城轨EI32-JD型计算机联锁系统的认识与维护

EI32-JD计算机联锁系统概述1.EI32-JD计算机联锁系统概述EI32-JD型计算机联锁子系统是由日本信号株式会社和北京交大微联科技有限公司联合开发研制的计算机联锁系统，该系统符合铁道部颁布的《计算机联锁技术条件》，采用日本信号株式会社开发研制的硬件系统（EI32电子联锁系统硬件），北京交大微联科技有限公司开发研制的软件系统，实现了一套性能可靠、具有故障安全性、功能完善、操作简单、维护方便的车站联锁系统。EI32-JD型计算机联锁系统保留了6502电气集中的执行电路，包括道岔启动电路、信号机点灯电路、轨道电路、各种联系电路等成熟的继电电路，其它电路则由计算机联锁系统代替。计算机联锁系统的关键部分均采用双套热备，保证故障时不间断使用。EI32-JD型计算机联锁系统还为电务维修人员配置了电务维修计算机，简称CI维护工作站。CI维护工作站实时监视车站运行情况、联锁系统的运行情况，记录车站值班人员的操作情况、车站运行情况、及联锁系统故障、故障原因。CI维护工作站将所有信息传送给维护监测子系统维修诊断工作站，通过友好的操作界面，为事故分析、维护人员维修计算机联锁系统提供帮助。2.系统主要技术EI32电子联锁系统硬件具有以下技术特点：1.安全的保证总线控制的双系统，采用2X2取2；每个计算机由双CPU分别运算，比较一致后，才作为该计算机的输出；采用FSOS（Fail-SafeOperationSystem）；FSOS是故障－安全的实时操作系统，在系统运行期间，每个周期都进行硬件单元的诊断以及ROM/RAM诊断、内存保护诊断、运行周期监视等。确保系统的安全性、实时性。采用故障－安全的输入输出系统。2.系统可靠性的保证联锁机、驱采机间的通信采用局域网光接口，光缆通道双倍冗余，具有高速、高可靠性；驱动电路、采集电路具备强大的自诊断功能，在电路工作时实时进行检测，出现故障立即报警或系统停止运行；驱动电路、采集电路双倍冗余，单路故障不影响系统工作；与之配套的上位机双倍冗余，故障时能自动切换。3.高速处理能力系统经日本地铁、新干线等地的检验，具有高速、高密度的控制能力。4.维护方便计算机联锁系统直接驱动组合架中的JWXC-1700继电器，无需在组合架增加动态驱动电路；联锁系统具备强大的故障诊断能力，精确的故障定位；维修机提供并记录丰富的信息，供维修人员参考。3.正线联锁系统的设置在设备集中站，联锁操作表示机与ATS车站工作站合设，构成现地控制工作站（冗余设置）。正常情况下中央ATS工作站控制全线进路，需要时经中央授权后转为车站级控制，实现中央和车站控制权的正常转换功能。设备集中站联锁子系统由现地控制工作站、联锁机、驱采机以及驱采电路和接口配线（轨旁设备及采集、驱动接口）、联锁电务维护工作站（以下简称维护工作站）等构成。非设备集中站设置ATS显示工作站，显示本集中站范围内的车站和相邻站间的列车运行状态、列车识别号等的全景信息，不具备进路控制功能。EI32-JD计算机联锁结构组成1.EI32-JD计算机联锁系统结构（1）系统体系结构EI32-JD型计算机联锁系统属于分布式计算机控制系统，也称集散型测控系统，其特点是分散控制、集中信息管理。系统包括人机对话层（也称操作层）、联锁运算层、执行层，体系结构如图2.1所示：2.EI32-JD计算机联锁系统结构（2）主要组成部分1）上位机上位机也称人机对话计算机。它和联锁机构成上下位分层结构。上位机有以下功能：办理进路等操作功能——它接收车站值班员的操作按钮，将按钮通过网络通信传送给联锁机。站场及信息显示功能——它接收来自联锁机的站场状态数据和提示信息等，在显示器或控制台上显示站场情况、系统工作状况、提示信息、报警信息等，对主要的错误或故障提供相应的语音报警。信息转发功能——将站场状态数据及提示信息、报警信息、系统状态信息等转发给CI维护工作站。上位机与ATS信息交换功能——站场状态信息、联锁相关报警信息、进路控制命令、中心与车站控制交接权命令。2）联锁机联锁机也称下位机。功能如下：接收上位机下发的操作命令。进行联锁运算。根据运算结果，产生控制命令；并通过LAN通信，将控制命令传送到驱采机。通过LAN通信，接收驱采机传送的采集站场状态。将站场状态信息、提示信息、故障信息等传送给上位机。接收ATP传输的CBTC分区状态信息和防护信息。将CBTC进路、道岔位置等状态信息等传送给ATP。2.EI32-JD计算机联锁系统结构3）接口机功能如下：接收车载设备的对屏蔽门的控制信息传送给联锁机。接收联锁机的屏蔽门的状态信息传送给车载设备。4）驱采机功能如下：控制采集电路工作；通过LAN通信，将采集到的站场状态传送到联锁机。通过LAN通信，接收联锁机传送的控制命令；并根据控制命令控制相应驱动电路。5）采集电路、驱动电路采集电路在驱采机的控制下，采集组合架继电器状态；驱动电路在驱采机的控制下，驱动组合架继电器动作。6）接口配线组合架继电器与采集、驱动电路间一一对应，即接口信息表规定好了某采集电路采集哪个继电器，某驱动电路驱动哪个继电器。从组合架室内分线盘到采集电路、驱动电路间通过32芯电缆相连。（2）主要组成部分2.EI32-JD计算机联锁系统结构（2）主要组成部分7）CI维护工作站CI维护工作站与上位机相连，功能如下：接收上位机传来的站场状态信息、操作信息、提示信息、故障信息等。显示站场运行状况、车站值班员操作信息、故障信息、系统运行状况等。记录一年的历史信息，可查看30天内站场运行状况、车站值班员操作信息、故障信息等。将相关信息传送至维护监测子系统维修诊断工作站。EI32-JD计算机联锁硬件组成1.

硬件设备分布1）信号操作控制台在信号控制室通过监视器、音箱、输入设备（鼠标）等ATS现地为车站值班员提供操作表示界面。2）维护终端操作台提供给维修人员的CI维护工作站及终端设备。1.

硬件设备分布联锁机柜中包括联锁机、驱采机、采集机箱、驱采机箱，驱采24V电源（供采集电路、驱动电路使用）。综合机柜中包括上位机、上位机倒机单元、接口机、联锁24V开关电源（联锁机），接口24V开关电源、接口机24V开关电源。分线柜中包括，驱动线转接、采集线转接及电源配线板。2.

硬件结构及功能1)联锁机柜联锁机柜的机箱式结构EI32-JD型计算机联锁系统的联锁机柜、采用欧洲标准结构，机柜内包括联锁机箱（包括I系联锁机、II系联锁机、联锁倒机单元）、驱采机与驱采扩展机箱。机箱背部安装有母板，机箱内提供电路板插槽，电路板在机箱前面插入机箱母板中，并在前面板有指示灯，用以观察设备运行情况以及输入/输出接口状态。正常情况下，所有板子的表示灯为绿或黄灯，在一块板子出现故障后，相应的板子表示灯为红灯。机箱对外的引线通过母板后面的接插件与外界相连。2.

硬件结构及功能1)联锁机柜采集电路联锁机通过采集机箱的接口电路采集组合架继电器接点状态。为双套采集，即每个采集点都通过两路进行采集，两路采集结果通过LAN通信传送到联锁机，联锁机以此作为联锁运算的依据。每块采集板有64路采集，某块采集板某路采集的是哪个继电器接点（前接点/后接点）由接口信息表约定。采集板前面板上端指示灯表明采集板是否工作正常，如果绿灯点亮，则该板工作正常，如果红灯点亮，则该板有故障。驱动电路联锁机通过驱动机箱的接口电路驱动组合架JWXC-1700型继电器。为双套驱动，即两路驱动电路的输出并联后，再驱动继电器。这样，一旦某路驱动故障，另一路仍可继续工作。每块驱动板有16路输出。驱动板前面板有两类指示灯，一类在前面板上端（1个绿灯、1个红灯），用以表明驱动板是否正常工作，如果绿灯点亮，则该板工作正常，如果红灯点亮，则该板故障。一类在前面板中端（16个绿灯），用以表明驱动电路是否有输出，如果有输出，则对应位的绿灯点亮，没有输出，则对应位的绿灯灭灯。2.

硬件结构及功能1)联锁机柜系统工作模式系统的联锁机采用双机热备的动态冗余结构，两套联锁机互为主备，没有主次之分。系统运行期间，一套联锁机作为主机运行，另一套则作为备机运行。两套联锁机同时接收上位机发送来的控制命令，同时通过LAN通信，接收两套采集电路所采集站场状态，并进行联锁运算，产生相应的控制命令。两套驱动电路则通过LAN通信接收联锁机的控制命令，但最终根据主用联锁机的控制命令控制自己的动态驱动电路产生输出，进而控制继电器动作。联锁系统通过联锁机柜内的倒机电路实现双机热备的动态冗余结构。通过表示盘前面板上的“主用”指示灯也可以看出联锁机的工作状态。两套联锁机在运行期间，不但通过自诊断系统验证本机是否工作正常，还实时交换动态信息，相互比较、验证，判断本机以及邻机是否正常工作。如果主机判断出自身发生故障，则通过倒机电路自动切换到备机，此时备机作为主机运行，而故障机器重新启动。如果备机发生故障，则备机重新启动。在双机切换和联锁机重启动时，不影响整个系统的运行，即实现动态无缝切换。2.

硬件结构及功能2)综合机柜EI32-JD型计算机联锁系统的综合机柜内包括上位机机箱（包括上位机A、上位机B、上位机倒机单元）、接口机机箱（包括接口机I系、接口机II系）与电源机箱（包括接口电源、联锁电源、接口机电源）。典型的综合机柜配置（正视图）如图4.1所示：2.

硬件结构及功能2)综合机柜上位机倒机单元2.

硬件结构及功能2)综合机柜上位机倒机单元指示灯的含义：

B机主用——指示灯亮，表明B上位机为主机。

A机主用——指示灯亮，表明A上位机为主机。

切换检查——指示灯灭，表明A上位机主用，B上位机备用；指示灯亮，表明B上位机主用，A上位机备用。

B机运行——指示灯亮，表明B上位机正常工作；指示灯灭，表明B上位机故障。

A机运行——指示灯亮，表明A上位机正常工作；指示灯灭，表明A上位机故障。按钮的含义：

人工倒机（A->B）——常开自复按钮，当A和B上位机工作正常时（上位机倒机单元中“A机运行”和“B机运行”灯亮），如果A上位机主用，按下此按钮，人工强制B上位机主用。

人工倒机（B->A）——常闭自复按钮，当A和B上位机工作正常时（上位机倒机单元中“A机运行”和“B机运行”灯亮），如果B上位机主用，按下此按钮，人工强制A上位机主用。开关的含义：

钥匙开关——正常情况下钥匙开关拧到“自动”档位，A、B上位机处在自动切换的状态，当主用上位机出现故障时，备用上位机能自动切换到主用状态，所以平时钥匙开关都拧在此位置；如果钥匙开关拧到“手动”档位，A、B上位机处在不能自动切换的状态，只能通过人工倒机来切换。电源开关——电源1开关打开给电源1供AC220V电源；电源2开关打开给电源2供AC220V电源。2.

硬件结构及功能2)综合机柜热备工作方式上位机A、上位机B、以及上位机倒机单元都放在综合机柜中，系统运行时，两台上位机同时工作，一台主用，一台热备，当主用上位机发生故障时，自动切换到备用上位机。主用上位机运行时，接收ATS现地的进路控制命令操作，向联锁机发送车站值班员的操作命令信息。接收联锁机传来的站场状态信息，实时显示站场运行情况、系统运行情况的信息，并发送给ATS现地。备用上位机运行时，不接收ATS现地的进路控制命令操作，不向联锁机发送值班员的操作命令信息。但接收联锁机传来的站场状态信息，实时显示站场运行情况、系统运行情况等。2.

硬件结构及功能3)

CI维护工作站CI维护工作站功能EI32-JD型计算机联锁维护系统是和EI32-JD型计算机联锁系统配套使用的车站信号信息记录、监督系统。系统软件运行在WINDOWSXPE操作系统环境下，用C++语言编写而成。整个系统人机界面友好，操作简单。电务维护工作站具有如下功能：实时监视EI32-JD型计算机联锁系统的运行情况，包括联锁机、接口机、驱采机、输入/输出硬件电路、上位机、以及各计算机间的通信情况。实时监视、记录车站值班员操作、车站运行情况。记录车站信号设备故障，包括道岔失表示、灯丝断丝等等。记录计算机联锁系统输入、输出电路硬件故障、系统控制板故障、通信故障等等。记录计算机联锁系统软件故障。再现车站值班员操作、车站运行情况。再现输入、输出电路工作情况。再现故障信息。打印功能。远程诊断功能。通过电话线和MODEM，可远程登录到车站的CI维护工作站，维修中心可以查看系统运行信息、车站运行情况、故障信息，帮助维护人员分析故障，迅速排除故障。根据系统设计，CI维护工作站不配置外设设备，其将信息传送至维修诊断工作站，通过维修诊断工作站查看车站上述信息，实现上述功能。2.

硬件结构及功能4)电源系统EI32-JD联锁机冗余工作原理1.

联锁子系统冗余结构EI32-JD型计算机联锁子系统采用二乘二取二冗余结构。所谓二乘二取二是指实现联锁功能的联锁机由4台计算机A、B、C、D组成，其中A和B相结合，C和D相结合，构成了2套硬件相同的结构。每套结构中的2台计算机分别执行双套联锁软件并对联锁运算的结果相互进行比较以完成故障检测任务。EI32-JD型计算机联锁输入-输出接口、驱动单元电路、电源均为双套。在保证安全的基础上，为提高系统的可靠性，现地控制工作站、通信网络也采用双套，现地控制工作站实现了双机热备。2.二取二CPU电路

对2台计算机联锁运算相互之间进行硬件比较，2台计算机内总线上流通的代码（数据码、地址码和控制码）经由比较器按位(bit)比较。一致时继续执行联锁程序，否则强制立即停止执行。在执行联锁程序的过程中，各种信息的代码几乎不间断的在计算机内总线上流通。因此，这种总线间bit级的比较对机内故障检测是比较充分的，从而安全性是很高的。3.二取二安全型CPU板3.二取二安全型CPU板EI32-JD型计算联锁子系统的二乘二取二计算机联锁核心部件——二取二安全型CPU板。在该印制板上集成了完全相同的两套计算机系统，包括时钟、RAM、ROM和必要的接口电路，还集成了实现双机校核的总线比较电路。CPU-A和CPU-B硬件完全相同，所装软件——包括系统软件和应用软件完全相同。正常情况下，A、B两套CPU电路应当工作完全相同，此时，由该板驱动一个继电器，称作正常继电器，证明该印制板双套电路工作正常并且同步，可以运用。只有正常继电器前接点闭合，才能给该板输出部供电，形成真实的输出，从硬件上保证设备的安全。4.双系热备的联锁机结构4.双系热备的联锁机结构EI32-JD型计算机联锁子系统支持双系热备型冗余结构。如下图所示，每一系的任一处理部的单系——联锁机I系、II系、驱采机I系、II系即为前述双机校核的CPU系统，因而它总体上是一个4机系统。双系热备方式中：驱采机的I系和II系均仅接收同一联锁计算机发来的输出信息，如联锁机I系的输出或联锁机II系的输出，而对联锁机另一系的输出不予采纳。也就是说，联锁机的双系中存在主用系和备用系的区别。只有主系对外的输出才被驱采机采纳，备系的输出虽然也被送到安全通信网上，但不被驱采机取用，而仅用于联锁机双系之间的校验。当联锁机的主系发生故障时，才自动地倒向备系。从这个意义上说，联锁机双系之间采用的是双系热备的方式。在双系热备方式中，联锁两系之间采用实时操作系统实现应用软件的任务级数据同步。由上述介绍可以看到：双系的驱采机同时工作，同时产生输出；并且均以并联的方式连接到被驱动的继电器上。因此，对于驱采机，双系以二重系并联方式运行。EI32-JD采集与驱动电路分析1.采集电路原理下图是安全性采集电路原理框图。该电路从组合架引入接点闭合时的直流电压，由软件产生内部动态信号，形成对外部采集的开闭，形成采集的动态信号。该动态信号被采集到后分别送往A、B两条总线，分别被CPU板的两个CPU读取，纳入联锁运算。该电路采用的是典型的动态采集原理。2.驱动电路原理下图是安全性输出电路原理框图。有如下几个要点：该板同时挂在双CPU板的两条总线上；只有在两条总线上对其进行的I/O操作完全一致时，才能对外产生真实的输出；继电器输出的基本原理仍为动态原理；在电路内部设一个频率发生器，通过动态转换将频率信号转变为24V直流电平，转换电路，即驱动电路是故障安全的；频率发生器受CPU板正常继电器的控制，如果正常继电器接点断开，则频率发生器不工作，使故障导向安全。输出电路每路提供两条引出线（＋24V、24V地）用以驱动继电器。输出电路和它所驱动的继电器相互并联，I系统输出的一对线和II系输出的一对线在物理上并联。电路设计使得如果出现外界短路故障，不会烧毁输出电路。EI32-JD计算机联锁使用与维护1.系统开启、关闭步骤（1）系统开启步骤检查分线柜底部电源板上的所有空开是否都在开启状态（关在上位置），若有关闭请开启；

检查机柜后面所有空开是否都在开启状态（开关在上位置），若有关闭请开启；开启上位机倒机单元的空开；开启A/B上位机；开启两个联锁电源开关；开启所有联锁机柜最上部两台驱采电源开关；开启两个接口电源开关；开启两个接口机电源开关；开启CI维护工作站电源；1.系统开启、关闭步骤（2）系统关闭步骤退出CI维护工作站程序，并关闭维护工作站；关闭两个接口机电源开关；关闭两个接口电源开关；关闭所有联锁机柜最上部两台驱采电源开关；关闭两个联锁电源开关；关闭A/B上位机；关闭上位机倒机单元的空开；注：电源屏停电后，一定要按上述步骤关闭设备电源，电源屏恢复供电后，按开启步骤开启设备电源。2.电源模块的维护在综合柜内有两路电源防雷模块，电源防雷采用劣化指示模块，正面有一个方形绿色色标，当绿色色标变为红色时，应及时更换电源防雷模块。3.系统故障及处理方法故障现象：前台显示器无显示，电源灯闪亮可能原因：视频信号未送到显示器的输入端或显示器坏。1）前台显示器的视频电缆线插头松动或都断线2)主用上位机到上位机倒机单元视频电缆线未接通或断线3)上位机倒机单元到前台显示器的视频电缆线未接通或断线4)主用上位机显示卡坏或死机。5)上位机倒机单元故障。6)显示器坏。3.系统故障及处理方法故障现象：前台显示器无显示，电源灯闪亮1)先将上位机倒机单元人为干预切到备机，具体做法：a)若上位机A机为主用机，接下开关“人工倒机A->B”，强制B上位机主用。b)若上位机B机为主用机，按下开关“人工倒机B->A”，强制A上位机主用。此时若前台显示器显示正常，说明原主用机显示卡坏，或显示卡到上位机倒机单元线断或上位机倒机单元原主用侧继电器坏。需再做进一步检查，进行第4项。若不正常则向下进行。2)用备用视频电缆替换上位机倒机单元输出到前台显示器输入的视频电缆。a)若前台显示器显示正常，说明替换下的视频电缆线断线。b)若前台显示器显示均不正常，说明显示器坏。3)拿一台好的显示器接替换下旧的显示器。若显示正常，说明旧显示器坏。4)将上位机倒机单元的视频输入（主用和备用）及输出端拔下，将输出端分别与主用和备用机视频输入线相接（跳过上位机倒机单元）c)若显示正常，则说明上位机倒机单元故障。d)若还无显示，则说明上位机倒机单元到显示卡之间的视频电缆坏。紧急情况处理：当上位机倒机单元坏，为保证生产运输可按下面情况处理，然后再更换设备。按第4步做，鼠标线、音箱线也要同样处理，然后检修倒机单元。3.系统故障及处理方法（二）故障现象：前台显示器无显示，电源灯不亮

可能原因：交流220V电源未送到显示器电源插座，显示器坏。1)前台显示器电源插座松动没接上；电源断线；电源开关被碰关闭。2)显示器坏。

处理：查电源开关，电源插头，电源线。用表量电压。1)若无220V电压，检查供电线路。2)若有220V电压，仍无显示，则显示器坏。（三）故障现象：前台显示器显示屏都不正常如白光带、白光变成黄光带、黄灯；称之为缺色。3.系统故障及处理方法可能原因：1)主用上位机显卡坏。2)主用上位机显卡到上位机倒机单元视频线插头没插紧。3)主用上位机显卡到上位机倒机单元之间视频电缆有断线。4)上位机倒机单元主用机部分的故障。5)上位机倒机单元到前台显示器之间视频电缆故障。6)前台显示器都坏。

处理方法：1)将上位机倒机单元人为干预切换到备机，具体做法：a)若上位机机A机为主用机，接下开关“人工倒机A->B”，强制B上位机主用。b)若上位机B机为主用机，按下开关“人工倒机B->A”，强制A上位机主用。此时若前台显示器显示正常，故障在原主用机显示卡。若还不正常，则故障可能是上位机倒机单元到显示分屏器间视频电缆线故障。2)用备用的视频电缆换下原视频电缆。a)若前台显示器显示正常，则是原上位机倒机单元到显示分屏器间视频电缆坏。b)若还不正常，则可能是显示器故障。3)拿一台新的显示器将旧的换下。若换后显示正常，则是显示器坏。3.系统