城市轨道交通联锁系统维护（第2版）（共2册）课件 项目4 城市轨道交通车辆段计算机联锁系统维护3

任务3VPI型计算机联锁系统维护

VPI型计算机联锁系统是卡斯柯信号有限公司引进阿尔斯通集团信号公司的VPI（VitalProcessorInterlock,安全型计算机联锁）专利技术结合中国铁路运营技术要求进行二次开发，满足城市轨道交通专用要求的、高可靠的安全型信号联锁系统。

4.3.1VPI型计算机联锁系统基本认知

1.VPI型计算机联锁系统概述

VPI计算机联锁系统是在双机热备结构的基础上，增加独立的“故障－安全”校验模块、采用数字集成安全保证逻辑

(NumericallyIntegratedSafetyAssuranceLogic，简称NISAL)专利技术，实现双机并行控制的热备冗余计算机联锁系统。

（1）VPI型计算机联锁系统技术特征

VPI计算机联锁系统是以从国外引进的VPI专用联锁机为基础构成的多处理器系统，该系统主要以VPI的安全技术监督正确的联锁逻辑表达式的运算，以保证系统的安全运行。

VPI计算机联锁系统的逻辑电路是由安全型逻辑组成的。能把传统的由继电器实现的联锁控制逻辑“写”成一系列逻辑表达式（即布尔表达式），这些逻辑表达式的正确实施是通过一个设计过程和原则来得到保证的。这个设计过程和原则被称之为“数字集成安全保证逻辑(NISAL－NumericallyIntegratedSafetyAssuranceLogic)”，它确保联锁逻辑按要求实现，并使系统具有“故障-安全”特性。

它以数字集成安全保证逻辑为基础，采用故障-安全设计的微处理器系统，它综合运用了“组合故障——安全”、“反应故障——安全”和“固有故障——安全”技术。

VPI计算机联锁系统输入数据的读入和输出状态的检测都通过安全型硬件来实现。各端口独立校核输入数据的一组布尔方程式，从而产生与该方程式解直接相关的一组输出。安全型输出量的状态不断地被检测以确保符合相应方程式的解，否则不允许输出。输入数据的读入和输出状态的检测都通过安全型硬件来实现。表达式求解和输出检测依靠安全型继电器（VRD），它必须在精确的时间间隔内收到有效的校核字，然后才能将电源经由VRD前接点送到所有的输出端。

VPI计算机联锁系统的自诊断功能完善，故障定位到板级，输入/输出板故障定位到具体位。通过观察指示灯或者在SDM上点击“诊断维护电子向导”等多种方式进行故障处理。同时，系统配有远程诊断接口，可接至卡斯柯公司进行远程故障诊断。

（2）VPI系统的故障－安全设计

由于计算机中二进制“0”、“1”参数设计的对称性，一般的计算机不具备故障－安全特性。当VPI计算机联锁系统使用微处理器去执行与安全继电器联锁相同的安全逻辑时，对微处理器系统采用了“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。VPI系统的故障——安全体系如图4-45所示。

图4-45VPI系统故障——安全体系示意图VPI系统中的安全型输出板中设置AOCD模块，使用它来感应继电器的工作电流，并以工作电流的大小判断驱动电路的工作状态，起到软回采的作用，像安全型继电器一样具有“固有故障-安全”特性。

（3）系统优点

经国产化二次开发，VIP型计算机联锁系统联锁机为双机热备，人机接口（MMI）为N+1冗余，实现了集联锁控制、微机监测、ATS接口、网络管理等模块为一体的目标，并配置了系统维护台（SM）。满足了城市轨道交通的有关技术要求，提高了系统的可靠性和可用性。

该系统具有以下优点：

1）联锁层和人机对话层采用了双机热备和N+1冗余结构，提高了系统的可靠性。

2）双机热备联锁机采用同步跟踪技术，使系统具有无扰动切换性能，提高了系统的稳定性。

3）计算机之间采用了多通道重组技术，系统重组灵活，提高系统的可用性。

4）维护终端机具备微机检测功能。

2.系统结构

（1）系统结构特点

VPI型计算机联锁系统采用从ALSTOM引进的通过国际认证的核心安全技术，将系统功能分配到基于“安全通信和非安全通信”网络的人机接口(MMI)、联锁处理、系统维护等节点上，每个功能节点完成一种或多种功能，而每个功能节点就是一个完整的计算机系统，彼此通过冗余网络交换信息并协调运行。

VPI系统的核心联锁处理子系统是双机热备系统，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。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，而备用系统不能使接口继电器通电。

VPI计算机联锁系统软件标准化，硬件模块化，采用开放的系统结构，能与其他系统接口，如ATS系统。系统易于扩展，并能与其它信息管理系统交换数据。

VPI计算机联锁系统采用彩色显示器作为计算机联锁系统的人机交互界面，用来显示站场图形，给出信号机、道岔及轨道电路等设备的状态。操作员通过鼠标办理各种作业。系统还会给出简洁明了的显示和语音提示，方便值班员了解有关作业情况和操作命令发布与执行状态，减小误操作发生的概率。

VPI系统还采用基于交换机的以太网技术的冗余网络和冗余热备的UPS的供电配置。

联锁系统操作系统具有全面的自诊断程序，实现对所有子系统全面的自动测试。一旦有故障，系统可在短时间内定位到需置换的模块或印刷电路板。同时所有的印刷电路板均有发光二极管表示其工作状态。系统配备系统维护台，信号维护人员可在线测试系统状态，实现故障再现，向操作员提示故障原因，提出处理建议，并可查询联锁运算参数。系统操作维护简便，易于确认故障，大大减少故障处理时间。

（2）系统组成

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。VPI计算机联锁系统组成如图4-46所示。

图4-46VPI计算机联锁系统组成示意图

1）机柜配置

VPI系统硬件由一个或多个机柜组成，机柜中有一定数量的印制电路板、连接它们的线路以及与其它设备交换信息的接口，印制电路板与软件结合完成联锁处理功能。

VPI系统包含一个以上的机箱。系统所能处理的扩展机箱最大数值取决于有多少安全型输入输出口及需要求解的方程式数量，系统的扩展是通过增设另一个机箱，将接口电路板和所需增加的输入/输出板插入扩展的机箱、并用纽绞线将它与主机箱连接起来。

VPI计算机联锁系统机柜基本配置为分别为联锁A/B机柜（或者联锁A机柜、联锁B机柜）和C机柜。联锁A/B机柜中设置6层机箱，其中两层安装系统A机箱和系统B机箱，其余4层安装I/O机箱。VPI系统机箱高度为9U，I/O机箱高度为6U。每层I/O机箱有14个槽道，其中1个槽道安装通信板，完成主机系统与I/O板的通信，13个槽道安装采集或驱动电路板，4层共52个槽道，若站场规模较大，采集驱动对象较多，需将I/O板安装在扩展机箱，此时为了美观，系统A机箱和系统B机箱常常分别安装在联锁A机柜和联锁B机柜。C机柜是双机切换与电源机柜，安装系统切换机箱、电源切换机箱、配电机箱、交换机、UPS等。VPI计算机联锁系统机柜配置如图4-47所示。

图4-47VPI系统机柜配置示意图

2）联锁处理子系统（IPS）

联锁处理子系统是整个系统的核心部分，它由两套“反应故障安全”专用联锁机组成。联锁处理子系统的所有安全型电路板有很强的抗干扰和抗雷害能力。联锁机采用双机热备的配置，包括双套VPI系统及其切换电路。每个联锁机包括中央处理单元（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）。

VPI联锁子系统硬件配置如图4-48所示。

其中CPU/PD板是联锁机的核心，它通过CPU总线与安全校验板（VPS）、输入输出总线接口板（I/OBUS）进行数据交换。安全型输入板（VIB）和安全型输出板（VOB）经安全型继电器VRD实时安全校验后，接收CPU/PD板的输入、输出命令。图4-48VPI系统联锁机硬件配置图

①中央处理单元（CPU/PD1）

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。

CPU/PD1板上的芯片分为系统芯片和应用芯片。系统芯片中的系统软件包含VPI的操作系统、执行软件、仿真测试接口和诊断软件等，每个车辆段/停车场的系统软件是不变的。应用芯片中的应用软件，描述系统所应用的联锁逻辑功能的经过编码的应用数据结构（ADS）。应用软件可以修改应用数据，每个车辆段/停车场的应用软件是互不相同的，以满足不同的车辆段/停车场联锁数据和联锁规则的要求。中央处理单元CPU/PD1板如图4-49所示。

图4-49中央处理单元CPU/PD1板

每块CPU/PD1板上有四个网络口，联锁处理子系统通过这四个网络口接入冗余网络，实现与MMI子系统、GPC子系统和SDM子系统的信息交换。

CPU/PD1板上有四个高速安全通信口、两个普通422串口和一个232串口。对于每个口都有相应的指示灯，通过这些指示灯的状态可以判断他们的工作状态。高速安全通信口完成联锁处理子系统A、B机之间的安全型数据的通信。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。系统正常工作时，不需要SDM的查询，联锁处理子系统自动把这些信息发送至SDM，当与SDM通信中断或SDM故障时，联锁处理子系统可以记录至少一天的系统报警和错误信息。

CPU/PD1板上的并口是用来插软件检查块（俗称软件狗）的。进行仿真测试时，必须在CPU/PD1板上安装上述的软件检查块后，VPI系统才能与仿真测试系统通信，确保联锁机的工作状态和仿真测试状态的身份鉴别正确。

CPU/PD1板的工作电压为4.85V～5.25V，最大工作电流为3A。

CPU/PD1面板指示灯等含义见表4-5。

器件名称标识符颜色说明并行口SECURITE

接模块1并行口，引出在面板上电源开关ON/OFF

开关选用免误碰型，引出在面板上电源指示灯PWR红有电源电压时常亮CPU1软件控制灯L1A~L4A绿2×2排列，4个灯由CPU1软件控制CPU1高速串口1指示灯VSL1A红、绿指示数据收发，纵行排列，RS-422电平CPU1高速串口2指示灯VSL2A红、绿指示数据收发，纵行排列，RS-422电平

表4-5CPU/PD1面板指示灯等含义CPU1高速串口3指示灯VSL3A红、绿指示数据收发，纵行排列，RS-485电平CPU1高速串口4指示灯VSL4A红、绿指示数据收发，纵行排列，RS-485电平CPU1网口1指示灯NET1A红、绿指示数据收发，纵行排列CPU1网口2指示灯NET2A红、绿指示数据收发，纵行排列CPU1CAN口1指示灯CAN1A红、绿指示数据收发，纵行排列CPU1CAN口2指示灯CAN2A红、绿指示数据收发，纵行排列CPU1普通串口1指示灯COM1A红、绿指示数据收发，纵行排列，RS-232电平CPU1普通串口2指示灯COM2A红、绿指示数据收发，纵行排列，RS-422电平CPU2软件控制灯L1B~L4B绿2×2排列,4个灯由CPU2软件控制CPU2高速串口1指示灯VSL1B红、绿指示数据收发，纵行排列，RS-422电平CPU2高速串口2指示灯VSL2B红、绿指示数据收发，纵行排列，RS-422电平CPU2高速串口3指示灯VSL3B红、绿指示数据收发，纵行排列，RS-485电平CPU2高速串口4指示灯VSL4B红、绿指示数据收发，纵行排列，RS-485电平CPU2网口1指示灯NET1B红、绿指示数据收发，纵行排列CPU2网口2指示灯NET2B红、绿指示数据收发，纵行排列CPU2CAN口1指示灯CAN1B红、绿指示数据收发，纵行排列CPU2CAN口2指示灯CAN2B红、绿指示数据收发，纵行排列CPU2普通串口1指示灯COM1B红、绿指示数据收发，纵行排列，RS-232电平CPU2普通串口2指示灯COM2B红、绿指示数据收发，纵行排列，RS-422电平复位按钮RESET

可同时复位两个CPU模块VCC测试端子VCC

接5V，引出在面板上GND测试端子GND

接GND，引出在面板上串行口MAC

DB9插座，引出在面板上，其中2、3、5脚接模块1的普通RS232串口；6、7、9脚接模块2的普通RS232串口

②安全校验板（VPS）

安全校验板（VPS）实际上是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。

VPS板产生能动作一个100欧姆安全型继电器（VRD）的输出电源,如图4.4所示。VPS当且仅当由主处理系统送来的“主校验字”的数据正确的情况下，VPS才能支持下一主周期的操作；另外，主处理系统根据系统全部的输出状态，每50MS产生一组证明各输出端口状态的再校验字，它们每50MS被送到VPS板一次，如果这些再校验字中有一个不正确，VPS不再输出，则故障的VPI切出工作状态，自动转换到另一套VPI控制，保证外部继电器不会因原来控制输出的VPI故障而失磁落下。安全校验板如图4-50所示。

图4-50安全校验板（VPS）

VPS板电气特性：

逻辑电路供电电压：4.75-5.25VDC；逻辑电路工作电流：500mA；继电器驱动电路的输入电压：9-15VDC；继电器驱动电路的工作电流：40mA；继电器落下最大延时：90ms。

VPS板驱动VRD继电器的电气特性如下：最小励磁电流：0.0192A；线圈电阻：100；输入电压：36V5%。

VPS面板指示灯等含义见表4-6。器件名称标识符颜色说明电源指示灯PWR红有电源电压时常亮VPS读写指示灯REQ/RDY红、绿指示数据收发VITALRELAYRELAY红指示VITALRELAY状态复位按钮RESET

复位CPU模块VCC测试端子VCC

接5V，引出在面板上GND测试端子GND

接GND，引出在面板上表4-6VPS面板指示灯等含义③输入输出总线接口板（I/OBUS1）

输入输出总线接口板（I/OBUS1）具有采集输入板的状态、控制输出板的输出、传送输出口状态校验信息的功能。I/OBUS1板是CPU/PD1板和输入输出板交换信息的通道，I/OBUS1板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。每块I/OBUS1板上设置一块鉴别芯片，供CPU/PD1板正确识别I/OBUS1板。输入输出总线接口板如图4-51所示。

图4-51输入输出总线接口板（I/OBUS1）

每块I/OBUS1板可以带2个输入输出机箱，每个VPI系统能配置5块I/OBUS1板。

I/OBUS1板的工作电压为4.85V～5.25V，最大的工作电流：0.3A。

I/OBUS1面板指示灯等含义见表4-7。器件名称标识符颜色说明电源指示灯PWR红有电源电压时常亮第一路读写指示灯RD/WR红、绿指示第一路IOBUS数据收发第二路读写指示灯RD/WR红、绿指示第二路IOBUS数据收发VCC测试端子VCC

接5V，引出在面板上GND测试端子GND

接GND，引出在面板上表4-7I/OBUS1面板指示灯等含义④输入输出总线缓冲板（I/OBE）

输入输出总线接口板（I/OBUS1）板采用差分驱动的方式与输入输出总线接口缓冲板（I/OBE）配合工作，共同完成系统对输入输出的控制。I/OBE板主要实现差分接受及缓冲的功能。每个输入输出机箱设置1块I/OBE板，每个I/O机箱（机柜）可以放置13块I/O，输入输出总线缓冲板（I/OBE）如图4-52所示。图4-52输入输出总线缓冲板（I/OBE）

输入输出总线接口缓冲板（I/OBE）的工作电压为4.85V～5.25V，最大的工作电流为0.3A。

I/OBE面板指示灯等含义见表4-8。

表4-8I/OBE面板指示灯等含义

器件名称标识符单位颜色说明电源指示灯PWR只红有电源电压时常亮VCC测试端子VCC孔

接5V，引出在面板上GND测试端子GND孔

接GND，引出在面板上读写指示灯RD/WR对红、绿指示I/OBE板数据的收发

⑤安全型输入板(VIB)

安全型输入板（VIB）安全输入板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。每块输入板通过“鉴别销”与数据总线相连，每个输入插口槽都分配到一个专用的"鉴别"。这个“鉴别销”是通过在板上的插座插入一个鉴别芯片生成的。如果一块输入板改变了，在该插槽新板上必须插入新的“鉴别销”。

输入电路提供了一种在输入的现场终端安全地读取直流电压并将它转换成一种主处理系统可以使用的格式。当且仅当电源加到输入时，这个输入电路才允许它的“真”或“接通”状态报告给主处理器(通过一个32位码字)，而所有电路的故障结果都被表示成“关”或“错”。一块直流输入板的所有16位输入信息被一起采集进来，但在采集过程中，应用了特殊的防电磁干扰和防抖动设计方案，以保证采集电路的故障安全。每一个采集端口都有其独特的编码，当输入接通时，所能采集到的代码是唯一的。对一个关闭的输入口来说，读回的代码全为零。整个过程在主处理系统的通道2，使用一个不同的串行位流重复进行。那些测得电流的输入在两个通道里生成正确的代码，被CPU用以求解方程。安全型输入板（VIB）如图4-53所示。图4-53安全型输入板(VIB)（VIB16表示有16个安全输入口

VIB16板电气特性：

逻辑电路供电电压:4.75-5.25VDC，逻辑电路工作电流:500mA，采集电路的工作电压：9~15VDC，输入电流：12.8~33.0mA；继电器输出端绝缘电压大于3000VRMS。有瞬态保护的输入，瞬时峰值电压小于2000V能量小于3.6瓦秒功率的瞬时电压不会损坏。

VIB面板指示灯等含义见表4-9。

表4-9VIB面板指示灯等含义

器件名称标识符颜色说明电源开关ON/OFF

开关选用免误碰型，引出在面板上电源指示灯PWR红有电源电压时常亮VCC测试端子VCC

接5V，引出在面板上GND测试端子GND

接GND，引出在面板上读写指示灯RD/WR红绿指示VIB板数据读写第1~16路采集1……16红平时熄灭，采集到数据后点亮

⑥安全型输出板(VOB)

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。安全型输出板（VOB）如图4-54所示。图4-54安全型输出板（VOB）（VOB16表示有16个安全输出口）

VOB16板的电气特性如下：

逻辑电路供电电压:4.75-5.25VDC；逻辑电路工作电流:500mA；驱动电路的工作电压：9~30VDC；输入电流：0.22~2.26A(VOB16)；单路负载驱动电流：27.5~141mA；继电器输出端绝缘电压大于3000VRMS。

VOB16面板指示灯等含义见表4-10。表4-10VOB16面板指示灯等含义

⑦母板（MB）母板是VPI联锁处理子系统中各印制电路板之间连接的桥梁，通过母板CPU/PD1板可以进行I/O选址，可以与VPS板交换信息，通过母板、I/OBE板可以与输入、输出板交换数据，从而达到了整个联锁处理子系统之间的信息互通。器件名称标识符颜色说明电源指示灯PWR红有电源电压时常亮VCC测试端子VCC

接5V，引出在面板上GND测试端子GND

接GND，引出在面板上读写指示灯RD/WR红、绿指示VIB板数据读写第1~16路输出1……16绿平时熄灭，有输出时点亮

MB的电气特性如下：逻辑电路工作电压：4.75~5.25VDC;母板有浪涌保护设计。

3）VPI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，行车值班员用鼠标等操作工具办理各种作业，系统给与简洁明了的表示和语音提示。

MMI采用WIN2000或更高版本的WINDOWS多任务操作系统，采用N+1热备工作方式，使用高可靠的工业控制计算机，通过高速网口或串口与其它子系统交换信息。

行车值班员下达的行车指挥命令通过高速网络传递到IPS子系统；现场轨道电路和道岔等信号设备的状态，通过安全型输入/输出板与VPI的CPU/PD1板接口，IPS子系统接收到命令并采集到全站的信号设备状态信息后，进行联锁运算处理，处理后的相应结果，如信号机的开放或关闭、轨道电路的占用或出清、道岔区段的解锁或锁闭等均在MMI上显示出来。

MMI完成以下功能：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。

MMI界面由站场图窗口、操作输入窗口、信息提示窗口组成，可以复示现场信号设备状态、发送控制命令、并给出信息提示。①站场图窗口

站场图窗口显示以下信息：

a.信号机的状态表示；

b.道岔位置表示；

c.进路的锁闭状态表示；

d.轨道及道岔区段的占用表示；

e.反映进路控制过程的其它必要表示；

f.非进路调车、局部控制以及与其它系统联系的相应表示；

g.主要设备和必要设备的报警。

②操作输入窗口

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。

③信息提示窗口

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。

4）诊断维护子系统（SDM）

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，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。

①SDM完成以下功能：

a.IPS的系统诊断：通过高速网络接收联锁处理子系统（IPS）的诊断结果信息、输入/输出信息、全站简化参数信息、指定参数详细信息；系统正常工作时，不需要查询，SDM自动接收IPS的工作信息，当SDM故障修复后、或与联锁处理子系统通信恢复后，SDM仍能接收到IPS记录的一天内的报警和错误信息。

b.读取联锁处理子系统CPU启动过程中的自检关键点信息；

c.通过网络接收来自MMI和联锁机的操作和表示信息，并记录关键操作和表示；

e.站场显示、历史回放；

f.网络管理；

g.通过MODEM实现远程诊断接入；

h.通过CAN总线或串口接收微机监测机的监测信息；

i.通过以太网为其它管理系统与VPI系统通信提供接口

j.根据需要，SDM可以与不同的中央维修中心接口。

②诊断维护内容

a.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。

b.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。

c.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。

d.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。

e.在线显示并记录1个月或1年内的输入、输出码位信息。

f.对所测试数据随时储存，并可根据需要回放。

③诊断维护电子向导

SDM的”诊断维护电子向导”模式，用图形化方式定位联锁机故障至码位，提示需要更换的印制电路板，同时在维护台上明确列出故障原因，应该如何处理等提示，能帮助信号维护人员快速处理系统的常见故障。

5）冗余网络子系统

在VPI系统中，所有计算机之间（MM主备机、系统维护台、值班员台、远程诊断）的数据通信通过网络交换实现，它采用基于高速交换机的以太网冗余网络结构，提高网络系统的可靠性。通过网络通信的各子系统均安装有两块以太网接口卡，将其接入冗余网络，一条网络故障，各子系统可以自动通过另一条网络通信，并在SDM子系统中给出故障诊断信息，便于及时维护。

6）电源子系统

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。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。VPI系统电源配置如图4-55所示。

图4-55VPI系统电源配置图

正常情况下，UPSA为联锁A系（联锁A机，控显A机，交换机A机）供电，UPSB为联锁B系（联锁B机，控显B机，交换机B机）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。电源切换不影响系统的正常工作。

7）值班员子系统（GPC）

值班员子系统（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。

（3）VPI系统热备冗余原理

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的电源子系统。另外，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，即任何一个MMI、IPS、网络设备不能正常工作，或即使上下相邻两级设备发生交叉故障，系统通过自动重组后，仍可继续正常工作，不会导致其它子系统无故切换。

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，和以之为基础的转换逻辑电路，在系统在切换时不丢失信息。当修改或扩展系统时，主机统保持在工作，而备机系统可用来测试。系统按动态冗余的原则设计，具有高可靠性，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。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。

主备联锁机通过高速网络口与MMI系统连接，使得两个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。

只有当安全型、非安全型通信正常、手动切换程序、安全系统正常工作时，系统输出“联机正常”，“联机正常”通过联锁机的VRD接点构成双机切换的电路。双机切换逻辑由联锁机完成，当任何一个联锁机检查到CPU/PD1板、联锁机、手动切换没有启动，联锁机输出一个联锁机工作正常的继电器，表示系统已联机；当其中任何一个条件不满足，此继电器落下，表示联锁机脱机。转换电路是手动或自动完成切换。如果一个系统被关闭(VPS断电)，备用系统自动接管联锁控制。备用系统也被构造成优先于自动操作的手动操作。由于备用系统是与主系统一致工作的，所以所有逻辑参数存储在两个系统里，并同同时更新，转换时数据就不会丢失。

（4）系统防雷

VPI系统的地线有防雷地线和设备地线，防雷地线应尽快入地，其间的配线应尽可能减少弯曲。设备地线的接地电阻不应大于4欧姆（若采用综合接地体，接地电阻应不大于1欧姆），防雷地线的接地电阻不应大于4欧姆。两接电体之间距离应大于20米；接地线引入室内时，引接线要有绝缘护套防护。

在多雷区，地线的质量和接地电阻（越小越好）更加重要。4.3.2VPI型计算机联锁设备维护

1.VPI型计算机联锁系统的接口

（1）VPI系统与室外信号设备

VPI系统与室外信号设备接口，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，实现计算机联锁设备与现场设备的电路衔接和安全隔离。由于VPI系统采用NISAL专利技术，计算机输出控制不采用动态继电器或动态组合电路，只需采用JWXC-1700型安全型继电器，这样可以消除动态继电器/动态组合电路的安全隐患，还能降低室内接口电路的工程造价，同时采用稳态输出、内部回采输出信息的技术，可以简化接口电路结构，确保输出驱动电路的安全型和可靠性，使用维护方便，降低维护成本。1）VPI输入（采集）继电器接口电路

VPI系统需要采集的设备的状态包括：

①道岔：道岔定位表示继电器（DBJ）前接点、道岔反位表示继电器（FBJ）前接点；

②信号机：灯丝继电器（DJ）前接点；

③轨道区段：轨道继电器（GJ）前接点（一送多受时采集主GJ）；

④主副电源：主电源继电器（ZDYJ）前接点、副电源继电器（FDYJ）前接点；

⑤主灯丝断丝报警：主灯丝断丝报警继电器（ZDSBJ）前接点；

⑥熔丝断丝报警：RBJ前接点

⑦轨道停电：GDJ前接点；

⑧系统工作继电器：SYSA和SYSB前接点。

其中系统工作继电器SYSA的前接点表示当前A机为主机，SYSB的前接点表示当前B机为主机。采用继电器接口方式，VPI系统对采集信息的排列顺序无特殊要求，且不需要进行输出回采设计。采集电路原理如图4-56所示。图4-56采集接口电路原理图2）VPI输出（驱动）继电器接口电路

VPI系统输出继电器接口电路驱动的对象通常包括：

①进段信号机：设置基本的列车信号继电器（LXJ）和引导信号继电器（YXJ）；

②出段信号机：设置列车信号继电器（LXJ）；

③调车信号机：设置调车信号继电器（DXJ）；

④道岔：设置定位操纵继电器（DCJ）、反位操纵继电器（FCJ）和锁闭继电器（SJ）；

⑤系统工作继电器：SYSA、SYSB。

驱动电路原理（以列车信号继电器LXJ为例），如图4-57所示。图4-57驱动接口电路原理图道岔采集与驱动电路接口如图4-58所示。图4-58道岔驱动与采集接口电路

（2）系统内部接口

1）以太网络接口

每块CPU/PD1板上有四个网络口，联锁处理子系统（IPS）通过这四个网络口接入冗余网络，实现与MMI子系统、GPC子系统和SDM子系统的信息交换。

2）安全通信口

每块CPU/PD1板上有四个高速安全通信口完成联锁处理子系统A、B机之间的安全型数据的通信。

3）串行通信接口

CPU/PD1板上有两个普通422串口和一个232串口。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。

4）与电源接口

①UPS至每个VPI机柜，设一路AC220V电源；

②KZ（24V）环接至每个VPI机柜零层电源端子；

③采集电源采用DC+12V，由VPI机柜提供给组合架。

（3）系统外部接口

1）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。

2）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。

2.VPI型计算机联锁系统的维护

车辆段/停车场的计算机联锁系统通常由车辆段/停车场信号工班按照地铁公司维护规程制定的周期、流程、内容和标准对设备进行养护，以保证设备良好的运行状态。下面以某地铁公司的日常保养、二级保养、小修为例，阐述VPI型计算机联锁系统的维护作业内容与标准。

（1）维护要点

1）系统停电和重新上电

当外电网停电时，UPS将发出报警声，并可持续供电20min。

为保护UPS，在UPS的蓄电池未用尽之前，依次关闭所有工控机的电源及联锁机的电源。在外电网回复供电后，按照以下顺序给系统重新上电，先通UPS，再通电源配电盘电源。打开电源配电盘，确认所有熔断器都在接通状态，即每路都有220V的输出。

2）系统开机

①分别打开联锁机A、B机柜底部的两个电源（其中一个开关为5V电源、另一个为12V和24V开关）开关，使之处于“ON”位置，然后相应电源表示灯点亮。

②检查联锁机机柜上的A机联机灯和B机联机灯的状态，如果各自的联机灯亮，说明对应联锁机通信正常。如果系统运行正常，A机联锁灯和B机联锁灯都应点亮。

③检查联锁A机和B机同步工作表示灯状态，如果同步工作表示灯亮，说明联锁A机和联锁B机的工作一致。

④检查联锁A机和B机工作表示灯状态，如果A机工作灯亮，说明A机为主机，B机处于热备状态；如果B机工作灯亮，说明B机为主机，A机处于热备状态；A机工作灯和B机工作灯不可能同时点亮。

⑤完成以上操作后，行车值班员室内的彩色显示屏站场由灰色变为绿色。此时先按压功能按钮后再按压上电解锁按钮；再次按压功能按钮后按压全站封锁按钮，绿光带消失，所有道岔处于锁闭状态，轨道区段无车占用为蓝光带，有车占用为红光带。用鼠标左键单击菜单栏的“引导总锁闭”按钮后，点击界面上的“引导总锁闭”按钮，取消锁闭，所有道岔解锁。全站解锁完毕，系统可正常运行。

3）维护前准备工作

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。

②I/OBE板插有正确的鉴别芯片，电路板插在正确的槽道上；

③VIB板插有正确的“SIGNATURE”，电路板插在正确的槽道上；

④VOB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；

⑥CPU/PD1板上的应用芯片里的数据是最新版本。

4）电路板更换步骤

一旦确定印制电路板故障，按照下列步骤更换电路板，确认新电路板的工作。注意：不允许带电插拔各电路板。

①CPU/PD1板

a.关闭系统电源。

b.拔出故障电路板。

c.拔出板上系统芯片和应用芯片。

d.备用板安装系统芯片和应用芯片。

e.检查备用板上跳线和开关的位置是否与被更换板一致。

f.插入板子，观看系统维护台诊断有关信息。

g.如果系统维护台诊断显示系统正常，没有必要验证板子的功能。

h.观察系统运行至少5分钟，如果没有异常，系统恢复使用。

i.系统维修日志中记录有关维护信息。

②VPS板

a.关闭系统电源。

b.拔出故障电路板。

c.更换备板。

d.恢复使用，在系统维修日志中记录有关维护信息。

③I/OBUS1(I/OBE)板

a.关闭系统电源。

b.拔出故障电路板。

c.对于I/OBE板将故障板上的SIGNATUREHEAD,安装在备用板上，上电后，观察诊断口显示。

d.如果没有异常，验证板子的功能。改变每块输入板任何一个口的状态，观察系统工作情况。

e.如果没有异常，验证板子的功能。改变每块输出板任何一个口的状态，观察系统工作情况。

f.恢复使用，在系统维修日志中记录有关数据。

④VIB板

a.关闭系统电源。

b.拔出故障电路板。

c.将故障板上的SIGNATUREHEAD,安装在备用板上，上电后，观察诊断口显示。

d.如果没有异常，验证板子的功能。改变每个输入口的状态，观察系统工作情况。

e.恢复使用，在系统维修日志中记录有关数据。

⑤VOB板

a.关闭系统电源。

b.拔出故障电路板。

c.将故障板上的特征鉴别芯片,安装在备用板上。

d.上电后，观察系统维护台诊断显示。

e.如果没有异常，验证该板子的功能。执行系统逻辑，打开和关闭板子上每个输出口，观察有关LED显示是否与输出状态一致，及有关接口继电器工作情况。

f.恢复使用，在系统维修日志中记录有关数据。5）MMI的主备机切换

当系统运行正常时，主备MMI上的“联锁机联机状态”图标均显示绿色，“主备MMI联机状态”图标均显示绿色，“系统维护台联机状态”图标均显示绿色，主MMI上的“主备模式”图标显示绿色，备MMI上的“主备模式图标显示灰色。

当主MMI发生故障时，MMI会自动倒向备机；需要人工切换“MMI”主备机时，用鼠标左键单击“主备模式”图标，弹出密码窗，输入相应的密码，确认密码无误后，弹出“主备模式”切换窗口，单击“切换”按钮，如操作有效，则原处于备用状态的MMI在几秒后变成主机，其相对应的“主备模式”图标显示绿色。

6）联锁机的主备机切换

正常状态下，联锁机机柜的指示灯显示如下：主机工作灯亮，备机工作灯灭（A机和B机均可作为主机或备机）；A机和B机的联机灯亮；A机和B机的VRD灯亮；A机和B机的同步表示灯亮；手动切换开关应放在“自动”位置(即中间位置)。

如果联锁机主机发生故障，系统会自动切换到备机。如果联锁机备机发生故障，系统会给出故障表示而不会发生自动切换。

当需要人工切换时，应注意以下几点：

①首先要确认A、B机是否处于同步状态。

②当A、B机同步时，可以用开关将主机人工切换到备机。

③当A、B机不同步时，必须到系统维护台上查看A、B机状态，经确认不影响行车安全的前提下才可切换。

④在系统正常工作的情况下，系统每周切换一次，有利于备系印制板带载工作，延长印制板的使用寿命。

（2）修程保养

1）技术要求

①计算机联锁的计算机设备在下列环境条件下应可靠工作：

a.周围空气温度：15℃~30℃，空气相对湿度10%~75%；

b.大气压力70~106KPa（海拔高度相当于3000M以下）；

c.有完善的防静电措施，良好的密封、防尘措施；

d.计算机箱、柜应清洁，通风良好。

②计算机机房应设置防雷地线，其接地电阻应不大于4Ω，其他安全地线、屏蔽地线或采用综合接地装置接地体的接地电阻值应符合设计标准。

③计算机电源必须由信号电源屏单独一路输出供给，在接入计算机前必须经过净化，并采用不间断供电电源（UPS）。

④计算机联锁系统可采用双机热备、三取二容错、二乘二取二冗余等方式。

⑤联锁机信息采集电路板上的表示灯应与被采集设备的实际状态一一对应，且与控制台显示屏的显示一致。

⑥联锁机柜面板上应有指示工作状态的表示灯。在正常状态下表示灯的亮、灭或闪烁应符合要求；故障时应有相应的报警。

⑦控制台的显示器应能给出系统故障的文字和语音提示。

⑧计算机联锁的信号维修设备，应能随时监测设备的运行状态，记录操作信息，设备状态信息和自诊断信息，信息记录

保存时间不少于48小时。

⑨计算机联锁可与其他信号设备使用统一接口协议结合，并可联网与其他管理信息系统交换数据，但必须与其他系统安全隔离，不得影响系统的正常工作。

⑩具有对室外联锁设备的检测和监测功能。

2）保养与检修

①日检

日检每日进行一次，检修内容如下：

a.检查联锁机柜内各表示灯显示正常。

b.检查联锁机柜散热风扇工作正常，无异味。

c.检查键盘键位状况、鼠标移动反应、显示器没有黑屏。

d.检查联锁工控机工作正常。

e.MMI（人机接口界面）上确认、分析报警信息。

f.检查每天自动切换是否正常

②定修

定检每季度进行一次，检修内容如下：

a.检查联锁机柜内各设备是否正常工作。

b.联锁机柜内清扫除尘、防鼠检查。

c.检查备份软件。

d.对联锁工控机进行病毒检查。

e.检查主备机工作。

③年检

年检每年进行一次，检修内容如下：

a.检查联锁各配线有无松动脱落，紧固螺丝。b.对联锁工控机机箱内部进行清扫。

c.联锁机柜内清扫除尘。

D.对微机联锁进行硬盘备份。

e.安全输入、输出板工作状态检查。

f.进行联锁关系试验。

④轮修

轮修每年进行一次，检修内容如下：

每年更换联锁工控机主机（已安装系统软件和应用软件）、CPU风扇、机柜散热风扇，每三年更换联锁工控机显示器。

(3)故障处理

1）区分室外、室内故障：

①采集故障：

查看相应的继电器状态是否与意图一致，如一致，则故障点在室外，如不一致，则故障点在室内。

若故障点在室内，对照联锁机采集码位表，查看相应的印制板灯位，如灯确实与继电器状态一致，则说明是VPI故障。若灯位与继电器状态不一致，则说明故障发生在采集板与接口继电器电路之间。此时在联锁机接口架处相应的位置测量电压，判断出哪一根线的连接有故障。

譬如：在微机上有道岔挤岔表示，首先查看道岔表示继电器是否有吸起，如无吸起，则为室外故障，如吸起则为室内故障。②驱动故障：

查看相应的继电器位置是否与要求的一致，如一致，则故障点为室外，如不一致，则故障点在室内。

对照联锁机驱动码位表，查看相应的印制板灯位，如灯已点亮，而继电器无驱动，说明驱动的条件电源没有，查看联锁机机架A机后24V电源处保险状态。如灯未点亮则请切换联锁机，如再不行则重新启动上位机。

2）在遇到下列故障时，请重新启动上位机

按钮按下无反应、操动道岔无红闪反应、无语音报警、白光带出现之后，道岔还在红闪。

3）电路板故障判断及处理方法

VPI系统的印制电路板(以下简称PC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。

4）常见故障与处理方法

①系统维护台（SDM）同MMI通信中断

处理方法：首先确认维护台和MMI之间的网线是否连接正常；或把系统维护台关机再重新开机。

②联锁机A机的“A机联机”灯闪亮

正常状态下，“A机联机”表示灯亮稳定的灯光。当此表示灯闪亮时，表示联锁机A机与MMI通信中断。可按以下办法检查故障原因：

处理方法1：检查联锁机与MMI的通信线接触是否牢固。

处理方法2：复位CPU/PD1板，如故障仍在，请更换CPU/PD1板。

③联锁机B机的“B机联机”灯闪亮

正常状态下，“B机联机”表示灯亮稳定的灯光。当此表示灯闪亮时，表示联锁机B机与MMI通信中断。可按以下办法检查故障原因：

处理方法1：检查联锁机与MMI的通信线接触是否牢固。

处理方法2：复位CPU/PD1板，如故障仍在，请更换CPU/PD1板。

④联锁机A机的“VRD灯”灭或者联锁机B机的“VRD灯”灭

正常状态下，“VRD灯”点稳定的灯光。如果“VRD灯”灭，则按以下方法检查：

处理方法1：检查此灯的灯泡是否完好；

处理方法2：对VPI机进行诊断，判断故障所在，详细见4.4.2。

⑤联锁机的“同步工作”表示灯灭

正常状态下，“同步工作”表示灯点稳定的灯光。如果“同步工作”表示灯灭，则按以下方法检查：

处理方法1：检查此表示灯的灯泡是否完好；

处理方法2：检查联锁机A机和联锁机B机间的安全通信线接触是否牢固；

处理方法3：复位CPU/PD1板，如故障仍在，请更换CPU/PD1板。

⑥输出端口未驱动

输出端口未驱动可能是发生正电混电、负电混电或者输出板上的电流监测模块未监测到电流引起。

a.正电混电

由于外界混电造成输出板输出端口有正电，可通过检查联锁机柜该输出板至继电器之间的配线来查找混电的位置。

处理方法:

根据报警信息找出相应码位的96芯插头及其相应位置；

拔出插头后测量该插头相应码位是否还有电；

若没有电了，则说明混电的位置在母板和机箱处，再提供观察和测量找出真正的位置；

若仍旧有电，则说明混电的位置是从96芯插头至组合架，可按供线的走向一级一级判断查找。

校正后通过维护台检查是否已经没有该错误信息。

b.负电混电

由于外界混电造成输出板输出端口有负电，可以通过检查联锁机柜该输出板至继电器之间的配线来查找混电的位置。

处理方法

（a）根据报警信息找出相应码位的96芯插头及其相应位置；

（b）拔出插头后测量该插头相应码位是否还有电；

（c）若没有电了，则说明混电的位置在母板和机箱处，再提供观察和测量找出真正的位置；

（d）若仍旧有电，则说明混电的位置是从96芯插头至组合架，可按供线的走向一级一级判断查找。

（e）校正后通过维护台检查是否已经没有该错误信息

c.输出板上的电流监测模块未监测到电流

这种故障是由于输出板上的电流监测模块未监测到电流的原因而报警的，有以下原因可以造成这种报警：

（a）输出板该码位电流监测模块故障，不能检测电流通过，这种故障的话只需更换输出板即可恢复正常；

（b）从输出板驱动继电器之间的回路中有断线，确实造成输出板已输出而继电器不能驱动，这种故障可以通过检查继电器至联锁机柜之间的配线查出。

（c）输出板上没有驱动电源，此时输出便会报出该信息。

处理方法：

关闭联锁机；拔出该输出板，更换新的输出板；联锁机开机，系统同步后办理操作试验原来报故障的码位是否还是有问题；若更换板子后仍有问题，检查96芯插头上KZ-VRD-Q与KF-VRD-Q的电，或是检查相应码位的针是否有问题，或者在驱动该码位时测量继电器线圈两端的电压是否满足要求。若是接插件的问题更换接插件，