091315324+郑杰++西门子微机联锁SICAS系统2.docx
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091315324+郑杰++西门子微机联锁SICAS系统2
南京铁道职业技术学院
毕业论文
题目：
西门子微机联锁SICAS系统分析和故障处理
作者：
郑杰学号：
091315324
二级学院：
通信信号学院
专业：
铁道信号
班级：
南京地铁信号0911班
指导者：
杨进讲师
评阅者：
2012年05月
毕业设计（论文）中文摘要
简析西门子微机联锁SICAS系统
摘要：
随着中国一些大城市的日益发展，中国的城市轨道交通也取得了长足的进步，西门子公司随之也将自己先进的综合信号系统（ATC）引入到中国城市轨道交通中。
在高等级ATC系统中，联锁系统作为ATP系统中的子系统，也是ATC的关键系统。
西门子微机联锁SICAS系统是目前最先进的车站联锁系统之一，具有运作速度快，信息量大，操作方便，安全性高，设备体积小，重量轻，便于调试和维修的特点，提高了自动化程度和作业效率。
主要介绍西门子ATC系统中的计算机联锁（SICAS）系统。
SICAS系统的模块化结构和配置、SICAS系统硬件和SICAS系统的接口。
关键词SICAS计算机联锁ATC信号系统SICASICSICASECC设备接口
故障处理
目次
1绪论
随着中国一些大城市的日益发展，中国的城市轨道交通也取得了长足的进步，西门子公司随之也将自己先进的综合信号系统（ATC）引入到中国城市轨道交通中。
ATC主要由计算机联锁系统（SICAS）、列车自动防护（ATP）、列车自动驾驶（ATO）和列车自动监督（ATS）4个子系统组成。
ATC系统的设计、生产制造、系统集成、安装调试及工程管理，可以满足高速度、高密度和不间断运行的要求。
由于信号系统是基于模块化、灵活的系统设计准则，从而保证了系统数据量和功能的可配置性和可扩展性，也很容易把必要的调整集成到既有信号系统中去，为项目的配置做好准备。
这些系统已经在全世界各大洲不同国家的各种气候和环境条件下使用多年。
SICAS（西门子计算机辅助信号系统）基于故障—安全的SIMIMT原则，即一种应用在安全系统的设计原则，硬件故障或者软件故障的结果能导致系统进入一种已知的安全状态，是经过广泛验证、成熟的联锁系统。
该系统的现代化设计和安全数字总线通信的使用，使得联锁系统的总量最小化成为可能。
全面模拟室外设备的工厂测试手段，使SICAS系统现场测试工作量显著减少。
ATC系统是当代地铁系统的信号系统，西门子LZB700M连续列车控制（模块化）ATP／ATO系统是一个在国际上被广泛采用并成熟的系统。
LZB700M列控系统由车载地面设备组成，系统的模块化意味着系统可按照用户要求灵活调整并使功能扩展如ATO、PTI（自动识别）、自动折返等。
系统严格依照德国DIN和VDE标准以及更严的MV8004标准开发，符合“故障一安全”原则，设备软、硬件均由德国铁路当局（EBA）、安全标准单位（WV）以及私人权威机构进行了安全论证并批准使用。
此外，系统具有良好的电磁兼容性，保证了在直流l500V、3500A电力牵引环境下运行。
LZB700MATP／ATO系统中的计算机辅助信号系统（SICAS）是其中的关键系统，是实现信号联锁的心脏设备。
SICAS可监督和控制道岔、轨道区段、信号机等,也可单独操作室外设备，以保护有信号的进路，防止列车冲突，是ATP系统中的重要子系统。
SICAS型故障一安全、高可用性的微机联锁系统，可以监督和控制道岔，轨道区段，信号机以及其他室外设备的部件，包括单独操作和排列进路；辅助操作，操作员动作记录；进路占用和解锁；与列车自动控制系统设备的集成等。
西门子计算机辅助信号系统（SICAS）中包含了联锁和闭塞。
把联锁和闭塞合二为一的主要原因是城市轨道交通的站间距离都很短，一般在1km或lkm多，不同于普通铁路的站间距离在10km以上，这样在城市轨道交通中，就可以把区间的股道也定义为车站的一部分。
2SICAS的模块化结构和配置
就进路控制的层次而言，可分为人机对话层、联锁运算层和执行层。
对应这三个层次，根据图1所示，相应地SICAS联锁功能由三个逻辑系统组成。
2.1人机会话层（操作/显示层）
主要任务是接受来自控制台、键盘或鼠标器等的操作输入，判明操作输入能否构成有效的操作命令，并将操作命令转换成约定的格式输送给联锁计算机。
另外，接受来自联锁计算机的表示信息，将它们转换成显示器或控制台能够接受的格式。
总之，人机对话计算机的功能是传送和生成操作命令和表示信息的。
操作控制层主要具有如下功能：
操作显示功能（如ATS系统、VICOSOC操作系统等）l自动功能（如进路自动排列、自动追踪、自动折返等）；服务与诊断功能。
操作控制层实际就是中央或地铁车站的操作和控制部份，其中控制中心的操作系统采用的是VICOSOC50l系统，联锁车站操作系统采用的是ⅥC0SOC101操作系统，VICOSOC操作系统和VICOSOC501系统属于ATS的范围。
2.2联锁运算层（信号逻辑层）
联锁计算机是联锁系统中的核心部分。
主要负责联锁逻辑的运算及和其他系统间的数据交换。
SICAS联锁设备采用3取2的冗余方式，其主要功能是联锁逻辑运算，通过它完成操作员具体的命令，实现进路的排列、锁闭、监督、解锁，防止同时排列敌对进路。
从操作控制层发出的命令通过数据处理接口传到联锁逻辑层，由其完成处理，所产生的结果状态和故障信息发回到操作控制层。
2.3控制器层（现场元件监控层）
控制命令经由此层转换和发送到现场要素。
此级监控诸如信号机、转辙机和轨道占用/空闲指示等现场要素，并且指示到达联锁逻辑单元的状态。
实现系统功能配置。
控制监督层由分散式电子接口模块组成，是连接联锁计算机同室外设备的一个桥梁，也就是普通意义上讲的接口电路。
图l中的元件接口模块（EIM）直接控制和监督室外设备。
根据电缆参数和连接的室外设备，元件接口模块（EIM）和室外元件之间的控制距离可达到6,5公里。
EIMECC包含硬件控制驱动器。
2.4SICASECC联锁系统功能的基本系统配置
SICASECC联锁系统功能的基本系统配置如下（图1）：
图1基本系统配置
●操作与显示控制系统：
∙计算机单元操作控制台（OC100）
∙中央操作与显示功能
∙服务与诊断（S&D）设备
●IC（联锁计算机）系统：
∙用于联锁的信号和安全逻辑，以及监控逻辑
∙多样化的微机、冗余设计
∙到EIM-ECC的总线连接
●SICAS®ECC（元件控制计算机）
∙带有3取2计算机系统的故障-安全EIM-ECC
∙用于室外设备和轨道空闲检测的接口连接
∙其它指示的处理（例如，电源）
∙最大控制距离：
6,5 km（取决于所使用的室外设备和电缆参数）。
∙邻近的SICAS®联锁是经由一个单独的以太网连接的。
信息经由高性能光纤链路发送。
为增加实用性，连接是冗余的。
∙SICAS®和其它的联锁（电子的或者以继电器为基础的），能通过铜电缆链路，以继电器接口的形式连接。
3SICAS系统硬件
SICAS硬件包括SICASIC计算机和SICASECC
3.1IC计算机
SICASIC计算机柜是SICAS®ECC联锁系统的中心机柜（图2）。
通过这个机柜连接操作和显示系统。
SICASIC是一个2*2取2多样化计算机系统。
为提高可用性，这个系统可以作为一个2取2系统被设计为冗余的。
一个2取2系统包含两台同样的计算机对，每对都有两个不同的ICs。
ICs系统的多样化是通过使用不同的操作系统（LINUX®，Windows®）以及不同的处理器（LINUX®,Windows®）来实现的。
电源组匣
带有3个电源模块
基本组匣
容纳HW核心CU模块、通讯模块和SICASECC模块
扩展组匣
容纳附加的SICASECC模块
图2IC计算机
3.2ECC计算机柜
基于ECC的电子联锁的系统平台是SIMISECC（图3）。
ECC分为基本层、扩展层和电源层。
基本层为计算机核心板件提供插槽，也为八块POM4和SOM或十六块INOM外围设备板提供插槽。
混合的补充组件也是可能的。
与基本层连接的扩展层可以再容纳十块外围设备板。
电源层包含电源模块，该电源模块为计算机核心板件和外围设备板产生5V电压。
为每个计算机通道提供一个单独的电源板。
特点
冗余2x2取2IC计算机配置（4个SICASIC,1个下载IC）
监视器，键盘和鼠标盘
图3SICASECC
SICAS®ECC模块位于SICAS®ECC机柜内。
总的来说有两种不同型号的基本机柜会运用到本项目中：
型号S25160-J1-A11和型号S25160-J1-A12。
每个S25160-J1-A11型号的机柜配备有一个基本组匣，一个扩展组匣和一个电源电源，而每个S25160-J1-A12型号的机柜配备有两个基本组匣，两个扩展组匣和两个电源组匣。
3.3元件控制计算机ECC的基本组匣
图4SICAS®ECC计算机的基本层（示例）
如图4，硬件核心的槽位于基本组匣的左手边。
核心由三个SICAS®ECC运算单元和两个通讯模块组成，以用于通信。
除了硬件核心外，还有一个空间，该空间可以容纳多达8个宽度为8WUs（宽度单位）的宽元件接口模块，或者16个宽度为4WUs的窄元件接口模块。
这些模块可以按需要组合在一起。
3.3.1CU板
如图5，3取2配置中，ECCCU（元件控制计算机，控制单元）板构成了ECC计算机的核心组件。
3取2配置：
第3个ECCCU提高可用性。
一旦一个ECCCU出现故障，在一个3取2配置中的其余两个ECCCU还能保证可用性（没有安全切断）。
ECCCU中央板也指计算机通道。
该中央板具有一个RS422串行接口和一个Unilink（单链路）接口，以便连接诊断PC。
图5CU板
3.3.2通讯模块
●通讯模块母板（图6）
ECC基本层可安装两个通讯模块母板。
带有通讯模块的计算机核心组件扩展层-通讯模块母板将ECC连接到不同的通道。
通讯模块母板可安装多达四个通讯模块。
安装了PROFIBUS通讯模块的通讯模块母板
应用
M模块（通信模块）的承载模块，用于SICAS®ECC与各种信道灵活形成接口
特点
通信模块的四个槽
可以选择通信模块的任意组合
图6通讯模块母板
●通信模块以太网（图7）
应用
通信模块以太网是一台联锁计算机的取决于应用的快速连接（最上层），例如与操作员控制台或者控制系统。
这个模块会被插入到通信模块母板。
图7通信模块以太网
3.3.3INOM2模块
INOM2（数字输入/输出模块）板是一个接口板（图8）。
对于外围设备，INOM2板产生2x8条输出命令，并且可以读入2x8条输入指示。
LED显示屏
STOP（停止）：
“关闭”按钮：
该按钮用于操作期间板件的插入和拔除。
PSS：
指示该板是否处于工作状态。
ERR：
错误LED指示该板不处于工作状态并且故障存储器已得到了设置。
通道1：
黄色LED：
命令，通道1
绿色LED：
指示，通道1
通道2：
黄色LED：
命令，通道2
绿色LED：
指示，通道2
LED（红色）：
自动断路器已经断开。
图8INOM2模块
3.3.4POM4模块
集成的POM4（图9）（道岔操作模块）板被用来监控四线、六线或七线转辙机。
STOP（停止）：
“关闭”按钮：
该按钮用于操作期间板件的插入和拔除。
PSS：
外围设备选择信号机LED指示该板是否处于工作状态。
ERR：
错误LED指示该板不处于工作状态并且故障存储器已得到了设置。
L2：
该绿色LED在位置指示器2的输入出现正电压指示时开启。
R1：
该绿色LED在位置指示器1的输入出现正电压指示时开启。
R2：
该绿色LED在位置指示器2的输入出现负电压指示时开启。
L1：
该绿色LED在位置指示器1的输入出现负电压指示时开启。
SHIFT：
如果位置继电器的继电器线圈被触发，该黄色LED开启。
HS：
如果控制电流继电器1/2被触发，该黄色LED开启。
L：
如果“左位”方向继电器被触发，该黄色LED开启。
R：
如果“右位”方向继电器被触发，该黄色LED开启。
POWER（电源）：
如果存在用于转辙机的工作电压，该绿色LED开启。
RUN：
当道岔正处于转换时，该绿色LED开启。
图9POM4模块
3.3.5SOM6模块
SOM6板是一个直接馈送或由变压器馈送的信号操作模块（图10），该模块激活信号机、卤素灯和LED信号机单元的稳态灯光显示和闪烁信号显示。
SOM6板可以被用来监控最多达8个的信号机单元（每个信号机单元一个灯电路）。
灯1可以被永久作为受限灯位，而灯2作为受限灯位，这一点可通过配置进行。
图10SOM6板的面板
3.3.6SV230/5模块
采用SV230/5电源模块为SIMISECC计算机供电（图11）。
并从230VAC输入电压生成受控的5VDC电源电压。
温度范围为-40°C到+85°C。
图11SV230/5板
4SICAS系统的接口
图12一个联锁计算机的接口（示例）
图12给出了一台联锁计算机和数据总线室内与室外设备的元件的接口的示例。
4.1与室内设备接口
如图13，INOM2模块（输入/输出操作模部件块）使得SICAS® ECC联锁计算机能经由数字命令输出和指示输入与联锁的其它室内设备进行通信。
图13INOM2连接
4.2与室外设备接口
4.2.1转辙机
S700KCAC转辙机或者经核准的等效设备由POM4模块（岔道操作模块）监控。
POM4的四根线作表示时（图14）：
左位：
1-3；2-4通
右位：
1-4；2-3通
图14
4.2.2信号机
SOM6与信号机之间的连接如图15：
图15
4.3与操作控制系统的接口
操作与显示系统和SICAS®ECC联锁经由一个以太网接口进行通信。
受程序保护的PDI协议用作通信协议。
服务与诊断控制单元（S&DCU）是SICAS®ECC的一个专用工具，它能提供系统状态的信息，记录联锁中任何错误或故障的出现，并处理用于运算的数据。
4.4与轨旁ATP系统的接口
SICAS®和轨旁ATP系统之间的接口被在SICAS®的操作及显示接口（ODI）模块中得到实施。
SICAS®将诸如道岔和信号状态的联锁元件的状态指示发送至轨旁ATP。
在相反的方向上，SICAS®联锁接收来自轨旁ATP的联锁相关操作信息。
4.5主信号部件之间的接口
这三个信号子系统（ATS-ATP/ATO-IL）通过图16所示的信息交换进行物理上的相互作用。
图16：
逻辑数据交换
输入：
∙来自ATS系统的命令，
∙来自轨道空闲检测的"clear"（空闲）或"occupied"（占用）状态，
∙来自转辙机、信号机等的状态信息。
∙来自轨道旁ATP的信息
∙其它信息
输出：
∙ATS系统的状态信息（例如，关于进路排列、轨道区段的“空闲”或“占用”状态等的信息），
∙发送至车站管理员和维护人员的信息（只有当车站控制点已提供并正在使用），
∙对转辙机、信号机等的控制，
∙到诊断设备的输出，
∙提供给ATP/ATO设备的状态信息（例如，关于进路排列、轨道区段的“空闲”或“占用”状态等的信息）。
∙其它
4.6与车站设备的接口
有三个主要的非信号系统接口：
∙站台屏蔽门和站台安全门设备：
∙紧停按钮
∙防淹门
5ECC联锁系统设备维护
ECC联锁系统以ECC（元件控制计算机）系统平台为基础，提供故障—安全的Simis微机系统。
5.1注意事项
（1）在长期存储过程中SOM6的后备电容可能会损失，因此SOM6不能储存超过1年。
（2）每年将备件SOM6插入正常工作的ECC一次，确定其工作能力正常。
（3）如果在操作时更新ECC—CU板，由于联锁系统可能需要延迟执行与安全相关的行为，因而会带来危险，只在运营间隙执行故障ECC—CU的更新，该时段内没有列车在线路上运行。
（4）微机机柜的工作温度如不加以控制，将可能造成PC死机，带来干扰。
确保SimisECC机柜的工作温度不超过55
℃，SimisPC和SimisPC/ECC机柜的工作温度不超过35℃。
（5）在带电状态下拔出核心电路板时，将可能造成PC死机，带来干扰，只在失电情况（比如供电模块已关闭）下拔出或插入核心电路板（ECC—CU及M模块版）DiagnosticsviaLEDs/通过LED灯诊断。
（6）ECCCU运算单元根据SIMIS原理运行，采用3取2结构配置；形成SICASECC的运算核心。
在更换时应首先关闭其所在通道的电源后再进行拔出操作。
（7）ECCCU模块、通信模块需要重新加入正常工作时，其所在通道的电源必需处于关闭状态。
重新上电且同步后，必须按压相应CU板上的DELPB按钮，保证“EL”或“ER”由红灯转为灭灯，系统处于同步状态。
（8）拔下INOM2板时必须按以下步骤操作：
1.按下所要拔的INOM2板上STOP按钮，然后按下任意一块正常工作的CU上的DELPB按钮，再松开INOM2板上的STOP按钮，最后松开CU上的DELPB按钮。
2.INOM2板上的“PSS”变为绿闪且“ERR”亮红灯时，才可以拔下此INOM2板。
（九）INOM2板重新加入工作操作时应符合以下要求：
将INOM2板插入机柜插槽后，再同时按下任意两个CU板上的DELPB按钮，经系统自检后，此INOM2板可重新正常工作。
（“PSS”绿灯亮，“ERR”灭灯）。
5.2系统设备上电重启
5.2.1轨旁联锁计算机关闭
通常联锁计算机不需要重启。
若遇到特殊情况时（如系统要断电）需要关闭联锁，只需直接关闭联锁计算机电源开关。
联锁关闭后，相应联锁区的信号元件（信号机、转辙机、进路等）都不能使用，在LOW上显示为灰色。
注意：
关断联锁计算机前必须令联锁区内所有运行的列车停止运行。
5.2.2轨旁连锁计算机上电启动
要启动联锁，只需接通联锁计算机电源开关即可。
计算机启动大约2~3分钟即可看到LOW上显示出各联锁元件的工作状态。
注意：
重启联锁前办理的所有进路和封锁在重启后都不再有效。
新启动起来的联锁并不能直接用来办理进路。
出于安全原因，操作员应首先检查并设置好所有必要的封锁（如封锁区段、封锁信号、单锁道岔等）。
然后在LOW上执行“重启令解”命令，之后排列进路等联锁命令才能被系统执行。
5.2.3轨旁ATP计算机关闭
通常轨旁ATP计算机不需要关闭。
若在遇到特殊情况时（如系统要断电）需要关闭轨旁ATP，只需直接关断轨旁ATP计算机电源开关。
轨旁ATP关闭后，相应控制区的CTC车都会降级，最高只能以ITC级别运行，所有列车都以物理区段的固定闭塞运行，在LOW上所有占用都以紫色显示，轨道区段旁边会有闪烁的白色虚线，信号机全部点亮，列车可以根据进路运行。
注意：
关断轨旁ATP计算机前必须令控制区内所有运行的列车停止运行。
5.2.4轨旁ATP计算机重启
要启动轨旁ATP，只需接通轨旁ATP计算机电源开关即可。
计算机启动大约2~3分钟即可看到LOW上轨道区段旁的白色虚线消失，轨道占用变为红色，没有列车接近的信号机熄灭。
注意：
重启轨旁ATP前设置的所有临时限速在重启后都不再有效。
在新启动起来的轨旁ATP控制区域内的列车并不能立即升级到CTC级。
出于安全原因，操作员应首先检查并设置好所有必要的临时限速等，然后在LOW上执行“重启令解（TCMT）”命令，之后列车才可能升级到CTC级别。
5.2.5ECC启动和关闭
ECC关闭时，首先关闭三块ECC_CU板，其次关闭每个ECC组闸的电源模块；
ECC启动时，首先打开每个ECC组闸的电源模块开关，然后打开三块ECC_CU板的开关，经过3~5分钟系统自检后，ECC组闸各电路板得到正常的输入，输出显示，启动结束。
注意：
在打开ECC_CU板时，由于系统的3取2设置，所以要求至少两块板要同时上电。
5.2.6系统上电重启—SOM,POM,INOM的启动
（一）以POM4板为例，正确的启动步骤如下：
1.当POM4的红色“ERROR”灯长亮，而绿灯“PSS灯”闪烁时按下“STOP”按钮；
2.POM4的红色“ERROR”灯灭，而绿灯“PSS”灯依然闪烁；
3.同时按压任意两块正常工作的ECC_CU板的“DEL_PB”按钮1~2秒后松开；
4.POM4的“PSS”等稳定点亮，3~5分钟自检后启动完成，显示正常工作状态。
（二）以POM4板为例，正确的关闭步骤如下：
1.当POM4板“ERROR”灯灭，“PSS”灯稳定点亮时；
2.同时按下ECC_CU板的“Del_PB”按钮和POM4的“STOP”按钮；
3.当POM4的红色“ERROR”灯稳定点亮时松开POM4的“STOP”按钮；
4.当“PSS”灯闪烁时松开ECC_CU板的“DEL_PB”按钮。
5.POM4板关断
注意：
当更换电板时，一定要首先关断板子，否则如果直接拔插将会造成整个ECC组闸所有板子关闭，SOM、INOM板的关闭和启动步骤同POM4板。
5.3轨旁联锁设备ECC常见设备故障
5.3.1电源模块故障
图17
如图17，当保险管故障时，输入指示灯UE点亮，输出指示灯UA灭，现象与开关切断相似，需更换保险管F200mA。
5.3.2ECC_CU板故障
故障指示灯EL或ER点亮：
这是说明此块CU板与它相邻的两块CU板间的通讯有故障。
可能的原因：
供电的电源模块故障、板块自身故障
注意：
西门子联锁是3取2系统，当1块ECC_CU板故障时，仍可以正常工作；但当两块ECC_CU板同时故障时，整个ECC组闸所有板件将关闭。
（一）ECC_CU故障可能的原因——供电电源模块故障：
每块ECC_CU板由相对应位置的电源模块供电，当相应的电源模块故障或关断时，ECC_CU上的指示灯EL和ER同时点亮，而相邻其它两块ECC_CU板上只有EL或ER灯亮
解决方法：
1、打开电源模块开关2、更换故障电源模块3、更换电源模块保险。
（二）ECC_CU故障可能的原因——CU板自身故障：
当某块ECC_CU板自身故障时，也会造成其ECC_CU板上的指示灯EL和ER同时点亮，而相邻其它两块ECC_CU板上只有EL或ER灯亮。
解决方法：
当确定非电源模块引起的故障时，而通过按压自身Del_PB按钮也无法消除时，可关/开一次EL和ER灯点亮的CU板相应的电源模块，3~5分钟自检后便可启动，有些故障由于CU板记忆产生死循环，只能通过断电消除故障。
5.3.3M_Module故障
当某个指示灯亮度明显比其它灯暗，同时闪烁的频率明显的慢于其它灯位，这时就需要注意，这块M_Module通讯故障，但具体的判断需要通过联锁站计算机的GIVIS程序来判断，当GIVIS相应连接显示红色时，则说明连接有故障，则需更换M_Module板。
5.3.4SOM6故障
说明：
灯位1红灯（第一架信号机）；
灯位2红灯（第二架信号机）；
灯位3黄灯（第一架信号机）；
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