車站信號計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)

------原理及應(yīng)用

徐洪澤編著

（第1版）

中國鐵道出版社

目錄

第一篇原理篇

第1章綜述..................................................錯誤！未定義書簽。

1.1鐵路信號系統(tǒng)...........................................錯誤！未定義書簽。

1.2車站信號控制系統(tǒng)發(fā)展概述..............................錯誤！未定義書簽。

第2章計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)技術(shù)基礎(chǔ)...............................錯誤！未定義書簽。

2.1車站運營及聯(lián)鎖技術(shù)基礎(chǔ).................................錯誤！未定義書簽。

2.2計算機控制技術(shù)基礎(chǔ).....................................錯誤！未定義書簽。

2.3現(xiàn)場設(shè)備及其繼電接口電路..............................錯誤！未定義書簽。

第3章計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)原理....................................................27

3.1車站聯(lián)鎖控制系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)..............................................27

3.2計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)的分類及其硬件組成...................................28

3.3計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)軟件功能分解..........................................31

3.4聯(lián)鎖數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)......................................................35

3.5基本聯(lián)鎖控制軟件功能模塊................................................46

3.6其他軟件功能模塊.........................................................53

第4章計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)的可靠性技術(shù)保障.................錯誤！未定義書簽。

4.1故障分析...............................................錯誤！未定義書簽。

4.2可靠性基本概念.........................................錯誤！未定義書簽。

4.3聯(lián)鎖控制系統(tǒng)可靠性保障技術(shù)概述........................錯誤！未定義書簽。

4.4系統(tǒng)級可靠性保障技術(shù)...................................錯誤！未定義書簽。

4.5設(shè)備級可靠性保障技術(shù)...................................錯誤！未定義書簽。

4.6網(wǎng)絡(luò)通信可靠性保障技術(shù).................................錯誤！未定義書簽。

第5章計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)故障-安全保障技術(shù)................錯誤！未定義書簽。

5.1故障-安全概述...........................................錯誤！未定義書簽。

5.2車站聯(lián)鎖控制系統(tǒng)的故障一安全保障技術(shù)概述..............錯誤！未定義書簽。

5.3系統(tǒng)級故障-安全保障技術(shù)................................錯誤！未定義書簽。

5.4設(shè)備級故障一安全保障技術(shù)..............................錯誤！未定義書簽。

5.5I/O通道級故障-安全保障技術(shù).............................錯誤！未定義書簽。

5.6信息傳輸?shù)墓收?安全保障技術(shù)............................錯誤！未定義書簽。

第6章TYJL系列計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)解析..........................................91

6.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能解析.......................................................91

6.2軟件系統(tǒng)及其功能解析....................................................92

6.3硬件系統(tǒng)及其功能解析....................................................94

2

目錄

6.4系統(tǒng)技術(shù)特點.............................................................97

6.5TYJL-TR9型計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)...........................................98

第7章DS6系列計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)解析............................................101

7.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能解析......................................................101

7.2軟件系統(tǒng)及其功能解析....................................................102

7.3硬件系統(tǒng)及其功能解析....................................................102

7.4系統(tǒng)技術(shù)特點............................................................105

7.5DS6-K5B型計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)解析......................................105

第8章JD系列計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)解析.............................................109

8.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能解析......................................................109

8.2軟件系統(tǒng)及其功能解析....................................................110

8.3硬件系統(tǒng)及其功能解析....................................................112

8.4系統(tǒng)技術(shù)特點............................................................114

8.5EI32-JD型計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)............................................115

第9章CIS-1型計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)解析.............................................116

9.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能分析......................................................116

9.2軟件系統(tǒng)及其功能分析....................................................116

9.3硬件系統(tǒng)及其功能分析....................................................118

9.4系統(tǒng)技術(shù)特點............................................................120

9.5VPI型計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)分析............................................122

第10章地方及廠礦鐵路計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)解析.....................................130

10.1JT-DE型計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)解析.........................................130

10.2HS2000VSI型計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)解析...................................134

10.3其它基于可編程控制器的聯(lián)鎖控制系統(tǒng)解析...............................136

參考文獻..........................................................................140

3

第1章綜述

第1章綜述

1.1鐵路信號系統(tǒng)

鐵路運輸系統(tǒng)是一個由機車車輛、鐵道線路、橋梁隧道和站場等基礎(chǔ)設(shè)備組成的龐大系

統(tǒng)。在這個系統(tǒng)中必須設(shè)有指揮列車運行的鐵路信號系統(tǒng)來保證列車按照行車計劃安全高效

的運行。

防止列車沖突的傳統(tǒng)做法是將鐵路劃分成若干段，把在車站之間的各段線路稱作區(qū)間或

閉塞分區(qū)，在區(qū)間的兩端設(shè)置信號機對區(qū)間進行防護，把車站內(nèi)的線路稱作進路，同樣在進

路的兩端設(shè)置信號機予以防護。在開放防護進路的信號前要檢查進路是否空閑，進路中的道

岔位置是否正確，以及該進路是否和其它進路發(fā)生沖突等。只有在確定進路空閑、道岔位置

正確并鎖閉、可能發(fā)生沖突的進路沒有辦理并L1鎖閉的條件下，信號才能開放，允許列車駛

入。

可見，為了保證行車安全，信號、道岔與進路之間必須保持一定的制約關(guān)系和操作順序,

常稱這種制約關(guān)系和操作順序為聯(lián)鎖。因此，又把車站信號系統(tǒng)稱為車站聯(lián)鎖控制系統(tǒng)。

1.2車站信號控制系統(tǒng)發(fā)展概述

1.2.1發(fā)展歷史

從1825年9月27日第一條鐵路在英國誕生以來，安全與效率就成為鐵路運輸所面臨的

主要問題。為了在保證運輸安全的前提下提高運輸效率，1830年出現(xiàn)了鐵路信號，并于1856

年第一套簡單的機械式車站聯(lián)鎖控制設(shè)備誕生。機械聯(lián)鎖是最古老的聯(lián)鎖方式，在機械聯(lián)鎖

中，信號機與道岔的控制桿相互鎖閉，聯(lián)鎖關(guān)系遵循因果關(guān)聯(lián)原則或者相關(guān)進路原則。隨著

鐵道運輸業(yè)的不斷發(fā)展以及技術(shù)的進步，車站聯(lián)鎖控制設(shè)備逐步發(fā)展成集中式機械聯(lián)鎖控制

系統(tǒng)，并在將近70年內(nèi)一直占主導(dǎo)地位。

1927年基于布線邏輯的繼電聯(lián)鎖控制系統(tǒng)問世。與機械聯(lián)鎖不同的是，繼電聯(lián)鎖的聯(lián)鎖

邏輯由繼電電路實現(xiàn)，道岔和信號機不再由控制桿控制。操作員按壓進路的始端終端按鈕發(fā)

出選路命令后，繼電聯(lián)鎖控制系統(tǒng)將自動完成道岔和信號機安全控制。

繼電聯(lián)鎖控制系統(tǒng)由不對稱的重力式安全型繼電器構(gòu)成，該系統(tǒng)很好地實現(xiàn)了安全聯(lián)鎖

功能，并且在故障狀態(tài)下能夠保證控制系統(tǒng)的安全性，同時提高了作業(yè)效率。經(jīng)過不斷完善,

2

第1章綜述

繼電聯(lián)鎖控制系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用，直到近80年后的今天，它在我國鐵路系統(tǒng)中仍占重要

地位。

隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，20世紀60年代人們開始嘗試采用電子器件取代繼電器來構(gòu)成

鐵路信號電子聯(lián)鎖控制系統(tǒng)。1978年，由瑞典研制的世界上第一套計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)在瑞

典哥德堡站的成功應(yīng)用，掀開了車站聯(lián)鎖控制系統(tǒng)研究與應(yīng)用的新篇章，隨后，各國競相開

發(fā)研究計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)，到了90年代不少國家已開始大面積推廣計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)。

20世紀80年代鐵道科學(xué)研究院、鐵道部通信信號總公司研究設(shè)計院、北方交通大學(xué)等科

學(xué)研究機構(gòu)相繼展開了計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)的研制工作。1984年鐵道部通信信號總公司研究

設(shè)計院研制生產(chǎn)出了國內(nèi)第一個車站計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)，并成功地應(yīng)用于地方鐵路，填補

了我國計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)的空白。1989年鐵道科學(xué)研究院研制生產(chǎn)的計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)

在鄭州北編組站開通使用，使計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)首次應(yīng)用于國有鐵路。1994年鐵道科學(xué)研

究院、鐵道部通信信號總公司研究設(shè)計院研制的計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)分別在哈爾濱鐵路局平

房站和上海鐵路局交通站開通使用，這是我國鐵路首次將國產(chǎn)的計算機聯(lián)鎖設(shè)備用于鐵路客

貨列車通過的車站。

冶金等其他行業(yè)的一些科研單位也對計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)進行了應(yīng)用研究，并取得了一

定的成果。

1.2.2計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)的特點

目前廣泛使用的聯(lián)鎖控制系統(tǒng)是電氣聯(lián)鎖控制系統(tǒng)，即繼電聯(lián)鎖控制系統(tǒng)。繼電聯(lián)鎖控

制系統(tǒng)的性能穩(wěn)定、抗干擾性強、可靠性高，但是存在著功能不夠完善，功耗大，成本高，

占地面積大等缺點。下面就結(jié)合繼電聯(lián)鎖控制系統(tǒng)從性能、經(jīng)濟等方面對計算機聯(lián)鎖控制系

統(tǒng)的特點進行描述。

1.優(yōu)點：

（1）性能方面：

①與繼電聯(lián)鎖控制系統(tǒng)相比，計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)的設(shè)計、施工工作量大大減小，并且

系統(tǒng)可以方便地增加新功能，使得系統(tǒng)功能進一步完善。

②計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)提供現(xiàn)代化的聲、像、圖文顯示，人機交互的功能更加完善，內(nèi)

容更豐富，信息量更大，工作效率更高。

③計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)采取了必要的技術(shù)措施以后，系統(tǒng)的可靠性和安全性將更高；

⑵經(jīng)濟方面：

①隨著電子與計算機技術(shù)的發(fā)展，計算機聯(lián)鎖的性能價格比更高，使得大站計算機聯(lián)鎖

控制系統(tǒng)的價格低于電氣集中聯(lián)鎖控制系統(tǒng)；

②采用分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)時，計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)可以省去干線電纜，大幅降低工程造價;

3

第1章綜述

~③體積小、占地面積小，且隨車站規(guī)模增大，面積節(jié)省更為顯著;

④安裝費、運營費及維修費大幅度減少。

⑶維護方面：

①計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)的維修工作量小，且具有自診斷、故障定位功能，降低了維護難

度并可通過遠距離聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)遠程故障診斷。

②繼電部分結(jié)構(gòu)簡單，便于維護，而且繼電器用量少，減少繼電器檢修工作量；

（4）其它方面：

①計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)便于聯(lián)網(wǎng)，為鐵路信號系統(tǒng)向智能化和網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展創(chuàng)造了條

件，通過與列車控制系統(tǒng)、運行圖管理系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，可根據(jù)調(diào)度計劃實現(xiàn)進路程序控制，通過

與旅客向?qū)Х?wù)系統(tǒng)、車次號跟蹤系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，可構(gòu)成全方位的計算機綜合控制、管理系統(tǒng)，

增強了運輸調(diào)度指揮自動化、智能化水平；

2.存在如下不足：

①計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)應(yīng)用大量的電子元件，需在抗電磁干擾及防止雷害等方面采取防

護措施。

②計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)中實現(xiàn)聯(lián)鎖邏輯的聯(lián)鎖計算機?旦出現(xiàn)硬件故障影響面積會很

大，甚至使系統(tǒng)不能工作。因此計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)需要采取必要的措施來提高可靠性和可

用性。

1.2.3現(xiàn)狀及前景

目前，計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)己處于實用階段，隨著實踐經(jīng)驗的積累，系統(tǒng)的性能也在不

斷提高。我國的計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)主要采用由通用的工業(yè)控制計算機組成的雙機熱備系統(tǒng),

少部分采用了由國外專用機組成的雙機及多機系統(tǒng)。目前，計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)已裝備了國

鐵近千個車站。

國外的計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)大多采用硬件冗余比較表決方式實現(xiàn)系統(tǒng)的故障安全，并采

用雙重或三重系統(tǒng)不停頓故障重組技術(shù)提高系統(tǒng)的可靠性和可用性，形成了系列化產(chǎn)品，具

代表性的有瑞典的EBILOCK系列、德國的SIMIS系列、英國的SSI系列、法國的SELMIS

系列、美國的VPI系列及日本的SMILE系列計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)。

由于采用了先進的計算機技術(shù)和通信技術(shù)，計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)將成為綜合行車指揮控

制系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)備和重要組成部分。系統(tǒng)通過各種制式的通信網(wǎng)絡(luò)可實現(xiàn)多層次控制，使控

制范圍擴大，即可由一個樞紐站控制周邊的若干站及區(qū)間的道岔控制點，既優(yōu)化了控制，又

減少了投資和運營成本。計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)通過與運行圖管理系統(tǒng)，旅客向?qū)Х?wù)系統(tǒng)、

車次號跟蹤系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，可構(gòu)成全方位的計算機綜合控制、管理系統(tǒng)。

總之，鐵路信號計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)將向低成本、高效率、高安全、高可靠及信息化、

4

第1章綜述

智能化、網(wǎng)絡(luò)化和綜合自動化的方向發(fā)展。

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第2章計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)技術(shù)基礎(chǔ)

第2章計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)技術(shù)基礎(chǔ)

計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)技術(shù)是鐵路信號技術(shù)、電子及計算機測控技術(shù)、計算機通信技術(shù)以

及可靠性安全性技術(shù)有機結(jié)合的產(chǎn)物，因此，學(xué)習(xí)和研究計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)必須對以下內(nèi)

容有所了解：

（1）車站作業(yè)的技術(shù)規(guī)范，它是研究系統(tǒng)的基礎(chǔ)和根本：

（2）鐵路車站信號的聯(lián)鎖技術(shù)，它是車站作業(yè)的技術(shù)規(guī)范的具體體現(xiàn)，是動作道岔和信

號、建立進路必須遵循的條件和程序，是車站信號自動控制系統(tǒng)的主要內(nèi)容。

（3）可靠性及安全性保障技術(shù)，可靠性是指系統(tǒng)應(yīng)在規(guī)定的條件下，規(guī)定的時間內(nèi)，完

成規(guī)定的功能。安全性則是指系統(tǒng)在運行過程中無論發(fā)生任何變故都不應(yīng)產(chǎn)生危及行車安全

的因素。

（4）現(xiàn)場接口設(shè)備的控制及狀態(tài)檢測接口技術(shù)。

（5）電子技術(shù)、計算機技術(shù)、計算機控制與通信技術(shù)，它們是實現(xiàn)計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)

必要的技術(shù)手段。

本章將就上述技術(shù)問題進行簡單的描述。

2.1車站運營及聯(lián)鎖技術(shù)基礎(chǔ)

車站是鐵路辦理客貨轉(zhuǎn)運作業(yè)的基地。它除了有與區(qū)間直接連通的正線外，還配有到發(fā)線、

調(diào)車線、牽出線、貨物線等線路。這些線路用道岔連接起來，使得列車或調(diào)車車列能夠從一

條線路轉(zhuǎn)到另一條線路。車站匕道岔匯聚的地方稱作車站的咽喉區(qū)。車站的技術(shù)作業(yè)可分為

列車作業(yè)和調(diào)車作業(yè)兩類。無論是列車作業(yè)還是調(diào)車作業(yè)，都是指車列由某一指定地點運行

到另一指定地點。

無論是列車進路還是調(diào)車進路，它們的控制過程基本上是?樣的。進路控制過程可分成

進路建立和進路解除兩個階段。進路建立階段是指從車站操作人員開始辦理進路，到該進路

建立，防護該進路的信號機開放：進路解除階段是指從列車或車列駛?cè)脒M路，到出清進路中

全部道岔區(qū)段，為了提高車站作業(yè)效率，通常逐段解鎖進路中的軌道區(qū)段。

1.建立進路階段

建立進路階段又可以分解成若干小的階段。其中，操作階段是由人工辦理的；其它階段

由聯(lián)鎖控制系統(tǒng)自動完成。主要分為以下兒個階段：①人員操作階段，排列一條進路；②選

路階段，選出相應(yīng)的進路；③道岔位置確認階段，確認與該進路有關(guān)的道岔位置符合進路要

6

第2章計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)技術(shù)基礎(chǔ)

求，否則轉(zhuǎn)到預(yù)期的位置；④進路鎖閉階段，在道岔位置符合要求、進路空閑、敵對進路未

建立的條件下，將道岔和敵對進路鎖閉，使道岔不能再轉(zhuǎn)換、敵對進路不能建立；⑤開放信

號階段，在進路鎖閉后開放信號機：⑥信號保持階段，在信號機開放期間還需不斷地檢查進

路空閑和道岔狀態(tài)，一旦聯(lián)鎖條件不能滿足，應(yīng)使信號機立即關(guān)閉。

2.解除進路階段

解除進路就是解除已建立進路的鎖閉狀態(tài)，包括解除對道岔和敵對進路的鎖閉。在信號

開放后，當車列已接近進路，若此時進路錯誤地解鎖了，進路中的道岔就可以轉(zhuǎn)換，敵對進

路也可能建立，就有可能發(fā)生脫軌或沖撞事故。

根據(jù)解鎖的條件和時機，有5種進路解鎖方式，即取消進路、正常解鎖、故障解鎖、非常

解鎖以及中途返回解鎖。

2.2計算機控制技術(shù)基礎(chǔ)

典型的計算機控制系統(tǒng)組成如圖2.2」所示，下面分別對計算機控制中的關(guān)鍵技術(shù)進行簡

要地介紹。

圖2.2.1計算機過程控制系統(tǒng)的硬件組成框圖

2.2.1工業(yè)控制計算機

過程控制是計算機一個很重要的應(yīng)用領(lǐng)域.下面就從硬件和軟件兩個方面對工業(yè)控制計

算機的結(jié)構(gòu)作簡單介紹。

7

第2章計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)技術(shù)基礎(chǔ)

1.硬件系統(tǒng)

計算機控制系統(tǒng)的硬件主要是由主機、外部設(shè)備、過程輸入輸出設(shè)備和通信設(shè)備等組成。

（1）主機

中央處理器（CPU）和內(nèi)存儲器（RAM,ROM）構(gòu)成的主機是計算機系統(tǒng)的核心。主機

根據(jù)輸入設(shè)備送來的各種實時反映系統(tǒng)工作狀況的信息，以及預(yù)定的算法，自動地進行信息

處理和運算，并通過輸出設(shè)備發(fā)送控制命令等。

（2）內(nèi)部總線和外部總線

內(nèi)部總線是工業(yè)控制計算機內(nèi)部各組成部分進行信息傳送的公共通道，外部總線是工業(yè)

控制計算機與其它計算機和智能設(shè)備進行信息傳送的公共通道。由于總線的內(nèi)容非常豐富，

將在2.2.3節(jié)對內(nèi)部總線和外部總線作更詳細地介紹。

（3）人一機接口

人一機接口是一種標準結(jié)構(gòu)，即由標準的PC鍵盤、顯示器和打印機等組成。

（4）系統(tǒng)支持功能

工業(yè)控制計算機的系統(tǒng)支持功能主要包括如下部分；

①監(jiān)控定時器：俗稱“看門狗”（Watchdog）。其主要作用是當系統(tǒng)因干擾或軟故障等原因

出現(xiàn)異常時，如“飛程序”或程序進入死循環(huán)，可以使系統(tǒng)自動恢復(fù)運行，從而提高系統(tǒng)的

可靠性。

②電源掉電檢測：工業(yè)控制計算機在工業(yè)現(xiàn)場運行過程中如出現(xiàn)電源掉電故障，應(yīng)及時

發(fā)現(xiàn)并保護當時的重要數(shù)據(jù)和計算機各寄存器的狀態(tài)，一旦上電后，工業(yè)控制計算機能從斷

電處繼續(xù)運行。

③保護重要數(shù)據(jù)的后備存儲器：Watchdog和掉電檢測功能均要有能保存重要數(shù)據(jù)的后備

存儲器。后備存儲器通常容量不大，它能在系統(tǒng)掉電后保證所存數(shù)據(jù)不丟失，故通常采用后

備電池的存儲器。為了保護數(shù)據(jù)不丟失，在系統(tǒng)的存儲器工作期間，后備存儲器應(yīng)處于上鎖

狀態(tài)。

④實時日歷時鐘；在實際控制中系統(tǒng)往往要有事件驅(qū)動和時間驅(qū)動的能力。一種情況是

在某時刻設(shè)置某些控制功能，屆忖工業(yè)控制計算機應(yīng)自動執(zhí)行；另種情況是工業(yè)控制計算

機應(yīng)能自動記錄某個動作是在何時發(fā)生的。所有這些都要求必須配備實時時鐘，且能在掉電

后仍然正常工作。

（5）磁盤系統(tǒng)

磁盤系統(tǒng)可以用半導(dǎo)體虛擬磁盤，也可以配通用的軟盤、硬盤和光盤等。

（6）輸入輸出通道

輸入輸出通道是設(shè)置在工業(yè)控制機和生產(chǎn)過程之間的傳遞和變換信息的連接通道。它包

括模擬量輸入（AI）通道、模擬量輸出（A0）通道、數(shù)字量（或開關(guān)量）輸入（D1）通道、數(shù)字量（或開

8

第2章計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)技術(shù)基礎(chǔ)

關(guān)量）輸出（DO）通道，它有兩個作用，其一是將生產(chǎn)過程中的信息變換成主機能夠接受和識別

的代碼；其二是將主機輸出的控制命令和數(shù)據(jù)，經(jīng)變換后作為執(zhí)行機構(gòu)或電氣開關(guān)的控制信

號。

2.軟件系統(tǒng)

計算機控制系統(tǒng)的硬件只能構(gòu)成裸機，它只為計算機控制系統(tǒng)提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。裸機只

是系統(tǒng)的能干，既無思維，又無知識和智能，因此必須為裸機提供或研制軟件，才能把人的

思維和知識用于對生產(chǎn)過程的控制。軟件的優(yōu)劣不僅關(guān)系到硬件功能的發(fā)揮，而且也關(guān)系到

計算機對生產(chǎn)的控制品質(zhì)和管理水平。軟件內(nèi)容豐富、種類繁多，通常根據(jù)軟件用途可將其

分為系統(tǒng)軟件、支持軟件和和應(yīng)用軟件三個部分。

（1）系統(tǒng)軟件

系統(tǒng)軟件是管理、控制和維護計算機系統(tǒng)硬件資源與軟件資源的程序集合，包括實時多

任務(wù)操作系統(tǒng)、引導(dǎo)程序、調(diào)度執(zhí)行程序，如美國Intel公司推出的iRMX86和美國WindRiver

公司推出的VxWorks等實時多任務(wù)操作系統(tǒng)，美國ReadySystem公司推出的嵌入式實時多任

務(wù)操作系統(tǒng)VRTX/OS。除了實時多任務(wù)操作系統(tǒng)以外，常常也可以使用MS-DOS和Windows

等系統(tǒng)軟件。

系統(tǒng)軟件是計算機正常運行不可缺少的，其中一些系統(tǒng)軟件程序在計算機出廠忖直接寫

入ROM芯片，例如，系統(tǒng)引導(dǎo)程序、基本輸入輸出系統(tǒng)（BIOS）、診斷程序等。有些則直接

安裝在計算機的硬盤中，如操作系統(tǒng)。

（2）支持軟件

支持軟件包括匯編語言、高級語言、編譯程序、編輯程序、調(diào)試程序、診斷程序等。

（3）應(yīng)用軟件

應(yīng)用軟件是系統(tǒng)設(shè)計人員針對某個生產(chǎn)過程而編制的控制和管理程序。它包括過程輸入

程序、過程控制程序、過程輸出程序、人一機接口程序、打印顯示程序和公共子程序等，如

聯(lián)鎖程序。

隨著硬件技術(shù)的高速發(fā)展，計算機控制系統(tǒng)對軟件也提出了更高的要求。只有軟件和硬

件相互配合，才能發(fā)揮計算機的優(yōu)勢，研制出具有更高性能價格比的計算機控制系統(tǒng)。

2.2.2數(shù)據(jù)通信技術(shù)

數(shù)據(jù)通信是工業(yè)測控網(wǎng)絡(luò)和分散型測控系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。不同系統(tǒng)或不同計算機之間的

通信主要采用并行通信或串行通信兩種方式。并行數(shù)據(jù)通信是指數(shù)據(jù)的各位同時傳送，可以

用字并行傳送，也可以用字節(jié)并行傳送，顯然，并行傳送的速度高，但傳送的距離很短，通

常小于10m；串行數(shù)據(jù)通信是數(shù)據(jù)一位一位順序傳送，因此不同系統(tǒng)或計算機之間只用很少

的幾條信號線即可完成數(shù)據(jù)交換，顯然，串行傳送的速度低，但傳送的距離很長，通?？蛇_

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第2章計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)技術(shù)基礎(chǔ)

兒十至幾千米，甚至更遠。本節(jié)主要討論串行通信方式。

1.串行通信方式

串行通信方式主要有單工通信、半雙工通信和全雙工通信三種。

(1)單工通信

單工方式是通信線的一端接發(fā)送器，另一端連接收器，數(shù)據(jù)只能按照一個固定的方向傳

送，而不能進行相反方向的傳送。

(2)半雙工通信

半雙工方式是通信線的兩端各自接有發(fā)送器和接收器，數(shù)據(jù)可以雙向傳送，但在同一時

刻只限于向一個方向傳送。

(3)全雙工通信

如將數(shù)據(jù)傳送線改為兩根，每一根負責(zé)一個方向傳送數(shù)據(jù)，就可以在同一時刻既發(fā)送數(shù)

據(jù)，又接收數(shù)據(jù)，這相當于把兩個相反方向的單工通信方式組合在一起。

2.信號的傳輸方式

(1)基帶傳輸

基帶傳輸就是在數(shù)字通信的信道上直接傳輸數(shù)據(jù)的基帶信號，即按數(shù)據(jù)波的原樣進行傳

輸，不包含有任何調(diào)制，它是最基本的數(shù)據(jù)傳輸方式?；鶐ЬW(wǎng)的數(shù)據(jù)速率范圍為0~10Mbps,

線路工作方式只能為半雙工方式或單工方式。

(2)載波傳輸

載波傳輸是采用數(shù)字信號對投波進行調(diào)制后再實行傳輸。最基本的調(diào)制方式有幅度鍵控

(ASK)、頻移鍵控(FSK)、相移鍵控(PSK)三種。

(3)寬帶網(wǎng)

隨著多媒體技術(shù)的發(fā)展，計算機網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)、文字、語音、圖像等多種信號的任務(wù)愈

來愈重，于是，提出了寬帶網(wǎng)傳輸?shù)囊?。寬帶網(wǎng)可劃分為多條基帶信道，提供良好的通信

路徑，數(shù)據(jù)速率范圍為0~400Mbps。

(4)異步傳輸模式ATM(asynchronoustransfermode)

ATM是一種新的傳輸與交換數(shù)字信息技術(shù)，也是實現(xiàn)高速網(wǎng)絡(luò)的主要技術(shù)。它支持多媒

體信息，包括數(shù)據(jù)、語音和視頻信號，按需分配頻帶，具有低延遲特性，速率可達155Mbps

到2.4Gbps,也有25Mbps和50Mbps的ATM技術(shù)，可用于局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)。

2.2.3總線接口技術(shù)

任何?個微處理器都要與一定數(shù)量的部件和外圍設(shè)備連接，但如果將各部件和每一種外

圍設(shè)備都分別用一組線路與CPU直接連接，那么連線將會錯綜復(fù)雜，甚至難以實現(xiàn)。為了簡

化硬件電路設(shè)計、筒化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，常用一組線路，配置以適當?shù)慕涌陔娐?，與各部件和外圍

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第2章計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)技術(shù)基礎(chǔ)

設(shè)備連接，這組共用的連接線路被稱為總線。采用總線結(jié)構(gòu)便于部件和設(shè)備的擴充，尤其制

定了統(tǒng)一的總線標準則容易使不同設(shè)備間實現(xiàn)互連。

計算機總線的種類很多，并在不斷地發(fā)展和完善，下面僅對工業(yè)控制計算機中常用的內(nèi)

部總線和外部總線加以介紹。

1.內(nèi)部(系統(tǒng))總線

內(nèi)部總線(I-BUS)又稱“系統(tǒng)總線”或“板級總線”，是通用微型計算機和測控系統(tǒng)計

算機內(nèi)部所特有的總線。計算機的內(nèi)部總線一般都是并行總線，系統(tǒng)總線是各種模板進行信

息傳送的通路，把測控計算機系統(tǒng)的各種模板插件連接起來，就構(gòu)成了完整的計算機測控系

統(tǒng)。常用的內(nèi)部總線有STD總線、ISA總線、PCI總線、VME總線等。

(1)STD總線

STD總線是一個面向工業(yè)控制的微型計算機總線，它定義了8位微處理器總線標準，近

年來又定義了STD32總線標準。

(2)ISA總線

ISA(industrialstandardarchitecture)總線標準是IBM公司為推出PC/AT機而建立的系統(tǒng)

總線標準，所以也叫AT總線。它是對XT總線的擴展，以適應(yīng)8/16位數(shù)據(jù)總線要求。它在

80286至80486時代應(yīng)用非常廣泛，以至于現(xiàn)在的奔騰機中還保留有ISA總線插槽。

(3)VME總線

該總線結(jié)構(gòu)是為其各種模塊之間的接口和充分發(fā)揮16/32位的微處理器MC68000的功能

而設(shè)計的。VME總線是一種性能極高的開放式總線。

(4)PCI總線

PCI(peripheralcomponentinterconnect)總線是當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)總線，且可擴展為64位。與VESA、ISA總線相比，

PCI總線的功能有了極大的改善，它支持突發(fā)讀寫操作，最大傳輸速率可達132MB/S,并可同

時支持多組外圍設(shè)備。雖然PCI局部總線不能兼容現(xiàn)有的ISA、EISA、MCA(microchannel

architecture)總線，但它不受制于處理器，是基于奔騰等新一代微處理器而發(fā)展的總線。

(5)CompactPCI

CompactPCI的意思是“堅實的PCI”，是當今第個采用無源總線底板結(jié)構(gòu)的PCI系統(tǒng),

是PCI總線的電氣和軟件標準加歐式卡的工業(yè)組裝標準，是當今最新的一種工業(yè)計算機標準。

CompactPCI是在原來PCI總線基礎(chǔ)上改造而來，它利用PCI的優(yōu)點，提供滿足工業(yè)環(huán)境應(yīng)用

要求的高性能核心系統(tǒng)，同時還考慮充分利用傳統(tǒng)的總線產(chǎn)品，如ISA、STD,VME或PC/104

來擴充系統(tǒng)的I/O和其他功能。

除此之外，常用的內(nèi)部總線還有EISA總線和VESA總線等，這里不再詳述。

2.外部總線

外部總線(E-BUS)又稱“通信總線”，它是微機系統(tǒng)之間或是微機系統(tǒng)與其它系統(tǒng)(儀

11

第2章計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)技術(shù)基礎(chǔ)

器、儀表、控制裝置)之間傳輸信息的通路，常借用其他領(lǐng)域己有的總線標準。計算機的外

部總線通常分為并行總線和串行總線兩種。

(1)RS-232-C總線

RS-232-C是美國電子工業(yè)協(xié)會EIA(ElectronicIndustryAssociation)制定的一種串行物理

接口標準。RS-232-C總線標準設(shè)有25條信號線，包括一個主通道和一個輔助通道，在多數(shù)情

況下主要使用主通道，對于一?般的雙工通信，僅需幾條信號線就可實現(xiàn)，如?條發(fā)送線、一

條接收線及一條地線。RS-232-C標準規(guī)定，驅(qū)動器允許有2500pF的電容負載，通信距離將受

此電容限制，例如，采用150pF/m的通信電纜時，最大通信距離為15m；傳輸距離短的另一

原因是RS-232屬單端信號傳送，存在共地噪聲和不能抑制共模干擾等問題,因此搬用于20m

以內(nèi)的通信。

(2)RS-485總線

在要求通信距離為幾十米到上千米時，廣泛采用RS-485串行總線標準。RS-485采用平

衡發(fā)送和差分接收，因此具有抑制共模干擾的能力。加上總線收發(fā)器具有高靈敏度，能檢測

低至200mV的電壓，故傳輸信號能在千米以外得到恢復(fù)。RS-485采用半雙工工作方式，任

何時候只能有一點處于發(fā)送狀態(tài)，因此，發(fā)送電路須由使能信號加以控制。RS-485用于多點

互連時非常方便，可以省掉許多信號線。應(yīng)用RS-485可以聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成分布式系統(tǒng)，最多允許并

聯(lián)32臺驅(qū)動器和32臺接收器。

(3)IEEE-488總線

上述兩種外部總線是串行總線，而IEEE-488總線是并行總線接口標準。IEEE-488總線

可用來連接系統(tǒng)如微計算機、數(shù)字電壓表、數(shù)碼顯示器等設(shè)備及其他儀器儀表均可用IEEE-488

總線裝配起來。它按照位并行、字節(jié)串行雙向異步方式傳輸信號，連接方式為總線方式，儀

器設(shè)備直接并聯(lián)于總線上而不需中介單元，但總線上最多可連接15臺設(shè)備。最大傳輸距離為

20米，信號傳輸速度一般為500KB/S,最大傳輸速度為IMB/s。

2.2.4工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

計算機為用戶提供了分散而有效的數(shù)據(jù)處理與計算能力。但在實際應(yīng)用中，計算機和以

計算機為基礎(chǔ)的智能設(shè)備除了處理本身'也務(wù)之外，往往還要求能與其它計算機溝通信息，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連接起來的計算機群，以實現(xiàn)資源

共享和作業(yè)分布處理，這就是計算機網(wǎng)絡(luò)。隨著以太網(wǎng)技術(shù)的成熟和普及，協(xié)議的標準化，

以太網(wǎng)技術(shù)進入了工業(yè)控制領(lǐng)域并迅速地發(fā)展了起來。

1.網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)

網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是指網(wǎng)絡(luò)中的各臺計算機、設(shè)備之間相互連接的方式。常用的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有以下

三種：星形、環(huán)形和總線形。

12

第2章計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)技術(shù)基礎(chǔ)

星形環(huán)形總線形

圖2.2.2常用的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

（1）星形結(jié)構(gòu)

星形結(jié)構(gòu)是將分布于各處的多個站連到處于中心位置的主結(jié)點匕任何兩個站之間的通

信都要通過主結(jié)點，主結(jié)點集中來自各分散站的信息，再把集中到主結(jié)點的信息轉(zhuǎn)發(fā)給相應(yīng)

的站。星形結(jié)構(gòu)屬于集中型網(wǎng)絡(luò)，易于將信息流匯集起來，從而提高了全網(wǎng)絡(luò)的信息處理效

率，適用于各站之間信息流量較大的場合，但是可靠性較低，如果主結(jié)點發(fā)生故障，將影響

全網(wǎng)絡(luò)的通信。

（2）環(huán)形結(jié)構(gòu)

環(huán)形結(jié)構(gòu)的每個站都是通過結(jié)點（或稱中繼器）連接到環(huán)形網(wǎng)上，通過逐個結(jié)點傳遞來

達到線路共用，網(wǎng)上信息單方向圍繞著線路進行循環(huán)（順時針或反時針）。環(huán)形拓撲屬于分散

型網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)上結(jié)點是相對簡單的信息接收和發(fā)送的中繼器。環(huán)形網(wǎng)的信號經(jīng)每個結(jié)點整形、

放大后再傳送，不但傳送距離遠，而且能保證信號質(zhì)量。但是因為它是共用通信線路，所以

不適用于信息流量大的場合。

（3）總線形結(jié)構(gòu)

總線形結(jié)構(gòu)采用了一條開環(huán)無源的電纜作為公共通信總線，所有的站都通過相應(yīng)的硬件

接口直接掛在總線匕如圖2.2.2所示。任何一個站的信息采用廣播式沿總線傳輸，所有其它

站都能接收?？偩€形結(jié)構(gòu)屬于分散型網(wǎng)絡(luò)，其結(jié)構(gòu)靈活，易于擴展。由于采用無源傳輸總線,

一個站的故障不會影響其它站的工作，可靠性高。總線形結(jié)構(gòu)的使用是最普遍的。

除了上述三種基本結(jié)構(gòu)外，還有網(wǎng)形結(jié)構(gòu)、樹形結(jié)構(gòu)以及各種混合形結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)相

對比較復(fù)雜，信息的傳輸可能有多條路徑。

2.介質(zhì)訪問控制技術(shù)

介質(zhì)訪問控制方式有三種，載波監(jiān)聽多路訪問/沖突監(jiān)測（CSMA/CD）方式、令牌環(huán)（Token

Ring）方式、令牌總線（TokenBus）方式。

CSMA/CD方式采用隨機訪問技術(shù)的競爭型訪問方法。在輕負載下，網(wǎng)絡(luò)利用率高，但隨

著負載的增加，由于傳輸沖突的增加，網(wǎng)絡(luò)利用率會明顯下降。該方式適合于結(jié)構(gòu)簡單、負

載輕、時實性低的網(wǎng)絡(luò)。

13

第2章計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)技術(shù)基礎(chǔ)

令牌環(huán)局域網(wǎng)內(nèi)設(shè)置一個令牌在網(wǎng)內(nèi)循環(huán)傳送，任何站點僅能在令牌通過該站時獲得令

牌，并將令牌從空標志改為滿標志，接著才能將信息發(fā)到環(huán)路上。令牌環(huán)方式當網(wǎng)絡(luò)輕負載

時效率較低，重負載時效率提高，該方式結(jié)構(gòu)復(fù)雜、不易擴展。

令牌總線方式在物理總線上建立了一個邏輯環(huán)，物理上是總線網(wǎng)，邏輯上是環(huán)形網(wǎng)。和

令牌環(huán)一樣，在令牌總線中的站點只有獲得令牌才能發(fā)送信息，因而不會發(fā)生沖突。當網(wǎng)絡(luò)

重載時，采用令牌總線方式可大大提高網(wǎng)絡(luò)利用率，該方式適合于工業(yè)自動化系統(tǒng)。

2.2.5現(xiàn)場總線技術(shù)

現(xiàn)場總線是應(yīng)用在生產(chǎn)現(xiàn)場，在微機化測量控制設(shè)備之間實現(xiàn)雙向串行多節(jié)點數(shù)字通信的

系統(tǒng)。目前較流行的現(xiàn)場總線主要有以下五種CAN、PROFIBUS、Lonworks、HART和FF。

1.控制器局部網(wǎng)（CAN）

CAN總線最早由德國Bosch公司推出，是用于汽車內(nèi)部測量與執(zhí)行部件之間的數(shù)據(jù)通信

協(xié)議。其總線規(guī)范已被ISO國際標準組織制定為國際標準，并且廣泛應(yīng)用于離散控制領(lǐng)域。

它也是基于OSI模型，但進行了優(yōu)化，采用了OSI模型的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層，提

高了實時性。其節(jié)點設(shè)有優(yōu)先級，支持點對點、一點對多點以及廣播模式通信。各節(jié)點可隨

時發(fā)送消息。傳輸介質(zhì)為雙絞線，通信速率與總線長度有關(guān)。CAN總線采用短消息報文，每

一幀有效字節(jié)數(shù)為8個；當節(jié)點出錯時，可自動關(guān)閉，抗干擾能力強，可靠性高。

2.PROFIBUS總線

PROFIBUS是符合德國國家標準DIN19245和歐洲標準EN50179的現(xiàn)場總線，包括

PROFIBUS-DP、PROFIBUS-FMS、PROFIBUS-PA三部分。它也只采用了OSI模型的物

理層、數(shù)據(jù)鏈路層以及應(yīng)用層。PROFIBUS支持主從方式、純主方式、多主多從通信方式。

主站對總線具有控制權(quán)，主站間通過傳遞令牌來傳遞對■總線的控制權(quán)。取得控制權(quán)的主站，

可向從站發(fā)送、獲取信息。PROF1BUS-DP可用于分散外設(shè)間的高速數(shù)據(jù)傳輸，適合于加工

自動化領(lǐng)域。FMS型適用于紡織、樓宇自動化、可編程控制器、低壓開關(guān)等。而PA型則可用

于過程自動化領(lǐng)域。

3.LonWorks

LonWorks是美國Echelon公司于1992年推出的局部操作網(wǎng)絡(luò),最初主要用于樓宇自動化,

但很快發(fā)展到工業(yè)現(xiàn)場網(wǎng)，現(xiàn)有3000多家公司支持并開發(fā)基于這?技術(shù)的產(chǎn)品。它采用了OSI

參考模型全部的七層協(xié)議結(jié)構(gòu)。LonWorks技術(shù)的核心是具備通信和控制功能的Neuron芯片。

Neuron芯片可實現(xiàn)完整的LonWorks的LonTalk通信協(xié)議。其上集成有三個8位CPU,一個

CPU完成OSI模型第一和第二層的功能，稱為介質(zhì)訪問處理器：一個CPU是應(yīng)用處理器，運

行操作系統(tǒng)與用戶代碼；還有一個CPU為網(wǎng)絡(luò)處理器，作為前兩者的中介，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)變量尋

址、更新、路徑選擇、網(wǎng)絡(luò)通信管理等。由神經(jīng)芯片構(gòu)成的節(jié)點之間可以進行對等通信。

14

第2章計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)技術(shù)基礎(chǔ)

LonWorks支持多種物理介質(zhì)并支持多種拓撲結(jié)構(gòu)，組網(wǎng)方式靈活。LonWorks的應(yīng)用范圍主要

包括樓宇自動化、工業(yè)控制等，在組建分布式監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)方面有較優(yōu)越的性能。

4.HART

HART協(xié)議是由Rosemount公司于1986年提出的通信協(xié)議。它是用于現(xiàn)場智能儀表和控

制室設(shè)備間通信的一種協(xié)議。它包括ISO/OSI模型的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層。HART通

信可以有點對點或多點連接模式。這種協(xié)議是可尋址遠程傳感器高速通道的開放通信協(xié)議，

其特點是在現(xiàn)有模擬信號傳輸線上實現(xiàn)數(shù)字信號通信，屬于模擬系統(tǒng)向數(shù)字系統(tǒng)轉(zhuǎn)變過程中

的過渡產(chǎn)品，因而在當前的過渡時期具有較強市場競爭力，在智能儀表市場上占有很大的份

額。

5.FF

基金會現(xiàn)場總線FF是在過程自動化領(lǐng)域得到廣泛支持并具有良好發(fā)展前景的一種技術(shù)。

其前身是以美國Fisher—Rosemount公司為首，聯(lián)合Foxboro、橫河、ABB、西門子等80家公

司制定的ISP協(xié)議和以Honeywell公司為首,聯(lián)合歐洲等地150家公司制定的WorldFIP協(xié)議。

這兩大集團于1994年9月合并，成立了現(xiàn)場總線基金會，致力于國際上統(tǒng)一的現(xiàn)場總線協(xié)議

的開發(fā)。

基金會現(xiàn)場總線分為H1和高速H2兩種通信速率。H1的傳輸速率為31.25Kbps,通信距

離可達1.9km,可支持總線供電和本質(zhì)安全防暴環(huán)境。H2的傳輸速率可為1Mbps和2.5Mbps

兩種，通信距離為750m和500m。物理傳輸介質(zhì)可為雙絞線、光纜和無線，其傳輸信號采用

曼切斯特編碼?；饡F(xiàn)場總線以ISO/OSI開放系統(tǒng)互連模型為基礎(chǔ)，取其物理層、數(shù)據(jù)鏈

路層、應(yīng)用層為FF通信模型的相應(yīng)層次，并在應(yīng)用層上增加了用戶層。用戶層主要針對自動

化測控應(yīng)用的需要，定義了信息存取的統(tǒng)一規(guī)則，采用設(shè)備描述語言規(guī)定了通用的功能塊集。

FF總線包括FF通信協(xié)議、ISO模型中的2?7層通信協(xié)議的通棧、用于描述設(shè)備特性及操作

接口的DDL設(shè)備描述語言、設(shè)備描述字典，用于實現(xiàn)測量、控制、工程量轉(zhuǎn)換的應(yīng)用功能塊,

實現(xiàn)系統(tǒng)組態(tài)管理功能的系統(tǒng)軟件技術(shù)以及構(gòu)筑集成自動化系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的系統(tǒng)集成技術(shù)。

將現(xiàn)場總線與以太網(wǎng)結(jié)合，從而實現(xiàn)底層生產(chǎn)與上層管理的緊密集成，已成為一種趨勢。

2.2.6計算機控制系統(tǒng)的分類

1.集中式數(shù)字控制系統(tǒng)

集中式數(shù)字控制系統(tǒng)(DDC,DirectDigitalControl)在20世紀七八十年代占主導(dǎo)地位。它

采用單-片機、可編程邏輯控制器(PLC)、順序邏輯控制器(SLC,SequenceLogicalController)

或微機作為控制器。集中式數(shù)字控制系統(tǒng)的優(yōu)點是易于根據(jù)全局情況進行控制計算和判斷，

在控制方式、控制時間的選擇上可以統(tǒng)一調(diào)度和安排。不足是對控制器本身要求很高，必須

具有足夠的處理能力和極高的可靠性，當系統(tǒng)任務(wù)增加時，控制器的效率和可靠性將急劇下

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第2章計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)技術(shù)基礎(chǔ)

2.集散控制系統(tǒng)

集散控制系統(tǒng)(DCS,DistributedControlSystem)在20世紀八九十年代占主導(dǎo)地位。其核

心思想是集中管理、分散控制，即管理與控制相分離，上位機完成集中監(jiān)視管理功能，若干

臺下位機分散到現(xiàn)場實現(xiàn)分布式控制，上下位機之間通過控制網(wǎng)絡(luò)互連以實現(xiàn)相互間的信息

傳遞。這種分布式控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有力地克服了集中式數(shù)字控制系統(tǒng)中對控制器處理能力和可

靠性要求高的缺陷。在集散控制系統(tǒng)中，分布式控制思想的實現(xiàn)正是得益于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展

和應(yīng)用。

3.分級控制系統(tǒng)

現(xiàn)代微機、通信技術(shù)和CRT顯示技術(shù)的進展，使得微機控制系統(tǒng)不但具有控制功能，而

且還有生產(chǎn)管理和指揮調(diào)度功能。在如圖224所示的分級控制系統(tǒng)中，除了直接數(shù)字控制和

監(jiān)督控制以外，還包含工廠級集中監(jiān)督微機和企業(yè)級經(jīng)營管理微機。在企業(yè)經(jīng)營管理中，除

了管理生產(chǎn)過程的控制，還具有生產(chǎn)管理、收集經(jīng)濟信息、計劃調(diào)度、產(chǎn)品訂貨和運輸?shù)裙?/p>

能。

分級控制系統(tǒng)是工程大系統(tǒng)，它要解決的不是局部最優(yōu)化問題，而是一個工廠、一個公

司乃至個區(qū)域的總目標或總?cè)蝿?wù)的最優(yōu)化問題，即綜合自動化問題。最優(yōu)化的目標函數(shù)包

括產(chǎn)量最高、質(zhì)量最好、原料和能耗最小、成本最低、可靠性最高、環(huán)境污染最小等指標，

它反映了技術(shù)、經(jīng)濟、環(huán)境等多方面的綜合性要求。

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第2章計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)技術(shù)基礎(chǔ)

圖2.2.4分級控制系統(tǒng)

2.3現(xiàn)場設(shè)備及其繼電接口電路

為了實現(xiàn)車站技術(shù)作業(yè)，計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)還應(yīng)包括指揮列車運行的信號機，轉(zhuǎn)換道

岔的電動轉(zhuǎn)轍機，監(jiān)督軌道有無車占用的軌道電路等現(xiàn)場設(shè)備及其繼電接口電路。

2.3.1道岔

在車站聯(lián)鎖區(qū)內(nèi)的每組道岔處，都要設(shè)置臺用來轉(zhuǎn)換道岔、鎖閉道岔和反映道岔狀態(tài)

的電動轉(zhuǎn)轍機。

1.電動轉(zhuǎn)轍機

目前，我國普遍采用ZD6型電動轉(zhuǎn)轍機。它采用集中供電，由室內(nèi)電源屏供出直流220V

道岔動作電源和交流220V道岔表示電源。

運營對電動轉(zhuǎn)轍機的基本要求是：

①作為轉(zhuǎn)換器，應(yīng)具有足夠大的拉力，帶動尖軌作直線往復(fù)運動；當尖軌被阻不能繼續(xù)

移動時，應(yīng)隨時通過操縱使尖軌向回移動恢復(fù)原位。

②作為鎖閉器，當尖軌與基本軌不密貼時，不應(yīng)對尖軌進行鎖閉，沒鎖閉則不應(yīng)使轉(zhuǎn)換

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第2章計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)技術(shù)基礎(chǔ)

過程結(jié)束；一旦鎖閉，應(yīng)保證不致因列車通過道岔時的振動，而使尖軌解鎖。

③作為表示器，應(yīng)能反映出道岔的三種狀態(tài)：道岔在定位；道岔在反位；道岔不密貼或

被擠已處于四開狀態(tài)。

④道岔被擠后，在未修復(fù)前，不應(yīng)再使道岔轉(zhuǎn)換。

為了完成上述要求，電動轉(zhuǎn)轍機應(yīng)具備下列器件：

⑤電動機。我國鐵路選用的是直流串激可逆電動機。

⑥尖軌鎖閉器。尖軌鎖閉器是當?shù)啦磙D(zhuǎn)換完了后，將尖軌鎖在密貼的位置匕以防止列

車通過道岔時，將尖軌震開縫隙。

⑦自動開閉器。隨著尖軌的解鎖、轉(zhuǎn)換和鎖閉過程，在轉(zhuǎn)轍機內(nèi)部應(yīng)有個自動開閉電

機電路和自動開閉道岔表示電路的接點系統(tǒng)，這個接點系統(tǒng)就叫做自動開閉器。把自動開閉

電機電路的接點叫做定位動作接點（DD）和反位動作接點（FD）。FD用來開閉道岔向反位轉(zhuǎn)

的電路。把開閉道岔表示電路的接點叫做定位表示接點（DB）和反位表示接點（FB）o

此外，電動轉(zhuǎn)轍機應(yīng)具有擠岔裝置等器件。其中，擠岔裝置是在擠岔時，保護轉(zhuǎn)轍機的

主要部件不受損壞。

2.道岔繼電接口電路

目前道岔繼電接口電路廣泛采用四線制道岔控制電路，它可分為道岔啟動電路和表示電路

兩部分。啟動電路使電動轉(zhuǎn)轍機動作來轉(zhuǎn)換道岔，表示電路則把轉(zhuǎn)換后的道岔位置反映到信

號樓內(nèi)來。以下分別對這兩部分電路的構(gòu)成原理作以說明。

（1）道岔啟動電路的構(gòu)成原理

為保證列車運行安全，道岔啟動電路應(yīng)保證實現(xiàn)以下技術(shù)條件：

①道岔區(qū)段有車時，道岔不應(yīng)轉(zhuǎn)換，此種鎖閉叫做區(qū)段鎖閉。

②進路在鎖閉狀態(tài)時，進路上的道岔都不應(yīng)再轉(zhuǎn)換。此種鎖閉叫進路鎖閉。

③維修道岔或值班人員因某種原因人為地把道岔鎖在一?定位置時，該道岔不應(yīng)再轉(zhuǎn)換。

此種鎖閉叫道岔單獨鎖閉。

④當?shù)啦韱与娐芬呀?jīng)開始動作后，如果車隨即駛?cè)氲啦韰^(qū)段，則應(yīng)保證轉(zhuǎn)轍機能繼續(xù)

轉(zhuǎn)換到底，不受上述區(qū)段鎖閉的限制而使道岔停止轉(zhuǎn)換。

⑤道岔啟動電路動作后，如果因轉(zhuǎn)轍機的自動開閉器接點接觸不良或電動機的整流子與

炭刷間接觸不良，以致電動機電路不通時，應(yīng)自動切斷啟動電路的電源，保證道岔不會再轉(zhuǎn)

換。

⑥為了便于維修和實驗，以及在尖軌和基本軌間夾有障礙物（如道渣等）而使道岔不能

轉(zhuǎn)換到底時，能使道岔轉(zhuǎn)回原位，必須保證無論道岔轉(zhuǎn)換到什么位置都可通過手動操縱隨時

使它向反方向轉(zhuǎn)換。

⑦道岔轉(zhuǎn)換完畢，應(yīng)自動切斷電動機電路。

道岔啟動電路對每組單動道岔或每組雙動道岔的電路結(jié)構(gòu)基本相同。下面就以單動道岔

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第2章計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)技術(shù)基礎(chǔ)

啟動電路為例來分析啟動電路工作原理。電路如圖231所示。

圖2.3.1四線制道岔啟動電路

道岔啟動電路采用分級控制方式控制道岔轉(zhuǎn)換，由第道岔啟動繼電器1DQJ檢查聯(lián)鎖條

件，符合要求才能啟動勵磁；然后由第二道岔啟動電路繼電器2DQJ控制電機的轉(zhuǎn)動方向，決

定電機將道岔轉(zhuǎn)向定位還是反位；最后由直流電動機轉(zhuǎn)換道岔。

如圖231所示道岔在定位狀態(tài)，當將該道岔選至反位時FCJ吸起，在確認進路解鎖后，

由FCJ的第六組前接點將1DQJ的3-4線圈勵磁電路接通。

1DQJ勵磁后，用其前接點構(gòu)成2DQJ的轉(zhuǎn)極電路，轉(zhuǎn)極后用2DQJ第四組接點切斷1DQJ

的勵磁電路。

由于1DQJ的吸起和2DQJ的轉(zhuǎn)極，接通1DQJ的1-2線圈自閉電路，也是室外電機的送

電電路，使電動轉(zhuǎn)轍機中直流電動機轉(zhuǎn)動，將道岔從定位轉(zhuǎn)換至反位。電機轉(zhuǎn)動過程中保持

1DQJ自閉吸起。電機供電電路為：

DZ220—RD3—1DQJL2—1DQJ|2-U—2DQJUT3一外線X2一自動開閉器接點11-12（FD）-

電動機定子線圈2-3—電動機轉(zhuǎn)子3-4—遮斷器05-06—外線X4-2DQJ⑵.⑵一RD2—

DF220

在電動轉(zhuǎn)轍機表示桿的作用下，道岔剛轉(zhuǎn)換時，自動開閉器第二組動接點將41-42（定位

動作）接點接通，準備電動機反轉(zhuǎn)回路；待道岔轉(zhuǎn)換至反位后，自動開閉器第一組動接點將

11-12（反位動作）接點斷開，使電機停止轉(zhuǎn)動。同時切斷1DQJ的1-2線圈電路，使1DQJ緩

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第2章計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)技術(shù)基礎(chǔ)

放后落下，用其第一組后接點接通道岔表示電路。在道岔轉(zhuǎn)換過程中，2DQJ保持不動。

若要再將道岔轉(zhuǎn)回定位，只需選路時DCJ吸起，則1DQJ又勵磁，2DQJ的3-4線圈接通

又轉(zhuǎn)極，直流電動機定子1-3線圈通電將道岔轉(zhuǎn)至定位，自動開閉器41-42接點斷開，電機停轉(zhuǎn),

1DQJ落下接通道岔定位表示電路。

(2)道岔表示電路的構(gòu)成原理

道岔我示是重要的聯(lián)鎖信息，因此道岔表示電路必須滿足以下技術(shù)要求：

①為了實現(xiàn)斷線保護，只能用繼電器的吸起狀態(tài)與道岔工作狀態(tài)(危險側(cè))相對應(yīng)。繼

電器的失磁狀態(tài)與道岔的非工作狀態(tài)(安全側(cè))相對應(yīng)。因此對每一組單動或雙動道岔要設(shè)

兩個表示繼電器，即道岔定位表示繼電器DBJ和道岔反位表示繼電器FBJ.

②為了實施混線保護，當室外的聯(lián)系電纜芯線混線或混入了外部電源，必須使DBJ和FBJ

都處于失磁落下狀態(tài)。

③當?shù)啦硖幱谵D(zhuǎn)換和擠岔狀態(tài)時，應(yīng)保證DBJ和FBJ失磁落下，使道岔處于無表示狀態(tài)。

實現(xiàn)卜一述技術(shù)條件，可設(shè)計出多種表示電路。圖2.3.2是四線制道岔控制電路的表示電路

原理圖。當?shù)啦磙D(zhuǎn)至規(guī)定的位置后，由電動轉(zhuǎn)轍機自動開閉器的定位表示接點或反位表示接

點接通道岔表示電路，將道岔位置反映到信號樓內(nèi)，用自動開閉器的定位表示接點接通道岔

定位表示繼電器DBJ,用反位表示接點接通道岔反位表示繼電器FBJ.

圖232四線制道岔表示電路

道岔表示電路的DBJ和FBJ由兩個偏極繼電器組成，由道岔表示變壓器BB供電。道岔

在反位時，F(xiàn)