1 引言

sibas32是德國西門子公司專為鐵路機(jī)車動車控制而研制的專用微機(jī)控制系統(tǒng)，它的全稱為siemensbahnautomatisierungssystem（西門子鐵路自動化系統(tǒng)）。sibas32系統(tǒng)針對驅(qū)動裝置控制主要功能的發(fā)展遠(yuǎn)景來考慮的，因此對系統(tǒng)提出了極苛刻的要求。sibas32系統(tǒng)是一種高功能通用計算機(jī)系統(tǒng)，它通過標(biāo)準(zhǔn)和專用外圍組件可與任意設(shè)備相連，基本能夠完成機(jī)車動車所有的控制和監(jiān)控任務(wù)。sibas32系統(tǒng)可根據(jù)司機(jī)指令和牽引回路狀態(tài)以及響應(yīng)信號進(jìn)行相應(yīng)的處理，對各接觸器、繼電器、電磁閥、發(fā)光二極管或數(shù)碼管、斬波器等發(fā)出控制信號?？刂茊卧瑫r還能夠完成多種監(jiān)測功能，包括對自身功能的診斷和外部數(shù)值的超限監(jiān)測。當(dāng)牽引電路在運(yùn)行中超過預(yù)先在程序中設(shè)置的上（或下）限值時，系統(tǒng)將根據(jù)故障的嚴(yán)重程度做出相應(yīng)的處理，自動記錄這一故障、產(chǎn)生相應(yīng)的保護(hù)并告知司機(jī)。sibas32系統(tǒng)的最大優(yōu)點(diǎn)是適用于對各種車輛的控制，不論是相控整流機(jī)車、斬波機(jī)車還是交流傳動機(jī)車都可以在其硬件結(jié)構(gòu)基本不變的情況下，通過簡單地改換相應(yīng)的控制程序從而實現(xiàn)對機(jī)車的控制。

2 sibas32系統(tǒng)的特點(diǎn)

sibas32系統(tǒng)實現(xiàn)了對hxd1型機(jī)車的調(diào)節(jié)和邏輯控制功能，并且對在試驗或運(yùn)行中所出現(xiàn)的故障，可以在較短時間內(nèi)通過人機(jī)界面顯示故障并進(jìn)行相關(guān)保護(hù)。在機(jī)車故障診斷過程中，通過專家2診斷軟件（sibasexpert2）分析導(dǎo)致機(jī)車出現(xiàn)故障的軟硬件，提高檢修效率和故障判斷的準(zhǔn)確度；并可通過monitor軟件進(jìn)行相關(guān)信號的檢測與模擬，實時查找故障的發(fā)生位置及發(fā)生原因，準(zhǔn)確無誤的判斷機(jī)車發(fā)生故障的部件。sibas32系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：

（1）整個機(jī)車控制系統(tǒng)采用大容量信號處理器模塊和專用的軟件功能集成塊以及高集成度電路，保證了機(jī)車的可靠運(yùn)行。

（2）sibas32系統(tǒng)，采用sibasg設(shè)計語言，進(jìn)行邏輯設(shè)計與處理。該設(shè)計系統(tǒng)支持由輸入、編譯一直到自動編制文件的整個過程，從而得到一個具有統(tǒng)一設(shè)計入口和標(biāo)準(zhǔn)的普遍適用系統(tǒng)。因此，設(shè)計新型控制系統(tǒng)無需更改大量的硬件設(shè)備，僅需修改部分軟件控制邏輯即可達(dá)到設(shè)計目的。

（3）為了減少傳統(tǒng)的機(jī)車車輛布線，設(shè)有sibasklip（sks1a、sks1b、sks3）設(shè)備（智能外圍設(shè)備連接終端）。采用sibasklip，可以迅速地綜合控制指令和信息，僅僅通過一根簡單的雙絞電纜作為傳輸介質(zhì)，將指令及時準(zhǔn)確的傳輸給中央控制單元。sibasklip站由可編程控制裝置（由cpu和simatic存儲器組成）、輸入端口及輸出端口組成。由于它結(jié)構(gòu)結(jié)實，拆卸方便，可以自由靈活地布置在機(jī)車上。

（4）為了擴(kuò)大已經(jīng)設(shè)在sibas32系統(tǒng)的診斷功能，西門子公司開發(fā)了sibas專家系統(tǒng)（sibasexpert2）。利用這種專家系統(tǒng)，可以很簡單的利用計算機(jī)的輔助功能，對診斷系統(tǒng)存儲的數(shù)據(jù)及內(nèi)容進(jìn)行有效的分析，必要時可以擴(kuò)展或縮減信息查詢范圍，快速的定位故障所在。

（5）容量越來越大的智能操作和圖象顯示設(shè)備，能通過串行總線連接實現(xiàn)大容量的人機(jī)通信。hxd1機(jī)車使用的是彩色液晶顯示器。通過擴(kuò)展這種顯示裝置的集成計算機(jī)容量，可以利用所有為個人計算機(jī)開發(fā)的工具對其進(jìn)行相關(guān)的修改與補(bǔ)充；而且其內(nèi)部操作系統(tǒng)采用windows32系統(tǒng)，維護(hù)起來更方便。

（6）不僅向司機(jī)顯示所要求的運(yùn)行信息，也可顯示故障時應(yīng)采取的操作。維修保養(yǎng)人員可以利用這個接口得到進(jìn)一步排除故障的指示；同時可以調(diào)用表示要控制或要更換部件的精確空間布置圖樣，并且給出附加的操作指示。

由此可見，sibas32系統(tǒng)將比任何一種機(jī)車動車控制系統(tǒng)使用得更加廣泛。

3 sibas32系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

sibas32系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，采用集散控制模式，由ccu、tcu、mmi和sks1（sks1a、sks1b）、sks3、locotrol等組成，應(yīng)用于hxd1機(jī)車的sibas32控制框圖如圖1所示。

圖1hxd1機(jī)車控制框圖

從圖中可以看到，sks1、ccu、tcu等為雙機(jī)冗備的。通過列車總線最多可以實現(xiàn)2臺（4節(jié)）機(jī)車的重聯(lián)，通過locotrol可以實現(xiàn)4臺（8節(jié)）機(jī)車的無線重聯(lián)，這樣就為大秦線的萬噸重載運(yùn)輸提供了可靠的技術(shù)保證。

3.1中央控制單元ccu（centralcontrolunittype3）

ccu是整個系統(tǒng)的核心單元，機(jī)車的控制、調(diào)節(jié)和監(jiān)視由ccu實施和控制。hxd1機(jī)車的ccu采用type3型32位微處理器，由網(wǎng)關(guān)gateway、中央處理器cpu、mvb32－4、電源組成，最多可以實現(xiàn)2臺（4節(jié)）機(jī)車的重聯(lián)。ccu采用冗余設(shè)計，每節(jié)車有2個ccu，一個主ccu，另一個為從ccu，結(jié)構(gòu)功能完全相同，一個故障后另一個可以繼續(xù)工作，不影響機(jī)車正常運(yùn)行。

ccu的主要功能是為本節(jié)機(jī)車參數(shù)設(shè)置存儲、本節(jié)機(jī)車事件記錄、重聯(lián)機(jī)車事件顯示、整車通訊檢測、通過rs232接口讀或轉(zhuǎn)儲數(shù)據(jù)，并且作為機(jī)車中央控制單元系統(tǒng)軟件上載的輸入端口。

3.2牽引控制單元tcu（tractioncontrolunit）

tcu是機(jī)車牽引的核心控制單元，由中央處理器模塊、存儲器模塊、斬波器控制模塊、數(shù)字接口模塊、數(shù)字輸入/輸出模塊、模擬接口模塊、控制系統(tǒng)檢測模塊、列車控制信號輸入變換模塊、數(shù)字信號輸入轉(zhuǎn)換模塊、接觸器驅(qū)動模塊、igbt觸發(fā)模塊、啟動單元等組成。其作用是控制和調(diào)節(jié)機(jī)車牽引、再生制動，從電氣上實現(xiàn)防空轉(zhuǎn)/滑行保護(hù)，并且實現(xiàn)了開閉環(huán)控制、速度頻率同步、故障處理與監(jiān)測等功能。

3.3智能終端接口單元sks1a、sks1b、sks3（sibaskilp）

sks1a、sks1b、sks3為智能外圍設(shè)備連接終端，sks1a、sks1b是緊湊設(shè)計的數(shù)字輸入/輸出接口，專為司機(jī)室所用，它把司機(jī)控制指令轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，并通過編碼將信號傳輸給ccu；sks3采用分散化輸入/輸出，減少車內(nèi)所需布線，增加控制和診斷能力。

3.4顯示器mmi

每個司機(jī)室都有一個顯示器mmi，內(nèi)含一個微機(jī)處理單元。mmi提供機(jī)車信息狀態(tài)、故障信息及采取的措施和信息的設(shè)定，可以進(jìn)行中英文轉(zhuǎn)換，操作系統(tǒng)為windows32系統(tǒng)，用戶界面采用windows圖形界面。mmi通過一個mvb接口與ccu通訊，利用筆記本電腦修改顯示器顯示的時間、機(jī)車號及機(jī)車的其他參數(shù)。

3.5列車通信網(wǎng)絡(luò)tcn（traincommunicationnetwork）

列車通信網(wǎng)絡(luò)（tcn）包括列車總線（wtb）和多功能車輛總線（mvb）兩部分，采用冗余設(shè)計，一路發(fā)生故障，數(shù)據(jù)可以在另一路交換。wtb負(fù)責(zé)機(jī)車a、b兩節(jié)間及機(jī)車間的外部通訊，而mvb負(fù)責(zé)單節(jié)機(jī)車內(nèi)部的通信。

tcn網(wǎng)絡(luò)物理層由銅質(zhì)雙絞線組成，數(shù)據(jù)傳輸速率1mbit/s。wtb總線長度為850m，mvb總線長達(dá)200m。為提高tcn總線系統(tǒng)可靠性，tcn總線采用全系統(tǒng)冗余設(shè)計技術(shù)。每個列車總線節(jié)點(diǎn)有四個接口；每單個總線節(jié)點(diǎn)有一個普通接口和冗余接口，每個接口連接上一節(jié)點(diǎn)以及下一節(jié)點(diǎn)；每根總線電纜從一個節(jié)點(diǎn)鋪設(shè)至另一節(jié)點(diǎn)并在每個總線節(jié)點(diǎn)處形成閉環(huán)。在總線終端節(jié)點(diǎn)，通過網(wǎng)關(guān)上的繼電器與匹配電阻相連。

4 sibas32的圖形化原理設(shè)計軟件sibasg

sibas32系統(tǒng)一個最突出的特點(diǎn)就是全圖形設(shè)計，sibasg語言作為開發(fā)設(shè)計工具。它采用簡單的工具就可有效地支持整個設(shè)計過程，而且圖形設(shè)計顯示在屏幕上。設(shè)計師可應(yīng)用sibasg程序庫的功能集成塊，調(diào)用最小的集成塊構(gòu)成整個裝置的軟件。它用鼠標(biāo)在其功能圖上定位，通過簡單的輸入和輸出相互配對連接；而集成塊和信號名稱，則根據(jù)設(shè)計要求由設(shè)計師確定。因此，在設(shè)計、使用、維修和更改時，用戶不需要具有相關(guān)專業(yè)知識就可采用這種工具，而且可以象用傳統(tǒng)的方塊圖一樣來進(jìn)行技術(shù)處理。更重要的是，設(shè)計師不必考慮與計算機(jī)中實際處理程序有關(guān)的所有數(shù)據(jù)的技術(shù)條件。sibas32系統(tǒng)整個功能以幾個不同層次的級來表示和處理：控制程序→功能包→功能組件→圖象電子放大。最低一級是功能集成塊。幾個集成塊可以合成一個功能組件，幾個功能包又由幾個功能組件組成，最后所有功能包構(gòu)成完整的程序。由于從外到內(nèi)的展開和圖象電子放大，在采用這個系統(tǒng)工作時，可以直接存取想要變更的子功能。另外，在細(xì)微部分可以用最大分辨率處理，而在其他情況下也可選用一目了然的密集表示法。

圖形設(shè)計可用所需要的代碼在計算機(jī)內(nèi)進(jìn)行自動編譯過程，并且同時進(jìn)行檢驗。不過，在功能圖輸入時還不能進(jìn)行很多的檢查，所以接著要使用一種經(jīng)檢驗過格式的可運(yùn)行計算機(jī)程序。sibasg的結(jié)構(gòu)采用手工操作，而且完全是針對文件編制設(shè)計的，在設(shè)計的同時自動地為控制功能提供文件，所以總是利用實時的資料進(jìn)行工作。這種計算機(jī)程序和文獻(xiàn)中文件的持續(xù)密度，在質(zhì)量（它能夠做到什么疏忽也沒有）和耗時（工作資料總是實時資料）方面有重大進(jìn)步。因此，屏幕顯示與文件顯示完全一致。

功能集成塊本身用c程序語言寫入。正是因為應(yīng)用這種高級語言，使得sibasg本身與目標(biāo)處理器無關(guān)，所以能簡單地更換新型處理器。值得一提的是sibasg生成的程序與處理器有關(guān)，并且在變換處理器型號時必須更換。這樣保證將來對硬件也能夠改進(jìn)，而不必開發(fā)風(fēng)險很大的軟件，更不用增加過多開發(fā)費(fèi)用。

從圖2中可以看到：左側(cè)為項目列表（7.00版本為48個項目），中間為詳細(xì)列表，右側(cè)為詳細(xì)的邏輯控制原理圖。從圖中也可以看到，ccu的控制軟件是由相關(guān)的信號通過邏輯關(guān)系進(jìn)行控制的，并且通過monitor軟件可以對相關(guān)的邏輯進(jìn)行測試，從而加快判斷故障的速度；亦可通過修改相關(guān)的信號進(jìn)行故障的模擬，以達(dá)到故障的再現(xiàn)。由于技術(shù)轉(zhuǎn)讓的原因，關(guān)于ccu的軟件設(shè)計已經(jīng)交付給株洲電力機(jī)車有限責(zé)任公司，本文不在細(xì)述。

圖2sibasg軟件設(shè)計界面

5 診斷軟件（sibasexpert2）的應(yīng)用

當(dāng)機(jī)車進(jìn)入機(jī)務(wù)段整備場后，檢修人員利用筆記本電腦上的程序sibasexpertcom通過rs232端口下載機(jī)車a、b節(jié)數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)發(fā)送到段局域網(wǎng)服務(wù)器。這樣，技術(shù)人員就可運(yùn)用sibasexpert2（客戶版）軟件進(jìn)行分析。sibasexpert2軟件是一個可以在windows2000，windowsxp下運(yùn)行的32位應(yīng)用程序，目前不適宜在windowsvista上使用。根據(jù)中國用戶的要求，西門子已對軟件進(jìn)行了漢化，使用非常便捷。

5.1診斷軟件的安裝

用戶使用西門子提供的cd安裝盤及安裝方法來安裝sibasexpert2程序，由于西門子公司進(jìn)行技術(shù)保密和保護(hù)機(jī)車設(shè)定數(shù)據(jù)，用戶使用的是客戶版。但是通過技術(shù)轉(zhuǎn)讓及其他技術(shù)手段，目前相關(guān)的用戶權(quán)限已經(jīng)基本上擁有。雖然軟件的實際功能已經(jīng)不受相關(guān)限制，但是西門子公司對tcu的詳細(xì)數(shù)據(jù)是通過dsp軟件進(jìn)行下載及分析的，目前中方無相關(guān)的軟件，正在試圖研制過程中。5.2分析數(shù)據(jù)、查找故障

（1）分析數(shù)據(jù)。首先，在程序欄中打開sibasexpert2.exe，單擊將需要診斷的機(jī)車數(shù)據(jù)導(dǎo)入。然后，在sibasexpert2界面下，單擊啟動普通表格，可以看到ccu及tcu發(fā)生事件的詳細(xì)記錄。如何通過分析ccu、tcu的事件記錄迅速判斷故障位置？下面以hxd10077機(jī)車b節(jié)機(jī)車發(fā)生的故障為例，探討hxd1機(jī)車故障的查找方法。

例如：2008年9月5日，hxd10077機(jī)車多次出現(xiàn)因為tcu原因跳主斷的情況，通過分析下載數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，在短短幾秒之內(nèi)，同時發(fā)生了34種故障，因代號為85的“檢測到接地故障”故障最早發(fā)生，同時檢測到故障代碼為86“檢測到逆變器接地故障”，于是封鎖了逆變器及tcu2的自動開關(guān)發(fā)生短時斷開。

（2）查找故障。由于主逆變器的接地檢測是通過中間直流環(huán)節(jié)電壓傳感器的輸出電壓數(shù)字與接地環(huán)節(jié)電壓傳感器的輸出電壓數(shù)字之間的比率進(jìn)行判斷的，所以根據(jù)故障代碼85、86可以判斷出故障可能為以下幾種：

確實存在接地故障，即第3、第4電機(jī)接地及主逆逆變模塊到第3、第4電機(jī)間接線接地；檢測回路出現(xiàn)故障，即接地電阻阻值不正確或接地電壓傳感器故障；判斷回路出現(xiàn)故障，即tcu2的電壓傳感器輸入板（l095）或主逆變器電壓控制及監(jiān)測板（g019）故障。

現(xiàn)場通過測試信號$zfqmd及$tcntqmd信號正常（頻率代碼為3，延時為600）。故判斷tcu硬件沒有問題，也就是說第三種故障類型不存在，測試電機(jī)無接地。對調(diào)兩節(jié)機(jī)車的接地電阻及接地電壓傳感器，進(jìn)行機(jī)車高低壓試驗，機(jī)車再次出現(xiàn)同一故障。于是故障應(yīng)為主逆逆變模塊到第3、第4電機(jī)接線。通過吊裝輔助變壓器，發(fā)現(xiàn)機(jī)車第3、4電機(jī)接線柱燒損接地，電機(jī)接線柱燒損，設(shè)備更換后機(jī)車運(yùn)行正常。

6 結(jié)束語

隨著我國在交流傳動控制技術(shù)方面的發(fā)展，現(xiàn)場運(yùn)用單位要不斷的深入研究sibas32微機(jī)控制系統(tǒng)，這樣才能逐步實現(xiàn)國產(chǎn)化，從而達(dá)到新技術(shù)引進(jìn)、吸收、消化、再創(chuàng)新的目的。此外，伴隨著我國交流機(jī)車的大量運(yùn)用，現(xiàn)場運(yùn)用單位將會越來越多的依靠分析軟件來進(jìn)行分析、處理問題，這對我國的國產(chǎn)機(jī)車設(shè)計制造具有很好的借鑒作用。