TYJLADX计算机联锁原理讲义.docx
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TYJLADX计算机联锁原理讲义
内部学习资料
TYJL-ADX计算机联锁原理
ADX计算机联锁系统简介
TYJL-ADX型计算机联锁系统为中国铁道科学研究院引进日本日立公司的计算机联锁系统，按照我国铁路信号的技术需求自行开发应用软件，并与日立公司精心合作、共同研制的容错计算机联锁控制系统。
该系统具有安全性、可靠性极高的安全数据传输网络，除可以实现单个车站的联锁控制外，也可实现多个车站联锁的远距离集中控制。
系统概述
简述
为了表述方便，首先做如下定义：
FCX：
Fail-safeCpu-unitwitheXtendability（可扩展的故障安全的CPU单元）
FFC：
F-businterFaceController（F总线接口控制器）
FDI：
Fail-safeDigitalInput（故障安全的数字输入设备）
FDO：
Fail-safeDigitalOutput（故障安全的数字输出设备）
TYJL-ADX联锁系统的联锁机是基于日立的ADX1000联锁系统开发而成。
ADX1000是日立公司最新开发的一套铁路专用的联锁系统，在联锁主机FCX、扩展机笼FFC的CPU板上都采用时钟同步的双CPU进行逻辑运算，运算结果一致才能进行控制命令的输出，有更高的可靠性和安全性。
TYJL-ADX联锁系统采用了ADX1000系统的所有硬件和专用的软件平台，继承了所有优点。
结合我国铁路的实际情况，我们与日立合作开发了整套新型的联锁系统。
目前来说，我国主要有三种不同的联锁制式，分别为：
（1）双机热备式；
（2）三取二式；（3）2乘2取2式。
TYJL-ADX就属于2乘2取2制式
TYJL-ADX型容错计算机联锁系统的系统结构，有四个组成部分（如图：
TYJL-ADX型容错计算机联锁系统组成示意图）：
容错联锁机、上位机、维修机、配电柜（为系统提供所需的各种电源，图中未标出）。
系统结构
容错联锁机部分：
联锁机是车站计算机联锁系统中的核心部分。
它主要对现场设备的信息进行采集，然后根据联锁程序进行逻辑运算，并根据不同要求进行驱动输出。
同时它接受从监控机发送来的命令，并把现场的状态传递给监控机。
监控机部分：
监控机也称上位机，主要完成人机接口（图形显示、命令下达）功能和高可靠高安全的与联锁机之间的信息交换。
并和电务维修机进行信息交换。
电务维修机部分：
与监控机交换信息，实时再现站场图形、车务操作和系统状态（I/O状态和模块工作状态），当系统发生故障时发出音响报警提示，同时在后台完成对系统操作、系统运行、系统故障的记录（一个月范围）、对以上记录可进行查询、图形再现及打印。
维修机提供接口与微机监测系统、远程诊断系统、调度监督系统等系统进行数据交换
综合配电部分：
为系统的各个部分提供稳定的各种可靠的电源。
详见配电柜的说明图纸。
远程控制中心：
目前远程诊断系统以电话拔号的网络方式与联锁系统的电务维修机联网，可实时显示站场图形、车务操作、系统状态（I/O状态、模块工作状态），并可获取联锁系统一个月时间范围内的所有记录。
系统结构如图
一.综合柜
系统描述
综合柜由监视控制系统和电源系统构成。
机柜第二层是监控机A，第三层是监控机B。
第四层是光交换机，第五层是24V电源和TB1线排，第六层是配电箱控制开关和TB2线排，第七层是不间断电源UPS-A，第八层是不间断电源UPS-B，第九层是隔离变压器和地线汇流排。
下图为综合柜的前视图和后视图。
配电部分
为了使整个系统的电源布置有序和合理设计，设置配电箱。
配电箱由不间断电源UPS、变压器和配电箱控制开关三部分构成。
注：
K1：
I路电源输入开关
K2：
II路电源输入开关
K3：
UPS-A工作/检修选择开关
K4：
UPS-B工作/检修选择开关
K5：
监控A机开关
K6：
控制台电源选择开关
K7：
监控B机开关
不间断电源
不间断电源（UPS）：
两个。
两个UPS分别给I、II系供电。
大小：
中等站一般配置为2000W。
根据具体扩展柜的数量考虑，如果正常运行超过UPS负载的50%，可以更换较大容量的UPS。
作用：
提高系统的稳定性和断电情况下不间断运行。
使用：
负载不能超过容量的60%。
负载可以看UPS的面板指示灯。
在上电时需按压开机按钮，输入断电后要UPS时需按住关机钮5S直到UPS的风扇停止转动。
故障检修：
在配电箱上设置了UPS的控制开关，两个UPS各设开关。
开关分工作和检修两个状态。
UPS在无故障的情况下要求把开关设置在工作状态，这样可以起到整流和断电保护的作用。
UPS在故障时需要人工扳动到检修的状态，这样电源屏就可以直接给系统供电。
故障的UPS这时可以脱离检修。
隔离变压器
ADX联锁机运行需要AC100V电源，并且联锁机机笼要求浮空设计，故设置隔离变压器。
位置：
综合柜的最底部，从机柜后面看定义左侧的为隔离变压器A，右侧的为隔离变压器B,所有站统一配置，便于维护。
配置：
每套联锁系统2个，变压器A给I系供电，变压器B给II系供电
电源来源：
变压器A由UPSA供电，变压器B由UPSB供电。
电压：
输入~220V，
输出~100V
作用：
1.调压。
把~220V转换成联锁机的100V。
2．隔离：
减少综合柜对联锁柜的干扰。
连接：
输入由对应的联锁机空气开关接入，输出两根线到联锁机，不接地线，这点要注意。
图1：
隔离变压器A的接线图
图2：
隔离变压器B的接线图
其中：
TBX1线排和TBX2线排在联锁机柜的底层。
隔离变压器
采集驱动部分需要单独设置的DC24V电源。
24V采用插接式模块电源，便于更换。
模块电源上设测试孔。
安装位置：
综合柜交换机下方固定位置。
配置：
每套联锁系统2个
输入：
AC100V
输出：
DC24V
电源来源：
隔离变压器。
24V电源给I/O板供电，在I/O板输出多时电流较大。
24V电源的输出在TB1线排处合并为IO+,IO-。
一台24V电源故障不影响工作。
每个24V电源设有一个状态继电器，状态继电器的在联锁机有固定的采集位置。
当电源故障时，控制台上给出报警提示。
下图为联锁机柜底部的两个线排TBX1线排和TBX2线排的配线图。
上面的1-1，2-1，4-1，5-1，6-1为机柜内部配线。
系统上电
检查设备状态良好并满足使用要求，接通电源屏电源。
确认联锁机每个机笼上的电源供电板上的Poweron指示灯点亮。
注意：
所有板卡均不能带电插拔，请勿带电操。
联锁机
1．系统描述
联锁机采用日本日立公司成熟的二乘二取二计算机系统，包括FCX机笼、FFC机笼、I/O板在内全部进口。
FCX采用时钟级同步方式。
切换采用整机切换，每天定时切换一次。
联锁机有五种工作状态：
A、B两系均不工作、A、B两系中只有一系工作和双系联机同步工作。
作为A、B联锁机来说有单机工作、脱机、联机同步三种状态，其中由脱机到同步大约需要1分钟时间。
系统启动时，先上电的一系（A系或B系）定义为主机，先进入工作状态，其次上电的联锁机为备机，与主机通信自动联机，实现同步工作。
在联机同步时A、B联锁机处于完全相同的工作状态，实无主、备之分。
如主机出现故障，自动停止与FFC的通信，此时备机自动升为主机工作，原主机则处于脱机状态。
必须在修复故障，确认机器工作正常后重新开机，原主机作为备机，转入联机状态，恢复主备机通信，待双机的管理状态完全一致时备机与主机联机同步工作，转入热备状态。
此时原备机仍作为主机工作，不再切换到原主机，将一直保持至本机故障或人工切换倒机为止。
A、B机的自动切换和人工倒机，均不影响系统的正常工作。
两台监控机与联锁机通信都不正常时同步态的联锁机将脱机。
1．1功能概述
⑴实现与监控机的通讯调度。
⑵实现信号设备的联锁逻辑处理功能，完成进路选路、确选、锁闭，发出开放信号和动作道岔的控制命令。
⑶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。
⑷输出控制命令，直接输出-24V电压至偏极继电器线圈，控制动作现场设备。
1．2联锁机基本硬件组成
联锁机包括两部分：
总线层和FFC层。
每个联锁机机柜能容纳三个机笼，当FFC机笼超过两个时，需要扩展联锁机柜。
如图所示，联锁机柜第一层是总线层，有两个FCX机笼，左侧是I系，右侧是II系，两系不共用母板，相互独立。
第二层以下是FFC层。
扩展柜无FCX层，全部是FFC层。
每套联锁机有两系组成，每系的总线层包括电源模块、处理器FCX、通信板ETH和必要的I/O扩展板SIO-D。
每个板子都插在机笼背面的母板上，由母板提供板子的工作电源，并且CPU板通过母板监控机笼中其余电路板的工作。
与监控机之间采用以太网通信，槽位3上的以太网通信板与监控机完成通信功能。
两系之间通信由FCX完成。
1．3总线层配置图
槽4为Ethernet预留
槽5—8为SIO-D，可接IO控制单元FFC的数量为6块（FCX可接两块）。
总线层的外部接口全部在面板上。
所有连线都在面板上连接。
1．4FFC机笼I/O板的配置
每个FFC机笼的容量是12块I/O板，I系和II系分别6块，间隔排列。
I/O板在软件操作平台种固定位置后下载到FCX中，不需要跳线设置。
位置和数量必须按照要求配置，否则将影响FCX运行。
I/O板的布置尽量采用每层固定采集或驱动的原则，尽量减少交叉使用。
如下图所示，左侧为I系的电源和FFC，右侧为II系的电源和FFC。
下图是以采集板FDI为例的前视图。
2．FCX硬件说明
2．1系统规格
概念：
FCX是联锁机的CPU,完成联锁逻辑运算。
FCX:
Fail-safeCpu-unitwitheXtendability
可扩展的故障安全CPU单元
型号：
FCX000
每个FCX有双处理器，可以提高系统的可靠性。
序号
项目
要求
1
环境
温度
0℃to55℃
湿度
95%RH以下
2
尺寸
118.57（W）,253（H）,39.0（D）
3
电压
VCC
+3.3V±5%
+5.0V±5%
4
输入输出
系统总线
?
R600总线
维护用的串口（CONSOL）
?
8针连接口
?
RS-232C
?
异步通信/8位数据/1个停止位/无奇偶校验
通信速度28.8kbps
以太网端口（EPORT）
?
RJ-45
?
10BASE-T
两系间通信（CN3）
?
26针连接口
?
RS-485/绝缘/HDLC高级数据链路控制
?
数据长度1字节/1.5kbyte（可自定义）
?
通信速度10Mbps/全双工
?
双系FCX控制功能
?
同步控制/复位控制/WDT监督?
最长的电缆长度1m（屏蔽电缆）
与FFC通信[CN1/CN2]
?
10针连接口
?
RS-485/绝缘/HDLC高级数据链路控制
?
数据长度1字节/1.5kbyte（可自定义）
?
通信速度1Mbps/全双工
?
每个口与FFC一对一连接
?
通信中断时FFC复位
?
最长的电缆长度5m（屏蔽电缆）
运行状态的监督
[DO]
?
动态连接2针
?
24V/100mA
?
绝缘
?
最长的电缆长度5m
5
开关
RUN/STOP
?
开始/停止
SREQ
?
仿真
DIPSW1
?
8位/对应用程序开放.
6
LED指示器
RUN
?
主系：
绿；从系：
黄
ERR
红
?
硬件错误
STBY
绿
?
停止
LINK
绿
?
连接建立
TR
绿
?
EPORT在传输
[TXDA/TXDB]
绿
?
向FFC发送数据
[RXDA/RXDB]
绿
?
从FFC接收数据
7
双CPU参数
CPU
?
32位RISC处理器（SH4：
SH7751）*2
内存
?
主存/64MB/SDRAM
?
无电池
?
有写保护功能
?
无内存检测功能
FLASHROM
?
非易失存储器/8MB/FROM
?
可擦写
?
高64K可写保护.
8
单独的RAM
C/M
8MB的SRAM
9
电压校验
?
AC500V1minute
10
操作系统
CPMS
11
系统反映时间
程序下载
?
大约30秒（从EPORT到FLASHROM）
?
大约5秒（从Systembus到C/M8MB）
开机
?
大约10秒
2．2LED指示灯含义
序号
状态
RUN
ERR
STBY
1
开始启动
绿闪
灭灯
绿闪
2
初始化过程中
黄闪
灭灯
绿闪
3
启动时异常
绿闪或黄闪
红闪
灭灯
4
主系工作
绿灯
灭灯
灭灯
5
从系工作
黄灯
灭灯
灭灯
6
仿真模式
黄灯
灭灯
绿闪
7
控制待机
绿闪
灭灯
灭灯
8
停止处理中
灭灯
红闪
灭灯
9
停止
灭灯
红灯
灭灯
2.3FCX面板定义
2．4FCX与FFC连接说明
3．联锁机以太网卡说明
3．1以太网卡规格
标准：
R600-M总线/Ethernet[IEEE802.3]
型号:
ETH2
特征：
TCP/IP协议
每块以太网卡双MAC地址，双通道
双网卡可以提高通信速度
3．2配置和结构
3．2．1系统配置
3．2．2以太网卡的结构图
3．2．3板面图
3．3指示灯含义
名称
分类
颜色
含义
RUN
绿
指示为运行状态
ERR
红
指示为错误状态
TXD
A
绿
CN1口有发送的数据
RXD
A
绿
CN1口有接受的数据
LNK
A
绿
CN1口建立连接
TXD
B
绿
CN2口有发送的数据
RXD
B
绿
CN2口有接受的数据
LNK
B
绿
CN2口建立连接
3．4跳线设置
I系
II系
其他/每位含义
JP
系统要求
SW1
CN1
1：
自动传递/否
2：
100BASE/10BASE
3：
全双工/半双工
4：
预留/使用
CN2
5：
自动传递/否
6：
100BASE/10BASE
7：
全双工/半双工
8：
预留/使用
SW2
站号设置0~255
3．5连接口定义
名称
针分配
CN1/CN2
序号
信号
方向
功能
平面图
1
TX+
ETH2→
发送数据
2
TX—
ETH2→
发送数据
3
RX+
ETH2←
接收数据
4
NC
5
NC
6
RX—
ETH2←
接收数据
7
NC
8
NC
电压要求
直流5V，范围：
5V±5%
4．IO扩展板SIO-D说明
SIO是智能的串行通行设备，插接在CPU层R600母板上。
当需要扩展两个以上FFC机笼时用到SIO。
和FFC间采用RS485连接，全双工方式。
连接口针定义
针号
信号名
功能
1
SG
信号地（浮空）
2
SG
信号地（浮空）
3
TXL2Y
发送（+）
4
TXL2Z
发送（--）
5
SG
信号地（浮空）
6
SG
信号地（浮空）
7
RXL2Y
接收（+）
8
RXL2Z
接收（--）
9
SG
信号地（浮空）
10
SG
信号地（浮空）
5．FFC电源模块说明
型号：
APW000
参数指标：
温度：
动作时：
-10~+60度
非动作时：
-20~+70度
冷却方式：
自然冷却
输入电压允许范围：
AC80V~132V
输入电流允许范围：
最大3.6A
输出电压：
+5.0V
电压变动率：
3%
最大输出电流：
20A
电源具备过电压保护、过电流保护、不足电压切断输出的功能。
1．过电压保护
检出值：
5.6~7.0V
检测时间：
<1S
结果：
停止输出
2．过电流保护
检出值：
>21A
检测时间：
<1S
结果：
停止输出
3．不足电压
检出值：
3.0V~4.3V
检测时间：
<1S
结果：
停止输出
2-1：
电源正常工作时，绿灯
2-2：
过电压、过电流时，红灯
2-3：
调整直流5V输出电压
2-4：
直流5V确认端子
2-5：
0V基准电压端子
2-6：
输出电压低时报警接点，暂时不用。
2-7：
输入电压直流100V。
其中：
LG-地线。
6．FFC电源模块说明
型号：
LPJ001
参数指标：
同APW000
2-3：
调整直流12V输出电压
2-4：
调整直流5V输出电压
2-5：
调整直流3.3V输出电压
2-6，2-7，2-8：
测试孔
7．IO总线控制器FFC说明
FFC：
F总线控制器
FFC有双处理器SH-2，它的作用是控制IO板。
可以应用在单系中，也可以用在可靠性更高的双系中。
序号
项目
描述
1
环境
温度
0℃～55℃
湿度
95％RH以下
2
尺寸
225.04（D）×261.85（H）×20.32（W）[4HP]
3
电压
VCC
+5.0V±5％
4
输入输出
系统总线
F总线，96针
维护用的以太网口[CONSOL]
袖珍式的8针接口
RS-232C
异步通信/数据长度8bits/停止位1bit/无奇偶校验
通信速度28.8kbps
与FCX通信[CN1]
?
10针连接口
?
RS-485/绝缘/串行连接
?
数据长度128字节
?
通信速度1.5Mbps/全双工
?
每个口与FCX一对一连接
?
通信中断时FFC复位
最长的电缆长度5m（屏蔽电缆）
与另一系FFC通信[CN2]
?
16针连接口
?
RS-485/绝缘/HDLC高级数据链路控制
?
数据长度1字节/1.5kbyte（可自定义）
?
通信速度10Mbps/全双工
?
双系FCX控制功能
?
WDT监督
?
最长的电缆长度1m（屏蔽电缆）
5
开关
RESET
复位重启
6
LED
RUN
主系：
绿从系：
黄
ERR
红灯，硬件故障
TXD
与FCX发送
RXD
与FCX接收
7
双处理器
MPU
32位RISC处理器（SH2：
SH7045）*2
FBC
双总线比较模式
M/M
主存2MB/SRAM/1BANK
无电池
有写保护功能
8
FLM
FROM4MB，可反复擦写1000次
9
反映时间
开机
10S
采集板（FDI）
采集采用的是二取二安全智能I/O模块，主要负责联锁运算所需的信息采集，包括安全智能采集模块。
每块采集板为48路采集模块，采集板具有完善的自诊断功能，系统周期性检测采集回路正确与否，任意一路采集回路故障均可及时检出。
可以通过面板指示灯判断其工作是否正常。
在正常运行时，采集板前面板上的RUN灯、IN1灯、IN2灯、IN3灯，这4个灯应该点绿灯。
灯故障时，采集的前面板上的ERR灯亮红灯。
驱动板（FDO）
驱动板采用的是二取二安全智能I/O模块，主要负责联锁命令的执行，包括安全智能驱动模块。
每块驱动板为32路驱动模块。
驱动板具有完善的自诊断功能，系统周期性检测驱动回路正确与否，任意一路驱动回路故障均可及时检出。
可以通过面板指示灯判断其工作是否正常。
在正常运行时，驱动板前面板上的RUN灯点绿，主控板的OUT灯亮绿灯，备板的OUT灯亮黄灯。
灯故障时，驱动板的前面板上的ERR灯亮红灯。
光纤通信
1．简述
为保证联锁机FCX机笼对大地悬空，防止监控机及其他设备对联锁机的信号干扰。
采用光纤通信系统方式将监控机与FCX机笼隔离。
2．太网光交换机
采用芯惠通公司生产的JetNet以太网光交换机。
配置：
每套联锁系统需要2个光交换机，每个光交换机有3个电口，1个光口。
安装位置：
综合柜监控机B下方两个。
供电来源：
两个UPS的输出，~220V。
防止当一个UPS断电时交换机断电。
输入电压：
直流24V，有专用变压器
交换机变压器：
每个光交换机有两个电源输入接口，所以每个光交换机可以有两个光交换机变压器中的任何一个供电。
变压器电源（~220V）由相应的监控机空气开关输出。
3．光信号转换器
光电信号转换器，又称光猫。
型号：
JetCon1301。
配置：
每套联锁系统需要2个光电信号转换器，每个JetCon1301有1个10/100Base-TX口转1个100Base-FX?
Fast口的工业级光电信号转换器。
安装位置：
联锁机柜底层背面。
供电来源：
对应隔离变压器输出的AC100V。
光电信号转换器A对应隔离变压器A.
输入电压：
直流24V，有专用变压器
传输距离：
JetCon?
1301?
光口支持多模SC接口最大传输距离2km，单模SC接口最大传输距离30km。
布置：
联锁机下部，在机柜后面从右向左依次是A、B。
每个交换机有独立的电源变压器。
下图为电源变压器的配线图。
4．连接方式
监控机、维修机连接到综合柜光交换机以太网口，综合柜光交换机和联锁机光电信号转换器是通过两芯光缆连接，光缆连接时要交叉，即一个光交换机的TX对应另一个光交换机的RX。
以太网连接方式如下图所示：
注：
1、图中黄色的线为多模光纤，灰色的线为以太网线。
2、交换机光口不能进入灰尘，光纤拔出时要用橡胶塞塞住，不用的光口也要用橡胶塞塞住。
光纤通过地板下方时要作好防护措施，以免损伤。
监控机
在TYJL-ADX容错计算机联锁系统中，监控机主要功能是实现人机对话，操作人员利用鼠标进行操作，办理接发车进路、调车进路等作业。
上位机根据操作人员不同的操作情况给联锁机发送不同的命令，联锁机根据监控机发来的命令，经过联锁运算把站场进路状态信息发送给上位机，并且在监视器上表现出来。
提供车务操作人员分析现场情况。
监控机正面：
监控机背面：
控制台
功能
显示站场状态，接受操作命令。
也称MMI，将站场表示、进路状态、操作结果用彩色监视器显示给操作人员；将操作人员的操作命令传输给监控机。
操作方式
控制台的操作方式为：
鼠标操作（可同时在两个鼠标控制台上进行操作）。
后台监视器
大型车站配有值班员后台监视器。
有后台的车站分别设值班员和信号员。
后台监视器一般是17寸液晶显示器，监控机切换板视频输出经视频分配器分配给控制台显示器和后台监视器。
视频分配器放置在控制台柜内，应固定良好。
后台视频分配器和后台显示器的电源来源应是UPS。
后台连接示意图：
电务维修机
电务维修机的主要功能是记录操作信息、错误信息、站场显示信息、输入输出信息的功能、铅封计数器清零。
电务维修机必须与监控机通信才能完成上述功能。
TYJL-ADX容错计算机联锁系统中，维修机是不可缺少的一个重要组成部分，它的具体使用方法见《电务维修机使用说明书》，它的主要功能是：
1．车务操作的记录
2．站场状态信息的记录
3．报警信息的记录
4．所有的记录以文件的形式存储1个月
5．
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