鐵道信號專業(yè)畢業(yè)論文-計算機聯(lián)鎖設備故障分析及處理-

1、呼和浩特職業(yè)學院呼和浩特職業(yè)學院信號信號 13 級畢業(yè)論文級畢業(yè)論文題題 目目 計算機聯(lián)鎖設備故障分析及處理計算機聯(lián)鎖設備故障分析及處理系系 別別 鐵道通信信號鐵道通信信號專專 業(yè)業(yè) 鐵道信號鐵道信號年年 級級 13 級級姓姓 名名 鄧賀鄧賀 指導教師指導教師評評 語語 指導教師指導教師 （簽章）（簽章）評評 閱閱 人人評評 語語 評評 閱閱 人人 （簽章）（簽章）成成 績績 答辯委員會主任答辯委員會主任 （簽章）（簽章）年年 月月 日日摘 要計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)是實現(xiàn)鐵路現(xiàn)代化和自動化的基礎設施之一，是一種高效、安全的車站聯(lián)鎖設備，是提高車站通過能力的基礎。同時，計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)還具有故障安全性能，

2、與電氣聯(lián)鎖系統(tǒng)相比，其在設計、施工和維護方面都較為便捷，且便于改造和增加新功能，為鐵路信號向智能化和網絡化方向發(fā)展創(chuàng)造了條件。本論文主要闡述了計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的硬件結構組成，設備選型及電源配置等原則及處理方法。采用二乘二取二的體系結構的計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)方案，其中設備采用 K5B 型計算機聯(lián)鎖和 ZD6 型電動轉轍機，軌道電路采用 25Hz 相敏軌道電路，完成其對信號機、道岔的控制電路及其相關組合的內部配線和對信號機、道岔、軌道電路等部分設備的狀態(tài)信息采集電路以及與聯(lián)鎖機接口電路的工程設計。通過本次設計，初步掌握了計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)的工作原理、故障處理步驟、方法、內容。關鍵詞 計算機聯(lián)鎖；K5B

3、；接口電路；故障分析及處理 目 錄第 1 章 緒緒 論論.1第 2 章計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)結構.22.1 系統(tǒng)的硬件構成.22.1.1 聯(lián)鎖機.42.1.2 電子終端.42.1.3 控制臺.52.1.4 電務維護臺.5第 3 章計算機聯(lián)鎖工作原理.63.1 系統(tǒng)結構與工作原理.63.1.1 人機對話層.63.1.2 聯(lián)鎖運算層.63.1.3 復核驅動層.63.1.4 結合電路層.63.1.5 監(jiān)控對象層.73.2 可靠性及安全設計.7第 4 章 故障維護及探討.84.1 聯(lián)鎖設備常見故障分析處理.84.1.1 非潛伏性故障.84.1.2 潛伏性故障.84.2 計算機單元故障.94.2.1 聯(lián)鎖機.9

4、4.2.2 監(jiān)控機.94. 3 通訊線路故障.94. 4 切換故障.104. 5 電源故障.10結論.11致謝.12參考文獻.13基基 本本 內內 容容第 1 章 緒緒 論論鐵路是國民經濟的大動脈、全國溝通聯(lián)系的紐帶、國民經濟建設的先行行業(yè)。與其它運輸方式相比，鐵路運輸具有運量大、成本低、速度快、安全可靠、能全天候運輸?shù)缺姸鄡?yōu)勢。鐵路承擔全國客貨周轉量的 60%70%，這種狀況在今后相當長的時間內不會有太大的變化，鐵路仍將是我國交通運輸系統(tǒng)中的重要力量。鐵路信號是鐵路運輸?shù)亩浚潜ＷC行車安全和提高運輸效率的有力工具。一旦信號設備故障，鐵路運輸將陷于癱瘓，整個國民經濟將遭受嚴重損失。從鐵路一開

5、始出現(xiàn)，人們就吧把鐵路信號中的故障安全技術作為一個專題進行研究。隨著計算機技術的發(fā)展，特別是對可靠性和冗余容錯技術的深入研究，車站信號聯(lián)鎖安全技術也正在不斷的更新和發(fā)展。目前，計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)已處于實用階段，隨著實踐經驗的積累，系統(tǒng)的性能也在不斷提高。我國的計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)主要采用由通用的工業(yè)控制計算機組成的計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)。近年來，又推出了二乘二取二系統(tǒng)，由兩個 CPU 構成一個子系統(tǒng)執(zhí)行聯(lián)鎖任務（主機） ，另外兩個 CPU 處于熱備狀態(tài)（備機） ，這就大大提高了計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)的可靠性和安全性，而且方便維修，主要干線的技術改造都優(yōu)先考慮采用二乘二取二系統(tǒng)。目前，計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)已

6、裝備了上千個車站。總之，鐵路信號計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)將向低成本、高效率、高安全、高可靠及信息化、智能化、網絡化和綜合自動化的方向發(fā)展。第 2 章 計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)結構本次設計選用 DS6-K5B 型計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)，它是通號設計院與日本京三公司聯(lián)合開發(fā)的新型計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)。系統(tǒng)的聯(lián)鎖機和輸入輸出電路采用京三公司的 K5B 型產品(K5B 型系統(tǒng)是日本京三制作所在 K5 型系統(tǒng)上采用 32 位處理器的升級系統(tǒng))，該產品所有涉及到安全信息處理和傳輸?shù)牟考凑铡肮收?安全”原則采取了 2 重系結構設計。聯(lián)鎖處理部件采取雙 CPU 共用時鐘，對數(shù)據(jù)母線信號執(zhí)行同步比較，發(fā)生錯誤時使輸出倒向安全。具備了“故

7、障安全”性能。聯(lián)鎖 2 重系為主從式熱備冗余，通過高速通道進行數(shù)據(jù)交換，保證 2 重系同步運行，可實現(xiàn)不間斷切換。輸入輸出電路采用京三公司生產的電子終端，電路為 2 重系并行工作，具有“故障-安全”性能。輸入輸出均采取靜態(tài)方式。省去了“靜態(tài)-動態(tài)”變換電路，簡化繼電器接口電路設計。DS6-K5B 系統(tǒng)內各計算機之間的通信全部通過光纜連接，提高了系統(tǒng)抗干擾能力和防雷性能，保證系統(tǒng)具有高的運行穩(wěn)定性。DS6-K5B 系統(tǒng)的聯(lián)鎖軟件，在通號院 DS6 系統(tǒng)聯(lián)鎖軟件基礎上移植生成。保留了通過鐵道部計算機聯(lián)鎖檢驗站測試的聯(lián)鎖軟件的核心程序和數(shù)據(jù)結構。保證新系統(tǒng)的聯(lián)鎖功能滿足我國車站計算機聯(lián)鎖技術條件的要

8、求?？仫@機和監(jiān)測機的應用軟件，由我院承擔，在 Windows NT 操作平臺重新進行了開發(fā)，使得操作界面得到改善，功能進一步提高。DS6-K5B 系統(tǒng)把我院應用軟件的開發(fā)成果和日本京三公司生產的具有高可靠性和高安全性的專用計算機設備結合在一起，使系統(tǒng)的安全性、可靠性和適用性達到了新的水平。2.1 系統(tǒng)的硬件構成K5B 計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)由控制臺、電務維護臺、聯(lián)鎖機、電子終端(ET)、微機監(jiān)測和電源六個部分組成。如圖 2-1 所示?？刂婆_由控顯雙機和車站值班員辦理行車作業(yè)的操作和顯示設備組成。操作設備可以選擇按鈕操縱盤，鼠標或數(shù)字化儀。顯示設備可選單元式表示盤或圖形顯示器。每一臺控顯機內安裝了兩個采

9、用光纜連接串行通信接口板，用于同聯(lián)鎖機的 2 重系通信?？仫@雙機的工作方式可選冷備或溫備?？仫@機轉換箱用于控制臺操作顯示設備與控顯雙機之間的轉換。ET NET ET NET (ET)DC24V FSD486 FS486 IF486FIFO FSD486 FS486 IF486FIFO DC24V AC220VAC220V L24V BINIO CTC AINIO INIO UPS AC220V I24V 圖 2-1 計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)配置框圖電務維護臺設備包括：監(jiān)測機、鍵盤、顯示器、打印機。監(jiān)測機內安裝兩個采用光纜連接串行通信接口板，用于與聯(lián)鎖機 2 重系通信，從聯(lián)鎖雙機取得聯(lián)鎖系統(tǒng)維護信息。監(jiān)測

10、機通過串行通信接口從計算機檢測前置機取得模擬量檢測信息。電務維護人員可以通過鍵盤，顯示器，打印機查詢或大喲輸出各類監(jiān)測信息。聯(lián)鎖機由 2 重系組成，以主從方式并行運行。兩系之間通過并行接口建立的高速通道交換信息，實現(xiàn) 2 重系的同步和切換。聯(lián)鎖機每一系各用一對光纜經過光分路器與控顯雙機相連，使聯(lián)鎖的每一系都能夠分別與兩臺控顯通信。聯(lián)鎖機每一系用一對光纜分別與監(jiān)測機的兩個光通信接口相連，聯(lián)鎖機每一系的維護信息分別送到監(jiān)測機。聯(lián)鎖機每一系有 5 個連接電子終端的通信接口，每個通信接口可連接一個電子終端機架。二乘二取二系統(tǒng)開關量輸入輸出接口采用電子終端機(簡稱 ET)。電子終端電路具有 2 重系，2

11、 重系的輸入電路從繼電器的同一組接點取得輸入信號，分別發(fā)給聯(lián)鎖 2 重系。聯(lián)鎖 2 重系的輸出分別送給電子終端的 2 重系。電子終端 2 重系的輸出并聯(lián)連接負載。系統(tǒng)的電源由一套 UPS 和兩路直流 24V 穩(wěn)壓電源組成。UPS 的輸入由信號電源屏單獨提供的一路交流 220V 電源供給。兩路直流 24V 電源中一路稱為邏輯 24V(用符號 L24 表示)，經聯(lián)鎖機和電子終端內部的 DC-DC 轉換產生 5V 電壓，供邏輯電路工作，另一路直流稱作接口 24V(用符號 I24表示)，供電子終端的輸出電路驅動繼電器和輸入電路采集表示信息。2.1.1 聯(lián)鎖機系統(tǒng)的聯(lián)鎖雙機(1 系和 2 系)安裝在一個

12、 800330mm 的機架內。兩系的組成完全相同。每一系由 F486-2 聯(lián)鎖 CPU 板，IF486 電子終端接口板，F(xiàn)SD486 人機界面(控顯機、監(jiān)測機)接口板三塊電路板組成。每一系的機架有兩個空閑插槽，需要時可插入與其他系統(tǒng)通信的接口板(如 CTC 系統(tǒng)通信用 OPU 板等)。各板之間通過 VME 總線互連。機架上空余的槽位用于安裝其他選件。在本系統(tǒng)中不用。聯(lián)鎖 1 系電源和聯(lián)鎖 2 系電源是兩個輸入直流 24V，輸出直流 5V 的 DC/DC 電源。用于分別向聯(lián)鎖 1 系和聯(lián)鎖 2 系的邏輯電路提供 5V 電源。2.1.2 電子終端系統(tǒng)的表示信息輸入和控制信息輸出接口稱為電子終端(E

13、lectronic Terminal，簡稱 ET)。ET 電路安裝在 ET 機架內。一個 ET 機架內有 12 個插槽。機架正面左邊的兩個插槽用于安裝兩個 ET-LINE 板。其余的 10 個插槽用于安裝 PIO 板。ET-LINE 板上有ET 與聯(lián)鎖機的通信接口和 DC24V-DC5V 電源。ET 為兩重系并列結構。每個 ET 機架內必須安裝兩個 ET-LINE 模塊，一個與聯(lián)鎖機 1 系連接，另一個與聯(lián)鎖機 2 系相連。ET 與聯(lián)鎖機的通信采用光纖連接。2.1.3 控制臺操作顯示設備設在運轉室。根據(jù)用戶要求操作設備可選擇按鈕盤、數(shù)字化儀或鼠標。表示設備可選單元式表示盤或顯示器?？仫@機采用

14、PC 總線工控機。機箱內除安裝連接操作顯示設備的接口板外，安裝 2塊帶有光電轉換的串行通信接口卡 INIO。用于同聯(lián)鎖機通信?？仫@機采用雙機互為備用?？刂婆_的操作和顯示設備：按鈕盤或鼠標；表示盤或顯示器只設一套。通過控顯機轉換箱與工作的控顯機連接。2.1.4 電務維護臺電務維護臺由監(jiān)測機、顯示器、鍵盤、打印機等組成。監(jiān)測機采用 PC 總線工控機。機箱內安裝兩塊帶有光電轉換的串行通信接口卡 INIO。用于同聯(lián)鎖機 2 重系通信。監(jiān)測機接收來自聯(lián)鎖 2 重系的設備動作狀態(tài)信息和監(jiān)測報警信息。 監(jiān)測機通過串行通信接口與微機監(jiān)測設備的上位機通信，將開關監(jiān)測信息發(fā)送給微機監(jiān)測設備。第 3 章計算機聯(lián)鎖工

15、作原理 3.1 系統(tǒng)結構與工作原理從計算機系統(tǒng)的體系結構來看屬于二級集散式控制系統(tǒng)，突破了舊有的集中式信號系統(tǒng)模式，具有模塊化、層次化等特點。模塊化是指聯(lián)鎖機主模塊、PLC 及信號結合模塊等，層次化是指系統(tǒng)具有操作表示層、聯(lián)鎖運算層、復核驅動層、結合電路層及監(jiān)控對象層等五個物理層次。這種結構的優(yōu)點在于可根據(jù)車站規(guī)模的大小、作業(yè)需求的不同，在不改變聯(lián)鎖軟件的基礎上通過修改站場靜態(tài)數(shù)據(jù)并增設相應硬件模塊，即可滿足系統(tǒng)的擴容要求，先進的控制體系結構結合工藝設計使得系統(tǒng)調試周期與現(xiàn)場施工、開通周期均大為縮短，具有很好的經濟與實用性。 3.1.1 人機對話層將來自鍵盤、鼠標等操作輸入，經串口送達聯(lián)鎖計算

16、機，同時在圖形顯示器上顯示站場表示信息。在站場規(guī)模較大致使聯(lián)鎖計算機負擔較重或需要多終端操作的情況下，可設置操作命令采集機進行操作命令輸入的有效性判別并轉換成約定格式傳送給聯(lián)鎖計算機。 3.1.2 聯(lián)鎖運算層聯(lián)鎖微機是系統(tǒng)的核心部分，承擔著操作輸入的判別、聯(lián)鎖信號的調理及分析、邏輯運算、控制命令生成、故障診斷等任務，其可靠性、安全性對系統(tǒng)的總體故障安全性能有較大影響，HJ04A 系統(tǒng)中設置了兩臺聯(lián)鎖微機，其中一臺為冷備機，可進行人工切換。 3.1.3 復核驅動層 復核驅動層由 PLC 組成，其承擔著采集表示信息并將聯(lián)鎖微機下達的操作命令轉化為故障安全的控制信號的任務，作為系統(tǒng)安全性設計的重要環(huán)

17、節(jié)之一，PLC 還承擔著對聯(lián)鎖微機形成的操作命令進行復核檢查的屏障作用。 3.1.4 結合電路層 結合電路的任務之一是實現(xiàn)現(xiàn)場監(jiān)控設備表示信息與 PLC 輸出的驅動信號的安全邏輯轉換，使 PLC 的輸入、輸出信息均具有故障安全性能。任務之二是用專用電路規(guī)范監(jiān)控設備的測控過程，即包括表示信息采集機制與設備驅動流程。3.1.5 監(jiān)控對象層監(jiān)控設備是指聯(lián)鎖系統(tǒng)的現(xiàn)場設備，即道岔、信號機與軌道電路。3.2 可靠性及安全設計目前，國內外進行高可靠系統(tǒng)的容錯設計多采用三模靜態(tài)冗余方案或二模動態(tài)冗余方案。其中前者完全是靠硬件冗余來提升可靠性的，后者則不僅使用了硬件冗余資源，同時也使用了故障檢測技術與軟件冗余

18、資源。這二種方案的共同特點是對硬件故障具有較強的屏蔽與糾錯能力。然而這二種方案均存在一定的實現(xiàn)難度與缺陷，三模冗余系統(tǒng)必須實現(xiàn)三模的同步進程及表決器的高可靠設計，尤其需要解決時鐘容錯的問題；二模動態(tài)冗余系統(tǒng)則要求冗余管理機構的高效與可靠性。目前這二類系統(tǒng)的可靠性計算都是在設定表決器或冗余管理機構的可靠度 R(t)=1 的基礎上進行的，同時由于設備直接投資成本過高，因而在非航天、通訊等可靠性要求很高的領域應用不多。 在鐵路信號領域，由于行車安全被認為是超過效率的重要考慮，因此相應對計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的可靠性與安全性要求很高，針對這種情況，可以有二種方式供我們在設計中進行選擇。其一是強化系統(tǒng)的可靠性設

19、計，這是基于可靠性理論包含了系統(tǒng)故障的屏蔽效應，因而用高可靠性換取系統(tǒng)的低故障率，以此隱含了對安全性的相對提升。但可靠性技術總是受一定的條件所限制，如硬件冗余資源使用、采用高可靠器件等，這完全取決于系統(tǒng)的可靠性要求及財力許可。其次我們可以基于這樣一個思路來考慮問題：如果計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)在保證一定可靠性要求基礎上并結合故障安全技術來得以實現(xiàn)，實質上也就是說犧牲少量的效率來避免昂貴的成本并換取系統(tǒng)的高安全性，同樣也能滿足鐵路信號對聯(lián)鎖系統(tǒng)的性能要求第 4 章 故障維護及探討4.1 聯(lián)鎖設備常見故障分析處理運用中的設備故障出現(xiàn)有一定的隨機性，也有一定的規(guī)律性，從以下幾個方面分類，對故障的發(fā)生逐個分析。

20、按故障的表現(xiàn)可分為非潛伏性故障1和潛伏性故障2。4.1.1 非潛伏性故障發(fā)生后能及時被發(fā)現(xiàn)的故障。即設備在運用中通過電路本身的自診技術直觀表現(xiàn)出來的故障。如道岔斷表示，燈泡主絲斷絲等故障。4.1.2 潛伏性故障故障發(fā)生后不能及時表現(xiàn)出來，只有在與另一故障構成組合時方可顯示出故障現(xiàn)象，如電源單極接地等故障。按故障的原因分類：1.責任原因，因維修不良或違章作業(yè)造成的設備故障。如：設備超期使用發(fā)生故障、人為短路燒斷保險等屬責任故障。2.非責任原因，因突發(fā)因素或因無法抗拒和防止的外界干擾，自然災害和無法檢查發(fā)現(xiàn)的電務設備在周期范圍內材質不良及不屬維修部門管理的其它設備、項目等造成的故障屬非責任故障。具

21、體表現(xiàn)在以下幾個方面：( l )環(huán)境不良，如高溫、潮濕、有害物質的侵蝕。( 2 )氣候不良。如：雷擊、暴雨、冰雪等影響。( 3 )無知行為或故意不良行為的干擾。如：小孩砸破透鏡、及備被盜等；( 4 )周期內器材不良。如：線圈斷線等。按故障的性質分類：1.斷線故障：線路上某處出現(xiàn)分壓現(xiàn)象而導致設備不能正常工作為斷線故障。處理步驟：首先檢查判斷是室內配線還是室外配線找出故障點。2.混線故障：(1)短路故障：電源兩極的輸送線路相混對負載進行分流而導致設備不能正常工作，甚至燒斷電源保險為短路故障。處理步驟：首先檢查判斷輸入電源是否符合設備正常工作電壓值，或者是設備自身配件燒毀，在有是配線錯接（如：電源

22、正負極性接反）找出故障點。(2)電源接地故障：電源一極與大地相連而形成另一極對地有漏泄電流產生。此故障現(xiàn)象一是設備本身接地，二是配線接地?？傊霈F(xiàn)故障時,維修人員少進繼電器室，首先要清楚故障現(xiàn)象，理清思路，“讀懂”控制臺的顯示，然后抓住主線作全盤分析，運用一些有效的處理故障手段，將故障范圍限定在一個很小的區(qū)域內，只能在有把握的情況下，判斷出故障不在室外，才進室內核實查找，最后將故障排除。4.2 計算機單元故障4.2.1 聯(lián)鎖機STD 板故障，具體表現(xiàn)在：STD 層運行燈停止閃爍，接受燈、中斷燈滅，采集層、驅動層指示燈停閃，故障表示為 CPU 板故障，處理方法：更換 CPU 板；STD 層中斷

23、2 燈滅，運行閃燈，但接發(fā)燈閃爍有一些滅燈，根據(jù)滅燈的位置，更換 STD-01 板（與監(jiān)控機通信和聯(lián)鎖機通訊） 。BJ-A0 板故障，STD 層運行燈、中斷燈、報警燈均不閃爍，采集層工作燈正常。處理方法：更換 BJ 板或緊固插座。4.2.2 監(jiān)控機PC-01 網卡故障，其聯(lián)鎖機 STD 層第一組接發(fā)燈閃爍不對，其他燈正常，并有“以聯(lián)鎖機通訊中斷”的提示；以太網卡出現(xiàn)故障時提示為監(jiān)控機與維修機通信中斷，VGA顯卡有故障時，顯示屏無顯示或者圖形有缺陷。處理方法：更換 PC-01 網卡則恢復正常，需要更換顯卡或插接不牢。4.3 通訊線路故障總線插頭松動或插接不良，聯(lián)鎖機無法與監(jiān)控機通信。而 LS 插

24、頭松動或插接不良，聯(lián)鎖機的工作機與備機不能同步，處理方法：檢查插頭是否松動，只有完全接觸良好，在按聯(lián)機按鈕方可同步。4.4 切換故障聯(lián)鎖機零層切換板故障時，切換校核報錯，某一監(jiān)控機與聯(lián)鎖機通信中斷。排除上述故障，控制臺監(jiān)視器和數(shù)字化儀切換板故障，會導致控制臺顯示屏和數(shù)字化儀不能正常隨著監(jiān)控機的切換而切換到工作中的監(jiān)控機上，也可造成顯示屏上無任何顯示。處理方法：此時排除外界電源因素的影響，1.則需要更換切換板，2.需要換切換板，排除故障。4.5 電源故障動態(tài)穩(wěn)壓電源故障，其故障會導致所有動態(tài)繼電器的驅動失效，不能驅動室外設備。計算機電源故障，UPS 電源、STD 電源、采集電源、驅動電源及監(jiān)控機電源出現(xiàn)故障后，其所帶的負載均無法開啟。處理方法：檢查輸入電源工作情況，輸出電源工作情況如果都正常，需要根據(jù)故障點更換電源板件，恢復故障現(xiàn)象。無論故障原因和故障現(xiàn)象如何變化，作為一名合格的信號維修工作者，只要平時在工作中認真總結自己在工作中遇到的故障現(xiàn)象，堅持不斷的學習，熟悉設備工作性能，才能在準確判斷出故障處所。結 論通過本次畢業(yè)論文探討學習。使我在計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)接口電路和故障處理方面，根據(jù)計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的技術要求與功能需求，選用二乘二取二計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)為本次設計的系統(tǒng)方案，方法有了進一步的提高。并詳細了介了計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)（DS6-K5B)的硬件構成。完成