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西门子SIBAS32系统在电力机车上的应用

1  引言
                    
　　sibas 32是德国西门子公司专为铁路机车动车控制而研制的专用微机控制系统，它的全称为siemens bahn automatisierungs system (西门子铁路自动化系统)。sibas 32系统针对驱动装置控制主要功能的发展远景来考虑的，因此对系统提出了极苛刻的要求。sibas 32系统是一种高功能通用计算机系统，它通过标准和专用外围组件可与任意设备相连，基本能够完成机车动车所有的控制和监控任务。sibas 32系统可根据司机指令和牵引回路状态以及响应信号进行相应的处理，对各接触器、继电器、电磁阀、发光二极管或数码管、斩波器等发出控制信号。控制单元同时还能够完成多种监测功能，包括对自身功能的诊断和外部数值的超限监测。当牵引电路在运行中超过预先在程序中设置的上 (或下)限值时，系统将根据故障的严重程度做出相应的处理，自动记录这一故障、产生相应的保护并告知司机。sibas 32系统的优点是适用于对各种车辆的控制，不论是相控整流机车、斩波机车还是交流传动机车都可以在其硬件结构基本不变的情况下，通过简单地改换相应的控制程序从而实现对机车的控制。
            
2  sibas 32系统的特点
                    
　　sibas 32系统实现了对hxd1型机车的调节和逻辑控制功能，并且对在试验或运行中所出现的故障，可以在较短时间内通过人机界面显示故障并进行相关保护。在机车故障诊断过程中，通过2诊断软件(sibas expert 2)分析导致机车出现故障的软硬件，提高检修效率和故障判断的准确度；并可通过monitor 软件进行相关信号的检测与模拟，实时查找故障的发生位置及发生原因，准确无误的判断机车发生故障的部件。sibas 32系统具有如下特点：
                    
　　(1) 整个机车控制系统采用大容量信号处理器模块和专用的软件功能集成块以及高集成度电路，保证了机车的可靠运行。
                    
　　(2) sibas 32系统，采用sibas g设计语言，进行逻辑设计与处理。该设计系统支持由输入、编译一直到自动编制文件的整个过程，从而得到一个具有统一设计入口和标准的普遍适用系统。因此，设计新型控制系统无需更改大量的硬件设备，仅需修改部分软件控制逻辑即可达到设计目的。
                     
　　(3) 为了减少传统的机车车辆布线，设有sibas klip(sks1a、sks1b、sks3)设备(智能外围设备连接终端)。采用sibas klip，可以迅速地综合控制指令和信息，仅仅通过一根简单的双绞电缆作为传输介质，将指令及时准确的传输给中央控制单元。sibas klip站由可编程控制装置(由cpu和simatic存储器组成)、输入端口及输出端口组成。由于它结构结实，拆卸方便，可以自由灵活地布置在机车上。
                    
　　(4) 为了扩大已经设在sibas 32系统的诊断功能，西门子公司开发了sibas系统(sibas expert 2)。利用这种系统，可以很简单的利用计算机的辅助功能，对诊断系统存储的数据及内容进行有效的分析，必要时可以扩展或缩减信息查询范围，快速的定位故障所在。
                    
　　(5) 容量越来越大的智能操作和图象显示设备，能通过串行总线连接实现大容量的人机通信。hxd1机车使用的是彩色液晶显示器。通过扩展这种显示装置的集成计算机容量，可以利用所有为个人计算机开发的工具对其进行相关的修改与补充；而且其内部操作系统采用windows 32系统，维护起来更方便。
                    
　　(6) 不仅向司机显示所要求的运行信息，也可显示故障时应采取的操作。维修保养人员可以利用这个接口得到进一步排除故障的指示；同时可以调用表示要控制或要更换部件的空间布置图样，并且给出附加的操作指示。
                    
　　由此可见，sibas 32系统将比任何一种机车动车控制系统使用得更加广泛。

3  sibas 32系统的结构
                    
　　sibas 32 系统结构简单，采用集散控制模式，由ccu、tcu、mmi和sks1(sks1a、sks1b)、sks3、locotrol等组成，应用于hxd1机车的sibas 32控制框图如图1所示。

                                                                  图1  hxd1机车控制框图
                    
　　从图中可以看到，sks1、ccu、tcu等为双机冗备的。通过列车总线多可以实现2台(4节)机车的重联，通过locotrol可以实现4台(8节)机车的无线重联，这样就为大秦线的万吨重载运输提供了可靠的技术保证。
            
　　3.1 中央控制单元 ccu(central control unit type 3)
                    
　　ccu是整个系统的单元，机车的控制、调节和监视由ccu实施和控制。hxd1机车的ccu采用type 3型32位微处理器，由网关gateway、中央处理器cpu、mvb32－4、电源组成，多可以实现2台(4节)机车的重联。ccu采用冗余设计，每节车有2个ccu，一个主ccu，另一个为从ccu，结构功能完全相同，一个故障后另一个可以继续工作，不影响机车正常运行。
                    
　　ccu的主要功能是为本节机车参数设置存储、本节机车事件记录、重联机车事件显示、整车通讯检测、通过rs232接口读或转储数据，并且作为机车中央控制单元系统软件上载的输入端口。
            
　　3.2 牵引控制单元 tcu(traction control unit)
                    
　　tcu是机车牵引的控制单元，由中央处理器模块、存储器模块、斩波器控制模块、数字接口模块、数字输入/输出模块、模拟接口模块、控制系统检测模块、列车控制信号输入变换模块、数字信号输入转换模块、接触器驱动模块、igbt触发模块、启动单元等组成。其作用是控制和调节机车牵引、再生制动，从电气上实现防空转/滑行保护，并且实现了开闭环控制、速度频率同步、故障处理与监测等功能。
            
　　3.3 智能终端接口单元 sks1a、sks1b、sks3(sibas kilp)
                    
　　sks1a、sks1b、sks3为智能外围设备连接终端，sks1a、sks1b是紧凑设计的数字输入/输出接口，专为司机室所用，它把司机控制指令转化为数字信号，并通过编码将信号传输给ccu；sks3采用分散化输入/输出，减少车内所需布线，增加控制和诊断能力。
            
　　3.4 显示器 mmi
                    
　　每个司机室都有一个显示器mmi，内含一个微机处理单元。mmi提供机车信息状态、故障信息及采取的措施和信息的设定，可以进行中英文转换，操作系统为windows32系统，用户界面采用windows图形界面。mmi通过一个mvb接口与ccu通讯，利用笔记本电脑修改显示器显示的时间、机车号及机车的其他参数。
            
　　3.5 列车通信网络 tcn(train communication network)
                    
　　列车通信网络(tcn)包括列车总线(wtb)和多功能车辆总线(mvb)两部分，采用冗余设计，一路发生故障，数据可以在另一路交换。wtb负责机车a、b两节间及机车间的外部通讯，而mvb负责单节机车内部的通信。

　　tcn网络物理层由铜质双绞线组成，数据传输速率1mbit/s。wtb总线长度为850m，mvb总线长达200m。为提高tcn总线系统可靠性，tcn总线采用全系统冗余设计技术。每个列车总线节点有四个接口；每单个总线节点有一个普通接口和冗余接口，每个接口连接上一节点以及下一节点；每根总线电缆从一个节点铺设至另一节点并在每个总线节点处形成闭环。在总线终端节点，通过网关上的继电器与匹配电阻相连。