TYJLII型计算机联锁系统描述文档格式.docx
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屏幕图形显示基本上同6502的控制台的表示:
1.站场基本图形为灰色光带。
2.道岔的显示有其特色:
道岔岔尖处有缺口,无缺口的一侧表示道岔开通位置。
当道岔无表示时(道岔转换过程中),岔尖处闪白光。
平时道岔不显示道岔名称号,当显示时其含义为:
黄色──道岔正在转换。
白色──表示道岔封闭。
红色──表示道岔单独锁闭,在单锁状态下,道岔不能单独操纵,但可以排列通过道岔所在位置的进路。
红色闪光──表示道岔挤岔。
显示道岔名称时,岔尖处黄色亮点表示道岔处于反位,绿色亮点表示该道岔处于定位。
3.屏幕下部有各种汉字提示及报警信息,帮助信号值班员进行操作。
办理各种原铅封按钮时,如总人工解锁按钮时,屏幕上将显示输入口令号码,确认输入口令正确后,总人解生效,并将此操作做登记记录。
4.在监控机与联锁机通讯中断时屏幕上股道和道岔区段的显示转为红光带,信号显示转为灯丝报警。
5.具备语音提示报警功能。
1.2.2.联锁机和执表机的构成及其功能
1.主要功能
联锁机主要功能:
1.实现与上位机和执表机的通讯调度。
采用循环呼叫应答方式,如通讯不通,则超时报警及退出,接着呼叫下一个设备。
联锁机备机(在联机状态),定时呼叫主机进行信息交换和信息比较。
2.实现信号设备的联锁逻辑处理功能,完成进路确选、锁闭,发出开放信号和动作道岔的控制命令。
3.采集现场信号设备状态,如轨道状态,道岔表示状态,信号机状态等。
4.输出动态控制命令,通过动态板驱动偏极继电器,控制动作现场设备。
执表机的主要功能是:
1.接收联锁机发出的执行命令和向联锁机发送采集信息。
2.同联锁机功能3。
3.同联锁机功能4。
2.主要构成
联锁机和执表机均由下列AT96总线的单元模块组成:
1.386微处理器板;
2.电源板;
3.
通讯板;
4.I/O端口板。
在I/O端口板上有8个I/O端口地址,每个端口地址有8位输入、
输出,共可输入或输出64位信息量。
I/O端口板具有输出回读功能,可以用来检查输出信息的正确性。
3.联锁机(执表机)柜的结构布置
为了适应大、中、小站的不同的控制对象容量,联锁机柜的结构分Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ型,Ⅰ型为普通型,Ⅱ型适合于小站,在一个柜内同时安装A、B两套联锁系统,在Ⅲ型机中采集层增加到两层(28块采集板),驱动层为一层(14块驱动板)。
联锁机和执表机的应用程序已都固化在CPU板的芯片上,只要开启电源,程序就开始运转。
在计算机的状态表示面板上设有运行、中断、接收、发送等指示灯,若运行灯闪烁,则显示CPU运行正常,联锁机和执表机上电、复位和倒机时给出音响指示约20秒,正常运行时,若有音响输出则为报警信息,应检查机间通讯,并根据错误信息表查对错误。
联锁机CPU面板上装有工作指示灯、备用指示灯、同步指示灯、面板中部有联机按钮。
当切换手柄置于自动位置并按动备机的联机按钮,备用灯着灯,表示主备机在联机状态,当主机、备机的控制命令和锁闭信息一致时,双机同步,同步灯着灯表示主机、备机已处于联机热备工作状态。
当主机出现故障如死机,通讯中断,事故继电器落下等,此时,备机发出切换命令,使备机的切换继电器动作,如备机为B机,则BQHJ↑,切断设于继电器室内的切换继电器LQHJ的自闭电路,使LQHJ失磁落下,B机升为工作机,而A机自动转为脱机状态。
在A机故障修复后,需人工按压设于A机上的联机按钮,A机才能与B机联机恢复通讯。
联锁机和执表机内各设有3台电源,一组是STD5V电源,供STD总
线用和采集、驱动模板内计算机用电源;
一组采集12V电源,12V(T);
一组驱动12V电源,12V(Q)。
各路电源在机柜的电源面板上均装有电源指示灯和测试孔。
各路电源之间要求有良好的隔离性能。
计算机与外部设备通讯一次,发、收指示灯闪烁一次,若有通讯故障,则接收灯停止闪烁,按压停鸣按钮,可以关掉喇叭音响,在设备恢复正常后,需将按钮复位,接通喇叭以备报警用。
每一机柜的第一个控制输出驱动事故继电器,正常时工作机和处于同步状态的备机的事故继电器应在吸起状态,设于第四层面板上的第一个事故指示灯应不停地闪烁。
95年以后,事故继电器改为双路反面输入,通常由第一和第四个驱动点同时控制。
当机器出现某些关键性的错误时,计算机会停止对事故继电器的输出控制。
备用机将发出倒机命令,自动将备用机切换成工作机,系统保持正常工作。
在人工切换时,工作机的故障将使事故继电器落下,从而切断动态继电器的局部电源,属于该机柜控制的所有对象都失磁落下。
1.2.3.监视控制机
监控系统主要由监控机(又称上位机)和控制台组成。
监控机是监控系统的核心,一般放置在联锁机房内的微机桌上,通过引出的视频线、鼠标线、数字化仪线和语音线(通常不超过50米长)与值班员控制室内的控制台相连。
监控机采用标准的通用工业控制计算机,其一般配置如下:
·
主机板:
6359,主频233MHZ,内存容量32M。
2个RS232(串行通信接口),一个并行口,17英寸CRT,全ASCII键和中文输入键盘。
两块ARCNET通信网络卡,用以与联锁机通信。
三英寸软盘驱动器1个,20G硬盘。
1块以太网卡,用以主备上位机之间以及与维修机的通信。
多屏VGA显示图卡,提供值班员用CRT显示器或液晶显示器的图像显示。
语音声卡,提供控制台的语音提示和音响
控制台的操作方式有:
数字化仪操作盘、鼠标操作、单元按钮控制台三种;
表示有二种,即彩色监视器和单元表示盘。
当前计算机联锁制作控制台,均采用多种操作并用,以防操作设备故障造成系统瘫痪。
其结构有下列几种:
数字化仪+数字化仪+显示器
数字化仪+鼠标+显示器
鼠标+鼠标+显示器
数字化仪+显示器+单元块表示盘
按钮+单元块表示盘+提示窗(若有必要,还可+鼠标+显示器)
此外,与6502控制台一样仍然设置有道岔电流表。
给出了监控系统的结构示意图。
上位机与控制台连线图
图中视频线、鼠标线、数字化仪线和语音线均使用专用的屏蔽电缆(通常不超过50米长,这些线缆可统称为显示和命令通道)经切换装置后与值班员控制室内的控制台相连。
切换装置有两种安装方式,一种是安装于值班室控制台内;
另一种是安装于计算机房内的微机桌内。
1.2.4.电务维修终端
为了方便电务维修人员更好地维护计算机联锁系统,系统中增加了电务维修终端(以下简称维修机)。
维修机通过与主备监控机连接,把计算机联锁系统中的实时信息传送到维修机,并记录下来,为现场维修分析故障提供可靠的科学依据。
维修机采用Windows操作系统,目前已改为NT操作系统,具有操作简单、清楚、直观等特点。
维修机通过网络通信板与两台监控机进行通信,通信正常时通信板的收发灯应交替闪烁,同时监控机通信板的收发灯也随之交替闪烁。
如果关掉一台监控机,维修机屏幕上将出现与监控机通信中断提示,并询问是否将记录存盘,如果需要存盘按压YES按钮,不需存盘时按压NO按钮。
通信板的故障可以通过通信板上的收发灯进行判断。
1.2.5.电源系统
综合柜:
计算机系统的电源由综合柜提供。
综合柜的输入来自电源屏AC220V,50Hz,3KVA。
输入电源经过UPS电路等的净化和稳压。
然后,电源再分配到计算机系统中的各种设备中。
主要构成:
1.机柜;
2.防雷器件;
3.不间断电源;
4.配电开关。
1.2.6.接口、防雷设备
TYJL-II型联锁主控系统中经过改进的采集板和驱动板已经达到部颁防雷标准,在接口系统中增设的防护电路是为重雷区内增强系统雷电防护能力而设的,对电气化区段牵引电流的侵入亦有相当的防护能力。
电源部分加防雷元件,对电源屏引入线路采取防雷措施。
1.2.系统技术性能和指标
1.3.1.联锁系统的功能
1.实现联锁的基本功能
实现进路上道岔、信号机和轨道电路的正确联锁,确保进路正确和列车运行安全。
联锁的功能
●建立进路
●进路锁闭
●开放信号
●进路解锁
Ø
进路正常解锁
调车中途返回解锁
取消进路
人工延时解锁
进路故障解锁
区段故障解锁
引导总人解
●单操道岔、单锁道岔……等等
●单钩溜放调车
●与干线列控系统或区间闭塞结合
●场间结合
●非进路调车
●机务段联系
●与道口结合
●与轨道电码化结合
●与DMIS系统和微机监测系统的联系
●与CTC系统结合
2.实时反映现场设备状态
实时反映站场信号、道岔、轨道等设备的现场状态,为各级运用管理维护部门提供设备和列车运行等信息。
3.具有完善的自诊断功能
系统通过动态输入输出、回读、软件双编码等技术实现自诊断故障到板级的功能,并通过网络通信使用户可在控制中心和维修中心实现故障诊断和查询。
4.维护和远程诊断功能
系统能够记录所有的操作和信号设备的状态;
监测和报告系统故障;
方便地查询内存中存储的各种信息;
存储和打印记录;
通过网络,远程诊断功能可以把系统的故障情况通知到相应的维护部门,使维修部门可以根据需要派遣相应技术人员来维修;
远距离传送记录的文件。
5.具备故障弱化功能
双机热备的冗余方式使TYJL-II型计算机联锁系统出现局部故障时,在不影响设备运行安全的情况下系统具备故障弱化功能。
1.3.2.系统的主要性能
1.系统具有很高的可靠性、高安全性
高可靠性和实现故障安全是对联锁系统的基本要求。
TYJL-II型计算机联锁系统在软、硬件设计和系统结构上采取一系列措施,使系统具有很高的可靠性和故障安全性能。
●系统采用闭环控制原理,输出控制命令的闭环控制,当发现危及安全的情况,将立即切断输出电源,倒向安全。
●系统输出的控制命令采用动态输出方式,当软、硬件故障时,将停止动态输出或动态输出的规律不对,将切断工作机的驱动电源,并进行主备机的热切换,使系统倒向安全。
●信息采集采用动态检查方式,进行信息采集前,先确定采集电路是否正确。
采集的有效信息必需以“01”为特征,并判断所采集的信息合理性,当发现危及行车安全的采集信息时,将切断工作机的驱动电源,并进行主备机的热切换。
●采用软件冗余技术,提高系统的可靠性和安全性系统采用双软件结构、同一中间数据存于不同存区、关键数据在处理过程中,采用编码方式和不同的模式进行处理等等。
●软件采用模块化结构,只要改变相应的数琚,而联锁软件不做任何变动,就能适应不同的站场的需要。
2.系统具有很好的可用性
系统采用成熟的工业总线,系统采用双机热备结构,双机热备时,任何一套故障,不影响正常使用。
故障设备在脱机状态下进行维修,系统的维修不影响使用,即系统的平均修复时间MTTR近似于零。
系统的可用度A的定义为:
A=
从上示可知A≈1,具有很好的可用性。
3.系统具有很好的可维修性
双机热备结构,任何一套故障,不影响正常使用。
故障设备在脱机状态下进行维修,系统的维修不影响使用。
系统具有完善的记录功能,能储存一年的信息——行车作业办理、站场图象信息和反映系统运行的各种数据。
通过图象再现功能,可重放记录的任一时间段站场数据和作业情况,为分析行车事故和设备的故障,提供了方便的手段。
4.系统具有较强的自检测、自诊断能力
系统具有较强的自检测、自诊断能力,故障时有语音、文字和故障代码提示。
5.友好的人机界面
采用鼠标和显示器作为操纵终端和显示,操作简便、舒适、显示清晰。
鼠标和显示器控制台具有的长寿命特点将降低系统的维护费用。
6.一体化的设计、调试、施工方案
系统经过十多年的发展改进,TYJL-II型计算机联锁系统工艺已相当成熟,完全达到工厂化生产,并且建立了一套成熟的模拟仿真系统,使设备出厂前就可基本完成现场调试的大部分工作。
6.系统使用寿命大于17年,完全满足大修周期的要求。
7.系统具有较强的防雷和抗电磁干扰性能
系统通过了铁道部指定的防雷试验室和电磁兼容干扰兼容试验室的下列电磁兼容干扰测试:
GB/T17626.3-1998射频电磁场幅射抗扰度(3级)
GB/T17626.5-1998浪涌抗扰度(3级)
GB/T17626.12-1998振铃浪涌抗扰度(3级)
GB/T17626.11-1998电快速瞬变脉冲群抗扰度(3级)
GB/T17626.3-1998电压暂降、短时中断和电压变化抗扰度(3级)
GB/T17626.8-1998工频磁场抗扰度(3级)
GB/T17626.9-1998脉冲磁场抗扰度(3级)
GB/T17626.2-1998静电放电抗扰度(3级)
GB/T17626.5-1998:
220伏电源雷电冲击:
10KV电流>30A,波形4/300微秒。
信号引入线雷电冲击:
2KV(3级)、4KV(4级)(要求标准为3级)波形10/700微秒。
1.3.系统软、硬件
1.4.1.双机热备系统的构成
为了提高联锁系统的可用性,我们采用的是主、备(热备)两套系统也即计算机级二模协同系统,利用原有的工业控制总线结构的计算机资源,实现一个冗余系统。
二模协同系统在纠错方法上多采用切换技术,从系统中撤除出现故障的模块。
二模系统中双套单机同时执行相同的任务,各有自检测功能,并要求有比较器(可由软件和硬件组成),在工作机出现故障时发动切换。
为实现上述功能,必须解决的技术问题有如下四个:
1.双机通信
本联锁系统主、备两机之间增设了信息交换通道。
通道采用ARCNET
接口,由备机作为通讯主站,定时呼叫主机(子站)。
2.双机同步
本系统是引用两机间的“定点”通信“信号”来实现双机同步的。
这种同步办法较指令级同步实现起来容易,硬件和软件开销都较少。
双机通信周期和系统联锁程序循环周期相同,每隔一定的时间间隔即联锁程序扫描一个周期双机相互握手通讯一次,确定双机的工作状态。
计算机联锁系统的备机有三种工作状态:
脱机状态、联机状态和热备同步状态。
只有在同步状态时备机才真正作为热备机。
由联机到同步状态15S之内即可完成,上电后自动完成同步。
这三者之间的关系如图“备机状态转换图”所示。
3.单机自检测技术
为提高系统的可靠性和可用性,在采用双机容错结构情况下,首先需对单机系统进行检测,主要有以下几个手段:
软件冗余采用两套联锁软件将输出结果进行比较,如输出命令不一致,表示出错,应禁止输出;
采用闭环工作原理,对命令输出和回读信息进行比较,能及时发现故障点;
采用信息冗余技术,也即编码技术,用编码方法进行检测和纠错,把信息和状态变量均编成一定的合格码,运算均采用此类代码并对其进行校验,当校验有误时均作安全处理。
本系统用一个字作为有关行车安全的信息码;
对输入、输出信息进行动态处理,将1、0连续交替变换信息作为有效信息,若有故障,信息固定在1或0状态,则信息定格为安全侧信息,同时显示错误号。
4.双机切换技术
本计算机系统是在满足故障安全要求的条件下允许单机运行的,
其备用系统是为提高整个系统的可靠性和可用性而设置的。
在这个前
提下,我们双机切换的条件如下:
控制比较判断方案;
备机通信校核;
主机自检测程序,发现严重故障,即通知备机进行切换倒机。
由于我们系统采用的是双机大循环同步方式,而不是指令级同步,
双机在程序的运行时间上存在差异。
因此,双机在采集同一组继电器接点的信息时也可能会有差异,特别是在所采集信息快速变化,如轨道电路分路不良而引起继电器的接点跳动时,采集的结果不一致导致双机同一周期的联锁程序的逻辑处理结果不一致。
因此在进行双机比较时,就有可能产生驱动命令不一致情况,而导致双机自动切换或备机脱机。
为避免这种双机失步现象的产生,在软件上通过“去颤”、快变处理等方案加以解决。
1.4.2.符合故障-安全原则的接口电路
1.信息采集电路
现场的表示信息通过输入整形电路送入计算机,为减少机柜内板间电缆,采集板采用母线工作方式,即各采集板连接到同一母线,计算机的输出通过I/O板为母线提供输出、输入端口。
信息采集电路的原理图如下:
从图中可看到CPU只有收到脉冲信息时,才视为有效信号,电路中任何元器件故障均导致“0”或“1”的固定输出,软件判断固定的“1”“0”信息无效,将该信息倒向安全侧。
轨道继电器的安全侧信息为GJ↓,即占用。
GJ、ZCJ等信息计算机无法校核,且和联锁直接相关,对这些信息系统采集前后接点,程序软件对这些信息的前、后接点加以比较,若均为“1”或均为“0”,可断定电路某处发生了故障,这种情况按落下接点信息处理,以保证安全。
2.输出驱动电路
驱动板同样采用母线工作方式,输出驱动电路的原理图如下:
联锁计算机输出动态脉冲驱动信息,对于电路中任何元器件故障均导致“0”或“1”的固定输出,通过同步回读驱动信号校核驱动电路可以即时判断,从而采取响应措施,保证系统的可靠性、安全性。
3.动态驱动设备
动态驱动设备是指直接参与控制室外信号机和电动转辙机的控制设备,目前仍采用继电器进行控制,价格低廉,并安全可靠。
为保证计算机联锁系统的安全输出,采用双输入动态继电器。
或双输入动态驱动组合+偏极继电器。
其动作原理如下:
动态继电器由安全型偏极继电器、固态继电器、电阻电容元件构成,为故障─安全型动态继电器。
无控制信号输入时,电路处于静止状态,固态继电器H截止,电容C3两端电压等于局部电源电压,电路中无电流流通,动态继电器处于落下状态。
当有控制脉冲输入时,控制脉冲高电平使固态继电器H导通,电容C3经"
H"
向C4充电,控制脉冲由高变低时,"
截止时,电源经R5、D2向C3充电,经两~三个脉冲,使C4的电位充到偏极继电器的吸起电压,偏极继电器励磁吸起。
驱动单元是将四个动态继电器的电子部件集中安装在一块驱动单元板上,分别控制四个偏极继电器。
其动作原理同上。
1.4.3.联锁系统软件结构及其功能
TYJL-II型计算机联锁系统的软件按系统硬件的结构可划分为三个软件包:
人机对话处理软件包[C语言编程]、联锁逻辑处理软件包[汇编语言]和执行表示软件包[汇编语言]。
各种软件包之间由专用通讯软件实现沟通。
人机对话处理软件包不涉及行车安全。
主要包括按钮命令处理和进路初选软件,图象显示软件和记录、储存、打印软件。
为提高联锁软件的可靠性和故障安全性,系统采用双套联锁软件,在控制命令输出级进行比较。
命令一致,即向外发出驱动命令。
它们主要有以下几方面的特点:
A套软件数据模块的连接结构与站场的几何图形完全对应,也就是说采用站场图形数据结构,即现场的每一信号、道岔和区段在程序中均有其对应的数据模块,相邻的模块通过上下链数据指针相互连接。
一个数据模块是描述某个信号(或道岔区段)的特征的所有数据的集合。
对不同的站场,数据各不相同,而联锁程序编制成通用的,均可适用。
B套软件的数据同样采用模块化结构,实际上是对A套软件的校核。
1.A、B两套程序模块采用分层的网络结构,但其流程大相径庭。
以A套程序来说,程序模块选路、确选、锁闭、开放信号等若干个子模块。
一个程序链接层可类比6502的一条网络线,采用此种结构使程序层次清晰,并提高了程序模块的独立性。
在安全方面,这种分层递进的结构也较为联锁表检查方式好,因为联锁检查是多层的,上一层的错误往往会被下一层发现,必须相邻的上一层通过后才允许进入下一层。
在层次的传递过程中还进行多种校核。
这些措施使得联锁程序具有了相当的检测能力,在联锁运算的同时,也间接地检查了联锁机硬件本身。
因为一旦这些校核不一致,就意味着有错误出现。
2.联锁程序采用冗余编码方式,以减少形成危险错误的可能性。
3.程序具有较完善的错误输出指示。
这些错误可分为三类:
操作人员操作错误、现场设备的故障和微机本身的错误。
在此程序中共设有二百多个错误出口,给出错误信息显示,并可记录打印。
对于不同的错误输出,程序采取程序卷回、重复运算、报警等不同处理办法。
监控机的软件是用C++语言编写的。
图像、链表、按钮数据均有计算机辅助CAD工具直接生成。
程序和数据完全分开,对各站来说,程序是通用的,不同的是每个站场有各自的数据文件,由CONFIG.TXT文件给出使用的数据文件名、采用的控制台操作是数字化仪还是鼠标还是单元按钮、机柜配置数量等。
软件流程如图所示:
监控机软件结构
1.4.各计算机处理能力
1.5.1.联锁机CPU性能参数
·
CPU采用Intel80386EX,主频为25MHz
CPU套片选用了Radisys公司专门为支持Intel386EX芯片而设计的R300EX
内存为4MDRAM,采用表面贴装技术
实时时钟采用DS12C887,并利用其RAM保存CMOS设置
128K数据存储空间,具备写保护功能
128K/256K程序固化空间,程序为就地执行方式,具备写保护功能
8K双口RAM,可通过用户接口J8被另一块CPU板访问
8K字节铁氧体存储器FRAM,具备写保护功能
两级看门狗
两个可供用户使用的定时/计数器
标准IDE硬盘接口
标准RS232串口COM2
三线RS232串口COM1,支持模拟终端工作方式
ARCNET接口
三级外中断,包括IRQ5、IRQ7、IRQ9
8个I/O控制的LED指示灯
8路开关量输
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