VPI3 iLOCK型计算机联锁系统维护说明书.docx

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VPI3iLOCK型计算机联锁系统维护说明书

卡斯柯信号有限公司企业标准

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VPI-3/iLOCK型计算机联锁系统

维护说明书

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目录

1目的和适用范围3

2维护说明书3

3VPI-3/iLOCK系统介绍5

3.1概述5

3.2VPI-3/iLOCK系统体系结构5

3.3VPI-3系统热备工作原理6

3.4iLOCK系统冗余工作原理7

3.5VPI-3/iLOCK系统的安全性和可靠性12

4VPI-3/iLOCK系统印制电路板的故障检测13

4.1PCB故障诊断13

4.2各种PCB的表示灯13

5诊断维护子系统19

5.1SDM概述19

5.2SDM总体介绍20

5.3SDM详细功能介绍21

6PCB故障判断及更换38

6.1故障初判38

6.2板子更换步骤39

附录一故障排除方法41

附录二故障处理42

附录三UPS的说明及维护54

VPI-3/iLOCK型计算机联锁系统维护说明书

1目的和适用范围

目的：

为了方便用户能够对VPI-3/iLOCK型计算机联锁系统做出更好的维护。

范围：

适用于所有的VPI-3/iLOCK型计算机联锁系统。

2维护说明书

20世纪80年代以来，随着计算机技术、现代通信技术、网络技术的发展，车站联锁开始进入了计算机联锁时代。

计算机联锁以其信息量大、可靠性高、体积小、便于集中联网增强调度指挥能力、维修工作量小、带有诊断与记录功能等特点，显示了其在信号领域发展的广阔前景。

安全型计算机联锁（VPI）系统是一种“故障-安全”的、以微处理器为基础的车站联锁信号控制系统。

该系统是中法合资卡斯柯信号有限公司从阿尔斯通信号（美国）公司引进，结合中国铁路运营技术条件，经过二次开发而成的一种安全型计算机联锁产品。

1993年4月10日，计算机联锁通过了中国权威部门的技术鉴定，被授予“科学技术成果鉴定证书”。

VPI型计算机联锁系统的逻辑电路是由安全型逻辑组成的。

能把传统的由继电器实现的联锁逻辑和控制逻辑“写”成一系列逻辑表达式（即布尔表达式），这些逻辑表达式的正确实施是通过一个设计过程和原则来得到保证的。

这个设计过程和原则被称之为“数字集成安全保证逻辑（NISAL－NumericallyIntegratedSafetyAssuranceLogic）”，这个“数字集成安全保证逻辑”确保联锁逻辑按要求实现，并使系统具有“故障-安全”特性。

因此，安全型计算机联锁是从“有接点”到“无接点”的飞跃。

1998年12月，卡斯柯公司的安全型计算机联锁软件通过了铁道部计算机联锁软件测试中心的测试。

铁道部对卡斯柯公司引进、消化、吸收国外先进的信号技术一直非常重视，提出了严格的要求，并给予大力的支持。

1999年8月，安全型计算机联锁（VPI）系统通过了铁道部评审，成为铁道部指定的四家计算机联锁研制生产单位之一。

2000年5月，安全型计算机联锁（VPI）通过了铁道部产品质量监督检测中心关于防雷和电磁兼容的检测。

其中，雷电防护性能达到A级，电磁兼容的各项检测指标全部合格。

2000年8月3日，安全型计算机联锁（VPI）系统在上海通过了铁道部技术鉴定，并颁发了“科学技术成果鉴定证书”（铁道部技鉴字[2000]第033号）。

2002年6月,安全型计算机联锁（VPI）系统标准站联锁软件通过了“铁道部铁路车站计算机联锁检测站”的制式测试。

2002年8月12日，安全型计算机联锁（VPI）系统获得铁道部颁布的“铁路车站计算机联锁设备制造特许证”。

安全型计算机联锁（VPI）是阿尔斯通信号（美国）公司的定型产品。

从1986年起首先将VPI系统安装在美国芝加哥等车站，至今已安装的VPI分布于美国、英国（伦敦地铁）、荷兰、中国（含台湾省）、印度尼西亚、澳大利亚、韩国和西班牙等12个国家和地区。

随着信号技术向数字化、综合化和网络化方向发展，卡斯柯信号有限公司提供的计算机联锁系统，在网络结构上作出改进，在功能上进行了全面的适合中国铁路运输要求的国产化开发，将系统功能合理分配到基于“安全通信和非安全通信”网络的人机接口（MMI）、联锁处理、系统维护等节点上，由每个功能节点来完成一种或多种功能，而每个功能节点就是一个完整的计算机系统，彼此通过网络交换信息并协调运行。

由于系统按模块化方案设计,通用的硬件就能实现任何一种类型的联锁车站的配置。

这种模块化的设计给系统扩展和升级带来了极大的方便。

经过二次开发和硬件国产化，安全型计算机联锁（VPI）系统（即VPI-3），实现了集联锁控制、微机监测、调度监督接口、DMIS入网接口、网络管理等模块为一体的目标。

随着铁道部跨越式发展思想的提出，对于计算机联锁系统的安全性、可靠性提出了更高的要求。

在这样的背景下，从2001年起，卡斯柯公司从ALSTOM引进成熟的安全型专用联锁机技术，结合既有的通过铁道部检测和认证的VPI系统联锁软件及人机界面等开发成果，进行了iLOCK（2*2取2）智能安全型计算机联锁系统的国产化开发。

同时卡斯柯公司会继续全力做好VPI系统的工程实施和售后服务工作，为推进我国铁路信号设备网络化、数字化、综合化而努力。

3VPI-3/iLOCK系统介绍

3.1概述

VPI-3系统被设计成满足用户要求的、保证基础安全的、并使用安全型各端口独立校核的输入数据的一组布尔方程式，从而产生与该方程式解直接相关的一组输出。

安全型输出量的状态不断地被检测以确保其可靠输出：

如果和相应方程式的解不符合，该输出就不在允许的状态中。

VPI-3系统输入数据的读入和输出状态的检测都通过安全型硬件来实行。

表达式求解和输出检测都依靠一个安全型继电器（VRD），它必须在精确的时间间隔内收到有效的校核字，然后才能将电源经由VRD前接点送到所有的输出端。

iLOCK智能安全型计算机联锁系统（以下简称iLOCK系统）是在一般的“2取2”安全结构基础上，再增加独立的“故障－安全”校验模块、采用NISAL专利技术，构成智能安全型计算机联锁系统。

iLOCK系统的联锁功能、系统可靠性、可维性，系统带载能力及系统抗干扰能力等均满足铁道部相关标准和现场的实际需要；系统的仿真测试接口、出厂测试接口和版本校验、防雷和电磁兼容性等，均按照铁道部的有关技术要求进行设计。

3.2VPI-3/iLOCK系统体系结构

VPI-3/iLOCK系统由人机界面（MMI）、联锁处理（IPS）、值班员台（GPC）、诊断维护（SDM）、冗余网络（RNET）和电源（PWR）等六个子系统组成。

MMI是VPI-3/iLOCK系统与操作员之间的交互接口。

通常情况下，VPI-3/iLOCK系统采用彩色显示器作为计算机联锁系统的人机交互界面，用来供操作员通过鼠标办理各种作业，显示站场信号设备，并给予明了的语音提示。

对于特殊要求的车站，VPI-3/iLOCK系统还可以采用控制台等作为人机交互界面。

VPI-3系统下的IPS是由主备IPS组成的双机热备系统，主系统和备用系统分别执行同一工作，并经同步检查，确保主备系统同步工作，实现真正的热备冗余。

安全输入的连接与同一接口继电器并行连接，安全输出参数（信号开放参数等）在系统切换时主备系统进行内部互相参照检查。

安全输出与每个接口继电器两线圈中的一个线圈相连接。

但是只有主用系统能驱动接口继电器，而备用系统不能使接口继电器通电。

iLOCK系统下的IPS是由一个或多个机柜组成的二乘二取二系统，A系和B系无论是否同时启动，双系开机并通过安全校验后即能很快自动同步。

A系和B系采集共享、并行输出，当一个系某一路采集或输出发生错误时，只要另一个系对应的码位不发生错误，即不会影响系统的运行。

单系实行双通道采集、双断稳态输出，只有在双通道运算结果一致、双通道总线控制结果一致、双通道输出电路完好等各项“2取2”严格条件都满足以后，才使输出真正有效。

根据铁路运营的要求，在比较大的车站，设有GPC，供值班员监视站场内列车运行情况以及站场状态。

GPC的界面显示与MMI完全一致。

SDM采用图形化“诊断维护电子向导”，为维修人员进行系统维护和信号设备监测的工具。

VPI-3/iLOCK系统还设有基于交换机的以太网技术的冗余网络和冗余热备的UPS的供电配置。

根据铁道部的要求，可以通过MMI的串口实现与TDCS、CTC等系统的信息交换。

通过标准的联网方式，可以在任何地点接入任意数量的调度显示终端。

根据距离远近和用户所能提供的通道情况，可以采用光缆方式，也可以采用专线（或拨号）MODEM方式完成终端接入。

VPI-3/iLOCK系统也可以通过专用的FSFB2安全通信协议，实现与ATP等安全系统联网，构成全程全网的综合安全系统。

3.3VPI-3系统热备工作原理

基于模块化设计，VPI-3系统具有完整冗余系统的构造，它有两套独立的系统板、输入/输出板及以之为基础的转换逻辑电路，并保证系统在切换时不丢失信息。

当修改或扩展系统时，主系统仍然在工作，而备用系统被用来测试。

在这里，需要说明的是，由于系统按动态冗余的原则设计，系统的主用和备用只是表明系统的工作状态，与设备的物理概念无关。

主备联锁机通过高速网络口与MMI系统连接，使得两个联锁机都能接收到来自ＭＭＩ的控制命令（ＭＭＩ是VPI系统的子系统）。

在一般情况下，MMI分别呼叫主备联锁机，如果此时，主备联锁机均正常工作，主备联锁机的CPU/PD1板能收到控制命令，命令在输入联锁机之前，进行表决，如果两个控制命令一致，则分别送入安全处理系统；如果不一致，则以主用联锁机所接收的命令为准；假如双机的同步表决通道通信中断，则以各自所接收的控制命令为准。

在接收ＭＭＩ的控制命令的同时，主备联锁机将各自的表示送往ＭＭＩ，但ＭＭＩ将来自备用设备的表示信息过滤掉，只显示主用设备的状态，只有在必要时，才能由人工选看备用设备状态。

只有当安全型、非安全型通信正常、手动切换程序、安全系统正常工作时，系统输出“联机正常”的继电器。

上面所述的“联机正常”，使联锁机的VRD接点构成双机切换的电路。

双机切换逻辑由联锁机完成，当任何一个联锁机检查到CPU/PD1板、联锁机、手动切换没有启动，联锁机输出一个联锁机工作正常的继电器，表示系统已联机；当其中任何一个条件不满足，此继电器落下，表示联锁机脱机。

转换电路是手动或自动完成切换。

一旦一个系统被关闭（VPS断电），备用系统自动接管联锁控制。

备用系统也被构造成优先于自动操作的手动操作。

由于备用系统是与主系统一致工作的，所以所有逻辑参数存储在两个系统里，并同时更新，这样在转换时数据就不会丢失了。

3.4iLOCK系统冗余工作原理

同样基于模块化设计，iLOCK系统采用N+1热冗余的操作员台MMI、冗余联锁机IPS、双网、双UPS等全面冗余结构，任意一个或多个子系统故障时，iLOCK系统能通过自动重组，继续稳定可靠地工作。

IPS既可以采用两系并行控制的工作方式，也可以选用双系热备模式。

并行控制的可靠性更高，但双系热备方式比较节能省电。

且iLOCK系统输出板有单断或双断、输入板有单采和双采两种不同的类型可供用户选择。

iLOCK系统特有的“双系采集共享和双系并行控制”技术，使每个联锁计算机及其采集板、输出板，都成为一个相对独立的子系统。

当两个联锁机的输入/输出出现交叉故障（如联锁A机采集故障、联锁B机输出断线故障）时，仍能继续正常工作，并不会导致其它子系统无故切换。

VPI-3/iLOCK系统硬件

VPI-3/iLOCK系统硬件在这里指联锁处理子系统（IPS）的硬件，IPS硬件由一个或多个机柜组成，包含一个以上的机箱，机箱中有一定数量的印制电路板、连接它们的线路，以及与其它设备交换信息的接口。

VPI-3/iLOCK系统机箱高度为9U，扩展机箱高度为6U，每层扩展机箱有14个槽道，灵活及可扩展性好。

VPI-3系统下的IPS主要包括以下印制电路板：

3.4.1安全逻辑运算板（CPU/PD1）

CPU/PD1板是整个联锁处理子系统的核心，包括通过I/O选址读取输入/输出信息、进行联锁运算、与MMI、SDM、其它VPI-3/iLOCK系统通信等。

CPU/PD1板通过总线与VPS板通信。

CPU/PD1板电气特性：

●逻辑电路工作电压：

4.75~5.25VDC

●逻辑电路最大电流：

2.5A

●通信口绝缘电压：

>4000VRMS

3.4.2安全校验板（VPS）

VPS板是VPI-3系统的安全型监视机构，独立于CPU/PD1板并对系统进行全面的安全检查。

它以一定的间隔接收到一组编码检查信息，如经检查这组信息正确，则输出一个安全型数字信号，这个信号通过一个安全型滤波器滤波并用于励磁一个安全型继电器VRD，用以证明系统自检正常。

所有通向VPI-3系统的安全型输出的电源都经过该继电器VRD的前接点。

当发现系统有错误时，在90毫秒内VRD继电器失磁，然后这个安全型继电器将会切断VPI-3所有的安全型输出的电源。

VRD继电器在VPS经过7个周期连续检查后，证明系统是正常时才能再度激励，以确保系统安全。

VPS板电气特性：

●逻辑电路供电电压:

4.75-5.25VDC

●逻辑电路工作电流:

500mA

●继电器驱动电路的输入电压:

9-15VDC

●继电器驱动电路的工作电流:

40mA

●继电器落下最大延时:

90ms

●继电器输出端绝缘电压>3000VRMS

VPS板驱动VRD继电器的电气特性如下：

●最小励磁电流:

0.0192A

●线圈电阻：

100Ω

●输入电压：

36V±5%

3.4.3输入输出总线接口板（I/OBUS1）

I/OBUS1板是CPU/PD1板和输入输出板交换信息的通道，I/OBUS1为输入板的测试数据和输出板的端口校验数据提供存储空间；同时它也包含逻辑和时序电路，以控制输出端口的连续校验。

I/OBUS1板能与I/OBE板交换信息，通过I/OBE板实现差分驱动，驱动单断输出板。

I/OBUS1板电气特性：

●逻辑电路工作电压：

4.75~5.25VDC

●逻辑电路最大电流：

400mA

3.4.4输入输出总线扩展板（I/OBE）

I/OBUS1板与I/OBE板交换信息，通过I/OBE板实现差分驱动，驱动单断输出板。

I/OBE板电气特性：

●逻辑电路工作电压：

4.75~5.25VDC

●逻辑电路最大电流：

350mA

3.4.5安全型输入板（VIB）

VIB板为VPI-3系统的CPU采集提供接口。

每块VIB板有16个输入端口，每个输入端口对应一个指示灯，当某端口有输入信号时，相应的指示灯点亮。

VIB板电气特性：

●逻辑电路供电电压:

4.75-5.25VDC

●逻辑电路工作电流:

500mA

●采集电路的工作电压：

9~15VDC

●输入电流：

12.8~33.0mA

●继电器输出端绝缘电压>3000VRMS

3.4.6安全型双断输出板（VOB）

CPU/PD1板通过VOB板产生输出信号，驱动接口设备，并且系统能实时检测VOB板输出的正确性，输出与实际驱动的一致性。

VOB板的电气特性如下：

●逻辑电路供电电压:

4.75-5.25VDC

●逻辑电路工作电流:

500mA

●驱动电路的工作电压：

9~30VDC

●输入电流：

0.22~1.13A（VOB8）；0.22~2.26A（VOB16）

●单路负载驱动电流：

27.5~141mA

●继电器输出端绝缘电压>3000VRMS

3.4.7母板（MB）

母板是VPI-3联锁处理子系统中各印制电路板之间连接的桥梁，通过母板CPU/PD1板可以进行I/O选址，可以与输入、输出板交换数据，从而达到了整个联锁处理子系统之间的信息互通。

MB的电气特性如下：

●输入输出母板工作电压：

4.75~5.25VDC

●母板有浪涌保护设计。

iLOCK系统下的IPS主要包括以下印制电路板：

3.4.8安全逻辑运算板（VLE）

VLE板是整个联锁处理子系统的核心，包括通过I/O选址读取输入/输出信息、进行联锁运算、与MMI、SDM、其它iLOCK系统通信等。

对于大型联锁车站或有光通信的车站，为了缓解VLE板的通信压力，其中的安全通信由CPU/PD1板完成。

VLE板通过总线与VPS板、CPU/PD1板等通信。

VLE板电气特性：

●逻辑电路工作电压：

4.75~5.25VDC

●逻辑电路最大电流：

4A

●通信口绝缘电压：

>4000VRMS

3.4.9安全校验板（VPS）

VPS板是iLOCK系统的安全型监视机构，独立于VLE板并对系统进行全面的安全检查。

它以一定的间隔接收到一组编码检查信息，如经检查这组信息正确，则输出一个安全型数字信号，这个信号通过一个安全型滤波器滤波并用于励磁一个安全型继电器VRD，用以证明系统自检正常。

所有通向iLOCK系统的安全型输出的电源都经过该继电器VRD的前接点。

当发现系统有错误时，在90毫秒内VRD继电器失磁，然后这个安全型继电器将会切断iLOCK所有的安全型输出的电源。

VRD继电器在VPS经过7个周期连续检查后，证明系统是正常时才能再度激励，以确保系统安全。

VPS板电气特性：

●逻辑电路供电电压:

4.75-5.25VDC

●逻辑电路工作电流:

500mA

●继电器驱动电路的输入电压:

9-15VDC

●继电器驱动电路的工作电流:

40mA

●继电器落下最大延时:

90ms

●继电器输出端绝缘电压>3000VRMS

VPS板驱动VRD继电器的电气特性如下：

●最小励磁电流:

0.0192A

●线圈电阻：

100Ω

●输入电压：

36V±5%

3.4.10输入输出总线接口板（I/OBUS2）

I/OBUS2板是VLE板和输入输出板交换信息的通道，I/OBUS2为输入板的测试数据和输出板的端口校验数据提供存储空间；同时它也包含逻辑和时序电路，以控制输出端口的连续校验。

I/OBUS2板能与I/OBE2板交换信息，通过I/OBE2板实现差分驱动，驱动双断输出板。

I/OBUS2板电气特性：

●逻辑电路工作电压：

4.75~5.25VDC

●逻辑电路最大电流：

300mA

3.4.11输入输出总线扩展板（I/OBE2）

I/OBUS2板与I/OBE2板交换信息，通过I/OBE2板实现差分驱动，驱动双断输出板。

I/OBE2板电气特性：

●逻辑电路工作电压：

4.75~5.25VDC

●逻辑电路最大电流：

300mA

3.4.12安全型输入板（VIIB）

VIIB板为iLOCK系统的两个CPU分别采集提供相同的接口。

每块VIIB板有16个输入端口，每个输入端口对应一个指示灯，当某端口有输入信号时，相应的指示灯点亮。

VIIB板电气特性：

●逻辑电路供电电压:

4.75-5.25VDC

●逻辑电路工作电流:

500mA

●采集电路的工作电压：

9~30VDC

●输入电流：

12.8~33.0mA

●继电器输出端绝缘电压>3000VRMS

3.4.13安全型双断输出板（VOOB）

VLE板通过VOOB板产生输出信号，驱动接口设备，并且系统能时时检测VOOB板输出的正确性，输出与实际驱动的一致性。

作为双断输出板，VOOB板为“2取2”系统的两个CPU分别提供正负电控制对象。

每块VOOB板有8对输出，每对输出设一个正电输出和一个负电输出对应一个有效输出。

每对输出端口设一个指示灯，当正电和负电输出同时有效时，相应的指示灯点亮。

VOOB板的电气特性如下：

●逻辑电路供电电压:

4.75-5.25VDC

●逻辑电路工作电流:

500mA

●驱动电路的工作电压：

9~30VDC

●输入电流：

0.22~1.13A

●单路负载驱动电流：

27.5~141mA

●继电器输出端绝缘电压>3000VRMS

3.4.14母板（MB）

母板是iLOCK联锁处理子系统中各印制电路板之间连接的桥梁，通过母板VLE板可以进行I/O选址，可以与输入、输出板交换数据，从而达到了整个联锁处理子系统之间的信息互通。

MB的电气特性如下：

●输入输出母板工作电压：

4.75~5.25VDC

●输入输出母板最大电流：

0.5A

●母板有浪涌保护设计。

3.5VPI-3/iLOCK系统的安全性和可靠性

3.5.1VPI-3系统的安全性和可靠性

众所周知，当使用微处理器去执行与全继电器联锁相同的安全逻辑时，这些微处理器系统必须采用特殊措施，使这些微处理器产品具有“故障-安全”特性。

VPI系统的专用安全技术，符合EN50126、EN50128、EN50129等相关的国际安全标准。

VPI系统使用两个微处理器的方式来达到故障安全设计。

两个微处理器并不是执行同一任务来实现故障──安全的照查，而是采用反应故障安全技术进行一步安全检查，这样的设计，有其避免相同微处理器之间共模故障的特殊考虑。

联锁系统使用处理器有以下几个优点：

计算机能力──处理器有在极短时间里完成成千上万次计算的能力。

同时，它所要执行的任务容易随软件程序变化而变化的，而且对于硬件构造和接线的影响极小。

存储器容量──一可很容易地扩展存储器。

体积小──计算机联锁比全继电器联锁占据的空间要小，这就可能大大降低为联锁系统设备提供房子或继电器室的成本。

软件变化──能使用一种高水平、用户较为亲切的语言来改变软件。

VPI的用户无需是一个计算机程序员，当然使用者必须熟悉与联锁相关的正确逻辑即联锁技术条件。

可用性冗余──当一个联锁越变越大时，使用一个处理器系统相对一个继电器的系统来说就有更大的成本优势，这不仅是从继电器室成本角度来看，而且包括每个单位I/O处理器系统成本的优势，因为处理器系统硬件核心不随I/O的变化而成比例地增加，这就使得考虑使用备用处理器硬件来改进系统可用性成为可能，使之超过现有的全继电器型系统。

一个全继电器型系统冗余成本是令人望而却步的。

3.5.2iLOCK系统的安全性和可靠性指标：

●双通道不可检出错误概率：

5.43X10-20

●系统不可检出危险间隔：

5.8X1010年；

●平均故障间隔时间（MTBF）>15，000，000小时；

●平均故障维护时间（MTTR）＝10分钟；

●系统可用度＝1,000,000小时/（1,000,000小时＋10分钟）＝99.99998%

4VPI-3/iLOCK系统印制电路板的故障检测

4.1PCB故障诊断

VPI-3/iLOCK系统有故障诊断功能，可以对系统的印制电路板（以下简称PCB）进行故障判断。

故障的PCB必须送回卡斯柯公司进行维修。

VPI-3/iLOCK