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计算机联锁系统技术,第十章 典型计算机联锁系统,本章主要内容,TYJL系列计算机联锁控制系统 DS6系列计算机联锁控制系统 JD系列计算机联锁控制系统 CIS系列计算机联锁控制系统 国外计算机联锁控制系统,10.1 TYJL系列计算机联锁控制系统,TYJL系列计算机联锁控制系统是铁道科学院研制的铁路车站信号控制，主要产品包括： TYJLII型双机热备结构计算机联锁控制系统 采用3取2安全计算机的TYJLTR9型计算机联锁控制系统,TYJLII型双机热备型计算机联锁系统,TYJLII型计算机联锁系统是一个分布式多处理系统，系统采用模块化结构，可根据站场的实际需要，进行拼装连接，构成大小不一的系统，示意图如下：,其他网络,MODEM,列控 系统,信息 处理系统,B,监控机A （MMI）,数字化仪,维修终端,局域网,综合控制中心,光端机,光端机,联锁总线,光缆,光缆,B,执行机A,采集,驱动,B,执行机A,采集,驱动,B,执行机A,采集,驱动,B,执行机A,采集,驱动,控制台,微机房,现场设备,10.1.1 TYJLII型系统结构及功能,监视控制系统由控制台和监控机构成，是系统的操作界面和人机接口。 主控系统由联锁机、执行表机组成，是联锁控制系统的核心，完成系统的调度、通信、诊断以及现场信息的采集，联锁逻辑的运算和控制命令的输出等功能。 接口系统该系统对内与主控系统相连，对外与现场设备相连，主要由采集结合电路、动态驱动设备和继电器控制电路组成。 辅助电路主要由电务维修机等组成，电务维修机存储记录计算机联锁控制系统的全部运行信息，并为电务维修人员提供人机界面。 电源系统主要由配电柜或综合柜组成、负责给系统各组成部分供电。,10.1.2 TYJLII型软件系统及其功能,TYJLII型计算机联锁软件一般划分为三个子系统： 监控机软件系统 主控机软件系统 维护软件系统 软件间的沟通用系统管理软件（专用通讯软件）实现,监控机软件系统,由于不涉及行车安全，采用单软件结构，其主要功能为： 对值班员的所有操作进行提示、处理并记录，接收值班员的有效操作命令，向主控系统发出相应的执行命令； 接收主控系统提供的站场表示信息，向值班员提供站场图象的实时显示； 向值班员提供整个系统的工作状态信息，报警信息和简要的故障信息； 记录系统的全部操作和运行信息； 向辅助系统提供记录信息，与其他必要的信息系统接口,主控机软件系统,采用双版本软件结构，系统内两套相互独立版本的联锁程序同时运行，联锁逻辑运算结果在控制命令输出级进行比较，比较一致时，方可发出驱动命令，主要包括以下模块： 调度管理模块：实现系统软件的整体管理，形成专用的小型操作系统； 通信模块：完成系统设备间的通信； 选路模块：完成选路运算； 采集控制模块：完成信息采集和控制驱动功能； 锁闭模块：完成进来锁闭功能检查； 信号检查模块：完成对信号开放条件的检查； 解锁模块：完成进来解锁功能检查； 站场描述数据模块：完成站场结构静态数据描述。,维护及检测软件系统,主要功能有： 站场状态的跟踪与回放，操作命令记录和故障记录； 远程诊断功能； 监控系统时钟调校功能； 与其他信息系统接口功能。,10.1.3 TYJLII型硬件系统结构及功能,TYJLII型硬件系统包括以下几个部分： 监视控制系统 主控系统 接口系统 主备双机切换系统 电源系统 辅助系统,监视控制系统,监视控制系统由控制台和监控机构成 监控机选用工业PC机，主要实现人机对话，进来初选，采用双套配置同时运行，可实现人工切换或自动切换。,主控系统,主控系统主要由联锁机和执行表机组成，其联锁机和执表机的硬件结构完全相同，包括微处理器系统，信息采集及控制驱动和电源装置三大部分，结构图如下：,S T D 总线,联 锁 机 CPU,通信板1,通信板2,STD01,驱动I/O板,采集I/O板,STD02,机柜面板点灯,联锁总线切换盒,JKJ、ZBJ通信,采集 总线,驱动 总线,采集板,驱动板,接 口 板,热备主机通信,主控系统,微处理器系统 选用STD标准总线工控机，主要由STD5093微处理器板、通信板以及接口板组成。 信息采集和控制驱动 通过信息采集板和控制驱动板完成现场设备表示信息的采集以及控制命令的输出驱动与执行。 电源装置 主要供给STD微机系统，采集板和驱动板各种所需电源。,接口系统,指机械室内对外与现场设备相连，对内与主控系统相连的电路系统，可分为两大部分： 采集电路由主控系统通过对相关继电器接点的数字量采集完成的 输出驱动电路沿用电气集中使用安全型继电器控制现场设备的方式，由主控系统驱动板给出的动态脉冲需经功率放大方能输出驱动电路实现此功能，主要由动态驱动电源，动态驱动电路和偏极1000的安全型继电器组成。,主备双机切换系统,在TYJLII型计算机联锁控制系统中，联锁机、执表机和监控机均为A、B两套，两套设备通过切换实现主备关系的交换，以保证一套设备发生故障时系统能不间断运行，主要由两部分构成： 切换控制电路包括联锁机切换电路、执表机切换控制电路、监控机及控制台切换控制电路，实现对联锁机、执表机、监控机的主备切换，也可通过人工或自动控制实现。 切换校核电路包括联锁机切换校核电路和执表机切换校核电路，主要用来校核切换手柄、LQHJ、ZQHJ及其复示继电器间动作和状态是否一致，实现对切换电路的检查，发现错误，及时切断输出，保证安全。,电源系统,系统需要电源屏提供两路经过隔离变压器的220V电源，经过配电柜隔离电压、抗干扰处理后分配给各个设备使用，除此之外，还有以下几类电源： 采集、驱动电源：DC 12V，由联锁机和执表机机柜输出，作为采集回线和驱动回线电源； 计算机工作电源：DC 5V，供联锁机、执表机工作使用； 切换电源：DC 24V，由配电柜输出，供切换电源使用； 直流稳压电源：DC 28V或32V，供动态继电器或动态驱动盒使用。,辅助系统,一般由电务维护终端和微机检测系统构成，电务维修机采用标准工业机 电务维修机自动记录计算机联锁控制系统的工作状态及现场作用情况，并可以实现记录回放，便于维修人员进行在线诊断和远程诊断，实现与TDCS等信息系统接口 微机检测用来检测记录信号设备的模拟量及开关量，为电务维修人员提供设备的工作状态信息。,10.1.4TYJLII型系统的技术特点,系统采用高可靠工业控制计算机，以热备双冗余结构组成联锁处理系统，可实现双套联锁控制系统的快速同步功能，不影响值班人员的操作和现场显示。 联锁程序采用双软件结构，在控制命令级进行比较，提高了联锁运算的安全性，同时程序设计采取分层网络结构，进一步提高软件的安全性。 系统的采集电路和驱动电路采用动态脉冲工作方式，当任一部件故障时，均能导致信息脉冲中断，保证故障安全。 系统严格采用闭环控制原理，通过对输出控制命令分层双重回读的闭环控制，可对驱动混线、驱动板故障、I/O故障等进行有效检查，保证故障安全。 系统设有切换校核电路对切换电路的一致性进行检查，校核有误时联锁机将停止输出，以保证系统安全。 系统具有强大的故障诊断能力，并通过维修机记录下来，供电务维修人员参考。,TYJLTR9型计算机联锁系统,系统由容错联锁主机、监控机、控制台、电务维修机等组成，原理图如下：,输入 电路A,输入 电路B,输入 电路C,输入 端子,输出 电路A,输出 电路B,输出 电路C,主处 理器B,主处 理器A,主处 理器C,输出 端子,表 决,I/O总线,I/O总线,I/O总线,TRIBus,TRIBus,TRIBus,TYJLTR9型硬件系统及其功能,联锁子系统 监控子系统 输入/输出子系统 维护子系统 电源系统,联锁子系统,主处理器模块：采用3取2表决完成逻辑运算 电源模块：冗余的电源模块提供计算机工作的内部电源 采集模块：采集现场信息，并传递给处理器模块 驱动模块：执行处理器的命令，驱动现场继电器 通信模块：完成联锁机和其他设备之间的通信,监控子系统,由工控机、光端机、视频复视器和集线器组成。 实现人机对话，操作人员利用鼠标进行操作，办理接发车进来、调查进来等。,输入/输出子系统,完成对现场设备信息的采集和对有关设备的驱动 每个输入模块都有相同的分电路（A、B、C）。相互完全隔离并独立操作，人一条分电路的故障不会扩散到其他分电路 每个输出模块也有三条相同的隔离分电路。每条分电路由各I/O微处理器通过相应的I/O总线从相应的主处理器中获取输出数据。,维护子系统,主要由维修机组成，给电务人员提供系统工作信息，实现与其他信息系统的接口。,电源系统,提供系统所需的各类工作电源，包括联锁机电源，控制台电源、维修机电源、I/O电源。,10.1.5 TYJLTR9型系统的技术特点,关键部件采用三重冗余，提高系统的可靠性与安全性。 采用TRISTATION1131编程环境，提供了很好的文档管理，提高联锁软件的可靠性和安全性。 联锁安全性软件与联锁功能软件相互分离，降低了软件设计的复杂性。 通用联锁模块库与定制特殊功能模块相结合，提高了联锁软件的通用性和灵活性。 完善的自我诊断能力、清晰的故障显示、在线的故障模块替换使系统便于维护。,10.2 DS6系列计算机联锁控制系统,DS6系列计算机联锁控制系统是由通信信号总公司研究设计院研制的铁路车站信号控制系统，主要产品包括： DS6-11型双机热备结构计算机联锁控制系统 关键部件采用日本京三公司2取2安全计算机的DS6K5B型计算机联锁控制系统,备机,DS6-11型系统结构及其功能,DS6-11型计算机联锁控制系统是分布式多微处理系统，由控制台子系统、联锁子系统、检测子系统以及输入/输出接口组成，结构如下图：,控制台 分机,监测分机,通信分机,模拟量 采集接口,彩色显示器,外设,远程监视接口,图形显示器,图形显示器,外设,行车控制台,双重冗余局域网,联锁机A,联锁机B,采集 接口,驱动 接口,采集 接口,驱动 接口,联锁子系统,输入/输出接口,热备用输出,动态编码输入,动态编码输入,继电器接口电路,道岔 信号 ATP接口电路,检测子系统,控制台子系统,DS6-11型系统结构,控制台子系统的主要功能：将值班员的按钮操作命令发送给联锁机，使联锁机根据值班员的操作意图实现联锁运算；将车站现场设备的状态和值班员当前的操作信息以及计算机联锁系统的工作状态实时地通知值班员。 联锁子系统的主要功能：接收由开关量输入接口采集的现场信号设备状态，以及来自控制台的操作命令，进行联锁运算，产生输出命令。再通过开关量输出接口驱动继电器，实现对道岔和信号机的控制。 监测子系统的主要功能：帮助计算机联锁控制系统管理和维护人员分析事故原因和查找设备故障，具有当前信息显示、记忆信息查询、作业再现和打印功能。,DS6-11型软件系统及其功能,控制显示软件 联锁控制软件 监测软件,控制显示软件,组成模块包括： 控制台操作信息采集程序：定时采集控制台按钮操作信号。 站场图形显示程序：以图形方式实时显示站场信号设备的变化，轨道占用情况等。 鼠标操作处理程序：将鼠标操作转换成与按钮操作相对应的信息。 操作提示和报警信息提示与输出。,联锁控制软件,组成的程序模块： 控制台命令处理程序：控制台命令处理程序根据控制显示分机发送来的操作信息形成相应的控制命令，唤醒不同的程序模块进行相应的处理，并对非法操作进行防护。 联锁运算程序：系统设计了两套联锁程序，一套按照进路联锁表的数据结构进行运算，另外一套按照信号设备的相互关系对与之对应的数据结构进行运算，其结果在输出命令级进行比较，一致时输出。,监测软件,组成的程序模块： 人机命令处理程序：响应键盘操作，完成对数据库的检索、显示、打印、图型显示、再现、双机切换等处理； 实时数据库管理程序：把从控制显示分机和联锁机接收来的信息记录在数据库。,DS6-11型硬件系统及其功能,控制台子系统 联锁子系统 输入/输出接口 网络通信子系统 继电器接口电路 电源系统,控制台子系统,控制台子系统由控制显示机、行车控制台、站场显示设备、控显机转换箱组成。 控制显示机采用PC总线工业控制机，硬件上采用双机热备结构，其包括主机板、开关量输入/输出板和局域网接口板等。 行车控制台是办理行车作业的人机界面。,联锁子系统,联锁机采用美国TEXAS工控机 主机板的CPU采用486/66，内存4MB 局域网接口板实现联锁机和控显机、联锁机与监测分机的信息传递和交换。 每块开关量输入/输出接口板均有144路I/O，可分为6个通道。 光电耦合板的作用是实现计算机和继电器电路之间的电平转换和电气隔离。,输入/输出接口,状态信息采集接口系统采用动态编码输入方式采集状态信息，微机产生15种8位不同编码的脉冲信号，分别输出到被采集继电器的空闲接点的前后接点上，然后从中间接点读取信息，根据读取的信号编码可判断出继电器的状态，如下图：,CPU板,开 关 量 输 入 / 输 出 接 口,光隔离 驱动 电路,光隔离 输入 电路,状态码输出,表示信息输入,联锁机,输入/输出接口,微机输出驱动接口微机输出采用动态方式，动态信号，由软件控制。输出信号在导通状态送出KF24，截止时为高阻态。输出驱动电路的公共端接经GZJ（工作继电器）前接点给出的条件KF，如下图：,CPU板,开 关 量 输 入 / 输 出 接 口,联锁机,光隔离 驱动 电路,动 态 板,KF24V,KF24V,网络通信子系统,由监测分机、控显分机、联锁机A、联锁机B组成双冗余通信网 每个分机均采用双局域网卡，并对每个网卡进行固定地址的配置,继电器接口电路,微机联锁的接口电路是微机系统与室外信号设备之间的接口。 目前采用继电器电路实现 主要有信号点灯电路、道岔控制电路、轨道电路。,电源系统,系统采用交流220V电源，采用两台1.4KV.A的UPS，一台供给设备用电，另一台备用。,DS6-11型系统技术特点,联锁子系统采用动态冗余的双机热备结构，具有故障自动切换和人工切换功能，在切换工程中现场信号设备状态不会受到影响。 联锁软件采用双份编码、模块化和结构化设计。 安全输入采用动态驱动方式。表示信息输入采用动态编码方式，满足故障导向安全。 系统具有完善的自检测和故障诊断功能，并可提供远程监视，为设备维护提供有力的技术支持，并可以与其他信息联网交换信息。,DS6K5B型计算机联锁控制系统,DS6K5B系统由控制台操纵表示设备、控显双机、监测机、联锁机、电子终端、继电器接口电路和电源组成，分为人机界面层、联锁运算层和执行控制层，如下图：,联锁机 I系,联锁机 I系,电子终端 I系,电子终端 II系,DS6K5B型软件系统及其功能,控制台操作显示软件 系统维护软件 联锁控制软件 系统通信软件 输入/输出控制软件 CAD软件,控制台操作显示软件,由C开发，运行在Windows NT操作系统的控制台分机上，主要功能： 实时响应操作命令并及时记录设备动作状态； 及时记录操作工作； 实时处理和显示设备状态； 操作员权限处理,系统维护软件,由C开发，主要功能： 实时显示信号设备动作状态及时记录设备动作状态； 实时监视系统个部件的运行状态； 监视通信状态； 再显历史记录信息处理； 远程维护功能,联锁控制软件,由WC和LDC语言开发，在系统管理程序调度下运行，包括系统初始化、系统周期管理，二重冗余管理、联锁逻辑运算、输入/输出控制等。,系统通信软件,通信软件包括： 联锁控制系统和控制台分机通信，联锁控制系统与系统维护分机通信，联锁控制系统与输入/输出模块通信，控制台机与系统维护分机通信。,输入/输出控制软件,包括模块输入信息和模块输出命令控制，主要功能： 实时采集现场设备状态； 定时发送采集的设备状态； 定时接收联锁机二重系发来的命令 实时控制现场设备在命令中的位置； 故障导向安全,CAD软件,由C开发，具有信号平面图录入，联锁数据生成，系统参数配置，站场图形位置数据生成，输入/输出接口配线表生成等功能。,DS6K5B型硬件系统及其功能,人机界面层 联锁运算层 执行控制层 电源,人机界面层,包括控制台分机和监测机，实现车站控制台操作，站场图形显示，系统设备故障监视等功能。 控显分机和监测机都采用标准工业控制机。,联锁运算层,实现联锁逻辑运算，输入输出控制、诊断信息处理及二重系管理等。 联锁机由并列二重系组成，每系都具有故障安全型的主机模块F486，称逻辑控制单元，用于完成联锁逻辑运算和联锁控制软件和硬件管理,执行控制层,包括电子终端和继电器控制电路。 电子终端为采用故障安全型CPU构成的智能控制器，系统设置为二重系。每一系分别和联锁机的两重系通过光缆连接。输出电路按故障安全原则设计，驱动采用静态方式，直接驱动安全型继电器；输入采集电路通过有效的自检测功能，检测出输入电路的故障，保护输入信息的安全性。,电源,由UPS电源和两路直流24V稳压电源组成。 UPS电源设计为双路热备冗余结构，一路为逻辑24V，供联锁机和电子终端的逻辑电路工作；另一路为接口24V，供输入/输出接口驱动继电器和采集表示信息。,DS6K5B型系统的技术特点,交流电源经UPS供给，UPS和直流稳压电源均采用热备冗余设计，具有过压、过流保护功能。 计算机设备个模块内部用电均经过DC-DC变换，实现电气绝缘；所有功能模块之间的连接全部采用光缆连接，做到相互之间的电气隔离；与现场信号设备的连接，经过安全型继电器和电子终端内部光电隔离电路的两级隔离。 联锁机的二重系通过交换同步定时信号，实现周期同步运行。当一系因故障停止输出时，另一系自动接替工作，保证现场信号设备控制不发生间断。 电子终端的每一系都接收联锁机两重系的输出，每一系的输入都发送给联锁机的两重系。这种冗余的连接方式保证任何一部分的单系发生故障，系统都能正常运行，既保证故障安全性，又具有高可靠性。,10.3 JD系列计算机联锁控制系统,JD系列计算机联锁控制系统是由北京交通大学研制的铁路车站信号控制系统，主要产品有： JD1A型双机热备结构计算机联锁系统 关键部件采用日本信号株式会社专用计算机系统的EI32-JD型计算机联锁控制系统,JD1A型系统结构及功能,JD-1A型计算机联锁系统属于分布式计算机联锁控制，特点是分散、信息集中管理。如下图：,机械实组合架继电器,接口配线、通道防雷,采集电路 （A）,输出电路 （A）,采集电路 (B),输出电路 (B),联锁机(A),总线转换电路（A）,联锁机(B),总线转换电路（B）,操作表示机（A）,操作表示机（B）,电务 维修机,人机会话层,联锁运算层,执行层,JD1A型系统结构及功能,操作表示机 办理进路等操作功能；信息显示功能；信息转发功能。 联锁机 接收操作表示机下发的操作命令；通过输入接口电路采集站场状态信息；进行联锁运算；根据运算结果，通过输出接口电路控制组合继电器动作。 接口电路 联锁通过执行层的采集接口电路采集组合架上个继电器状态，通过输出驱动电路驱动组合架继电器动作。 接口配线、通道防雷 根据接口信息进行接口配线，使得组合架继电器与采集、输出驱动电路间一一对应。 电务维修机 接收操作表示机传来的站场状态信息，操作信息，提示信息，故障信息等；显示站场运行状况，故障信息、信息运行状况等；为调度监督系统、TDCS系统、微机监测系统等提供接口。,JD1A型软件系统结构及功能,上位机软件系统 接收操作员的操作输入，判明操作输入能否构成有效的操作命令 联锁机软件系统 控制台命令处理程序 联锁运算程序 电务及检测软件系统 实时监视、记录车站值班员操作、车站运行情况，并对联锁控制系统的运行情况进行监视； 对道岔失去表示、灯丝断丝等车站信号设备故障，计算机联锁控制系统输入/输出电路硬件故障，以及计算机联锁控制系统软件故障进行记录； 再现车站值班员操作、车站运行情况，输入/输出电路工作情况，以及故障信息； 远程诊断功能,JD1A型硬件系统结构及功能,上位机子系统 包括操作继电器表示机、维修机、操作机倒机单元，以及不间断电源UPS 联锁机子系统 采用双机热备的动态冗余结构，两联锁机互为主备，没有主次之分，通过联锁机柜的倒机电路实现双机动态的冗余结构；采用的两套软件在运行期间，不但通过子诊断系统验证本机是否工作正常，实时地交换动态信息，相互比较、验证，来判断本机以及邻机工作是否正常。 输入/输出子系统 输入系统采用安全输入电路，联锁控制多功能匹配板产生方波脉冲，再经由继电器接点、32路输入电路，由联锁机读回；输出驱动和检测机箱用来产生驱动继电器动作的直流电压并检测电路工作是否正常。 计算机网络通信子系统 联锁机、操作表示机之间采用双通信网进行通信，双CAN网同时工作，一旦其中一网故障，另一网仍可保证正常通信。 继电器接口电路 保持了原6502电气集中的道岔控制电路、信号点灯电路、轨道电路结构。 电源系统 所需的两路220V交流电源由车站信号电源屏独立提供。,JD1A型系统技术特点,系统采用独特的外部控制总线控制器，实现计算机总线和控制总线的分离，使系统抗干扰能力提高，兼容、扩展能力增强 联锁机、操作表示机之间采用通信网进行通信，双网同时工作 联锁计算机通过故障安全型动态继电器采集组合架继电器接点状态，每个采集接点通过两套电路同时采集，提高硬件子诊断能力 不仅电源引入联锁控制系统前进行了防雷处理，组合架也进行了处理 联锁机柜的输入/输出电路都采用了光电隔离，保证不受干扰 联锁控制系统具有强大的故障诊断能力，并通过维修机记录下来，供人员参考 可靠性保障技术。设计时采用双机热备的动态冗余结构，并设计有专用的硬件诊断部件和诊断程序，提供尽量全面的软硬件自检测，互检测功能 故障安全保障技术。采集电路为安全输入电路，联锁机控制多功能匹配板产生方波脉冲，再经由继电器接点、32路输入电路，由联锁机读回，保证闭合检测；输出驱动板中的输出驱动电路根据联锁机控制命令产生动态脉冲，驱动电路根据动态脉冲，控制电路充放电，进而产出能动作继电器的直流电平。,10.4 CIS系列计算机联锁控制系统,CIS系列计算机联锁控制系统是由卡斯柯信号有限公司研制的铁路车站信号控制系统，主要产品有： CISI型双机热备结构计算机联锁控制系统 基于美国的专用安全计算机的VPI型双机热备结构计算机联锁控制系统,CISI型系统结构与功能,双机热备动态冗余系统，结构图如下：,上位机A,维修机,监视机,上位机B,网络集线器,