李 健

（中鐵建設(shè)投資集團(tuán)有限公司，廣東深圳 518000）

1 概述

隨著軌道交通迅猛的發(fā)展，地鐵信號(hào)系統(tǒng)設(shè)備的高科技性也有了很大的提高。在許多城市中都有多條線路開通并開始運(yùn)營(yíng)，信號(hào)系統(tǒng)設(shè)備也逐步開始進(jìn)入維護(hù)期。地鐵信號(hào)系統(tǒng)的核心特別是硬件設(shè)備大多為國(guó)外生產(chǎn)，如CBI、地面ATP、車載ATP/ATO、無(wú)線通信模塊，如何對(duì)設(shè)備進(jìn)行維修，并且對(duì)備用模塊和新購(gòu)進(jìn)模板的替換性、兼容性、完好性做出判斷和評(píng)估是越來(lái)越緊迫的事情。

本文針對(duì)地鐵CBI子系統(tǒng)中所用的設(shè)備進(jìn)行梳理，并提出測(cè)試工裝所能達(dá)到的功能和測(cè)試的方法；對(duì)CBI測(cè)試工裝的可行性分析及指出設(shè)備存在的必要性。測(cè)試工裝能夠?qū)崿F(xiàn)功能：模板硬件整體完好性測(cè)試；模板系統(tǒng)軟件完好性測(cè)試；通信接口性能測(cè)設(shè)；模板兼容性測(cè)試。

2 CBI測(cè)試工裝詳述

2.1 描述

CBI系統(tǒng)是一個(gè)具有高可靠性、高穩(wěn)定性的安全系統(tǒng)。同樣也是很復(fù)雜的系統(tǒng)，設(shè)備好壞直接影響到行車的安全性和穩(wěn)定性。

設(shè)備的故障一般分為4個(gè)層次：物理層故障、邏輯層故障、數(shù)據(jù)層故障和系統(tǒng)層故障。其中物理層故障是電子電路中的故障，可分為元件級(jí)、邏輯門級(jí)和集成芯片級(jí)故障；邏輯層故障是指物理層故障在邏輯層表現(xiàn)為邏輯值的變異；數(shù)據(jù)層故障是在數(shù)字系統(tǒng)和計(jì)算中，常量、變量以及指令等都以字碼形式存儲(chǔ)和傳遞，由于硬件故障或環(huán)境干擾等原因，會(huì)造成一個(gè)或多個(gè)字碼發(fā)生變化，從而破壞數(shù)據(jù)的正確含義產(chǎn)生運(yùn)算上的錯(cuò)誤；系統(tǒng)層故障是指模板內(nèi)嵌的操作系統(tǒng)、編譯系統(tǒng)發(fā)生改變，從而造成正確的數(shù)據(jù)和指令得不到正確結(jié)果。對(duì)于復(fù)雜的大型時(shí)序電路，只能對(duì)電路的功能進(jìn)行測(cè)試驗(yàn)證，針對(duì)不同功能電路建立不同的測(cè)試工裝。

根據(jù)行業(yè)維修要求，一般情況下分為下列3個(gè)等級(jí)。

一線維修：當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障后，通過(guò)替代模塊和配件的方法，使系統(tǒng)在最短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)至有效運(yùn)營(yíng)。

二線維修：包括在一線維修中拆除下來(lái)可替代模塊和配件的修理和維修程序。

三線維修：包括對(duì)從二線維修中得到的模塊和配件的修理和維修程序。

根據(jù)地鐵運(yùn)營(yíng)高密度、高準(zhǔn)點(diǎn)的特點(diǎn)，要達(dá)到一線維修的時(shí)間要求必須做到在出現(xiàn)故障時(shí)，很快判斷出故障的模塊并用備用模塊快速替換。模塊判斷需要維護(hù)人員的長(zhǎng)期積累和設(shè)備報(bào)警系統(tǒng)的完善；備用模塊的快速替換，一方面要求做到備用模塊的存放等標(biāo)準(zhǔn)化管理，另一方面要保證備用模塊在硬件、軟件上時(shí)時(shí)完好，并與在用模塊完全兼容。但備用模塊長(zhǎng)時(shí)間不使用，會(huì)造成整個(gè)模塊性能下降或不能使用。地鐵設(shè)備一般要求使用壽命為25年，隨著元器件升級(jí)換代，新模塊在版本、性能上與老設(shè)備可能不兼容。綜上原因造成備用模塊替換上去不能使用，故障處理不及時(shí)從而影響整個(gè)設(shè)備的運(yùn)行。

總之，為了掌握備用模塊狀態(tài)，需要設(shè)計(jì)一套測(cè)試工裝是十分必要的。本文針對(duì)現(xiàn)有通用的設(shè)備進(jìn)行分析做出測(cè)試工裝，對(duì)設(shè)備測(cè)試內(nèi)容和方法進(jìn)行闡述。

2.2 CBI系統(tǒng)總體架構(gòu)

地鐵CBI子系統(tǒng)主要有北京全路通信信號(hào)研究設(shè)計(jì)院有限公司、卡斯柯、鐵科院和交大微聯(lián)的設(shè)備在使用。系統(tǒng)的硬件都為國(guó)外的安全計(jì)算機(jī)平臺(tái)，如交大微聯(lián)平臺(tái)為日本信號(hào)產(chǎn)品，CBI邏輯軟件為國(guó)產(chǎn)自主的產(chǎn)品。本文的測(cè)試工裝是以交大微聯(lián)的EI32-JD系統(tǒng)為例，對(duì)系統(tǒng)硬件進(jìn)行測(cè)試，從而為其他系統(tǒng)的工裝研究做一個(gè)樣例。

如圖1所示，操作表示機(jī)、采集電路、驅(qū)動(dòng)電路和組合架都為國(guó)內(nèi)設(shè)備；聯(lián)鎖機(jī)和驅(qū)采機(jī)為國(guó)外設(shè)備。國(guó)內(nèi)設(shè)備維修方便、購(gòu)買周期短；國(guó)外設(shè)備維修復(fù)雜、購(gòu)買周期長(zhǎng)。國(guó)外設(shè)備的備件好壞，直接決定維護(hù)時(shí)間。EI32-JD聯(lián)鎖系統(tǒng)核心國(guó)外設(shè)備清單如表1所示。

表1 EI32-JD聯(lián)鎖系統(tǒng)核心國(guó)外設(shè)備表

2.3 工裝構(gòu)成

如圖2所示，工裝硬件包括工控機(jī)、聯(lián)鎖機(jī)籠和驅(qū)采和擴(kuò)展機(jī)籠。聯(lián)鎖機(jī)籠配有電源模塊、聯(lián)鎖CPU模塊、串口模塊、LAN通信板、LAN接口板、系統(tǒng)控制板、以太網(wǎng)模塊；驅(qū)采機(jī)籠配有電源模塊、驅(qū)采CPU模塊、系統(tǒng)控制板、LAN通信板、LAN接口板、總線擴(kuò)展板；擴(kuò)展機(jī)籠配有采集板、驅(qū)動(dòng)板、總線擴(kuò)展板；采集、驅(qū)動(dòng)和仿真模擬電路通過(guò)直流24 V小型繼電器搭建而成。

在軟件上，工裝的工控機(jī)裝有標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)鎖站的顯示測(cè)試軟件、聯(lián)鎖程序、CPU下載和評(píng)估軟件、串口測(cè)試軟件、以太網(wǎng)數(shù)據(jù)測(cè)試軟件。

2.4 工裝功能

工裝可以完成如下測(cè)試。

1）測(cè)試CPU與聯(lián)鎖軟件的兼容性。通過(guò)工控機(jī)把聯(lián)鎖程序下載到聯(lián)鎖CPU中，啟動(dòng)顯示測(cè)試軟件與聯(lián)鎖CPU進(jìn)行連接。顯示測(cè)試軟件自動(dòng)排列事先設(shè)置的進(jìn)路，自動(dòng)模擬列車運(yùn)行等功能；顯示測(cè)試軟件根據(jù)下載命令、CPU執(zhí)行結(jié)果和執(zhí)行速度，判定聯(lián)鎖CPU是否滿足要求。

2）檢查CPU的配置。通過(guò)CPU評(píng)估軟件，可以查詢到聯(lián)鎖、驅(qū)采CPU的內(nèi)存、速度、版本和指令掃描時(shí)間等參數(shù)，從而判定CPU的狀態(tài)。

3）測(cè)試聯(lián)鎖串口的性能。串口測(cè)試軟件既可與聯(lián)鎖CPU通信，也可與串口板交換數(shù)據(jù)。測(cè)試軟件把測(cè)試數(shù)據(jù)發(fā)送給串口板端口，從聯(lián)鎖CPU獲取數(shù)據(jù)，依據(jù)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的正確性、丟包性和實(shí)時(shí)性確定串口板的性能。

4）測(cè)試聯(lián)鎖以太網(wǎng)端口的性能。網(wǎng)口測(cè)試軟件可以與以太網(wǎng)板進(jìn)行交換數(shù)據(jù)，測(cè)試軟件把測(cè)試數(shù)據(jù)發(fā)送給以太網(wǎng)板的端口，并從本端口接收數(shù)據(jù)。測(cè)試軟件根據(jù)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的正確性、丟包性和實(shí)時(shí)性確定以太網(wǎng)板的性能。

5）測(cè)試采集板的性能。采集板測(cè)試軟件向聯(lián)鎖CPU下達(dá)測(cè)試命令，聯(lián)鎖CPU通過(guò)LAN通信板、LAN接口板和系統(tǒng)控制板，向驅(qū)采CPU下達(dá)采集命令，驅(qū)采CPU通過(guò)系統(tǒng)擴(kuò)展板、驅(qū)動(dòng)輸出板給被測(cè)采集板通上24 V直流電，并把被采集板的數(shù)據(jù)，通過(guò)聯(lián)鎖CPU發(fā)送給測(cè)試軟件。測(cè)試軟件根據(jù)采集結(jié)果和驅(qū)動(dòng)命令，確定采集板的好壞和指出故障的采集點(diǎn)。

6）測(cè)試驅(qū)動(dòng)板的性能。驅(qū)動(dòng)測(cè)試軟件向聯(lián)鎖CPU下達(dá)測(cè)試命令，聯(lián)鎖CPU通過(guò)LAN通信板、LAN接口板和系統(tǒng)控制板，向驅(qū)采CPU下達(dá)驅(qū)動(dòng)命令，驅(qū)采CPU通過(guò)系統(tǒng)擴(kuò)展板、驅(qū)動(dòng)被測(cè)輸出板驅(qū)動(dòng)外圍繼電器，驅(qū)采CPU采集繼電器吸起的狀態(tài)，并通過(guò)聯(lián)鎖CPU發(fā)送給測(cè)試軟件。測(cè)試軟件根據(jù)采集結(jié)果和驅(qū)動(dòng)命令，確定驅(qū)動(dòng)板的好壞和指出故障的驅(qū)動(dòng)點(diǎn)。

通過(guò)測(cè)試采集、驅(qū)動(dòng)板時(shí)，可以通過(guò)更換LAN通信板、LAN接口板、系統(tǒng)控制板、驅(qū)采CPU板、系統(tǒng)擴(kuò)展板來(lái)確定相應(yīng)模塊的好壞。

2.5 測(cè)試方法

在測(cè)試之前，應(yīng)檢查工裝的完好性。通過(guò)測(cè)試軟件對(duì)工裝完好做一個(gè)整體的測(cè)試，在得到完好性測(cè)試報(bào)告后，把要測(cè)試的模塊與工裝對(duì)應(yīng)的替換。根據(jù)被測(cè)模塊種類，啟動(dòng)相應(yīng)的測(cè)試軟件進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試軟件根據(jù)測(cè)試結(jié)果和測(cè)試命令判斷模塊的性能與好壞，并提供測(cè)試報(bào)告。

3 總結(jié)分析

CBI測(cè)試工裝為了達(dá)到一線維修的要求，實(shí)現(xiàn)模板級(jí)測(cè)試。工裝實(shí)現(xiàn)了備品備件好壞的鑒定和新模塊性能和兼容性的測(cè)試；實(shí)現(xiàn)了模塊狀態(tài)實(shí)時(shí)掌握。在現(xiàn)場(chǎng)維修中，測(cè)試工裝減少在更換模塊出現(xiàn)的不確定現(xiàn)象，做到替換上就可以用，為整條線路的安全、準(zhǔn)時(shí)、可靠運(yùn)行打下一個(gè)很好的技術(shù)平臺(tái)；另外，也為地面ATP、車載ATP/ATO、ATS、DCS的測(cè)試工裝提供了一個(gè)樣板。

[1]趙志熙.計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)技術(shù)[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，1999.

[2]趙志熙.車站信號(hào)控制系統(tǒng)[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，1999.

[3] TB/T 3027—2002 計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖技術(shù)條件[S].北京：中國(guó)鐵道出版社，2005.

[4] GB/T 12758-2004 城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)通用技術(shù)條件[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2004.