車站信號自動控制教案-計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的軟硬件結(jié)構(gòu)

PAGEPAGE3課時授課計劃編號：33授課日期月日月日授課時數(shù)授課班級19-信號60班19-信號61班2課題計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的軟硬件結(jié)構(gòu)教學(xué)目的了解計算機聯(lián)鎖軟硬件組成掌握計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)教學(xué)重點計算機聯(lián)鎖硬件系統(tǒng)組成教學(xué)難點計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)課堂類型及教學(xué)方法講授課講授法教具、掛圖圖例教學(xué)過程如下教研室主任簽字：年月日任課教師：專業(yè)負(fù)責(zé)人提問簡介詳細(xì)難點簡介簡介重點重點結(jié)構(gòu)圖Ⅰ．復(fù)習(xí)舊知：計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的硬件組成特點。Ⅱ．引入新課：前面給大家介紹了計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)顯示操作的基本知識，下面給大家詳細(xì)介紹有關(guān)計算機聯(lián)鎖軟硬件結(jié)構(gòu)組成的基本知識。Ⅲ．講授新課：計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的軟硬件結(jié)構(gòu)一、計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)軟件的總體結(jié)構(gòu)計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)軟件的基本結(jié)構(gòu)應(yīng)設(shè)計成實時操作系統(tǒng)或?qū)崟r調(diào)度程序支持下的多任務(wù)的實時系統(tǒng)，其軟件的基本結(jié)構(gòu)可歸納如下。1．按照系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)分類按照軟件的層次結(jié)構(gòu)，可分為三個層次，即人機對話層、聯(lián)鎖運算層和執(zhí)行層人機對話層完成人機界面信息處理；聯(lián)鎖運算層完成聯(lián)鎖運算；執(zhí)行層完成控制命令的輸出和表示信息的輸入。2．按照冗余結(jié)構(gòu)劃分按照冗余結(jié)構(gòu)，可分為三取二系統(tǒng)的單軟件結(jié)構(gòu)和雙機熱備系統(tǒng)的雙版本軟件結(jié)構(gòu)。3．按照聯(lián)鎖數(shù)據(jù)的組織形式劃分按照聯(lián)鎖數(shù)據(jù)的組織形式，可分為聯(lián)鎖圖表式軟件結(jié)構(gòu)和進(jìn)路控制式的軟件結(jié)構(gòu)二、計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的技術(shù)基礎(chǔ)計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)采用的是工業(yè)控制計算機系統(tǒng)，用以實現(xiàn)對鐵路車站運輸生產(chǎn)過程的監(jiān)測與控制。它由工業(yè)控制計算機和生產(chǎn)過程兩部分組成。工業(yè)控制計算機是指按生產(chǎn)過程控制的特點和要求而設(shè)計的計算機，它包括硬件和軟件兩部分。1．工業(yè)控制計算機(1)工業(yè)控制計算機的硬件組成由主機板、內(nèi)部總線和外部總線、人一機接口、系統(tǒng)支持板、磁盤系統(tǒng)、通信接口和過程輸入／輸出通道等組成2)工業(yè)控制計算機的特點①可靠性和可維修性好。②高抗干擾能力。③環(huán)境適應(yīng)性強。④完善的輸入／輸出通道。⑤控制的實時性。⑥通用性和可擴(kuò)充性好。⑦具有通信與聯(lián)網(wǎng)能力，，⑧適當(dāng)?shù)挠嬎銠C精度和運算速度。2．總線總線足一組公用信號線的集合，它定義了各引線的信號、電氣、機械特性，把計算機或計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)中的各個模板以及各種設(shè)備連接成一個整體，以便彼此之間進(jìn)行信息交換。計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)中的總線，一般根據(jù)其功能和規(guī)模分類?？偩€一般分為三類，即內(nèi)部總線、外部總線和現(xiàn)場總線。(1)內(nèi)部總線①STD總線②VME總線3.ISA總線④PCI總線(2)外部總線外部總線又稱通信總線，它是計算機系統(tǒng)之間或計算機系統(tǒng)與儀器設(shè)備之間傳輸信息的通路，常借用其他領(lǐng)域已有的總線標(biāo)準(zhǔn)。外部總線分為并行通信總線和串行通信總線兩種。常用的串行通信總線有Rs—232C總線、RS—422總線、Rs—485總線等(3)現(xiàn)場總線現(xiàn)場總線是連接智能現(xiàn)場設(shè)備和自動化系統(tǒng)的數(shù)字式、雙向申行傳輸、多分枝結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)。目的較流行的現(xiàn)場總線主要有：CAN、PROFIBus、Lunworks、HAHT、FF。這里僅介紹CAN，總線3過程輸入／輸出通道通用I／O接口原理：①I／O接口的尋址②常用的I/O接口I/O接口是計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的重要組成部分。它的設(shè)計靈活性很大，有的功能既可以用硬件實現(xiàn)，也可以用軟件實現(xiàn)，若用硬件實現(xiàn)，在速度上較快；若用軟件實現(xiàn)，可以方便系統(tǒng)功能的改變。(2)開關(guān)量輸入通道：開關(guān)量輸入通道的作用；—是將二值開關(guān)量信息變換成寄存器能夠接收的TTL兩種電平；二是抗干擾，以保證輸入信號的下確性。4．工業(yè)網(wǎng)絡(luò)：計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)一般都采用分散式控制系統(tǒng)，因此，計算機與計算機之間要溝通信息，共車資源，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)。(1)集線器(2)網(wǎng)卡(3)局域網(wǎng)電纜(4)其他設(shè)備5．監(jiān)控對象在計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)中，現(xiàn)場信號設(shè)備統(tǒng)稱為監(jiān)控對象?，F(xiàn)場信號設(shè)備是指室外的信號機、轉(zhuǎn)轍機和軌道電路等，與繼電集中室外設(shè)備相同。三、聯(lián)鎖數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)中，凡參與聯(lián)鎖運算的有關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)稱為聯(lián)鎖數(shù)據(jù)，聯(lián)鎖數(shù)據(jù)在存儲器中的組成方法稱為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。聯(lián)鎖數(shù)據(jù)包括靜態(tài)數(shù)據(jù)(常量)和動態(tài)數(shù)據(jù)(變量)兩大類，與之相對應(yīng)的有靜態(tài)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和動態(tài)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。]．靜態(tài)數(shù)據(jù)及其結(jié)構(gòu)聯(lián)鎖程序需要哪些靜態(tài)數(shù)據(jù)以及這些數(shù)據(jù)在存儲器中的組織形式，對于聯(lián)鎖程序結(jié)構(gòu)有很大的影響。目前采用最多的是進(jìn)路表型聯(lián)鎖和站場型聯(lián)鎖，對應(yīng)的就存在兩種不同的靜態(tài)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；進(jìn)路表型靜態(tài)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和站場型靜態(tài)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。(1)進(jìn)路表型靜態(tài)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在進(jìn)路表型聯(lián)鎖控制系統(tǒng)中，信號機、道岔、軌道區(qū)段與進(jìn)路之間的聯(lián)鎖關(guān)系是通過進(jìn)路表的形式表示的，進(jìn)路表中包含了所有進(jìn)路及其聯(lián)鎖條件。當(dāng)車站規(guī)模較大，進(jìn)路數(shù)量較多時，總進(jìn)路表勢必十分龐大，占用RoM的容量很大，這就意味著增大了RoM檢測程序的長度和執(zhí)行時間，不利于系統(tǒng)的可靠性的。另外，當(dāng)車站改建和擴(kuò)健時，需要對總進(jìn)路表進(jìn)行較大的修改，這也是進(jìn)路表結(jié)構(gòu)的不足之處。(2)站場型靜態(tài)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對應(yīng)信號平面布置圖中的每一監(jiān)控對象，如信號機、轉(zhuǎn)轍機、軌道電路區(qū)段、侵限絕緣區(qū)段、特設(shè)的變通按鈕、進(jìn)路終端按鈕等所有內(nèi)容都存入RoM內(nèi)，并各設(shè)—個靜態(tài)數(shù)據(jù)模塊。在模塊中列出表述該監(jiān)控對象特性的數(shù)據(jù)以及進(jìn)路搜索程序所需要的一些標(biāo)志。如果把所有的模塊按照它們在信號布置圖中相互位置鏈接起來，如圖7—20(b)所示，它很像6502電氣集中的組合連接圖。這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在圖形上具有站場形式，所以稱它為站場型靜態(tài)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。采用站場型靜態(tài)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有以下優(yōu)點：a．該靜態(tài)數(shù)據(jù)庫所占存儲空間小，有利于檢測；b.站場型靜態(tài)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是節(jié)點之間鏈接而成的，在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中任何地方增加或減少節(jié)點時，僅涉及指針場中的地址的修改，而不影響各節(jié)點在存儲漲中的物理存儲區(qū)，所以修改容易，這非常適應(yīng)站場的改建或擴(kuò)建；c.節(jié)點的類型是有限的，節(jié)點的內(nèi)容和容量不變，各節(jié)點的鏈接只是在邏輯上是有序的，但是每個節(jié)點在存儲器中具體區(qū)域可以是無序的(即相鏈接的節(jié)點在存儲器中可以不相鄰)，利用這種性質(zhì)叮用計算機輔助設(shè)計生成數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。根據(jù)站場型靜態(tài)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)所生成的進(jìn)路表需存于RAM中。對于一個車站來說，能同時辦理的進(jìn)路是有限的，而且這些進(jìn)路表隨著進(jìn)路解鎖而消失，所以占用RAM空間是不大的。2．動態(tài)數(shù)據(jù)參與進(jìn)路控制的動態(tài)數(shù)據(jù)主要包括操作輸入變量、狀態(tài)輸入變量、表示輸出變量以及聯(lián)鎖處理的中間變量等。四、聯(lián)鎖控制程序及其程序模塊的管理1．聯(lián)鎖控制程序的基本模塊聯(lián)鎖控制程序一般來說可分成六個模塊：操作輸入及操作命令形成模塊、操作命令執(zhí)行模塊、進(jìn)路處理模塊、狀態(tài)輸入模塊、表示輸出模塊和控制命令輸出模塊2．程序模塊的管理在計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)中，如何把各個程序模塊管理起來，使它們有序地工作，是設(shè)計軟的重要環(huán)節(jié)。對于子程序的管理也稱做程序模塊的調(diào)度。一般來說，對程序的管理方法有集中和分散管理兩種。四、聯(lián)鎖程序的執(zhí)行1.操作命令及操作命令執(zhí)行模塊2．進(jìn)路搜索程序模塊進(jìn)路搜索程序的功能是根據(jù)所形成的進(jìn)路操作命令，從站場型靜態(tài)數(shù)據(jù)庫中選出符合進(jìn)路需求的靜態(tài)數(shù)據(jù)，構(gòu)成一個進(jìn)路表并存于進(jìn)路總表中。3．進(jìn)路處理模塊進(jìn)路處理模塊是對已經(jīng)搜索出來的進(jìn)路進(jìn)行處理的模塊。它是各條進(jìn)路所共用的模塊。五、計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)以工業(yè)控制計算機為核心的汁算機聯(lián)鎖系統(tǒng)，由于其控制規(guī)模的大小不同，功能的完善程度不同，技術(shù)實現(xiàn)方法、經(jīng)濟(jì)因素以及研制的的技術(shù)背景和歷史背景的不同，在具體結(jié)構(gòu)上存在著一定的差異，但大體上可從層次結(jié)構(gòu)和冗余結(jié)構(gòu)兩個側(cè)面來描述。系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)所謂層次結(jié)構(gòu)，就是按進(jìn)路的控制層次來描述系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)從操作到監(jiān)控劉象的進(jìn)路控制可以分為人機對話層、聯(lián)鎖層和控制層，如圖7—9所示。就系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)來說，如果各層的功能由同一臺計算機來完成，就稱為集中式控制結(jié)構(gòu)；如果對應(yīng)不同層次分別設(shè)置計算機，各層的功能分別由各自的汁算機來處理，則稱為分散式控制結(jié)構(gòu)。分散式控制結(jié)構(gòu)應(yīng)用非常廣泛。分散式控制結(jié)構(gòu)的特點是將聯(lián)鎖系統(tǒng)的功能按結(jié)構(gòu)層次劃分成若干個相對獨立又有—定聯(lián)系的功能模塊，各功能模塊均由相應(yīng)的計算機來處理，從而使系統(tǒng)在計算機的配置上形成多機分散式結(jié)構(gòu)。⑴監(jiān)視控制機——上位機：監(jiān)視控制機是為了減輕聯(lián)鎖機的事務(wù)處理工作而設(shè)置的，它本身不具有聯(lián)鎖功能。因此不要求該機具有故障一安全特性。(2)聯(lián)鎖機——下位機：主要用于實現(xiàn)信號設(shè)備的聯(lián)鎖邏輯處理功能，完成進(jìn)路確選、鎖閉，發(fā)出開放信號和動作道岔的控制命令。聯(lián)鎖機以申行通信方式與監(jiān)視控制機交換信息，而與執(zhí)行層的聯(lián)系方式有兩種：專線方式和總線方式。(3)目標(biāo)控制器：設(shè)于對象群附近，與所轄各對象之間采用專線聯(lián)系方式。2．系統(tǒng)的冗余結(jié)構(gòu)目前所選用的工業(yè)控制計算機而言．其質(zhì)量水平尚不能滿足聯(lián)鎖系統(tǒng)的高可靠性要求．況且更不具備故障一安全性能。這就需要從軟、硬件方面對聯(lián)鎖系統(tǒng)各層組成模塊采取冗余技術(shù)，構(gòu)成多重化的冗余結(jié)構(gòu)來確保整個系統(tǒng)的高可靠性和高安全性。計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)采用冗余結(jié)構(gòu)的實質(zhì)在于用增加相同性能的模塊來換取系統(tǒng)的叮靠性和安全性的。在這里，增加的模塊從完成系統(tǒng)功能的角度來看是多余的．<R從提高系統(tǒng)運行的叮靠性和安全性角