1、 计算机联锁系统内容简介本书对计算机联锁系统的总体结构，硬件构成，软件构成，系统可靠性与安全性技术保障等方面的内容作了详细的阐述，同时对计算机监测系统以及目前铁路上采用的四家研发单位的产品作了介绍，并对由兰州交通大学开发的全电子计算机联锁系统进行了说明。本书为从事铁路信号的人员学习与掌握计算机联锁系统及其技术而编写，也可作为铁路信号专业的大学本科和专科的教材和参考用书 。目录1. 计算机联锁系统概述 .41.1. 铁路运输与铁路信号系统 .41.2. 铁路信号系统的安全性与可靠性 .41.3. 车站信号机的布置与进路 .51.4. 联锁与进路控制 .51.5. 从电气联锁到计算机联锁系统 .5
2、1.6. 计算机联锁系统的现状与发展 .62. 现代工业控制计算机技术 .72.1. 现代计算机技术 .72.2. 工业控制计算机系统的特点 .72.3. 几种主要的计算机总线标准 .82.4. 用于过程控制的标准接口 .83. 系统的硬件结构 .103.1. 计算机联锁系统的体系结构 .103.2. 系统的硬件结构 .113.3. 系统的硬件构成 .123.4. 大型车站的系统硬件结构 .123.5. 容错计算机系统的硬件结构 .124. 系统的软件结构 .154.1. 软件的功能与总体结构 .154.2. 联锁数据与数据结构 .164.3. 联锁控制程序及其任务调度方式 .175. 人机会
3、话层的构成 .215.1. 人机会话层的任务 .215.2. 人机会话层的硬件支持系统 .215.3. 人机会话层的软件支持系统 .216. 系统可靠性与安全性技术保障 .236.1. 安全性与可靠性 .236.2. 系统的安全性保障 .236.3. I/O 通道的安全性保障 .246.4. 无接点安全输出接口电路 .256.5. 计算机系统的安全保障 .256.6. 系统的可靠保障 .266.7. 故障掩蔽技术和系统重组技术 .266.8. 故障检测与诊断方法 .267. 系统可靠性与安全性评估 .287.1. 系统的可靠性和安全性估算 .287.2. 单机系统的故障-安全模型 .287.3
4、. 三重冗余系统可靠性和安全性评估 .288. 计算机监测系统 .298.1. 系统的功能及技术条件 .298.2. 监测系统的结构 .299. 系统的检验与测试 .319.1. 系统检测的意义与发展趋势 .319.2. 系统的检验方法 .319.3. 检验系统的功能和结构 .311. 计算机联锁系统概述本章主要介绍铁路信号的一些相关概念，在此基础上对车站信号的一些重点知识进行简要的说明（例如：车站信号机的布置，进路的控制等内容） 。然后介绍车站信号从电气联锁发展到计算机联锁的过程，从而介绍计算机联锁的发展，特点等内容。1.1.铁路运输与铁路信号系统1. 铁路运输：是以机车车辆等移动设备和铁路
5、线路桥梁隧道，站场等固定为基本设备，以车站为运输生产基地的实现旅客和货物运输的庞大系统。2. 区间：为了保证行车安全和必要的通过能力，将铁路线路分成若干段，每段称为区间。3. 联锁：为了保证行车安全，信号、道岔与进路之间必须以技术手段保持一定的制约关系和操作顺序，常称这种制约关系和操作顺序为联锁。4. 1927 年发明了轨道电路，用它在检查线路是否空闲，为实现铁路信号自动控制创造了条件。5. 铁路信号的作用 是直接指挥行车的工具，保证行车安全，提高运输效率和改善劳动条件。1.2.铁路信号系统的安全性与可靠性1. 影响行车安全的因素 路外因素：例：洪水、塌方等自然灾害和人为的祸害等路内因素：例：
6、设备故障和违章作业等2. 信息的安全程度取决于是否实现下列要求：（1）信号显示应能反映所防护的线段是否在空闲状态；（2）信号显示应能反映所防护的线段内是否存在危及行车安全的因素；（3）信号显示应能指示安全运行速度3. 系统的安全性表现在以下两个方面（1）功能安全：即系统在无故障地正常工作中有保证行车安全的性能；（2）技术安全：即系统发生故障后其后果仍能导致行车安全4. 故障安全原则当信号设备发生故障时，应倒向安全侧而不危及行车安全的原则，称为故障安全原则。1.3.车站信号机的布置与进路1. 进路：是指列车或车列所经过的路径或通路。根据性质分为：列车进路和调车进路，而列车进路又分为接车进路，发车
7、进路，通过进路和饶场进路。2. 信号机的布置方法该项内容作为车站信号的基础知识应熟练掌握，因该部分的内容在基础专业课运营基础中已进行了详细的讲解。此节的内容只需将图给的站场进行简单的说明即可。1.4.联锁与进路控制1. 进路建立：分为进路的建立和进路解锁两个阶段。(1) 进路建立是指从车站值班人员开始办理进路到防护该进路的信号开放这一阶段。其中包括：1) 进路选择2）道岔控制2) 进路锁闭3）信号控制(2) 进路解锁是指从列车或车列驶入进路到越过进路中全部岔道区段这一阶段，或者是指操作人员解除已建的进路的阶段。) 取消进路) 人工解锁) 正常解锁) 中途折返解锁) 故障解锁)1.5.从电气联锁
8、到计算机联锁系统1. 车站联锁系统 是以技术手段实现以进路控制为主要内容的联锁功能的系统。系统的一般层次结构图如下图所示：2. 电气联锁系统一般来说，继电电路的模块化和定型化程度愈高，愈有利于设计、施工和维护，所使用的继电器的数量也愈多。我国的 650&系统的模块化和定型化程度很高，使用的继电器的数量也很大。折合到每组道岔大致在 30 台以上。这就增加了继电器的检修工作量。3. 用计算机取代继电电路构成的联锁机构原因：(1) 计算机的逻辑功能与继电逻辑电路具有共同的理论基础；(2) 由于可靠性技术和咎错技术和安全技术的进步，使得用计算机实现联锁控制成为可能；(3) 工业控制级计算机商品化，为保
9、证系统可靠性和降低造价提供了条件；(4) 为铁路信号向智能化和网络化方向发展创造了条件。4. 计算机联锁系统的优点(1) 减少继电器检修工作量；(2) 减少系统的设计、施工和维护的工作量；(3) 减少建筑使用面积；(4) 当采取分布式系统结构时，可以节省干线电缆，从而降低工程造价；(5) 当采取必要的提高系统的可靠性和安全性的技术措施后，系统的可靠性和安全性将得到提高；(6) 便于改造(7) 便于增加新功能。1.6.计算机联锁系统的现状与发展由于 70 年代电子业的发展，世界上（1971 年 11 月 Intel4004）产生了第一台微型计算机，此后它几乎是每隔两年更新换代一次，使得它影响到各
10、行各业，当然也渗透到铁路系统。瑞典、日本、英国等国家相继开展了计算机联锁系统的研究。1978 年瑞典首先在歌德堡车站使用了计算机联锁系统。1. 我国目前车站联锁的状况(1) 我国目前的车站联锁，主要是 650&型继电电气集中。至“九五”期末，全路已装备了集中联锁（包括继电集中联锁和计算机联锁）5232 站占运营车站总数的 90.4%。(2) 20 世纪 80 年代以来，随着计算机技术、现代通信技术、网络技术的发展。车站联锁进入了计算机联锁时代，由于它的诸多优点，显示了它在车站联锁领域发展的广阔前景。(3) 铁道部运输局基础部科技司于 1998 年 10 月共同组织了专家组对 11 个研制单位的
11、产品进行了筛选，考核认证和测评，最终选定了 4 家研制生产责任单位，同时确定了 4 个国内硬件生产厂家。(4) “九五”以来，出现了如武广线成段车站采用计算机联锁的趋势；并正在考虑采用区域计算机联锁。2. 我国车站计算机联锁概况(1) 19841989 起步阶段(2) 19901996 平稳发展阶段(3) 19971998 无序发展阶段(4) 1999目前 为整顿规范阶段3. 铁路行车中的四个智能系统列车间隔调整系统、计算机联锁系统、调度管理信息系统以及调度专家系统。习题：1进路的控制可分为哪几个阶段？2什么是车站联锁系统，画出其中一般的层次框图。3计算机联锁的特点。2. 现代工业控制计算机技
12、术2.1.现代计算机技术1. 处理器的更新(1) 内置浮点数运算功能(2)超标量结构：解码/执行管线至少要有两条，在一个周期内具有能够获取两个以上指 令进入管线的能力，并能够在同一时间内，有两条指令以上的结果产生速写回内存。(3) 外部采取 64 位宽度的数据/内存总线(4) 内置分离式的高速缓冲器 Cache RAM(5) Pentium 或 Pentium Pro 加入 MM2.存储器的进步(1) 快速闪存 Flash Memory(2) 32 位传输 72Pin 设计的 FAM DRAM (3) EDO DRAM(4) 64 位传输 168Pin 设计的 SDRAM(5) 内存需求的判断
13、3. 磁盘驱动器的发展(1) 硬盘驱动器(2) 与硬盘驱动器匹配的接口(3) 硬盘的工作模式4. 光盘驱动器 CD-ROM(1) CD-ROM(2) CD-ROM CD-R MD 与 VCD(3) CD-ROM 的接口5. 显示器与显示卡(1)显示器的主要规格： 分辨率与点距 ，模拟调整与数字调整，环保省电功能，防电辐射与防静电处理，支持即插机用功能 p&p 消磁功能。(2)PCI BUS 显示卡与 AGP 图形加速卡6.声卡2.2.工业控制计算机系统的特点特点(1) 实时性强。 （实时性：是指工业控制计算机系统应该具有的在限定的时间内对外来事件作出的反应的特性。 ）(2)具有充分的过程输入与
14、输出功能。 （对 P45 的表的内容进行详细的介绍）(3) 标准化和系统化。(4) 高可靠性a) 在设计与构造阶段要使系统具有很高的平均无故障时间 MTBF 或平均故障间隔时间（MTBF） 。b) 具有很强的抗干扰能力。c) 系统总线要具有充裕的驱动能力。d) 具有定时自动重新启动功能。e) 具有硬件自检功能。(5) 模块化的系统结构(6) 系统的开发环境(7) 通信与联接能力(8) 产品质量保障体系和服务保障体系2.3.几种主要的计算机总线标准1总线及其标准(1) 概念) 总线：是一组公用信号线的集合，通过这一组公用信号线把计算机或计算机测控系统中的各个摸板以及各种设备连接成一个整体，以便彼
15、此之间进行信息交换。) 总线规格) 总线标准(2) 总线的标准化) IEEE 总线标准) 广泛流行的总线 例如：PC/XT PC/AT PCI 等(3) 总线的种类) 系统总线) 通信总线a. 并行通信总线b. 串行通信总线c. 现场总线2. STD 总线标准3. ISA/PCI 总线标准4. VME 总线5. 嵌入式 PC 及其连接总线标准2.4.用于过程控制的标准接口1. 开关量输入/输出的标准接口(1) DI/DO 信号的标准接口 组成：总线接口逻辑 输入缓存器和输出缓存器 I/O电器接口(2) DI 信号的调理电路（见 P74 图 27）(3) DO 信号的驱动电路1) TTL 电户三态门输出电路（见 P75 图 28）2) 开路集电极(OC 门)输出电路（见 P76 图 29）3) 门电路外增加晶体管功率驱动级（见 P76 图 210）4) 达林顿陈列驱动器功率输出电路（见 P77 图 211，12）2. 模拟量输入接口电路 该部分的内容应在微机原理与接口技术中加以详细的介绍，在此且作简单的概述。习题：1什么是实时性，需考虑的两个因素是什么？2工业控制计算机系统的特点？
