,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,计算机联锁系统技术,第三章 系统的硬件构成,1,计算机联锁系统技术第三章 系统的硬件构成1,本章主要内容,系统的硬件结构,系统的硬件构成,大型车站的系统硬件构成,容错计算机系统的硬件结构,2,本章主要内容系统的硬件结构2,3.1.1,系统的可靠性冗余结构,计算机联锁系统的可靠性,系统在规定的时间和条件下完成规定功能的能力,计算机联锁系统的可靠性冗余结构,为了使系统的可靠性指标达到或者超过目标值而采取的冗余结构,系统,A,系统,B,或门,3,3.1.1系统的可靠性冗余结构计算机联锁系统的可靠性系统A系,3.1.2,系统的安全性冗余结构,计算机联锁系统的安全性,当系统的任何部分发声故障时，其后果不会导致人身伤亡或者财产的重大损失的性能,双机比较的安全性冗余结构的原理,在极短的时间间隔内，两台计算机同时出错并且错误呈现同一种模式的概率几乎为零,系统,A,系统,B,与门,4,3.1.2系统的安全性冗余结构计算机联锁系统的安全性系统A系,3.1.3,系统的可靠性与安全性冗余结构,多重冗余结构图,其中的两台处于热备状态,系统,A,系统,B,与门,系统,A,系统,B,与门,或门,系统,I,系统,II,5,3.1.3系统的可靠性与安全性冗余结构多重冗余结构图系统A系,三取二冗余结构图,系统,A,系统,C,系统,B,表决器,输入,1,输入,3,输入,2,输出,异或,异或,异或,6,三取二冗余结构图系统A系统C系统B表决器输入1输入3输入2输,三取二冗余结构图,同步运行问题,要求严格同步，但单一时钟源危险性大，多采用三个时钟强制同步,表决器问题,表决器应具备更高数量级的可靠性与安全性,故障机的及时切离与及时修复问题,及时确认故障位置并将其切离，同时修复,7,三取二冗余结构图同步运行问题7,3.1.4,系统的层次结构,操作台,图形显示器,人机会话计算机,联锁测控计算机,输入,/,输出适配电路,车站值班室,车站信号机械室,运输生产现场,加快人机会话响应速度,对操作命令进行预处理,与上级联网构成测控系统,8,3.1.4系统的层次结构操作台图形显示器人机会话计算机联锁测,系统的分布式结构,分布式系统的优越性,系统的处理能力大大提高,能够测控的回路数量大大增加而采样频率并不降低,有比较好的性能,/,价格比,大大地缩短了信号线的长度,9,系统的分布式结构分布式系统的优越性9,分布式系统的体系结构,操作台,图形显示器,人机会话计算机,通信与联锁校核计算机,车站值班室,监控级,（第二级）,联锁控制机,I,联锁控制机,II,集中测控站,集中测控站,室外现场,室外现场,直接控制级,（第一级）,现场级,（第零级）,车站信号机械室,10,分布式系统的体系结构操作台图形显示器人机会话计算机通信与联锁,3.2,系统的硬件构成,系统的技术要求,系统的功能,人机会话功能,联锁控制功能,状态检测功能,通信联网功能,系统的性能,系统的可信性数据,系统的环境适应性数据,11,3.2系统的硬件构成系统的技术要求11,3.2.1,硬件结构框图,微处理器,定时计数器,中断控制器,存储器,主,机,系,统,总,线,通用,I/O,接口,通用,I/O,接口,状态,信息,采集,控制,命令,输出,驱动,继,电,器,结,合,电,路,监,控,对,象,通 道,人机,对话,设备,人机,接口,通信,接口,其他计算机系统,12,3.2.1硬件结构框图微处理器定时计数器中断控制器存储器主系,各部分说明,主机,完成所有信息的处理、接口管理以及外部设备的信息交换；接收值班员的操纵指令，按联锁程序要求对信息进行联锁运算和处理。,外部设备,除主机外的所有设备，包括人机对话设备和现场监控对象。,通道与接口,主机与外部设备进行信息交换的纽带；实现主机与监控对象之间信号变换和传送；接口可分为安全型与非安全型。,继电器接口电路,满足继电器接口需要。,13,各部分说明主机13,3.2.2,一般规模车站的硬件构成,系统的层次结构,人机会话层,选用工业用个人计算机,IPC,联锁测控层,选用,CRTP,总线的测控系统用计算机,系统的可靠性结构与安全性结构,双机热备的二重冗余系统,硬件构成,14,3.2.2一般规模车站的硬件构成系统的层次结构14,3.3,大型车站的系统硬件构成,大型车站,道岔,60,组；车场,2,个,测控中心,通常为主控制室,通信方式,两套测控系统之间采用光通信或电通信方式,15,3.3大型车站的系统硬件构成大型车站15,3.4,容错计算机系统的硬件结构,容错计算机系统,三个计算机模块构成的三重硬件冗余计算机系统,通常的两种容错联锁主机系统,采用,TRICON,容错控制器构成的联锁系统,采用三机同步、硬件比较的总线紧密结合型联锁系统，也称为联锁,I,型,16,3.4容错计算机系统的硬件结构容错计算机系统16,热备,热备,3.4.1,采用,TRICON,容错控制器构成的容错联锁主机系统,主机构成原理,容错能力是通过从输入模块、主处理模块、输出模块三大部分的三重化来实现。,输入,电路,A,输入,电路,B,输入,电路,C,采集,继电,器,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,继电,器,表,决,I/O,总线,I/O,总线,I/O,总线,TRI,总线,TRI,总线,TRI,总线,17,热备热备3.4.1采用TRICON容错控制器构成的容错联锁主,总线系统与电源分配,容错联锁计算机的三重化总线类型,TRI,总线,I/O,总线,通信总线,电源模块,双冗余方式,警报信息,模块与主机失去联系,检测出故障,交流电掉电,出现电压低与超温,18,总线系统与电源分配容错联锁计算机的三重化总线类型18,主处理器模块,处理方式,3,个处理器循环比较，构成三取二系统,处理任务,联锁主处理器,用于存储联锁程序、,I/O,数据、诊断与通信数据,I/O,通信处理器,负责交换主处理器模块与,I/O,模块间的采集数据与驱动数据,通信处理器,负责交换主处理器模块与通信模块间的命令数据与表示数据,19,主处理器模块处理方式19,主处理器模块框图,双重电源,稳压电路,512KB EPROM,2MB SRAM,DMA,TRI,总线,时 钟,发生器,双口,RAM,通信处理器,双口,RAM,I/O,处理器,中 断,控制器,故 障,检测电路,Vcc,双重电源导轨,主处理器,NS3G32,浮点处理器,内部系统总线,测试通信,端口,状态表示,容错通信总线,容错,I/O,总线,上游,下游,20,主处理器模块框图双重电源512KB EPROMDMA时 钟,高速表决总线,TRI,总线,主要工作,诊断数据与通信数据的传递,对所有采集数据的传递与硬件表决,对上次联锁程序的输出数据、中间数据的传递与硬件表决,对联锁程序代码进行表决,DMA,控制器,独立于联锁软件，以完成同步、传输、表决、数据纠正,21,高速表决总线TRI总线主要工作21,输入模块,每个输入模块都有,3,个分电路，并且是完全隔离并独立操作,通常有,2,类,TMR,型,所以电路都三重化，采用光电耦合器隔离，具有,“,Struck ON,”,自诊断能力,普通型,只有要求安全性的部分被三重化，对于非三重化电路，有自诊断能力,22,输入模块每个输入模块都有3个分电路，并且是完全隔离并独立操作,输出模块,TMR,型,具有,3,条相同的隔离分电路,采用方型硬件三取二表决电路,二取二型,采用串行硬件二取二表决电路,23,输出模块TMR型23,总线紧密结合型联锁主机系统,系统结构,采用三重化，保障高安全性,CPU,CPU,CPU,多数判,决电路,多数判,决电路,多数判,决电路,故障安全比较电路,输出,电路,输入,电路,ROM/RAM,ROM/RAM,ROM/RAM,模块结合部,24,总线紧密结合型联锁主机系统系统结构CPUCPUCPU多数判多,故障处理,二重故障状态,采取措施：系统分离,对于瞬时故障，采取修正措施；对于固定型故障，采取分离开来的措施,比较电路故障,预防漏检：故障安全,当比较电路自身发生故障时，其结果与发现系间不一致的结果等同,25,故障处理二重故障状态25,涉安信息输入,/,输出电路结构,涉安信息输入电路结构,继电器接点状态的输入，采用三重输入系统,一个接点信息，通过电路转换为,3,位数据，并且由多数判决电路进行处理,涉安信息输出电路结构,符合故障安全原则，采用三重输出系统,输出电路采用多数判决方式,26,涉安信息输入/输出电路结构涉安信息输入电路结构26,涉安信息输入电路结构图,光电耦合,光电耦合,光电耦合,光电耦合,V,V,V,V,I,II,III,诊断输入,缓冲器,缓冲器,数据缓冲,数据缓冲,数据缓冲,地址,诊断,模块,2,模块,3,模块,1,27,涉安信息输入电路结构图光电耦合光电耦合光电耦合光电耦合VVV,涉安信息输出电路结构图,电平变换,电平变换,电平变换,V,V,V,A,AB,A,AB,A,AB,故障安全,驱动电路,信号用,继电器,28,涉安信息输出电路结构图电平变换电平变换电平变换VVVAABA,本讲小结,容错型联锁计算机的硬件构成。,大型车站的系统硬件构成。,29,本讲小结容错型联锁计算机的硬件构成。29,复习思考,采用,TRICON,容错控制器构成的容错联锁主机系统结构是什么？,涉安信息输出,/,输入电路结构是什么？,30,复习思考采用TRICON容错控制器构成的容错联锁主机系统结构,练习题,计算机联锁的控制方式有几种？各自的特点是什么？,可靠性冗余与安全性冗余的特点为何？并绘出其典型结构图。,计算机联锁系统的层次结构分为哪几层？绘出结构示意图，并说明各层实现的功能。,下图为动态故障安全输入接口的典型电路，试分析其各个电路组成部分的功能，并阐述其是如何工作来保证故障安全的（举例说明，如微机输出序列,1010,）。,输,入,口,输,出,口,联,锁,微,机,通,用,接,口,+5V,+5V,G1,G2,R3,R1,KZ,GJ,KF,C1,D1,31,练习题 计算机联锁的控制方式有几种？各自的特点是什么？输联通,