西门子存储卡6ES7953-8LP20-0AA0
sibas 32是德国西门子公司专为铁路机车动车控制而研制的微机控制系统，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。
在德国巴伐利亚州东部小城纽伦堡，有一座外形毫不起眼的电子制造工厂，却被称为欧洲乃至的工厂之一。
Simatic控制器。摄影：熊少翀
依赖于自动化系统生产效率提升，自投产至今，安贝格在工厂生产面积始终保持约一万平方米、员工数量保持约1200名不变的情况下，产能提升了八倍。在三班制生产中，安贝格每年生产约1500万件Simatic产品。按每年生产230天计算，平均每秒就能生产出一台控制设备。
产品合格率亦大幅提高。相比于该工厂百万次电子产品加工过程出错500次，现在出错率只有12次。
“安贝格是自己生产自己。”该工厂产品工程师ChristophRaum介绍称，Simatic设备不仅在安贝格工厂被大量生产，而且遍布自身生产线，控制Simatic产品的生产过程，从而实现自身生产的高度自动化。
在安贝格工厂内部，所有生产线和员工办公区域有机分布其中。尚处于生产过程中的设备工件，在错综复杂的自动化传输线上有序流转，它们像“自然人”一样，明确知道自己的目的地。在每一个分岔路口，工件会暂停1-2秒，然后选择正确的去向。
工件在生产线上自动流转。摄影：熊少翀
Christoph解释称，生产线上的所有工件都已在虚拟环境中进行规划，有自己的“名称”和“地址”，具备各自的身份信息，因此“知道”什么时候、哪条生产线或哪个工艺过程需要它们。工件在运输线分岔路口暂停，是在识别去向信息。
到达加工中心后，工件被识别出来，生产设备实时调用所需要的全部加工信息，并自动调整生产参数。加工过程中，产品的所有相关数据，都储存在自己的“数字化产品记忆库”中，以便精确追踪生产的每个步骤。加工完成后，通过光学设备或其它测量设备对工件自动进行检测，在现场发现并剔除不合格的产品。
如果机器设备需要补给或者维护保养，则在缺料或故障产生之前发出请求。系统会记录所使用的资源数量，并对库存及时更新。
3.1 控制单元 ccu(central control unit type 3)
ccu是整个系统的核心单元，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、处理器cpu、mvb32－4、电源组成可以实现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*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是机车牵引的核心控制单元，由处理器模块、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。
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冗余环网，各台交换机通过冗余环口依次进行连接，如下图高速冗余环网HSR。SCALANCE X400可以作为冗余管理器RM，管理冗余环网，为了保证系统的快速重构和稳定性多50个交换机连接在环上。除了其它交换机需要设置冗余环口，在网络正常的情况下，RM的其中的一个冗余环口会处于断开状态。这样整个网络处于一种线型结构。冗余管理器监控网络状态，当网络上的连接线断开或交换机故障，它会通过一个替代路径恢复另外一种线型结构。整个网络的重构时间小于0.3秒。如果问题被消除，会恢复原有的线型结构。在一个环网中，只能存在一个交换机组成冗余管理器。环网可以是电气环网也可以是光纤环网，也可以是电气和管线混合的环网。另外，可以利用SCALANCE X 400的千兆端口，组成高速冗余的千兆环网。
高速冗余环网HSR 环间热备STBY
环网之间的冗余备份STBY，通过两台交换机各自连接到另外一个环网的两台交换机，如上图环间热备STBY。仅需要在同一个环网中的两个交换机A和B（与另外一个环网进行冗余连接）进行组态，即可完成环网之间的连接冗余。这两个交换机A和B通过网络相互交换数据来同步它们的运行状态，其中一台设备作为Master，另外一台设备作为Slave。在网络正常的情况下，仅是Master与另外一个环网的连接是激活的，即通讯数据通过该连接完成两个环网之间的通讯。如果Master的连接断开或Master交换机故障，这时Salve会激活其连接，这时两个环网之间的数据就通过Slave的连接来完成。如果故障恢复，Master会重新作为环网之间的激活连接。STBY可以是电气连接也可以是光纤连接。另外，可以利用
SCALANCE X 408的千兆端口，组成千兆环网冗余热备。
SCALANCE X 400冗余环网组态：
| 配置RM | 对于SCALANCE X414-3E，可以使用Slot 4上CPU的DIP开关，具体方式如下：
当R1和R2的DIL开关都为ON状态，也可以使用Web页面来设置。点击目录树X-400?Ring Config，使能Redundancy Manager(RM) enabled。
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| 配置RM | 对于SCALANCE X408，仅需要通过Web页面来设置。点击目录树X-400?Ring Config，使能Redundancy Manager(RM) enabled。点击Set Values按钮结束设置。
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| 配置环口 | 环网中设置完毕RM后，所有的交换机SCALANCE X414-3都需要同时设置环口。设置环口可以通过CPU槽上DIL开关来设置，具体方式如下：
当R1和R2的DIL开关都为ON状态，也可以使用Web页面来设置。点击目录树X-400 ? Ring Config，使能Ring Redundancy enabled并选择环网连接的环口。点击Set Values按钮结束设置。
非RM的SCALACNE X414-3E的组态如下：
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| 配置环口 | 对于SCALANCE X408，仅需要通过Web页面来设置。点击目录树X-400 ? Ring Config，使能Ring Redundancy enabled并选择环网连接的环口。点击Set Values按钮结束设置。 这样SCALANCE X408作为RM的组态如下：
非RM的SCALACNE X408的组态如下：
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SCALANCE X 400环网间热备组态：
| 配置STBY | 参考上图，环间热备STBY，对于SCALANCE X400，热备另外一个环仅需要设置在同一个环网中的两个交换机A和B进行组态，即可完成环网之间的连接冗余。SCALANCE X 400通过Web页面来设置。对于A和B，点击目录树X-400?Standby Mask，使能Standby Connection enabled。设置名字STBY（可任意设置），不过两台交换机A和B需要设置相同的名字，需要注意大小写，不过同一环网中只能有一对交换机使用这个名字，可以有多对用于环网间热备，每一组（对）拥有不同于其它组一的名字。然后使能STBY环口监视，通过该端口连接另外一个环。A是Port11.1，B是Port10.2。A和B可以使用不同的端口来连接另外一个环。交换机A的STBY组态：
交换机B的STBY组态：
MAC地址大的交换机为Master。 |
PROFINET循环的实时通信报文基于IEEE802.3，具有4个字节的VLAN标签（IEEE802.1p），该标签其中的3个位可以表示PROFINET实时数据的优先级，参考图1 PROFINET实时报文。
图1 PROFINET实时报文
PROFINET循环的实时数据报文具有优先级，且用户优先级为6。VLAN标示符VID=0表示报文仅包含优先级信息，而不是一个有效地VLAN标识。
报文具有“用户优先级”符合IEEE802.1p标准，IEEE802.1p具有如下特点：
支持IEEE802.1p的交换机会优先转发高优先级的数据，IEEE802.1p标准
| 种类 | 描述 | 优先级 |
| 语音 | 高优先级；保证几路音频延迟时间小且保证高的语音质量 | 7，6 |
| 视频 | 视频优先于其它数据服务 | 4，5 |
| 尽力的通信 | 应用数据包，比如Internet冲浪或者设备需要QoS服务 | 3，0 |
| 背景通信 | 较低优先级的数据通信服务，比如下载，打印等，不需要固定的等待时间和流量需求 | 1，2 |
表1
目前，许多以太网交换机都能够支持多优先级业务的分类处理，即支持IEEE802.1p，根据数据帧中的“用户优先级”字段内容的不同进行缓存、数据转发等操作。理想情况下，以太网交换机能支持的优先级与802.1p规定的优先级相同，但实际情况有时并非如此。
西门子的SCALANCE X以太网交换机产品中，X-00系列具有两个优先级堆栈，高的优先级堆栈处理具有用户优先级4，5，6，7的数据，低的优先级堆栈处理具有用户优先级3，0，1的数据。对于SCALANCE X100系列到SCALANCE X400系列所支持的优先级与IEEE802.1p所规定的优先级相同。具有4个优先级堆栈，每个堆栈处理不同用户优先等级的数据，参考图2 SCALANCE X交换机优先级堆栈。SCALANCE X以太网交换机会根据数据的用户优先级的不同由内部不同的优先级堆栈来处理。这也表明SCALANCE X100系列到SCALANCE X400系列的产品可以细分用户优先级的数据，对于用户优先级6，7由高优先级堆栈处理优先转发。
图2 SCALANCE X交换机优先级堆栈
SCALANCE X以太网交换机会优先对高优先级的堆栈中的高优先级数据进行转发。参考图3 IEEE802.1p报文优先转发原则。帧1正在被发送，表明不会中断正在发起的数据传输。帧2的优先级低于帧3，所以优先转发帧3。终端口1的数据帧发送顺序为帧1，帧3，帧2。
图3 IEEE802.1p报文优先转发原则
除此以外，X200系列以上的SCALANCE X交换机不但可以在Step7中作为IO设备进行组态，也可以在Step7中实现集成诊断。参考图4 交换机组态。
图4 交换机组态
在使用SCALANCE X300和SCALANCE X400系列的交换机应用在PROFINET实时应用中，由于这两种系列的交换机不但支持IEEE802.1p还支持IEEE802.1Q，即VLAN。那么这两类以太网交换机则认为VLAN ID=0的帧不带有VLAN标签。这意味着PROFINET实时报文（VID=0）在这两类交换机之中转发不具有优先级，与普通的数据一样，不会被交换机优先转发。所以在使用这两类交换机时，需要特别注意，这种情况下，可以使用2种方式来改善：
种情况，就是使用SCALANCE X200系列以下的交换机，这样由于这些系列的交换机不支持IEEE802.1Q，仅支持IEEE802.1p，所以会优先转发PROFINET实时数据。
第二种情况，如果使用SCALANCE X300/400时，且PROFINET实时数据与普通数据在一个通道上进行传输，需要给PROFINET的数据传输通道设置VLAN。例如图5 组态举例。PROFINET IO控制器和IO设备的PROFINET实时通信与PC1和PC2的普通通讯，例如TCP/IP，共同占用2台SCALANCE X400之间的通道。由于SCALANCE X400支持IEEE802.1Q，交换机会认为PROFINET 实时数据与普通的TCP/IP数据的优先级一样，这样不会优先转发PROFINET实时数据。
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