結(jié)合電路 計算機與外部設(shè)備進行信息交換時，必須經(jīng)過通道與接口電路(以下簡稱接口)將信息進行變換處理。同時，為了防止外部電路的干擾信號進入計算機，必須通過接口電路實現(xiàn)計算機與外部設(shè)備電路的隔離。計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)接口電路一部分是人機對話接口，這一接口是傳輸操作信息和表示信息的，這兩個信息屬于非安全性信息，因此人機對話接口可以采用通用的接口。由于表示信息的輸出是通過與系統(tǒng)總線連接的通用顯示卡直接驅(qū)動顯示器，這里不做介紹。計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)接口電路的另一部分是計算機與監(jiān)控對象之間的接口，通過這部分接口要采集設(shè)備狀態(tài)信息和輸出對現(xiàn)場信號設(shè)備的控制信息，這兩個信息都屬于安全性信息，因此,這部分接口不能采用通用的接口，而必須采用專門為計算機聯(lián)鎖設(shè)計的故障安全接口，這也是計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)不同于其它領(lǐng)域自動控制系統(tǒng)的特點。下面分別介紹操作信息采集接口、狀態(tài)信息采集接口和控制信息輸出接口的電路原理。1 操作信息輸入接口電路圖1是矩陣式輸入接口電路，這是操作信息采集接口的一種典型電路形式。圖2是一個按鈕采集單元的電路，按鈕的操作是通過光電耦合管G送入計算機的，光電耦合管具有光電隔離的功能，即外部電路與計算機只能通過光電耦合傳送信息，沒有電路聯(lián)系，這樣就防止了外電路的電流進入計算機。在圖2中，按鈕接點斷開時，光電耦合管G截止，相應(yīng)的列線為低電位。若行線為低電位時，即使按壓了按鈕光電耦合管G也不能導(dǎo)通，相應(yīng)的列線上仍為低電位。只有行線為高電位時，按壓按鈕后，光電耦合管G導(dǎo)通，相應(yīng)的列線變?yōu)楦唠娢?。從圖2可以看出，各按鈕以矩陣的形式將輸出口的行線（H線）和輸入口的列線（L線）相連。由CPU控制向輸出口發(fā)送掃描信號，控制H線電位。H線為“0”時，按鈕按下動作無效。H線為“1”時，按鈕按下動作有效。即將行線的“1”轉(zhuǎn)成L線的“1”，該信息經(jīng)輸入口送入計算機，計算機即采集到該按鈕被按下的操作信息。D0 Q0D1 Q1D2 Q2D3 Q3D4 Q4D5 Q5D6 Q6D7 Q7LE OEB0 A0B1 A1B2 A2B3 A3B4 A4B5 A5B6 A6B7 A7EDIR74LS24574LS373輸出口輸入口CS0D0D1D2D3D4D5D6D7CS1L 1 L 2 L 3 L 4 L 5 L 6 L 7 L 8H1H2H3H4H5H6H7H8圖1 矩陣式輸入接口GA+5VR3R1R2圖2 按鈕采集單元電路接H線接L線2 狀態(tài)信息采集接口電路狀態(tài)信息采集接口電路有兩種形式，一種是對靜態(tài)信息的采集，另一種是對動態(tài)信息的采集。兩種電路都是故障安全輸入電路，下面分別介紹：2.1 靜態(tài)故障安全輸入接口靜態(tài)故障安全輸入接口電路的設(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)量用多元代碼來表示。假設(shè)代碼的碼長為n，取其中一個作為危險側(cè)代碼，一個作為安全側(cè)代碼，那么其余2n2個代碼為非法碼。當(dāng)n足夠大發(fā)生故障時，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。系統(tǒng)對非法碼均作安全側(cè)信息處理，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。KFR2+5V通用并行輸入口R1KZGJG1圖3靜態(tài)故障安全輸入接口電路聯(lián)鎖微機G2G3G4 這種輸入接口電路的結(jié)構(gòu)如圖3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，四個光電耦合管全部導(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)由電平信息變成代碼1111，經(jīng)由通用并行輸入口送入計算機。反之，當(dāng)GJ失磁落下時，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)變換成代碼0000，經(jīng)由通用并行輸入口送入計算機。計算機對四個碼元進行“與”運算，結(jié)果為“1”說明軌道電路在空閑狀態(tài)；如果結(jié)果為“0”，說明軌道電路在占用狀態(tài)。顯然電路發(fā)生故障時，運算的結(jié)果為“0”的概率遠遠大于運算結(jié)果為“1”的概率，實現(xiàn)了故障導(dǎo)向安全。從理論上講，這是一種信息冗余技術(shù)。冗余程度愈高，即碼元數(shù)愈多，安全性愈高，但可靠性和經(jīng)濟性也愈低。實際應(yīng)用時，一般選4位或8位碼元代表一個信息。2.2 動態(tài)故障安全輸入接口+5VR3R1D1輸入口通用接口輸出口聯(lián)鎖微機KZKFGJC1G2G1R2圖4 動態(tài)故障安全輸入接口電路 動態(tài)故障安全輸入接口的電路形式如圖4所示，仍以采集軌道繼電器的狀態(tài)為例。圖中用了兩個光電耦合器G1和G2。G1的輸入級和G2的輸出級串聯(lián)。G2導(dǎo)通時，由GJ前接點控制G1的導(dǎo)通與截止。G2的輸入級由計算機的輸出口控制它的通斷，G1的輸出則接向計算機的輸入口。在GJ前接點閉合的情況下，若計算機輸出高電平“1”信號，則使G2導(dǎo)通，從而使G1亦導(dǎo)通。于是G1輸出端輸出一個低電平“0”信號送入計算機。反之，若計算機輸出一個低電平“0”信號，則G2截止，G1亦截止，讀入計算機的則是高電平“1”信號。因此，計算機的輸入輸出互為反向關(guān)系。當(dāng)系統(tǒng)需要采集GJ的狀態(tài)信息時，由計算機輸出脈沖序列，例如1010，在GJ前接點閉合(危險側(cè))且電路未發(fā)生故障的情況下，返回計算機的必然是反向脈沖序列0101；而當(dāng)GJ落下(安全側(cè))或電路任何一點發(fā)生故障時，G2的輸出端必然呈穩(wěn)定電平(1或0)。計算機讀入該穩(wěn)定信號，則表明收到了安全側(cè)信息。動態(tài)輸入采集接口，從計算機輸入輸出的關(guān)系看，實際上是一個閉環(huán)形式的動態(tài)脈沖電路。它是通過計算機校驗輸入代碼是否畸變來判斷輸入電路是否故障，從而實現(xiàn)故障安全。3 控制信息輸出接口電路計算機輸出的控制信息的目的是要控制執(zhí)行部件即信號繼電器，為了實現(xiàn)故障安全，大多數(shù)情況下均采用動態(tài)輸出驅(qū)動的方式，即采用動態(tài)繼電器。圖5動態(tài)繼電器原理圖。其工作原理是：在電路正常情況下，當(dāng)計算機沒有控制命令輸出時，A端為低電平，光電耦合器G1截止，由控制電源經(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)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處于釋放狀態(tài)。當(dāng)有控制命令輸出時，傳送到A端的則是脈沖序列。當(dāng)A端處于高電位時，G1導(dǎo)通，電容器C1放電，C1放電的電流一方面通過G1的集射極、偏極繼電器J的線圈、D3形成回路，使J吸起；另一方面經(jīng)R3向電容器C2充電。當(dāng)A端由高電平變?yōu)榈碗婋娖綍r，G1又重新截止，電容器C1恢復(fù)充電。此時靠C2的放電時J維持不落。這樣，在脈沖序列作用下，隨著A端電平的高低變化，G1不斷地導(dǎo)通截止，C1和C2也就不斷地充放電，使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得不到能量補充，待其端電壓降到繼電器落下值時，J才失磁落下。該電