车站信号计算机联锁控制系统

1、车站信号计算机联锁控制系统车站信号计算机联锁控制系统龚承汉2010、4一、计算机联锁概述    车站联锁系统的基本功能是保障车站的行车安全和提高运输效率。车站与车站作业   为了办理客、货运输业务，实现列车的对向会让和同向越行，以及完成其它技术作业，在铁路上每隔一定距离需要设置一个车站。车站把一条铁路线路划分为若干段落，两个车站之间的段落称做区间，车站就成为相邻两个区间的分界点。车站上除了有与区间直接连通的正线外，还配有不同用途的其它线路，所以又称车站为具有配线的分界点。其道岔区域称为上行或下行咽喉。在车站上，除了客、货运输的商务作业外，还有称之为技术作

2、业的列车作业和和调车作业：列车作业主要包括列车由区间驶向股道的接车作业，列车由股道驶向区间的发车作业，以及列车由一个区间经由车站正线不停地直达另一个区间的通过作业。调车作业包括车辆解体和编组、摘挂车辆、机车车辆的转线和转场，以及机车的出入机务段等。无论是列车作业还是调车作业，从运动的角度来看，都是有目的的由某一指定地点运行到另一指定地点。在两个指定得到之间运行所经由的线路称做进路。在车站上，保障列车和调车作业的安全，就是保障进行者两项作业在进路范围内的行车安全。联锁与联锁系统办理一条进路时要经历如下过程：1、选出一条可用的进路；2、道岔控制；3、进路锁闭；4、信号控制；5、进路解锁。由此可以看

3、出，要保障行车安全，必须在道岔、进路和    信号之间建立一定的相互制约的关系和控制顺序，这种制约关系和控制顺序就称做联锁，联锁关系或联锁规则。如果把联锁关系进行详细而完备的描述，并用技术方法实现，就构成了联锁系统。也可称作进路控制系统。车站联锁系统是实现联锁功能的系统，它以进路控制为主要内容。随着铁路运输的需要和科学技术的进步，联锁系统的功能、体系结构、技术运用和操作方式等各方面都在不断地演变和完善。    1、车站联锁系统的层次结构         现

4、代车站联锁系统是以色灯信号机、转辙机和轨道电路作为室外三大基础设备，以电气设备或电子设备实现联锁功能，并集中控制信号机和转辙机地系统。         根据系统各主要部分的功能和设置地点的不同，系统一般分为人机对话层、联锁层、监控层（或称执行层）和室外设备层。          人机对话层的设备设于车站值班室。人机对话层的功能是车站值班员通过其进行操作，向联锁层输入操作信息，接受联锁层输出的反映设备工作状态和行 &#

5、160;   车作业情况的表示信息。             联锁层是车站联锁系统的核心，联锁层设备设在车站信号楼的机械室内。它的功能是实现联锁。联锁层除接受来自人机对话层的操作信息外，还接受来自监控层的反映信号机、转辙机和轨道电路状态的信息，然后根据联锁条件，对输入的操作信息和状态信息，以及联锁机构的当前内部信息进行处理，产生相应的输出信息，即信号控制命令和道岔控制命令，并交付监控层的控制电路予以执行。联锁层所处理的信息都是二值逻辑信号（即都是开关量），

6、因此，联锁层又是逻辑处理（或运算）机构。联锁层必须具有故障安全性能。             监控层是指联锁层与各个监控对象之间的控制电路这一层，其主要功能是：接受来自联锁层的控制命令，改变信号显示；接受来自联锁层的道岔控制命令，动作转辙机，驱动道岔转换；向联锁层传输信号状态信息、道岔状态信息，以及轨道电路状态信息。这些分别通过信号控制电路和道岔控制电路来实现，信号控制电路和道岔控制电路必须是故障安全的。继电集中联锁和计算机联锁   车站联锁设备经历了从机

7、械联锁到继电联锁再到计算机联锁的发展过程。随着微电子技术、计算机技术、信息技术、容错技术的发展，用计算机来实现车站信号控制的计算机联锁系统得到了广泛应用。计算机联锁是以计算机技术为核心，采用通信技术、可靠性与容错技术以及“故障安全”技术实现铁路车站联锁要求的实时控制系统。      继电集中联锁的人机对话层一般采用单元控制台，联锁层和监控层均采用继电电路。      计算机联锁的人机对话层一般采用控制和表示分开的方式，控制部分采用数字化仪、鼠标等，显示部分采用CRT、LCD等显示器；联锁层采用计

8、算机；监控层一般采用继电电路。对继电集中联锁的再认识             继电集中联锁出现以来，应用非常广泛，对行车安全、提高运输效率都起到了非常显著的作用。             继电集中联锁采用继电电路来实现信号、道岔和进路之间的联锁关系，把全部道岔、进路和信号集中起来控制     和监督，在一定程度上实现了

9、站内行车指挥的自动控制，能准确及时地反映现场行车状况，不在需要分散控制时所需的联系时间，而且完全清除了因联系错误而引起的事故，因而大大提高了行车安全程度和作业效率，并极大地改善了行车人员的劳动条件。继电电气集中联锁具有性能比较稳定、操作简便、办理迅速、表示完善、安全可靠等一系列优点。             但是，由继电电路构成继电集中联锁由于其自身的技术原因，有如下缺点：     1、功能不够完善，特别是人机对话功能贫乏，也难于增加或

10、扩展其它功能。     2、不便于和现代化的信息处理系统相连接。如用计算机实现旅客向导系统、计算机辅助运输控制系统、调度集中系统不可能利用标准化的通信接口板/卡与之相连接。     3、专用继电器价格相对稳定而大规模集成电路价格日趋下降，使得大站的继电集中联锁的造价相对较高，继电集中联锁系统要使用更多的电缆、占地面积大、标准化程度比较低、维修量大，在经济方面没有任何优势。计算机联锁的主要技术条件1、计算机联锁能满足各种车站（场）规模和运输作业的需要，保证行车安全，提高运输效率，并具备大信息量和联网能力。2、计算机联

11、锁采用硬件冗余结构，如双机热备、三取二或二乘二取二的结构。可靠度指标：平均故障间隔时间(MTBF)大于或等于10ª（a=6)h；安全度指标：平均危险侧输出间隔时间大于或等于10ª（a=11)h。     （危险侧：如继电器前接点闭合；安全侧：如继电器后接点闭合。保证故障导向安全）3、计算机联锁使用的涉及安全的电路符合故障安全原则；电路故障能及时发现，当故障会危及行车安全时，能切断系统的危险侧输出。4、计算机硬件体系结构为层次结构，如分为人机对话层、联锁运算层和执行表示层。5、计算机联锁具有通过通信前置处理机和通信网与其它系统实现通信能

12、力，与调度指挥系统的数据通信符合有关规定。6、计算机联锁的软件系统达到软件制式检测要求的可靠性和安全性，所有程序具有模块化、结构化和标准化的特点。7、计算机联锁的各种接口与通道能保证长期使用的高稳定性和高可靠性。与安全有关的接口与通道符合故障安全原则，还采取了光电隔离、动态冗余编码、参数限界冗余、故障检测及其它特殊方法，以防止危险后果的发生。8、计算机联锁能通过外部数据通道或计算机网络与其他自动化或管理系统，如CTC、TDCS等连接，与之信息交换。9、计算机联锁设有两路独立电源供电，并且有自动转接功能，以保证不间断供电。计算机和电子设备的直流电源具有不间断供电和有效消除脉冲及浪涌干扰的性能。1

13、0、计算机联锁采取了必要的防电磁干扰和防雷措施，以保证在规定严酷性等级的运用环境中，设备都能正常工作。11、信号设备的接地电阻值不大于10，用于防护电子设备的安全防护地线的接地装置，其接地电阻值不大于4。对于重雷害地区，地线设置还采取了特殊措施。12、监测子系统作为系统的基本组成部分，为维护使用部门提供监测、报警、统计、分析、管理、远程诊断及维护功能。13、根据需要设应急盘，在计算机联锁失效时控制道岔和引导信号。计算机联锁系统的功能、优越性及主要技术特点    1、系统的功能    计算机联锁系统不仅具有继电联锁设备的联锁控制功能，而

14、且利用计算机的快速信息处理能力、储存能力和联网能力，可方便实现继电联锁设备难以实现的一些功能。（1）联锁控制功能：计算机联锁系统的联锁功能与继电联锁电气集中相同的，能根据车站行车的需求，在规定的联锁条件和规定的时序下自动对进路、信号和道岔实现控制。具体包括：  进路的控制。包括列车进路和调车进路的选排、锁闭和解锁；引导进路的控制等。列车进路的办理方法和继电联锁设备办理方法基本相同，仍沿用按压双按钮才形成操作命令的规定，这样可避免因误动一个按钮而产生错误操作命令的可能。一些系统为办理慎重起见，对原铅封按钮的相应办理做了一些改动。  信号的正常开放、关闭、人工重复开放以及防止自

15、动重复开放。   道岔的单独操纵、锁闭和解锁。    此外，通过在联锁软件中增加相应的功能模块，再加上少量的硬件电路，系统可进一步实现一些特殊电路的联锁功能。如：非进路调车控制、平面调车溜放控制、到发线出岔进路控制、延续进路控制以及场间联系等，不存在方向电路、方向电源的电路层次结构，对于长进路一次解锁、中途返回解锁等。（2）显示功能    计算机联锁系统采用大屏幕显示器取代表示盘，可以向操作人员提供更加丰富、直观的显示信息。具体包括：  站场基本图形显示。  现场信号设备状态显示。主要有：道岔的

16、定、反位和四开位置，道岔单独锁闭和封闭状态；信号机的开放和关闭状态，灯丝断丝；轨道电路区段的空闲、占用、锁闭状态。一般用不同的颜色代表不同的含义。  车站值班员按压按钮动作的确认显示。  联锁系统的工作状态、故障报警显示。  时钟显示，必要的汉字提示，如操作错误提示、联锁状态提示、执行失败原因提示等。（3）记录存储和故障检测与诊断        利用计算机的信息处理能力和存储容量大的优点，计算机联锁系统为实现系统维护、行车管理自动化奠定了基础。系统可按时间顺序自动记录和储存车站值班员按钮操作情况

17、、行车设备动作情况和行车作业情况。电务维修人员只需根据功能菜单提示，按压相应的功能键，将前一段时间内的系统运行情况和作业情况按规定格式显示出来，作为查找故障、分析故障的参考。这些信息也可打印出来。提供图像再现功能，即系统可将前一段储存的数据以站场平面图形方式显示在屏幕上，按照实际操作和列车运行情况再现出来，以便更直观地查找故障及分析问题。实际进路储存和自动办理，可进一步提高车站行车作业效率。具有集中检测和报警功能。这主要体现在两个方面：一是联锁系统的自检测功能，当系统自身出现故障时，维护人员可通过屏幕提示的错误号判断、查找故障；二是对信号机、转辙机、轨道电路等现场设备的工作状态进行集中监测，一

18、旦发现故障，及时记录并报警。监测和报警的具体内容，可根据维修需要，全天候或定时对主体信号设备的参数进行测试、分析。判断，超限时及时报警。（4）语音提示功能      具有通过语音或音响在控制台上播放提示信息的能力。当有多条信息需要同时播放时，这些信息轮流播放。（5）结合功能      利用标准化的通信接口板、网络接口板以及通信规程，可直接与现代化信息处理系统（如CTC、微机监测系统、TDCS、列车自动控制系统等）相连接进行数据交换。2、系统的优越性（1）计算机联锁系统能够用较少的硬件投资和发挥软

19、件的作用，较容易地克服继电电路难以解决的一些问题。对接近区段小车的跳动，能够防止错误取消进路；对信号继电器、锁闭继电器前接点的粘连，系统能够及时捡出并报警等等。另外，在进路控制方式上，计算机联锁系统为实现进路储存和自动办理创造了条件。（2）计算机联锁可以最大限度地利用软、硬件资源及冗余和其他容错技术，因此可靠性与安全性更高。（3）计算机联锁系统无论硬件还是软件均采用标准化、模块化结构，不同规模和作业性质的车站或站场，只需要编制一些站场数据，选用功能不同和数量不等的模块组装即可。  因此系统设计、施工工作量大大减小。（4）计算机联锁系统的维护工作量小，且具有自诊断、故障定位功能，降低了

20、维护难度并可通过远距离联网，实现远程故障诊断。另外系统的继电部分结构简单，便于维护，而且继电器用量少，使得继电器维修工作量少。（5）计算机联锁系统能提供现代化的声、像、图文显示，人机交互的功能更加完善，内容更丰富，信息量更大，工作效率更高。（6）计算机联锁系统便于联网，为铁道信号系统向智能化和网络化方向发展创造了条件。通过与CTC联网，可根据调度计划实现进路程序控制。通过与旅客向导服务系统、车次号跟踪系统联网，可构成全方位的计算机综合控制、管理系统，增强了运输调度指挥系统自动化、智能化水平。（7）采用分布式系统结构时，计算机联锁系统可以省去干线电缆，大幅度降低工程造价。（8）体积小、占地面积小

21、，且随车站规模大，节省更为显著。3、系统的主要技术特点（1）人机对话设备已由传统的控制台改为数字化仪、键盘或鼠标加大屏幕显示器等，使得系统操作简便，显示清晰、直观，显示内容更为丰富。（2）系统软、硬件设计全部采用标准化、模块化结构，不同规模和作业性质的车站或站场可通过增减模块，便可适应其需要。硬件模块连接采用接插件结构，便于系统维护。（3）采用高可靠、故障安全硬件结构。通常与联锁有关的计算机模块均采用冗余比较或多数表决的方式实现系统的故障安全保证，并采用双重或三重系统不停顿故障重组技术，提高系统的可靠性和可用性。输入输出接口电路遵循闭环工作原理，并采用动态脉冲形式的故障安全电路，电路中任何一个

22、器件发生故障，均可导致脉冲信息的中断，从而使设备导向安全。对轨道电路，能连续检测列车头部和尾部位置，可以防止由于轨道电路分路不良造成的错误动作和漏解锁。（4）联锁软件设计为双程序比较，两套独立版本的程序采用分层结构，各自使用完全独立的数据；程序和数据运用冗余编码，使得故障在每一层都得到检查，将危险侧故障最终降到最低限度。（5）系统各计算机之间逐步过渡为光纤连接并进行无论通信；信息采用特殊编码和多重冗余等措施，确保数据传输安全可靠。（6）提高系统的稳定性，采取一系列抗干扰措施，外部设备和计算机之间采用光电隔离，设有独立的防雷柜等，保证系统不受干扰影响、运行稳定可靠。（7）系统功能齐全，出联锁控制

23、功能外，普遍还有显示、检错、诊断、储存记录、语音提示以及与室外设备结合等功能。（8）预留有与其他自动化设备（如CTC、TDCS、微机监测系统、列车自动控制系统等）相连接的接口。计算机联锁系统的发展概况    20世纪80年代初，我国开展了计算机联锁系统研究，1984年在南京梅山铁矿投入使用。1989年在郑州北编组站峰尾开通使用，首先用于国家铁路。在干线铁路引进并结合实际开发的系统与1991年在广深线红海站开通使用。1993年在哈尔滨局平房站正式开通国内开发的计算机联锁系统。1998年铁道部实行制造许可证、制式检验合格证、产品合格证的“三证”制管理，确保计算机联锁积

24、极、稳妥、健康地发展。    铁道部通过技术鉴定的系统如下：    1997年12月，铁道科学研究院通号所研制的TYJL-型、TYJL-TR9型。  1999年1月，通号集团公司研究设计院研制的DS6-11型、DS6-20型。  2000年1月，北京交通大学研制的JD-IA型。  2000年8月，卡斯科公司的VPI型。  2000年5月，国产化的TYJL-2000型容错系统。  2000年，中国通信信号集团研究设计院与日本京三制作所合作，采用K5B故障安全型硬件，结合本院自行开发的计算

25、机联锁软件，DS6-K5B型计算机联锁系统。  2001年，北京交大微联科技有限公司、北京铁路局与日本信号株式会社合作，利用日本信号公司的故障安全二取二CPU单板（EI-32单元)，结合JD-IA计算机联锁软件，开发EI32-JD型。  TYJL-型、DS6-11型为双机热备型，TYJL-TR9为三取二型。计算机联锁的发展要进一步提高设备软、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。二、计算机联锁系统的基本原理计算机联锁，通常采用通用的工业控制微机，由一套专用的软件来实现车站信号、进路、道岔间的联锁关

26、系。它实质上是一个满足故障安全原则的逻辑求值器，自动采集、处理信号机、道岔、轨道电路的信息，把车站值班员的控制命令和现场的各种表示信息输入计算机，再根据储存在计算机内的有关条件，进行联锁关系的逻辑运算和判断，然后输出信息至执行机构，实现对车站信号设备的控制和监督。它实现的是多变量输入和多变量输出的复杂的传递函数的转换。是车站信号的实时控制系统。计算机联锁系统所用的计算机1、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

27、它发送数据，或者进行一些其他的处理。计算机实时控制系统要求采用实时工业控制计算机，其主要特点有：实时性强。实时性是指系统具有的在限定时间内对外来事件作出反应的特性，即在按一定的周期对所有的事件进行循检的同时，可以随时响应中断请求。具有充分的过程输入和输出能力。应具有完善的输入/输出设备和外部设备，以直接从现场采集各种信号，对这些信号变量进行处理，然后把结果输出到执行机构。具有通信与联网能力。当需要构成分布式系统时，要求具有便捷的通信能力与构建局域网的能力。高可靠性。系统直接控制着工业过程，要能够在工业环境中长时间的连续工作，如果没有相应的冗余措施，一旦计算机系统发生故障，会造成重大损失。可维护

28、性。系统故障会影响工业过程的正常操作，在系统设计时一定要考虑易于维护，可维护性还有一层意思是，系统的部分改变就可以适应工业现场的变化，而不是整个系统。标准化、系列化。尽量采用国家推荐的标准和优选机型，以提高成功的概率，求得较高的性能/价格比。模块化。组合化的设计方法、模块化的系统结构，可以大大减少二次开发的工作量，缩短开发周期，提高系统质量。此外，需要尽可能方便的系统开发环境、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。在工业控制计算机系统的设计中，最基本的问题是计算机接口技术和人机接口技术。计算机接口技术从信号的流向来看分为输入接

29、口和输出接口；人机接口技术包括：输入技术、显示技术、打印技术。2、工业控制计算机系统  一般来说，普通的商用计算机不能用作工业控制计算机，主要是因为商用计算机在设计上是针对良好的工作环境，在整机的进行、防振动、耐冲击、防尘、耐高温、抗电磁干扰、抗电流浪涌、防化学腐蚀等方面没有采取特殊措施，可靠性较差；商用计算机没有开放式的总线结构，也没有开发相对于工业应用的数据采集及输出等I/O接口模块，而这些都是工业现场对所用计算机提出的基本要求。   为了克服商用计算机在工业应用领域中的种种不足，多选用工业标准微型计算机（也称作工业控制计算机，简称工控机）。总线式工控机与通用

30、商业化计算机的主要区别：为提高可维修性，采用分离式钢板机壳结构。取消了计算机系统母板，其功能集中到一块插卡上(ALL-IN-ONE)。采用开放式总线结构。选用工业化电源。3、总线（1）总线的基本概念  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系统中的各个模板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。其优越性如下：便于采用现在广泛流行的模块化结构设计方法，使系统设计得以简化。能够得到众多的OEM生产厂家的支持，使产品内容丰富，性能提高。各种模块之间具有一定的独

31、立性，且模块的功能比较单一，    便于组织大规模生产，降低产品造价。便于产品的更新换代，延长产品技术生命。可维护性、经济性好。（2）总线标准  为在各模块（设备和子系统）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。  有效、可靠的用总线进行信息交换，对总线信号及传输规则、传送信号的物理介质和进行结构作一系列规定，即为总线规约。总线规约经标准化组织批准即成为总线标准。按总线标准设计的接口可视为通用接口。（3）总线的分类系统总线：内总线或板级总线。通信总线：外总线（并行通信总线488和串行通信总线

32、232）。现场总线：如CAN总线。（4）系统总线。从物理角度来看，系统总线就是一组导线，许多导线直接印制在电路板上延伸到各个部件，规定进行特性、电气特性、功能特性和时间特性。目前流行的总线：STD总线(IEEE961标准）：56根信号线的并行底板总线。其优点是小板结构，高度的模块化；严格的标准化，广泛的兼容性；面向I/O的设计，适合工业控制用；高可靠性；ISA/PCI总线：ISA（工业标准体系结构）总线，具有16位数据总线、24位地址总线、16级中断、8通道DMA，数据传输速度为8MHz；PCI总线，比ISA快10倍。VME总线（IEEEP1014标准）：数据传输总线、中断优先级总线仲裁总线及

33、公用总线组成，寻址空间大，数据传输速度高；可用于多处理器系统，中断机构能保证各个处理器之间的通信；规约严格，内容全面，易于构成开放式系统。MULTI BUS总线：适应性广泛，它独立于微处理机，不同的处理器之间都可兼容；iSBX插件板和扩展板品种丰富；可靠性高，抗干扰能力强；易于通过对插件板的升级、扩充使系统性能升级。嵌入式PC及其栈接式总线：嵌入式PC，硬件成本低，经济效果好；可利用现成的成套软件；可获得廉价的开发平台；PC/104栈接式总线，没有母线底板，不用插座滑道，采用层叠式封装结构，模块之间采用栈接式连接，8位单栈，16位双栈，同ISA4、通道接口：计算机联锁系统在硬件结构上一般采用多

34、微机系统，在各个微机系统之间应建立传送信息的通道，以做到信息资源共享。（1）通道接口的结构形式：串行接口方式和并行接口方式串行接口方式：RS-232C接口，距离15m，速度20Kbit/s；RS-422接口，其接收芯片如MC3486，发送芯片如MC3487，15m时速度10Mbit/s，1200m时速度96Kbit/s，允许1发送器多接收器；RS-485接口， 15m时速度10Mbit/s，1200m时速度100Kbit/s， 15Km时速度9600bit/s ，允许多发送器多接收器；并行接口方式：应有总线缓冲电路和握手线，由握手线确定控制权，同一时刻只能有一个系统对缓冲区进行读、写操作。此种

35、方式不能实现远距离通信，但能构成紧密的双机系统，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。5、控制器局部网(CAN)    CAN是一种支持分布式控制或实时控制的串行通信网络，属于现场总线的范畴，它的应用范围已遍及各种网络，从高速网络到低成本的多线路网络。主要特征：多主站依据优先权进行总线访问；无破坏性的基于优先权的仲裁；借助接收滤波的多地址帧传送；远程数据请求；配置灵活性；全系统数据相容性；错误检测和出错信令；发送期间若丢失仲裁或由于出错而遭破坏的帧可自动重发送；暂时错误和永久性故障节点的判别以及故障节点的自动脱离。计算机基本知识1、信

36、息与信号  在计算机联锁系统（Computer Based Interlooking 简称CBI系统）中，联锁机与操作表示机之间交换的信息有操作信息和表示信息，这些信息是借助数字信号交换的；联锁机与执行层之间交换的是状态信息和控制信息（命令），而且这些信息是在继电器电路和电子电路之间传送的，这涉及到信息、信息的载体，以及信息载体变换等概念，弄懂这些概念，对于理解联锁机的工作原理是十分必要的。（1）信息与载体信息是关于事物（物体和现象等）的存在方式和变化的抽象特征。表现在为它自身既不能传输也不能存储，而必须附着于或借助于一定的载体才能显现出来，而且在不同的系统中所依附的载体是不一样的。

37、例如对人类来说，人们交换信息时是以语言、文字、符号、信号或手势作为载体；在继电联锁系统中是以继电器及有关符号为载体的；在计算机内部则是以数字信号为载体的。（2）数字信号     在计算机内部是以直流电子电路的两个稳定值，即高电平和低电平作为信息载体的。并且用数字1和数字0来表达高低电平（反之也可以，一旦规定后就不能再改变），故称这种载体为数字信号。如果1代表高电平，0代表低电平，则称为正逻辑系统；反之如1代表低电平，0代表高电平，则称为负逻辑系统。    用0和1表达高低电平，这实际上就是信号变换（载体变换），有此变换，就可

38、以不去理会电子电路的具体结构，而集中精力去理解和分析多个0和1的不同组合，即数字序列，构成不同的数字信号表达的不同信息，或根据数字信号设计数字电路，或如何处理数字信号表达的信息。单路数字信号：仅用一条线路传送的数字信号，也就是一位数字信号。只能表达开和断，肯定和否定这类简单信息，而不能表达数字、字符或文字等所反映的复杂信息。多路数字信号：多路（位）数字信号可同时传输表达更复杂的信息。其十进制、二进制、八进制、十六进制数是公认的，不能任意改变。十六进制数常用符合H或0x来标记。    为反映数字信号的某些特征而不涉及它所表达的信息内容时常常用到如下术语： 

39、    代码（Code)多个0和1组成的多个数字信号，称其中任一个数字信号为代码或码子。一个代码中的每个数字称为码元，每个码元在代码中所占的位置称作码位或比特（bit）。由n个码元可组成2ª（a=n)个代码。     字（Word）为2个字节。     字节（Byte）8位。     数据（Date）传送、存储和处理的数值、文字、符合和表达各种事物的信息等，都是以代码表达的，称这类代码为数据。一个具体的数据代表一个具体的信息，因此常把代

40、码、数据混用，也常把信息和数据混用。（3）信号变换    信息是由载体表达的，同一个信息可由不同的载体来表达，如一段轨道电路的状态信息可由继电器的状态来表达，而在计算机内部由数字信号来表达。如果把载体统统看成信号，那么在不同的系统之间或系统与外界交换信息时，在信息不变的前提下，需要对信息的载体进行变换，称这类变换为信号变换。信号变换和信息变换不能混淆，信息变换是对多个信息进行处理而得到新的信息的过程，也就是说信息变换就是信息处理。（4）计算机中的代码与信息    计算机中的各种信息都是代码来表达，称做数据，还有两类也用代码表达：一是地

41、址，二是指令。地址与地址码  凡能寄存或存储数据的各个单元都有它自己的地址和地址码，即便没有地址也需有专用的名称，只有这样才能把数据读、写到某个单元。地址码是表达地址的载体。计算机的输入、输出接口必须赋予专用的地址和地址码。在计算机联锁系统中，外部通道是不能直接与中央处理单元（CPU）相连的，因为它们的速度、数据格式不一定相同，信号形式也不一定匹配。为进行交换信息，需要一套连接CPU    和外部通道的中间环节即接口电路（简称接口）。接口是计算机联锁系统各通道中多个设备协调一致地运行保证，它具有电平变换、数据转换、缓冲和状态信息提供等功能，所以接口是通道

42、建立的基础。    任何接口对计算机而言都是数据的输入和输出，涉及到I/O接口的寻址问题，是以接口的端口地址来识别的。接口的编址方式    存储器映射方式：接口都当作存储器地址一样来处理，即所有的I/O都是当作存储单元来访问的。所有访问存储器的指令均适用于I/O接口操作。    隔离式编址方式：接口地址与存储器地址在空间上分开，相互独立，互不影响。利用专门的I/O指令访问I/O接口。接口的地址译码    固定式端口地址译码：接口中所用到的地址不能更改。接口板大部分都采用此译码

43、方式。    开关可选式地址译码：可通过板上的微型开关使接口板的I/O端口地址根据要求加以改变而无需改动线路。指令与指令码  指令是计算机的处理器用以控制（指挥）各个组成部分（模块）去做什么以及何时去做的信息，或者说指令是指示计算机进行操作的信息。进行不同的操作就需不同的指令。对于不同的指令需要用不同的代码来表达，表达指令的代码称作指令码。计算机只认识以代码形式表示的指令码，称作机器码。一个具体的计算机有它自己认同的指令码，这些指令码的总和称作指令码系统。2、数字信号的寄存部件  电子部件（模块）、触发器、寄存器和存储器（RAM、ROM）3、运

44、算器及标志寄存器  AAH表示前接点闭合，55H（AAH的反码）表示后接点闭合。4、数字信号传递和控制单元5、中央处理器（CPU）及其工作原理（1）中央处理器（CPU）的结构   CPU是构成计算机的核心模块，它控制计算机的其它组成模块存储器、输入模块和输出模块的协调工作。处理器和存储器是计算机的主体部分，称作计算机的主机（简称主机）。    在计算机联锁系统中，计算机的输入电路和输出电路分别称作采集电路和输出驱动电路。存储器数据存储器MD：指定它作为处理器与存储器交换指令和数据，以及存储器与输入、输出模块交换数据的中介寄存器，即从存

45、储器读出数据或写入数据时，该数据都要暂存于MD中。存储器地址寄存器MA：专门存放存储器中存储单元地址码。MA一般集成在存储器中。输入/输出地址寄存器I/O A：存放输入和输出模块中数据寄存器的地址码。程序计数器PC：在存储器中，程序中的各条指令是按存储单元的地址码循序存放的。在开始执行程序时，首先将程序的第一条指令的地址码存放在PC中，处理器开始执行程序，先将PC的内容送到MA中为第一条指令提供地址码。当指令从存储器中取出并存到指令寄存器IR中后，PC内容自动加1，为取下一条指令准备存储单元地址码。IR中的指令执行后，处理器接着取下一条指令并执行该指令。如此继续，直到程序中的所有指令执行完毕为

46、止。在程序中，如果取出的指令是转移指令（或称跳转指令），则PC的内容会直接修改成跳转指令指定的地址码，从而改变指令执行循序。指令寄存器IR：处理器从存储器中取出的指令存放在指令寄存器    IR中，指令码分为两部分：一部分是操作码，它表达该指令执行何种操作，另一部分是地址码，它表达参与操作的数据存于何处。指令的操作码送往指令译码器，由译码器的输出指定控制单元CU产生相应的时钟控制信号。一条指令执行完毕后，IR的内容自动地被下一条指令取代。累加寄存器AC：简称累加器，暂存参与算术或逻辑运算的一个数据，并存放运算的结果，即ALU的输出内容先存于AC中。标志寄存器F：反

47、映当前运算结构所具有的性质或特性。用以判断下一步进行如何操作。变址寄存器IX：IX存放一个数以便修改PC中的地址码。控制/状态寄存器C/S：向输入和输出模块丝长控制信息，接收来自输入和输出模块的状态信息。控制单元CU  是处理器的重要组成部分，它是产生时钟控制信号（T/C）序列的。受指令的操作码控制，根据不同指令的要求产生不同的时钟控制信号系列，以控制数字信号沿着不同的通道在不同的记忆部件直接传送。（寄存器的输入控制门）数字信号电路A总线ABUS：该总线是寄存器AC和IR的输出端接向运算器ALU输入端的公用线。B总线BBUS：该总线是寄存器PC、MD和IX的输出端接向ALU的输入端的

48、公用线。O总线OBUS：该总线是ALU的输出接向各个寄存器输入端的总线。    从ALU的任一输入端输入一个数据时，该数据不受处理地出现在ALU 的输出端。因此，可将ALU视为ABUS 与OBUS之间或BBUS与OBUS之间的一条通道，只是数据数据经由这条通道时，其通行速度可能稍慢一些。处理器的工作原理  处理器的工作就是执行程序的工作。总是先从存储器中取出一条指令，执行该指令，再取出一条指令，再执行该指令，如此重复下去，直至全部指令执行完毕为止。6、输入和输出电路模块    计算机总是要和外部设备交换信息的。但其处理器不能

49、简单地与外部设备直接连接。原因如下：交换信息的载体不一样：在交换信息之前需要对载体进行变换。外部设备的动作速度相当于处理器来说是比较缓慢的，因此要进行缓冲。处理器输出数据时需要了解外部设备是否处于准备接收状态；外部设备收到数据后也需要给处理器以反馈。（C/S BUS反映）当有多个输入、输出设备时，处理器还必须了解对方的地址。为了抗干扰等原因，处理器的电源和外部电源需要隔离，甚至要解决阻抗匹配问题。数据总线DBUS；地址总线ABUS；控制/状态总线C/S BUS。7、指令与语言概述（1）计算机指令概述    指令是指示计算机完成指令所规定的具体操作。也就是说，指令是

50、利用操作码控制处理器的控制单元（CU）产生一系列时钟控制信号，使指令所指定的数据沿着指定的数据通道流通，并在流通中得到处理。处理器只能识别由数字信号表达的指令，称作指令码或机器指令码。由于指令码是和处理器的硬件结构紧密结合的，一种具体的处理器必然有和它相适应的机器指令码，这就是用机器指令码编写的程序不能移植的原因。指令分类数据传送类：一个单元传送到另一个单元，传送中数据不变。算术运算类：将两个数送入算术运算器，其结果存于指定的存储    器（一般是累加器AC），并将结果的特征记入标志器F中。逻辑运算指令类：将两个数送入逻辑运算器中，其运算结果及特征分别指定的寄存器

51、（AC）和标志器F中。比较指令类：类似于算术运算指令类的减法指令，把两个相比较的数进行减法运算但不关心两数的差值，仅将差值的特征记入标志器F中。转移指令类：控制程序的流程。寻址方式立即寻址：将数据本身直接以代码形式纳入指令码中。寄存器寻址：将寄存器名称以代码形式纳入指令码中，该寄存器的数据就是受指令操作的数据。直接寻址：将寄存器单元的地址码纳入指令码中，该单元中的数据就是指令所要操作的数据。间接寻址：将数据在存储器中的地址码存于指定的寄存器中，而将该寄存器的名称纳入指令码中。在执行指令时，在控制单元的时钟控制信号控制下，先将该寄存器中的地址码送到存储器的地址码寄存器（MA），这样就找到了数据所

52、在单元的地址。一个突出的特点是维持该指令码不变的情况下，用另一条指令    修改指定寄存器中的地址码，就修改了指令的地址码。变址寻址：规定一个专用的寄存器，一般称作变址寄存器（IX）。先在该寄存器中存放一个数据的地址码，称作基准地址码；然后根据需要，对该地址码增加或减少一个具体的数d，称为偏移量。在变址寻址指令中，指明偏移量d的具体值，则该指令的操作数地址码就是该数的基准地址码加或减d（由指令码决定）了。当所要处理的许多数据（例如联锁软件中的静态数据）顺序地放在存储单元中且固定不变时，利用变址寻址方法去查寻某一个具体数据时，是比较方便的。（2）编程语言概述

53、0;   用计算机处理具体问题时，一是把关于问题的已知信息（静态的和动态的）编成数据，根据存放数据的理论（如数据结构）存放在存储器中，以供查找、修改和删除。二是根据解题的规则或算法，设计解题的应用程序并执行。设计程序要用专门的语言。机器语言  用数字信号表达的指令称作机器指令，也称作机器语言。用机器语言编写的程序称作机器语言程序，或称作目标程序。这就是计算机能够直接认识和执行的程序。但这种程序在编写过程    中十分繁琐，编好的程序不易读懂，不易记，也不能移植到另外类型的计算机中使用，因此目前极少采集用机器语言编写程序了。汇编语言&#

54、160; 为克服机器语言的缺点，开发了用助记符表达机器语言的汇编语言，及利用一个具体的符号代表一个具体指令码。比较容易识别和记忆助记符，扩大了语言的灵活性和编写程序的能力。但计算机不能直接执行用汇编语言编写的程序，必须先翻译成机器语言（用汇编程序翻译器）。缺乏移植性。但因为费用低，适合实时控制，执行速度快等特点仍广泛使用汇编语言必须程序。高级语言  为克服汇编语言的缺陷，开发了高级语言。接近熟悉的自然语言，功能性强，易于编写。高级语言编写的源程序，必须通过计算机能够自动执行的编译程序，翻译成目标程序后，机器才能执行。编译程序价格较贵，占用较大的存储空间，执行时间较长。计算机联锁系统中

55、，多采用汇编语言和有限制地使用C高级语言编制联锁程序。车站信号计算机联锁控制系统龚承汉2010、4一、计算机联锁概述    车站联锁系统的基本功能是保障车站的行车安全和提高运输效率。车站与车站作业   为了办理客、货运输业务，实现列车的对向会让和同向越行，以及完成其它技术作业，在铁路上每隔一定距离需要设置一个车站。车站把一条铁路线路划分为若干段落，两个车站之间的段落称做区间，车站就成为相邻两个区间的分界点。车站上除了有与区间直接连通的正线外，还配有不同用途的其它线路，所以又称车站为具有配线的分界点。其道岔区域称为上行或下行咽喉。在车站上，除了客、货运输的

56、商务作业外，还有称之为技术作业的列车作业和和调车作业：列车作业主要包括列车由区间驶向股道的接车作业，列车由股道驶向区间的发车作业，以及列车由一个区间经由车站正线不停地直达另一个区间的通过作业。调车作业包括车辆解体和编组、摘挂车辆、机车车辆的转线和转场，以及机车的出入机务段等。无论是列车作业还是调车作业，从运动的角度来看，都是有目的的由某一指定地点运行到另一指定地点。在两个指定得到之间运行所经由的线路称做进路。在车站上，保障列车和调车作业的安全，就是保障进行者两项作业在进路范围内的行车安全。联锁与联锁系统办理一条进路时要经历如下过程：1、选出一条可用的进路；2、道岔控制；3、进路锁闭；4、信号控

57、制；5、进路解锁。由此可以看出，要保障行车安全，必须在道岔、进路和    信号之间建立一定的相互制约的关系和控制顺序，这种制约关系和控制顺序就称做联锁，联锁关系或联锁规则。如果把联锁关系进行详细而完备的描述，并用技术方法实现，就构成了联锁系统。也可称作进路控制系统。车站联锁系统是实现联锁功能的系统，它以进路控制为主要内容。随着铁路运输的需要和科学技术的进步，联锁系统的功能、体系结构、技术运用和操作方式等各方面都在不断地演变和完善。    1、车站联锁系统的层次结构      

58、   现代车站联锁系统是以色灯信号机、转辙机和轨道电路作为室外三大基础设备，以电气设备或电子设备实现联锁功能，并集中控制信号机和转辙机地系统。         根据系统各主要部分的功能和设置地点的不同，系统一般分为人机对话层、联锁层、监控层（或称执行层）和室外设备层。          人机对话层的设备设于车站值班室。人机对话层的功能是车站值班员通过其进行操作，向联锁层输入操作信息，接受联锁层输出的反映设备

59、工作状态和行     车作业情况的表示信息。             联锁层是车站联锁系统的核心，联锁层设备设在车站信号楼的机械室内。它的功能是实现联锁。联锁层除接受来自人机对话层的操作信息外，还接受来自监控层的反映信号机、转辙机和轨道电路状态的信息，然后根据联锁条件，对输入的操作信息和状态信息，以及联锁机构的当前内部信息进行处理，产生相应的输出信息，即信号控制命令和道岔控制命令，并交付监控层的控制电路予以执行。联锁层所处理的信息都是二

60、值逻辑信号（即都是开关量），因此，联锁层又是逻辑处理（或运算）机构。联锁层必须具有故障安全性能。             监控层是指联锁层与各个监控对象之间的控制电路这一层，其主要功能是：接受来自联锁层的控制命令，改变信号显示；接受来自联锁层的道岔控制命令，动作转辙机，驱动道岔转换；向联锁层传输信号状态信息、道岔状态信息，以及轨道电路状态信息。这些分别通过信号控制电路和道岔控制电路来实现，信号控制电路和道岔控制电路必须是故障安全的。继电集中联锁和计算机联锁 

61、0; 车站联锁设备经历了从机械联锁到继电联锁再到计算机联锁的发展过程。随着微电子技术、计算机技术、信息技术、容错技术的发展，用计算机来实现车站信号控制的计算机联锁系统得到了广泛应用。计算机联锁是以计算机技术为核心，采用通信技术、可靠性与容错技术以及“故障安全”技术实现铁路车站联锁要求的实时控制系统。      继电集中联锁的人机对话层一般采用单元控制台，联锁层和监控层均采用继电电路。      计算机联锁的人机对话层一般采用控制和表示分开的方式，控制部分采用数字化仪、鼠标等，显示部分采用CRT、

62、LCD等显示器；联锁层采用计算机；监控层一般采用继电电路。对继电集中联锁的再认识             继电集中联锁出现以来，应用非常广泛，对行车安全、提高运输效率都起到了非常显著的作用。             继电集中联锁采用继电电路来实现信号、道岔和进路之间的联锁关系，把全部道岔、进路和信号集中起来控制    

63、 和监督，在一定程度上实现了站内行车指挥的自动控制，能准确及时地反映现场行车状况，不在需要分散控制时所需的联系时间，而且完全清除了因联系错误而引起的事故，因而大大提高了行车安全程度和作业效率，并极大地改善了行车人员的劳动条件。继电电气集中联锁具有性能比较稳定、操作简便、办理迅速、表示完善、安全可靠等一系列优点。             但是，由继电电路构成继电集中联锁由于其自身的技术原因，有如下缺点：     1、功能不够完善，特别是人

64、机对话功能贫乏，也难于增加或扩展其它功能。     2、不便于和现代化的信息处理系统相连接。如用计算机实现旅客向导系统、计算机辅助运输控制系统、调度集中系统不可能利用标准化的通信接口板/卡与之相连接。     3、专用继电器价格相对稳定而大规模集成电路价格日趋下降，使得大站的继电集中联锁的造价相对较高，继电集中联锁系统要使用更多的电缆、占地面积大、标准化程度比较低、维修量大，在经济方面没有任何优势。计算机联锁的主要技术条件1、计算机联锁能满足各种车站（场）规模和运输作业的需要，保证行车安全，提高运输效率，并具备大信息量和联网能力。2、计算机联锁采用硬件冗余结构，如双机热备、三取二或二乘二取二的结构。可靠度指标：平均故障间隔时间(MTBF)大于或等于10ª（a=6)h；安全度指标：平均危险侧输出间隔时间大于或等于10ª（a=11)h。     （危险侧：如继电器前接点闭合；安全侧：如继电器后接点闭合。保证故