TYJL-ADX计算机联锁原理讲义.doc

TYJL-ADX计算机联锁原理内部学习资料TYJL-ADX计算机联锁原理目 录ADX 计算机联锁系统简介3系 统 概 述3简述3系统结构4一. 综合柜4系统描述5配电部分6系统上电10联锁机121系统描述122FCX硬件说明153联锁机以太网卡说明204IO扩展板SIO-D说明245FFC电源模块说明256FFC电源模块说明267IO总线控制器FFC说明28采集板（FDI)31驱动板(FDO)32光纤通信331简述332太网光交换机333光信号转换器344连接方式34监控机35控制台36功能36操作方式36后台监视器36电务维修机37ADX 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-safe Cpu-unit with eXtendability（可扩展的故障安全的CPU单元）FFC：F-bus interFace Controller（F总线接口控制器）FDI：Fail-safe Digital Input（故障安全的数字输入设备）FDO：Fail-safe Digital Output（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Power on 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。11功能概述 实现与监控机的通讯调度。 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。 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。 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。12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。13总线层配置图FCX主备通信槽4为Ethernet预留槽58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。14FFC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。2FCX硬件说明21系统规格概念：FCX是联锁机的CPU,完成联锁逻辑运算。FCX:Fail-safe Cpu-unit with eXtendability 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 to 55 湿度95%RH以下2尺寸118.57(W),253(H),39.0(D) 3电压VCC+3.3V5% +5.0V5% 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/CN210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/ 100 mA 绝缘 最长的电缆长度5 m 5开关RUN/STOP 开始/停止SREQ仿真DIPSW18 位 /对应用程序开放. 6LED 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CPU32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 FLASH ROM非易失存储器 /8MB/FROM 可擦写 高64K可写保护. 8单独的RAMC/M8MB的SRAM9电压校验AC500V 1 minute 10操作系统CPMS 11系统反映时间程序下载大约 30 秒(从EPORT到 FLASH ROM) 大约 5 秒(从System bus 到 C/M 8MB) 开机大约 10 秒22LED指示灯含义序号状态RUNERRSTBY1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. 3 FCX面板定义24FCX与FFC连接说明3联锁机以太网卡说明31以太网卡规格标准：R600-M总线/EthernetIEEE 802.3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32配置和结构321 系统配置322 以太网卡的结构图323 板面图 33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TXDA绿CN1口有发送的数据RXDA绿CN1口有接受的数据LNKA绿CN1口建立连接TXDB绿CN2口有发送的数据RXDB绿CN2口有接受的数据LNKB绿CN2口建立连接34跳线设置I系II系其他/每位含义JP系统要求SW1CN11：自动传递/否2：100BASE/10BASE3：全双工/半双工4：预留/使用CN25：自动传递/否6：100BASE/10BASE7：全双工/半双工8：预留/使用SW2站号设置025535连接口定义名称针分配CN1/CN2序号信号方向功能平面图1TX+ETH2发送数据2TXETH2发送数据3RX+ETH2接收数据4NC5NC6RXETH2接收数据7NC8NC电压要求直流5V，范围：5V5%4IO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1SG信号地（浮空）2SG信号地（浮空）3TXL2Y发送（+）4TXL2Z发送（-）5SG信号地（浮空）6SG信号地（浮空）7RXL2Y接收（+）8RXL2Z接收（-）9SG信号地（浮空）10SG信号地（浮空）5FFC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：AC80V132V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：5.67.0V检测时间：21A检测时间：1S结果：停止输出3不足电压检出值：3.0V4.3V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。6FFC电源模块说明型号：LPJ001参数指标：同APW0002-3：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7IO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055 湿度95RH以下2尺寸225.04(D)261.85(H)20.32(W)4HP 3电压VCC+5.0V5 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8 bits/停止位1bit /无奇偶校验 通信速度 28.8kbps 与FCX通信CN110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CN216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6LEDRUN 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MPU32位RISC处理器（SH2：SH7045）*2FBC双总线比较模式M/M主存2MB/SRAM/1BANK无电池有写保护功能8FLMFROM 4MB，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-FXFast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：JetCon1301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。1122TXRXRXRXRXTX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