，后备存储器应处于上锁状态。l 、实时日历时钟：在实际控制中系统往往要有事件驱动和时间驱动的能力。一种情况是在某时刻设置某些控制功能，届时工业控制计算机应自动执行；另一种情况是工业控制计算机应能自动记录某个动作是在何时发生的。所以这些都要求必须配备实时时钟，且能在掉电后正常工作。 （5）、磁盘系统 磁盘系统可以用半导体虚拟磁盘，也可以配通用的软盘、硬件和光盘等。 （6）、输入/输出通道 输入输出通道是设置在工业控制机和生产过程之间的传递和变换信息的连接通道。它包括模拟量输入（AI）通道、模拟量输出（AO）通道、数字量（或开关量）输
27、入（DI）通道、数字量输出（DO）通道。它有两个作用：一是将生产过程中的信息变换成主机能够接受和识别的代码；二是将主机输出的控制命令和数据，经变换后作为执行机构或电气开关的控制信号。 目前，在计算机联锁系统中应用最广的工业控制计算机有：PC总线工业控制计算机、STD总线工业控制计算机。(二)、软件系统 计算机联锁系统的软件类型：l 系统软件l 应用软件l 支持软件l 系统软件主要用来管理、控制和维护整个计算机系统的硬件资源和软件资源的程序集合，并有监视服务，使系统资源得到合理调度，确保高效运行。l 系统软件包括：标准程序库、语言处理程序、操作系统、服务性程序、数据库管理系统、网络软件等。l 支
28、持软件包括汇编语言、高级语言、编译程序、编辑程序、调试程序、诊断程序等。l 应用软件是根据任务需要所编制的各种程序。它包括过程输入程序、过程控制程序、过程输出程序、人机接口程序、打印显示程序和公共子程序等，如联锁程序。 三、总线 1、总线的基本概念 计算机系统硬件的各部分之间的互连方式有两种： 分散连接； 总线连接。 总线：是一组公共信号线的集合，通过这一组公用信号线把计算机系统中的各个模块以及各种设备连接成一个整体，以便彼此之间进行信息交换。总线是一种在多个模块（设备和子系统）之间传送信息的公共通路，它是在计算机系统模块化的发展过程中产生的。总线分： 内部总线； 外部总线。l 内部总线是工业
29、控制计算机内部各组成部分进行信息传送的公共通道。l 外部总线是工业控制计算机与其它计算机和智能设备进行信息传送的公共通道。 2、总线标准 为在各模块之间实现信息共享和交换，总线由传输信息的物理介质以及一套管理信息传输的通用规则（协议）所构成。 总线标准：所谓总线标准，可视为系统与各模块之间、模块与模块之间的一个互连的标准界面。这个界面对它两端的模块都是透明的，即界面的任一方只需根据总线标准的要求完成自身一面接口的功能要求，而无需了解对方接口与总线的连接要求。因此按总线标准设计的接口可视为通用接口。 3、总线的分类 按照总线的规模、用途及应用场合的不同，计算机总线可分为三类：系统总线、通信总线、
30、现场总线。 、系统总线（内部总线） 系统总线又称为“内总线”或“板级总线”，是测控系统用计算机和通用微型计算机所特有的总线，也是最重要的一级总线。计算机的内部总线一般都是并行总线。计算机各种模板插件之间要依靠系统总线进行信息传送，把测控计算机系统的各个模板插件连接起来，就构成了完整的计算机测控系统。常用的系统总线有：STD总线、ISA/PCI总线、VME总线等都是系统总线。 、通信总线 通信总线又称“外总线”，是微型系统之间或微型系统与其它系统之间（仪表、仪器、控制装置）之间信息传输的通路。 通信总线一般分为并行通信总线和串行通信总线。 、并行通信总线 在通信传送中，每次同时传送一个数据字节（
31、1Byte，8bit)的信息,所以传送速度高，适用于短距离（数十米）的快速传输。IEEE488总线就是并行通信总线。 、串行通信总线 在通信传送中，每次传送一个比特（1bit)的信息,所以传送速度低。但是使用的导线或电缆数量少，甚至仅用一对双绞线就可以传送，成本低。适用于较远距离的传输。EIA 的 RS-232C标准等就是串行通信总线标准。 现场总线（局部网络） 系统中所有微机通过各自的网络接口板直接挂到局域网上，网络接口板一般插在计算机的扩展槽内，主要功能是将并行数据转换成串行数据流，送往发送端，而接收端又将串行数据流转为并行数据，继而进入计算机内部总线。 现场总线只具有简化的网络结构，是一
32、种开放式的实时系统。这种网络结构简单，价格低廉，而性能不错。它应用在生产现场，在微机化测量控制设备之间实现双向串行多节点数字通信的系统。目前较流行的现场总线有五种： 控制器局域网CAN（Controller Area Network）、PROFIBUS、LonWorks、HART、FF。 四、通道接口 通道：计算机联锁内部之间或联锁内部与外部设备进行信息数据交换的通信线路。 接口：计算机联锁内部之间或联锁内部与外部设备开关量采集或驱动的接口。 计算机联锁系统在硬件结构上一般采用多微机系统，在各个微机系统之间应建立起传送信息的通道，以做到信息资源共享。同时，通道与接口是主机和外部设备进行消息交换
33、的纽带。在计算机联锁系统中，为了实现联锁控制，主机一方面要通过人机接口接收值班员的操作命令和向屏幕显示器使出各种表示信息，另一方面需要通过过程输出通道及接口，对被控对象加以控制。 由于在现有的系统中，监控对象的执行器件仍然是继电器。因此在与主机相连时，需要通过输入通道将继电器接点的开闭整体变换成等效的为主机能够接受的数字信号后，才能经由接点传送给主机。同样，主机输出的控制命令不能直接去驱动继电器，也需要通过输出通道进行交换和传送。过程输入/输出通道就是实现主机与监控对象之间信号交换和传送的。其中，输入通道用于监控对象状态信息的采集，输出通道用于控制命令的输出与驱动。 外部设备与主机的连接还必须
34、解决两者之间的工作速度匹配，通信联络以及必要时实现数据的串/并或并/串转换等问题。解决以上这些问题的逻辑部件（电路）简称为接口。 1、 通道与接口（下面统称为接口）的分类: 按功能来分： 人机接口：用于连接人机对话设备； 开关量输入/输出接口：用于连接监控对象； 串行通信接口：用于主机与其它系统或多机系统间通信。 按所传输的信息是否涉及行车安全来分: 通用接口； 故障安全接口。 人机接口由于所传送的操作信息和表示信息均是非安全性的，因此可采用通用的标准接口电路。对于这类接口只要求它有较高的可靠性，而不要求它具有故障安全性。 串行通信接口不论是传输安全数据还是传输非安全性数据，由于可用编码中的差
35、错控制技术发现数据是否因故障而发生错误，从而可用检错的方法使系统的输出不会产出危险侧信息。因此，也可用通用的标准串行接口电路。 对于传输状态信息和控制命令这类安全数据的过程输入/输出接口来说，由于通信的接口芯片不具有故障安全性能，就不能简单的采用通用接口电路，而需要在通用接口的基础上附加安全电路和检测电路，以保证当前用接口发生故障时，传输的信息必然导向安全侧。 2、通道接口的结构形式 在计算机联锁系统中，通道接口有: 串行接口方式 并行接口方式 串行接口方式中，串行通道经常使用串行通道接口。两个设备的串行连接是通过各种标准的通信接口实现的。 如：在TYJL-II系统中，监控机与数字化仪及联锁机
36、之间采用两个RS-232C接口，联锁机和执表机之间采用RS-485接口，联锁机主机和备机之间采用RS-422接口。 并行接口方式中，系统间通道应有总线缓冲电路和握手线，由握手线确定总线控制权，在某一时刻，控制权只能属于一个系统，这个系统可以对缓冲区进行读、写操作。这种并行总线双机系统接口通道比较复杂，不能实现远距离通信，一般都是构成一个紧密的双机系统，常常共享一些硬件资源，如RAM存储器共享系统等。其优点是通信速度快。 2、串行通信接口 、RS-232C接口 RS-232C接口是美国电子工业协会（EIA）推荐的一种串行物理通信接口标准。目前已广泛用于计算机与终端以及计算机之间的短距离通信。最大
37、传输距离为15米，传输速率不大于20kbit/s。 RS-232C虽广泛应用，但仍存在许多缺点，如传输距离短、数据传输速率低、接口处各信号间易产生干扰等。 、RS-422接口 RS-422 接口是一种以平衡方式传输的标准。所谓平衡，是指双端发送和双端接收，所以传送信号要用两条线，发送端和接收端分别采用平衡发送器和差动接收器。 RS- 422标准由于采用了双线传输，大大增强了抗共模干扰的能力，因此，最大数据传输速率可达10Mbit/s(传送15m时）。若传输速率降到90kbit/s,则最大距离可达1200m 。该标准规定电路中只许有一个发送器，可有多个接收器。 、RS- 485 接口 RS-48
38、5接口也是一种平衡传输方式的串行接口标准。它和RS-422兼容，并且扩展了RS-422的功能。两者的主要不同是：RS-422只许电路中有一个发送器，而RS-485标准允许在电路中有多个发送器。因此，RS-485是一种多发送器的标准，并且允许一个发送器驱动多个负载，负载可以是被动发送器、接收器或收发器。其发送器、接收器、收发器可挂在平衡传输线上的任何位置，实现在数据传输中多个驱动器和接收器共用同一传输线的多点通信。因此其用于多点互连时非常方便，可省掉许多信号线。应用它联网构成分布式系统，最多允许互连32台驱动器和32台接收器。 其配置如图示： RS-485抗干扰能力强，传输速率高，传送距离远。采
39、用双绞线，不用MODEM的情况下，在100kbit/s 的速率时，可传送的距离为1.2km。若速率降到9600bit/s时，则传送距离可达15km 。它允许的最大速率可达10Mbit/s(传送15m) 。 RS-485用于多点互连时非常方便，可以省掉许多信号线。应用RS-485可以联网构成分布式系统，最多允许并联32台驱动器和32台接收器。 （4）、IEEE-488接口 上述三种外部总线是串行总线，而IEEE-488总线是并行总线接口标准。它可用来连接如微型计算机、数字电压表、数码显示器等设备及其它仪器仪表，它们均可用IEEE-488总线装配起来。它按照位并行， 字节串行双向异步方式传输信号，
40、连接方式为总线方式，仪器设备直接并接于总线上而不需要中介单元，但总线上最多可连接15台设备。最大传输距离为20m。信号传输速率一般为500kbit/s，最大传输速率为1Mbit/s。第四章 计算机联锁系统的硬件 一、计算机联锁系统的体系结构 计算机联锁系统由于控制规模、功能的完善程度、经济因素、技术实现以及技术背景和历史背景的不同，系统的功能划分方法并非是唯一的，而模块之间的联系方式也是多样的，因此，目前国内外存在着多种体系结构。各国的计算机联锁系统的体系结构不仅与技术和经济因素有关，而且还涉及到运输组织、规章制度以及历史背景。 按执行功能的计算机数量划分，计算机联锁系统可分为： l 单模块结
41、构；l 多模块结构。 1、单模块结构 单模块结构如图示：当系统的功能比较简单时才可使用这种结构。它需要具有一个或几个串行数据接口，以便与其它系统如调度集中、微机监测等相联系。 2、多模块结构l 计算机联锁系统大多采用多模块结构，但各微机的功能及微机之间的联系是不尽相同的。在多微机系统中，将整个功能划分为若干相对独立的功能模块，分别由不同的微机进行处理。根据功能的繁简，模块的划分不尽相同。按功能划分为多个模块，分别由各自的微机进行处理，这便于设计、修改和扩展，而且多个模块具有相对独立的并行处理性能，可提高整个系统的处理速度。 如图是一种双模块的计算机联锁系统框图。在该系统中配备人机对话计算机和联锁计算机，分别完成人机对话和联锁运算的任务。人机对话计算机设于控制台内，也可设在机房。联锁计算机设在机房内。 二、计算机联锁系统的层次结构l 计算机联锁系统的功能要求与性能要求均比 较高，既要求具有友好而准确的人机界面，同时又要求具有高可靠性与高安全性，只采用单层结构可能难以全面完成各项技术