CIS-1型计算机联锁系统维护教案

CIS-1型计算机联锁系统维护

一CIS-1型计算机联锁系统的体系结构

CIS-1型计算机联锁系统是由卡斯柯信号有限公司与哈尔滨铁路局共同研制开发的新一代计算机联锁系统。其体系结构如图1所示:

图1 CIS－1型计算机联锁系统结构图

CIS-1型计算机联锁系统采用分布式多处理器结构和模块化设计原则。分别设置了用于站场显示、按钮操作、进路选择、语音报警及提供调度集中/调度监督、TDCS等系统所需功能的人—机对话子系统MMI；用于联锁逻辑运算、信息状态采集、动态输出驱动的联锁子系统；用于实时监视车站列车、调车作业情况，监视现场信号设备工作状态，系统维护、信息存储、记录查询、打印的电务维护子系统；用于监测现场信号设备工作状态的微机监测子系统；用于远程监测系统工作状态的远程诊断子系统；用于自动生成结合电路图、配线表、联锁表、系统配置图、站场及按钮布置图、选路数据、联锁数据的计算机辅助设计子系统以及用于与调度集中/调度监督、微机监测、信息管理等系统联网的接口设备，并采用两台共享式集线器和双网隔离的以太网将上述所有设备连接起来，使其成为一个开放式的网络化计算机联锁系统。

二CIS－1型计算机联锁子系统的硬件组成与功能

1 人机接口MMI（上位机）

人机接口计算机的主要任务是接收操作员的操作输入，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，由网络传输给联锁处理计算机。同时，接收来自联锁处理计算机的表示信息及系统自检信息，将它们转换成屏幕显示信息。

CIS-1型计算机联锁系统MMI采用了多模—无主并行运行的动态冗余结构，采用两台高可靠性工业控制计算机，单机配置为：

a. 主机板PCL-6155V，CPU为PENTIUM II 233微处理器；

b. 64 Mb KingStone内存；

c. 大容量、高质量的硬盘；

d. 支持驱动双软驱的软盘驱动器，投入运用后禁止使用；

e. 双键盘接口，投入运用后禁止使用；

f. PS/2接口；

g. 两个串行接口，一个支持RS-232，一个支持RS-232/422/485；

h. 一个并行接口；

i. WinFast 3D S800图形加速卡，支持1600*1200点阵，使上位机界面更加清晰、柔和。

此外还有全双工16位立体声、128路复音波表合成器式Blaster声效卡；双以太局域网络接口板：采用两块3Com/3C509网络板，分别作为连接两个网段的各节点，当一个网段有故障时，另一个网段会自动承担并完全传输所有信息，确保了上位机系统与其它系统信息的安全正确传输；高保真立体声音箱；两台21 英寸大屏幕三星显示器；密封式高级控制台。

2 联锁逻辑处理系统（下位机）

联锁逻辑处理系统采用双机热备冗余机制，机柜采用双套欧式标准600*800*1800mm3结构，包括控制层、计算机层、输入层、输出层、倒机层、网络层。单套联锁处理系统结构如图2所示：

图2 单套联锁处理系统结构简图

控制层、输入层、输出层采用标准机箱模块化设计，若某层机箱内部配线出现严重故障或站场大修改造，可直接将这个机箱更换，大大地缩短了现场开通和维修时间；作为CIS-1型系统的核心，联锁机完成信号设备的联锁逻辑处理，进行进路选排和锁闭，发出开放信号和动作道岔命令，采集轨道状态、道岔表示状态及信号机状态等现场信号设备工作状态，驱动动态继电器来控制动作现场信号设备。

CIS-1系统采用二台工业控制计算机构成联锁逻辑处理计算机。二台联锁逻辑处理机同时采集现场信号设备的工作状态及接收MMI传输的选路命令和各种按钮操作命令，每一单元内的双套联锁软件进行各自的联锁逻辑运算。运算结果在本机内进行比较,将正确的联锁运算结果同时送联锁机A和B输出至动态切换电路，由处于工作状态的联锁机驱动相应的动态继电器，来开放信号及转动道岔。

CIS-1系统联锁机通过双以太网与MMI、电务维护子系统传输现场信号设备工作状态信息、联锁逻辑处理数据、各硬件模块工作状态信息及其它系统维护信息,两台联锁机之间通过网络进行信息传递,在采集信息一致的情况下,使备机始终与主机处于同步状态。

联锁控制计算机配置为：

a. CPU为PENTIUM微处理器；

b. 内存64 Mb；

c. 双以太局域网接口板：采用两块3Com/3C509网络板，分别作为连接两个网段的各节点，当一个网段有故障时，另一个网段会自动承担并完全传输所

有信息，确保了下位机系统与其它系统信息的安全正确传输；

d. 高速I/O 144路PCL-7122板；

e. WINDOWS NT 4.0 操作系统。

联锁控制计算机采用32位地址和32位数据非复用的结构，使总线带宽达到40Mbytes/s。联锁控制计算机采用PENTIUM 微处理器，及高速PCL-722 144路可控I/O，满足数据高速吞吐能力。

控制面板层提供下位机的状态显示，包括主机显示、同步显示、脱机显示、网络状态显示及机柜电源显示。

输入输出层为计算机与继电电路的接口。

倒机层一般设在下位A机柜中，其作用是在维修人员确认安全的情况下，通过倒机钥匙的设置，能够实现人工倒机；

网络层安置HUB集线器，所有子系统的网络节点都汇集于此。

3 电务维护子系统（维修机）

位于联锁机房内配有电务维护系统，包括：工业控制计算机、21英寸监视器、鼠标、打印机、调制解调器。用于对系统运行状态的实时监测、为电务人员对系统维修提供表示信息及历史数据。同时真实记录车站的各种作业情况。

电务维护系统硬件配置如下：

a. 主机板PCL-6155V，CPU为PENTIUM II 233微处理器；

b. 64 Mb Kingstone内存；

c. 大容量、高质量的硬盘；

d. 支持驱动双软驱的软盘驱动器，投入运用后禁止使用；

e. 双键盘接口，投入运用后禁止使用；

f. PS/2接口；

g. 两个串行接口，一个支持RS-232，一个支持RS-232/422/485；

h. 一个并行接口，用于连接打印机；

i. WinFast 3D S800图形加速卡，支持1600*1200点阵，使电务维修机界面更加清晰、柔和；双以太局域网络接口板：采用两块3Com/3C509网络板，分别作为连接两个网段的各节点，当一个网段有故障时，另一个网段会自动承担

并完全传输所有信息，确保了电务维护子系统与其它系统信息的安全正确传输。

4 远程诊断子系统

CIS-1型系统通过电务维护子系统、拨号调制解调器及维修工区既有的一对电话线与现场维修主管部门和卡斯柯公司维修中心的远程诊断系统相连，实现CIS-1型系统的远程诊断功能。

5 网络通信子系统

CIS-1型系统各节点，即MMI、联锁机、电务维护子系统、现场信号设备工作状态监测子系统之间采用共享式网段隔离，满足IEEE802.3标准的双以太网进行信息传输。每个网段带宽为10Mbps。采用符合国际标准组织开放式互联模型OSI的TCP/IP网络协议，确保网络的开放互联性和信息传输的绝对可靠性。选用两台共享式网络集线器HUB构成CIS-1型系统双以太网结构，采用AMP 双绞线连接方式，确保连接到HUB任一端口的网络线发生断路、短路、混线、接地及网络端口故障时，都不影响其它网段的正常工作，实现各节点间网络故障隔离的目的。

6 输入输出子系统

输入输出系统放置在下位机机柜中，CIS-1的输入输出接口系统是继电电路与联锁计算机之间的桥梁，具有反映现场设备信息的情况及辅助联锁机驱动命令时转换电平的功能。

信息采集系统包括采集板（VDIB-32）、采集电源（4NIC-Q25型一体化线性电源）和AMP公司插接件。输出驱动系统包括驱动板（VDOB-32）、采集/驱动电源（4NIC-Q112型一体化线性电源）和AMP公司插接件。

7 继电器接口电路

计算机系统与室外信号设备之间的接口采用安全型继电器电路。继电器安装在标准的组合架或组合柜上。保留的继电器主要包括：

道岔：DCJ、FCJ、1DQJ、2DQJ、DBJ、FBJ；

信号机：LXJ、YXJ、TXJ、LUXJ、ZXJ、DXJ、DJ；

轨道电路：GJ；

为保证安全，系统还设置了道岔防护继电器CFJ，各道岔启动电路中串联CFJ的接点加以防护。此外，还有64D半自动闭塞结合电路各继电器和站内/外道口通知各继电器等。

8 电源系统

本电源系统配有电源防雷箱、电源接口柜。包括系统配线、双路均流的采集电源与局部电源；冷备3KV A在线式UPS。

三CIS—1型计算机联锁系统的使用与维护

1 系统的开机与关机

系统的开机顺序如下：

1.确认电源柜上所有开关K1、K2A......K19全部关闭，即确认所有负载均已断开；

2.打开K1,K2A开关，即给UPS主机供电；

3.同时打开CB1,CB2开关(UPS后面板上）；

4.等待一分钟后，打开电源柜中K3A、K13、K5、K6、K9、K10开关，直流电压表A、B、C、D应有正常指示，电压表A、B应在12～16V范围内，电压表C、D应在24～36V范围内；

5.打开K7、K8、K11、K12开关，TW2应有12～16V和24～36V直流电压；

6.打开K14～K18开关，至此，已向系统负载全部供电；

7.打开K19报警开关，若不报警，表示供电正常；

8.打开机柜电源、联锁A、联锁B工控机的开关；

9.打开电务维修机大屏幕显示器开关，再打开工控机开关；

10.打开上位机1、上位机2大屏幕显示器开关，再打开工控机开关；

如遇到交流电源停电等故障需关闭系统时，关机的顺序如下：

1.关闭上位机1、上位机2的工控机开关，再关闭大屏幕显示器开关；

2.关闭电务维修工控机开关，再关闭大屏幕显示器开关；

3.依次关闭下位机A、下位机B的开关和机柜电源的开关；

4.依次关闭电源柜K19～K14开关；

5.依次关闭电源柜K12、K11、K8、K7开关；

6.依次关闭电源柜K6、K5、K10、K9、K13开关；

7.依次关闭电源柜K3A、K2A、K1开关，电源柜开关全部关闭，系统负载全部断电；

8.同时关闭UPS中CB1、CB2开关；

2 联锁机的同步与切换

联锁子系统为双机热备，对应每一联锁机分别设有工作继电器(AGZJ、BGZJ)和同步继电器(ANETJ、BNETJ)。对四个相关的继电器的驱动方式与室外信号和道岔控制继电器的驱动原理相同。

当主机在运行的过程中出现故障，包括计算机故障、接口故障、网络故障、断混线故障和外界干扰引起的暂态逻辑错误等情况下，备机可自动接管联锁系统的输出（实现主机备机无缝切换），同时向上位机和电务维修机传送站场的表示信息、硬件网络故障信息和报警信息等。

CIS-1型系统对联锁机的故障监测采用了监督定时器法，设置“计时”定时器电路监督系统失效故障。系统在正常运行时，每循环一次就清除“计时”定时器并重新设置定时值，其定时器时间应大于程序循环执行时间。当因故障造成系统失控时“计时”定时器计数到“0”时，就产生一个系统关机信号，使联锁处理机倒向安全。当故障的联锁机为工作状态时，则通过自检程序自动切换到同步工作的备用机，使之继续不间断工作。

双机热备系统的控制方式如下：

（1）主、备机无硬件故障但运算结果不一致时，以主机的结果输出。

（2）主、备机的锁闭位相同且输出结果一致时，主机备机互相同步。

（3）主机备机输出结果不一致时，或备机修复后上电时，约3-5秒后主机备机输出结果一致，系统自动同步，实现“联锁系统主机备机动态跟踪同步”。

（4）主、备机同步，若主机故障，系统先倒机，故障机自动脱机，系统进入单机运行状态，单机依然能够继续接收上位机发送的命令，并用采集到的数

据进行联锁运算；当故障机的硬件故障修复后，系统自动联机并进入“联锁系统主机备机动态跟踪同步”状态。

（5）主、备机同步，若备机故障，不影响主机工作。

（6）备机双网中断，不影响主机工作；主机双网中断，自动倒至备机。

在A机机柜上设有“倒机钥匙开关”，分自动和手动两档，用以控制联锁机的倒机方式。平时置于自动档，当主机故障，且备机同步时，可自动倒向备机。因故障不能自动倒机时，手动将钥匙倒至A机或B机位置可以指定主机。

在联锁机柜的状态面板上设有五个指示灯显示意义如下：

(1)电源按钮灯：绿色闪光代表该联锁机柜电源接通。

(2)主机灯：绿色闪光代表该机为主机，即该机的输出电路与动态组合接口电路连通。

(3)同步灯：绿色闪光代表该机的联锁结果与另一台的联锁逻辑运算结果一致。

(4)脱机灯：系统出现硬件或双网络故障时为红色闪光，在系统正常情况下不闪光。

(5)网络灯：绿色闪光代表该机至少有一个网段与其它设备相联，灭灯代表该机脱离整套系统。

3 电务维护子系统的使用

CIS-1系统配置的电务维护子系统采用了计算机仿真、可视化界面及多媒体等软件技术，维修人员只需通过简单的鼠标操作能够监测CIS-1系统任何模块的工作状态及现场信号设备的工作状态，并能获得各类语音提示和字符提示。由于选用实时多任务操作系统Windows NT，使维修界面新颖清晰、色彩丰富、简明直观、操作简单，大大提高了系统的可维护性，从而保证了系统的可靠性。

3.1 系统的监测功能

3.1.1 站场显示

电务维护子系统具有站场显示功能，维修人员可通过菜单选择，弹出一个站场显示窗口，实时监视车站列车、调车作业情况和值班员的各类按钮操作过

程。由于Windows NT支持多任务环境，所以维修人员在进行站场显示操作时，系统的一切功能都不会受到影响。

3.1.2 系统各设备工作状态的实时监视及故障报警

采用计算机仿真和面向对象的可视化界面编程技术及Windows NT实时多任务操作系统，电务维护子系统能提供CIS-1系统各节点的网络拓扑仿真图，形象直观的将CIS-1系统各设备的类型、结构、工作状态、设备的连接方式、网络的工作状态等以不同的颜色显示给维修人员。当系统某个接口或某块电路板或某个网段或某个设备故障时，在系统网络拓扑仿真图上立刻在故障的设备图形上显示红色或黄色。其中红色表示设备故障，黄色表示设备的某个接口或某块电路板故障，兰色表示工作正常。维修人员只需用鼠标在故障的设备上点一下，电务维护子系统立刻弹出一个该设备的仿真图，并将故障点显示到某层机笼或某块电路板。用同样方法，维护人员通过鼠标不断点击黄色故障图形，直至出现红色故障窗口为止。故障可定位到电路板或采集、驱动单元电路板。同时，采用先进的语音报警和字符提示技术，当系统设备故障时，维护人员可通过语音报警信息和字符提示信息迅速发现故障点。

对系统的监测内容包括：

(1)MMI的工作状态

包括主机、双以太网卡、监视器、键盘、鼠标、数字化仪或按钮式控制台的工作状态。

(2)联锁机的工作状态

包括工业控制计算机、以太网卡、电源的工作状态；信息采集板、输出驱动板各单元电路的工作状态。

(3)电务维护子系统的工作状态

当主机工作正常时，能监测各类外设及双以太网的工作状态。

(4)网络设备工作状态

包括两台共享式以太网集线器各端口的工作状态和各网络介质的短路、开路、混线、接地等故障状态。

3.1.3 现场信号设备工作状态实时监测

电务维护子系统能实时监测电源屏输入、输出电压，车站轨道电路电压，电动转辙机工作电流，信号电缆对地绝缘电阻等参数，并对上述各参数按日、月、年进行统计和记录。

3.1.4 信息存储、再现及打印

电务维护子系统能存储车站运行信息、现场信号设备工作状态信息及系统各设备工作状态信息。车站运行信息包括信号机状态、道岔位置、轨道电路状态等；进路的选排及解锁信息；所有按钮的操作过程等。现场信号设备工作状态信息包括电源屏输入输出电压、轨道电路电压、电动转辙机工作电流及信号电缆对地绝缘电阻等参数的日、月、年统计数据。根据需要信息可保存1个月或更长的时间，并具有信息查询、回放和打印功能。由于这些功能都是在Windows NT 环境下开发的，所以系统在进行信息存储、查询、回放、打印输出时，都不会中断其它功能的运行，克服了以往基于DOS单任务操作系统环境下开发的系统，信息查询、回放、打印与信息实时监测不能同时进行的缺点，大大方便了系统维护。

3.1.5 故障语音报警

电务维护子系统配置了先进的语音报警系统，当监测到各类故障时，均自动产生相应的语音报警信息，维护人员根据语音信息，可立刻发现故障点，缩短了维修时间，满足电务“状态修”的要求。

电务维修机屏幕显示可以分为四部分：当前现场设备状态区（电源灯、熔丝报警灯等）、站场显示与回放区（站场界面、站场回放窗口）、功能按钮操作区和下位机设备状态区。

3.2 子系统各种功能与操作

下面介绍一下电务维护子系统各种功能与操作方法：

3.2.1 站场回放功能

点击[站场回放] 按钮，显示、回放一个月以内的所有站场表示信息的变化情况。回放的速度、间隔可由按钮控制。

3.2.2 故障检测功能

点击[系统检测] 按钮：显示当前系统拓扑结构图。

在[系统检测]图中，天蓝色表示设备运行正常状态；红色或黄色表示严重故障，需要立即进行修理。单击下位机机柜可以跟踪到每块采集板、驱动板的工作情况。

3.2.3 码位表功能（监视系统运行状态）

点击[码位表] 按钮：分别显示[主机信息表]和[备机信息表]，列出各采集继电器接点状态。暗绿色实心圆表示：未采集到该位的信息；亮绿色实心圆表示：已经采集到该位的信息。红色实心圆表示：该位的[主机信息表]、[备机信息表]的采集信息不一致。此时需要电务维护人员立即进行判断，修复。

3.2.4 车站运行历史数据、车务人员操作信息及数据打印输出等功能

由各种按钮可选定信息的种类和时间范围。

此外，按钮操作区的其它功能按钮都很简单，不再详细说明。

四远程诊断子系统的功能

为了迅速、准确排除故障，指导现场维修人员进行系统维护，CIS-1系统配置了远程诊断子系统。系统开发人员可在公司或异地随时监视系统运行状态、系统资源分配情况及车站列车、调车作业情况；查询、分析系统各类历史数据；监测系统各设备、接口、模块及网络的工作状态。

CIS-1系统通过电务维护子系统、拨号调制解调器及维修工区既有的一对电话线与现场维修主管部门和卡斯柯公司维修中心的远程诊断系统相连，实现CIS-1系统的远程诊断功能。当系统故障时，现场维修人员可通过拨号电话将CIS-1系统与维修主管部门或卡斯柯公司维修中心的远程诊断系统联网，高级维修人员或卡斯柯开发人员就可直接指导现场维修人员进行故障处理。维修主管部门可定期或随时监视系统的工作状态。提高了系统的可靠性和可信性。远程诊断子系统具体监测的内容如下：

(1) 实时监视车站列车运行情况及值班员按钮操作过程

远程诊断子系统能实时监视车站信号机状态、道岔位置、轨道电路占用/出清状态、车站值班员办理各类按钮动作过程等信息。

(2) 实时监视系统各设备工作状态

远程诊断子系统能实时监视系统各设备、接口、模块、动态I / O板、网络

接口及网段的工作状态；实时监测系统资源分配情况；各进程运行状态。

(3) 查询、分析各类历史数据

远程诊断子系统能随时查询系统有关历史数据，包括系统运行记录和行车信息。开发人员根据有关数据可对事故或系统故障进行分析。

(4) 远程下载各指导性文件及系统维护指南

远程诊断子系统将故障分析结果、系统修复措施、系统脱机/联机/倒机过程及其它指导性文件，以电子邮件的方式传输给现场维护人员。现场维修人员可用交互方式，随时向维修主管部门或开发商索取所需的各类系统维护资料。五CIS—1型计算机联锁系统的故障分析与处理

系统发生故障的时，应根据电务维修机的提示和各子系统指示灯的显示分析故障的原因，最大限度的缩小故障范围，及时准确地处理故障。下面以举例的形式介绍系统常见故障的分析处理：

1.无驱动采集故障的处理

原因：机械室混线故障或驱动盒故障。

现象：a.全站信号立即关闭；

b.上位机、维修机提示故障组合的位置。

处理：a.维修人员应立即拔下提示框内的故障驱动盒；

b.更换新的驱动盒；

c.下位机A、B中的任何一台自动成为主机。

2.信号不能开放

a.现象：上位机显示[灯丝故障]或[熔丝故障]。

处理：更换室外信号灯泡或室内熔丝。

b.现象：继电器吸起，但下位机A或B无采集灯位。

处理：(1)查看维修机的[系统检测]图，更换相应设备；

(2)将下位机A或B脱机；

(3)更换下位机A或B采集板。

c.现象：下位机A或B无驱动灯位。

处理：(1)查看维修机的[系统拓扑]图，更换相应设备；

(2)将下位机A或B脱机；

(3)更换下位机A或B驱动板；

(4)将下位机A或B联机。

d.现象：机械室驱动盒二极管灯位不闪动。

处理：更换机械室的驱动盒。

e.现象：机械室有驱动盒二极管灯位闪动，信号仍不开放。

处理：更换机械室的相关信号继电器。

3.道岔不能转动

a.现象：机械室内驱动盒二极管灯位不闪动。

处理：更换机械室的驱动盒。

b.现象：机械室驱动盒二极管有闪动，但道岔失去表示。

处理：检修室外道岔。

c.现象：下位机A或B无采集道岔DB、FB灯位。

处理：(1)查看维修机的[系统检测]图，更换相应故障板；

(2)将下位机A或B联机。

d.现象：下位机A或B无驱动道岔DC、FC灯位。

处理：(1)查看维修机的[系统检测]图，更换相应设备；

(2)将下位机A或B脱机；

(3)更换下位机A或B驱动板；

(4)将下位机A或B联机。

当确定故障在驱动组合时，应对驱动组合的有关继电器进行测量正常情况下个继电器的测试端子和参数如下：

(1)AGZJ、ANETJ、BGZJ、BNETJ驱动组合的局部电压应测试UKZ-UKF 驱动组合的端子1、2，测量值为32V。

(2)DXJ等驱动组合的局部电压应测试DKZ-DKF驱动组合的端子1、2，测量值为31.8V

(3)驱动组合输出直流电压应测试驱动组合的端子12（-）、23（+），测量值为18V

4.脱机灯红闪

原因：系统有硬件故障，请立即查看电务维修机[系统检测]。

5.同步灯灭灯

原因：(1)“同步”表示灯故障。请立即更换。

(2)查看电务维修机[码位表]，比较主备机的采集故障。请立即更换故障设备。

6.网络灯灭灯

原因：网络故障或下位机设备故障，请立即查看电务维修机[系统检测]。

必须注意：更换下位机A或B驱动板或采集板时，应对该板32位均应实验一遍后才能重新启用设备。更换机械室的驱动盒时，对该驱动盒的AB两路的各4位均应实验一遍，然后再启用驱动盒。