城市轨道交通联锁系统维护（第2版）项目4任务3复习思考题及答案

项目4任务3复习思考题及答案33.VPI型计算机联锁系统故障——安全设计采取了哪些技术？答：VPI型计算机系统对微处理器采用了“反应故障-安全”、“组合故障-安全”和“固有故障-安全”技术，使微处理器产品具有“故障-安全”特性。（1）“反应故障-安全”技术是基于系统的控制和防护部分是完全独立的两部分硬件，硬件功能不同，软件也不同。在联锁运算采用二取二的基础上，通道一和通道二每执行一行程序，均分别构成校核字的一部分被实时的送到独立的安全校验板进行校核，以监督系统完好，保证每行程序均得到正确执行。安全校验板对各安全型输出端口进行实时动态校核（校核周期为50ms），确保防护电路能在系统可能发生错误输出之前即切断输出通道的电流，以实现故障-安全目的。反应故障-安全技术的前提是由快速的故障检测和对任何危险失效进行避错来保证它的安全（例如通过编码、多版软件比较、或通过连续的测试）。（2）“组合故障-安全”技术是基于VPI联锁机从硬件上分通道一和通道二两部分进行联锁运算。对同一信号设备，在通道一和通道二中采用了独立相异的二组编码来表示，运行各自独立的软件，使联锁机从硬件到软件均构成二取二的“组合故障-安全”体系结构。在同一通道的不同部件，其功能是相同的，其软硬件设计也是相同的，可避免由于不同模块之间共模故障错误或不同步造成的危险性输出结果。（3）“固有故障-安全”技术是在假定单个部件所有可信的失效模式均无危险的情况下，允许一个安全性功能由一个单独部件来执行。“固有故障-安全”技术一般只用在计算机联锁系统的个别关键模块中。VPI计算机联锁系统采用了多重故障-安全保证措施，综合运用了“反应故障-安全”、“组合故障-安全”和“固有故障-安全”技术。34.VPI计算机联锁系统的结构组成是什么？简述每个子系统的作用。答：VPI计算机联锁系统由联锁处理子系统（IPS）、人机界面子系统（MMI）、诊断维护子系统(SDM)、冗余网络子系统（RNET）、电源子系统、值班员台子系统(GPC)等六个子系统组成。（1）联锁处理子系统（IPS）是整个联锁系统的核心，它执行各种与联锁相关的逻辑操作，联锁机采用双机热备的配置，主用系统和备用系统分别执行相同进程，并经同步检查，确保主备系统同步工作，实现热备冗余。（2）人机界面子系统（MMI）提供了VPI系统与用户之间的人机接口，它采用彩色显示器作为系统的表示设备，用鼠标等操作工具办理各种作业。它发送控制命令和接收现场表示信息；在MMI之间、MMI与SDM子系统和仿真测试系统之间通过高速网络交换信息；完成非安全联锁逻辑功能（如选路判断、表示等）；道岔动作电流的数字显示；通过串口或网络提供VPI系统与ATS交换信息的接口；用户所要求的其它表示与报警功能。（3）诊断维护子系统（SDM）主要完成联锁子系统系统诊断维护及接口设备在线监测和记录功能，可定位联锁机故障板卡和故障原因，由工业控制计算机、彩色显示器、激光打印机、鼠标、键盘等设备组成。（4）冗余网络子系统（RNET）采用基于高速交换机的以太网冗余网络结构，完成所有计算机之间（MM主备机、系统维护台、值班员台、远程诊断）的数据通信。（5）电源子系统，来自电源屏的单相交流电经过二级电源防雷后输入在线式UPS，UPS输出净化220V交流电，经过电源柜配电端子排供给VPI各子系统。为了保证联锁系统安全稳定工作，VPI系统采用了双UPS的供电方式。（6）值班员台子系统(GPC)可按照站场要求选配，只具备MMI子系统的监视功能而不具备操作功能。35.IPS子系统配置了哪些电路板？各电路板的作用是什么？答：IPS子系统配置了中央处理单元（CPU/PD1板）、安全校验板（VPS）、输入输出总线接口板（I/OBUS1）、输入输出总线缓冲板（I/OBE）、以及安全型输入（VIB）和安全型输出板（VOB）。中央处理单元（CPU/PD1板）：是整个联锁系统的安全核心之一。它执行各种与联锁相关的逻辑操作，包括输入输出地址，方程式求解和输出状态预校验；完成联锁处理子系统的安全型通信，与其余子系统的网络通信；将系统启动的信息及故障信息传送给系统维护子系统等。安全校验板（VPS）：是VPI系统动态的安全监视器，它与CPU/PD1板一起，构成VPI的安全检查核心。VPS在精确的周期间隔内接收一组经编码的校验信息，当且仅当校验信息正确，VPS输出一个安全的数字信号，用于驱动一个安全型继电器，在任何出错的条件下（硬件错误、噪声干扰等等）安全继电器均可靠切断VPI的安全电源输出。输入输出总线接口板（I/OBUS1）：是CPU/PD1板和输入输出板交换信息的通道，采集输入板状态、控制输出板的输出、传送输出口状态校验信息的功能，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。输入输出总线缓冲板（I/OBE）：主要实现差分接受及缓冲的功能，与采用差分驱动的方式的I/OBUS1板配合，共同完成系统对输入输出的控制。安全型输入（VIB）：能安全地检测每一个输入的状态，每个安全输入板包含有16个安全输入口，16路输入每路输入均有一个LED指示灯，在输入接通时，指示灯亮。安全型输出板（VOB）：能安全确定每一个输出状态都符合联锁的当前逻辑条件。每个安全输出板包含16个安全输出口，每个输出端口对应设置指示灯。CPU/PD1板通过VOB板产生输出信号，驱动接口设备，同时被安全校核电路用来验证输出状态，实时检测VOB板输出的正确性，输出与实际驱动的一致性。36.CPU/PD1板上有哪些通信接口？各有什么作用？答：每块CPU/PD1板上有以太网口，联锁处理子系统通过以太网口接入冗余网络，实现与MMI子系统、GPC子系统和SDM子系统的信息交换。每块CPU/PD1板上有高速串口、普通串口和CAN口。2个高速串口完成联锁处理子系统A、B机之间的安全型数据的通信。普通串口用于SDM子系统读取联锁处理子系统CPU启动过程中的自检关键点信息，从而判断系统是否正常。并口是用来插软件检查块，进行仿真测试。CAN口空置，以便功能扩展时使用。37.能说说VPI计算机联锁系统的冗余结构吗？答：VPI系统采用双机热冗余的IPS、N+1热备MMI、双网热备通信，采用逻辑上环网连接以及冗余电源子系统，采用模块隔离技术，各子系统内部切换不影响其它子系统正常工作。VPI系统有完整冗余结构，它有两套独立的系统板和输入/输出板。主备联锁机通过高速网络口与MMI系统连接，系统按动态冗余的原则设计，主用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，实现热备冗余。双机切换逻辑由联锁机完成，转换电路可手动或自动完成切换。两个VPI系统都能接收到来自MMI的控制命令。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。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，而备用系统不能驱动接口继电器。38.MMI界面的站场图窗口显示哪些信息？答：MMI界面由站场图窗口、操作输入窗口、信息提示窗口组成。站场图窗口显示以下信息：信号机的状态表示；道岔位置表示；进路的锁闭状态表示；轨道及道岔区段的占用表示；反映进路控制过程的其它必要表示；非进路调车、局部控制以及与其它系统联系的相应表示；主要设备和必要设备的报警。操作输入窗口显示以下信息：行车值班员通过操作输入窗口可以进行排列进路、取消进路、重复开放信号、延时解锁进路、操纵道岔、单独锁闭/解锁道岔、关闭信号、事故解锁区段、办理引导进路、引导总锁闭、封锁信号设备的操作以及其它要求的有关操作。信息提示窗口中记录了操作员进行的各种操作。操作员可以选择显示和隐藏信息提示窗口。当操作员办理了MMI能识别的非法操作时，信息提示窗口自动弹出，并用红色字体给出提示。39.SDM子系统诊断维护内容包括什么？答：SDM作为VPI系统的子系统，主要完成系统诊断维护及接口设备在线监测和记录功能，SDM诊断维护内容包括：（1）在线监测IPS的工作状态，诊断并记录1个月或1年（可选）内的工作正常与故障信息。（2）在线监测冗余网络的运行状态，包括双网和网上各节点的连接工作状态。当网络发生故障或某个网络节点不正常工作时，发出报警信息，并作记录。（3）记录值班员对MMI的各种操作，记录始、终端及铅封按钮操作的时间和次数，并可以在1个月或1年内按时间先后次序查询。（4）记录MMI上的各种站场表示状态，并可以回放1个月或1年内的MMI站场信息。（5）在线显示并记录1个月或1年内的输入、输出码位信息。（6）对所测试数据随时储存，并可根据需要回放。40.简述VPI计算机联锁系统供电配置，并画出系统供电配置图。答：VPI计算机联锁系统接受来自电源屏的单相交流电经过二级电源防雷后输入在线式双UPS供电，UPS输出净化220V交流电，经过电源柜配电端子排供给VPI各子系统。正常情况下，UPSA为联锁A系供电，UPSB为联锁B系供电。当其中一个UPS故障时，该路电源将自动切换至由电源屏直接供电,并且同时在MMI和SDM上给出故障报警提示。VPI系统电源配置如教材P246图4-55所示。41.VPI计算机联锁系统如何采集继电器信息？以道岔采集接口电路为例说明。VPI系统采集道岔的状态，是采用安全型偏极继电器接点实现计算机联锁设备与现场设备的电路衔接和安全隔离。联锁机A机、B机分别采集对应道岔的DBJ或者FBJ的前接点来判断道岔的当前状态，为IPS的联锁逻辑运算提供基础数据。42.VPI计算机联锁系统如何驱动继电器？以道岔驱动接口电路为例说明。VPI系统驱动道岔，是采用驱动安全型偏极继电器线圈来实现计算机联锁设备与现场设备的电路衔接和安全隔离。如教材P248图4-58所示，每组道岔设一个道岔允许操纵继电器DCYCJ。用DCYCJ的一组前接点接在道岔启动电路的KZ回路中。DCYCJ平时处于落下状态。转换道岔时，若该道岔区段在解锁状态,计算机输出道岔操纵命令的同时输出DCYCJ吸起命令,联锁机A机、B机分别在条件满足的条件下，驱动对应道岔的DCJ或者FCJ的后圈和前圈来操作道岔动作，转换到进路所需状态。。道岔转换到位后，计算机停止DCYCJ输出，DCYCJ落下。道岔因故在规定转换时间内不能转换到位时，微机在停止定操或反操输出命令输出的同时，停止DCYCJ的输出命令，DCYCJ落下。43.简述VPI计算机联锁系统的接口有哪些？用哪种类型的通信方式？答：VPI计算机联锁系统的接口有以下几类：（1）VPI系统与室外信号设备的接口，联锁机通过驱动安全型继电器和采集安全型继电器接点与继电电路接口，来实现与室外信号设备的电路衔接和安全隔离。（2）联锁处理子系统（IPS）与MMI子系统、GPC子系统和SDM子系统的接口通过冗余的以太网，实现信息交换。（3）联锁处理子系统A、B机之间的通信通过高速串口实现。（4）SDM子系统读取联锁处理子系统CPU启动过程中的自检关键点信息通过普通串口实现。（5）VPI机柜至UPS通过环接至每个VPI机柜零层电源端子实现连接。（6）VPI系统通过以太网实现和ATS的接口，保证两个系统的完全独立性。（7）VPI系统通过串口（232/422通信）实现和MMS系统通信并提供给MMS所需开关量信息。44.VPI计算机联锁系统维护前，应该做好哪些检查准备工作？答：VPI计算机联锁系统在进行系统维护时,首先应该检查以下内容:（1）在各电路板的电压测试点上测量到的电压值必须在4.85V和5.25V之间。（2）I/OBE板插有正确的鉴别芯片，电路板插在正确的槽道上；（3）VIB板插有正确的“SIGNATURE”，电路板插在正确的槽道上；（4）VOB板插有正确的“位置鉴别芯片”，电路板插在正确的槽道上；（5）供给VPS板的12V电源必须在9.0V和16.0V之间；CPU/PD1板上的应用芯片里的数据是最新版本。45.如何判断电路板的故障？答：VPI系统的电路板的故障诊断可以有以下几种方法：（1）观察印制电路板的LED灯。每块PC板的面板上有许多表示灯,这些表示灯能够用于判断PC板的故障。有经验的维修人员,根据VPI系统内表示灯的不同状态能很快指出故障的PC板。（2）将手持式终端连接到CPU/PD1板上诊断。（3）通过系统维护台来诊断。系统维护台可用来查询系统运行状态，获得较详细的故障信息；或者用来查询布尔逻辑参数的结果和输出状态,读出输入结果或许多其他系统内部参数。46.简述CPU/PD1板的更换步骤。答：CPU/PD1板更换步骤如下：（1）关闭系统电源。（2）拔出故障电路板。（3）拔出板上系统芯片和应用芯片。（4）备用板安装系统芯片和应用芯片。（5）检查备用板上跳线和开关的位置是否与被更换板一致。（6）