張國強(qiáng)

(1.北京全路通信信號研究設(shè)計院集團(tuán)有限公司，北京 100070；2.北京市高速鐵路運(yùn)行控制系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心，北京 100070)

1 聯(lián)鎖及聯(lián)鎖圖表

1.1 聯(lián)鎖定義

聯(lián)鎖是指道岔、信號、進(jìn)路遵循一定程序，在符合規(guī)定的技術(shù)條件后，才能動作或建立相互關(guān)系的技術(shù)。起到保障行車安全，提高工作效率的作用。

1）狹義的聯(lián)鎖：指車站聯(lián)鎖范圍內(nèi)進(jìn)路、信號、道岔之間的相互制約關(guān)系。如單站的電氣集中聯(lián)鎖、計算機(jī)聯(lián)鎖。

2）廣義的聯(lián)鎖：各種信號設(shè)備（子系統(tǒng)）間的相互制約關(guān)系，高鐵時代的計算機(jī)聯(lián)鎖（CBI）、列控中心（TCC）、無線閉塞中心（RBC）、臨時限速服務(wù)器（TSRS）、調(diào)度集中（CTC）等設(shè)備（子系統(tǒng)）間也存在相互制約關(guān)系，存在聯(lián)鎖。

1.2 狹義聯(lián)鎖設(shè)備聯(lián)鎖圖表現(xiàn)狀及作用

聯(lián)鎖圖表是鐵路車站信號設(shè)備聯(lián)鎖關(guān)系的說明圖表，以進(jìn)路為主題，描述辦理一條進(jìn)路需進(jìn)行的操作，進(jìn)路中的各元素（道岔、軌道區(qū)段、信號機(jī)）的制約關(guān)系，外部接口的檢查，最終給出代表進(jìn)路安全的信息始端信號機(jī)顯示，將站內(nèi)行車進(jìn)路匯總在一起的設(shè)計文件稱之為聯(lián)鎖表（或進(jìn)路表）?！惰F路信號聯(lián)鎖圖表編制原則》（TB/T 1123-92），《計算機(jī)聯(lián)鎖車站聯(lián)鎖圖表編制原則》（Q/CR 654-2018）是狹義聯(lián)鎖設(shè)計綱領(lǐng)性文件，是聯(lián)鎖設(shè)計與驗(yàn)收的依據(jù)。《計算機(jī)聯(lián)鎖車站聯(lián)鎖圖表編制原則》是針對計算機(jī)聯(lián)鎖而制定的專門標(biāo)準(zhǔn)。由于計算機(jī)聯(lián)鎖用軟件邏輯實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖關(guān)系，工程設(shè)計者不參與軟件編制，所以要求設(shè)計者在設(shè)計文件中全面準(zhǔn)確的給出本項(xiàng)目的全部聯(lián)鎖關(guān)系要求，強(qiáng)調(diào)聯(lián)鎖圖表是聯(lián)鎖關(guān)系的唯一標(biāo)準(zhǔn)，是產(chǎn)品制造、驗(yàn)收、測試的依據(jù)。該標(biāo)準(zhǔn)第一次增加CTCS等級欄記載列車進(jìn)路對應(yīng)的列控等級。

1.3 廣義聯(lián)鎖設(shè)備聯(lián)鎖圖表現(xiàn)狀及作用

《高鐵信號地面設(shè)備接口數(shù)據(jù)信息表編制規(guī)定》（工電函[2017]7號）（簡稱7號文）針對高鐵CTC、TSRS、RBC、TCC、CBI設(shè)備間的聯(lián)系，以兩個設(shè)備間的聯(lián)系給出接口數(shù)據(jù)信息表編制規(guī)定，以EXCEL電子表格文件的形式來表示，描述設(shè)備間廣義的聯(lián)鎖，但存在以下缺點(diǎn)。

1）共規(guī)定55個EXCEL表格，數(shù)量龐大。

2）反映設(shè)備間接口的邏輯關(guān)系和數(shù)據(jù)交換內(nèi)容沒有分開，分散在不同的表格中，每次使用需要在不同的表格中尋找再組合，使用不便。

3）僅對產(chǎn)品制造進(jìn)行要求，不適用于工程驗(yàn)收、測試。

列控設(shè)備的聯(lián)鎖關(guān)系分散在列控工程數(shù)據(jù)表等文件中，目前沒有一個行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定聯(lián)鎖關(guān)系如何在設(shè)計文件中體現(xiàn)，僅在CBI設(shè)備的聯(lián)鎖圖表中有CTCS等級的提示欄，需要一個類似CBI聯(lián)鎖圖表的文件指導(dǎo)產(chǎn)品制造、驗(yàn)收、測試。

2 接口的分類及數(shù)學(xué)模型

一個復(fù)雜的信號系統(tǒng)通常由CBI、TCC、RBC、TSRS、CTC、集中監(jiān)測（CSM）等主體設(shè)備中的一（或幾）種設(shè)備組成。設(shè)備間的接口多種多樣，根據(jù)接口的功能可分為邏輯接口和數(shù)據(jù)交換接口，CBI、TCC、RBC設(shè)備間的接口以邏輯關(guān)系為主，相互間有很強(qiáng)的制約關(guān)系，定義為邏輯類接口。CTC、TSRS、RBC、TCC設(shè)備間的接口以數(shù)據(jù)流向?yàn)橹?，定義其為數(shù)據(jù)類接口。

下面將以CBI、TCC、RBC設(shè)備接口為例分析設(shè)備輸入、輸出各元素間的關(guān)系，找出數(shù)學(xué)表達(dá)式，最終給出邏輯類接口聯(lián)鎖關(guān)系的圖表；以CTC、TSRS、RBC、TCC設(shè)備間的接口為例給出數(shù)據(jù)類接口聯(lián)鎖關(guān)系的圖表。

2.1 子系統(tǒng)中參與聯(lián)鎖元素的分析

2.1.1 CBI子系統(tǒng)

CBI聯(lián)鎖表是以進(jìn)路為主體來描述進(jìn)路中各元素間的制約、互聯(lián)、唯一關(guān)系。元素分為進(jìn)路類元素、實(shí)體元素、接口類元素、CBI專有元素，元素間的制約構(gòu)建CBI的聯(lián)鎖關(guān)系。

進(jìn)路類元素：進(jìn)路方向（JLFX）、進(jìn)路性質(zhì)（JLXZ）、進(jìn)路始端（JLSD）、進(jìn)路終端（JLZD）、始端信號機(jī)顯示（SDXHJ）；實(shí)體類元素：進(jìn)路經(jīng)由的道岔（DC）、軌道區(qū)段（GDQD）、敵對信號機(jī)（DDXHJ）；接口元素：場聯(lián)，進(jìn)入其他系統(tǒng)的同意（T）、制動距離，閉塞條件的檢查（BS）；專有元素：人工解鎖（RGJS）、迎面進(jìn)路（YMJL）等。

CBI聯(lián)鎖表的每條進(jìn)路元素是可數(shù)的，要求是確定的，唯一的，它具有集合的屬性，數(shù)學(xué)表達(dá)式如下。

CBI進(jìn)路={JLFX，JLXZ，JLSD，JLZD，SDXHJ，DC，GDQD，DDXHJ，BS，T，RGJS，YMJL}

參數(shù)的不同取值，可以得到不同進(jìn)路，不同的進(jìn)路組成聯(lián)鎖圖表。

CBI子系統(tǒng)的函數(shù)關(guān)系式如下。

CBI聯(lián)鎖圖表 =f（JLFX，JLXZ，JLSD，JLZD，SDXHJ，DC，GDQD，DDXHJ，BS，T，RGJS，YMJL）

f所體現(xiàn)的函數(shù)關(guān)系由CBI設(shè)備完成，各元素的定義域由工程設(shè)計中給出。

2.1.2 TCC子系統(tǒng)

TCC的輸入是CBI提供的進(jìn)路信息，JLFX，JLXZ，JLSD，JLZD，SDXHJ，TCC關(guān)注的信號機(jī)燈絲（DJ），限速信號機(jī)（XSXHJ），調(diào)車應(yīng)答器（DCYDQ）等專有元素，輸出軌道區(qū)段編碼，有源應(yīng)答器報文。每條報文、軌道區(qū)段編碼用一個集合表示，數(shù)學(xué)表達(dá)式如下。

軌道區(qū)段編碼={JLFX，JLXZ，JLSD，JLZD，SDXHJ，DC，GDQD，DJ，XSXHJ，DCYDQ}

有源應(yīng)答器報文={JLFX，JLXZ，JLSD，JLZD，SDXHJ，DC，GDQD，DJ，XSXHJ，DCYDQ}

TCC子系統(tǒng)的輸出（軌道區(qū)段編碼，有源應(yīng)答器報文）函數(shù)關(guān)系式如下。

TCC輸出=f（JLFX，JLXZ，JLSD，JLZD，SDXHJ，DC，GDQD，DJ，XSXHJ，DCYDQ）

f所體現(xiàn)的函數(shù)關(guān)系由TCC設(shè)備完成。

2.1.3 RBC子系統(tǒng)

RBC（以下均以RBC-TH為例）子系統(tǒng)的輸入CBI提供的JLFX，JLXZ，JLSD，JLZD，SDXHJ，DC，輸出移動授權(quán)。每條移動授權(quán)可用一個集合表示，數(shù)學(xué)表達(dá)式及函數(shù)關(guān)系式如下。

移動授權(quán)={JLFX，JLXZ，JLSD，JLZD，SDXHJ，DC}

移動授權(quán)圖表 =f（JLFX，JLXZ，JLSD，JLZD，SDXHJ，DC）

f 所體現(xiàn)的函數(shù)關(guān)系由 RBC 設(shè)備完成。

2.2 安全子系統(tǒng)間接口集合的數(shù)學(xué)模型圖

從CBI、TCC、RBC等函數(shù)知道，進(jìn)路信息、道岔、軌道區(qū)段元素是各子系統(tǒng)共有元素。下面以CBI、TCC、RBC間接口討論子系統(tǒng)間接口集合的數(shù)學(xué)模型圖。

2.2.1 CBI、TCC子系統(tǒng)間交換的數(shù)學(xué)模型圖

根據(jù)前述CBI、TCC表達(dá)式表示的集合用韋恩圖表示，如圖1所示，兩個集合有交叉，其圖形如陰影部分。根據(jù)圖1定義CBI∩TCC交集為CBI-TCC的接口聯(lián)鎖集合，經(jīng)分析CBI-TCC接口聯(lián)鎖集合的元素為JLFX，JLXZ，JLSD，JLZD，SDXHJ，DC，GDQD，根據(jù)集合的性質(zhì)這些元素是唯一的和確定的，其集合可表示為：

圖1 CBI、TCC接口交集數(shù)學(xué)模型圖Fig.1 CBI and TCC model

CBI-TCC接口聯(lián)鎖集合={JLFX，JLXZ，JLSD，JLZD，SDXHJ，DC，GDQD}

CBI-TCC接口聯(lián)鎖關(guān)系=f（JLFX，JLXZ，JLSD，JLZD，SDXHJ，DC，GDQD）

f由CBI、TCC設(shè)備共同實(shí)現(xiàn)。

2.2.2 CBI、RBC子系統(tǒng)間接口集合的數(shù)學(xué)模型圖

根據(jù)前述CBI、RBC表達(dá)式表示的集合用韋恩圖表示，如圖2所示，發(fā)現(xiàn)兩個集合有交叉，其圖形如陰影部分。根據(jù)圖2定義CBI∩RBC交集為CBI-RBC接口聯(lián)鎖集合，經(jīng)分析CBI-RBC接口聯(lián)鎖集合的元素為JLFX，JLXZ，JLSD，JLZD，SDXHJ，DC，根據(jù)集合的性質(zhì)這些元素是唯一的和確定的，其集合可表示為：

圖2 CBI、RBC接口交集數(shù)學(xué)模型圖Fig.2 CBI and RBC model

CBI-RBC接口聯(lián)鎖集合={JLFX，JLXZ，JLSD，JLZD，SDXHJ，DC}

接口的聯(lián)鎖關(guān)系可用函數(shù)表示。

CBI-RBC接口聯(lián)鎖關(guān)系=f（JLFX，JLXZ，JLSD，JLZD，SDXHJ，DC，GDQD）

f體現(xiàn)的函數(shù)關(guān)系由CBI、RBC設(shè)備共同實(shí)現(xiàn)。

2.2.3 CBI、TCC、RBC子系統(tǒng)間接口集合的數(shù)學(xué)模型圖

從以上兩例分析可知，CBI、TCC、RBC三設(shè)備接口聯(lián)鎖，其集合元素高度一致，專有元素較少，進(jìn)路信息、道岔、軌道區(qū)段元素是各子系統(tǒng)共有元素，是三個集合的交集，模型如圖3所示。根據(jù)圖3定義CBI∩TCC∩RBC交集為安全子系統(tǒng)接口集合（簡稱ZXTJK），經(jīng)分析ZXTJK的元素為JLFX，JLXZ，JLSD，JLZD，SDXHJ，DC，GDQD，其集合可表示為：ZXTJK={JLFX，JLXZ，JLSD，JLZD，SDXHJ，DC，GDQD}。

圖3 CBI、TCC、RBC接口交集數(shù)學(xué)模型圖Fig.3 CBI, TCC and RBC model

ZXTJK聯(lián)鎖關(guān)系=f（JLFX，JLXZ，JLSD，JLZD，SDXHJ，DC，GDQD）

f由CBI、TCC、RBC設(shè)備共同實(shí)現(xiàn)，該函數(shù)的值記載了3個設(shè)備間的聯(lián)鎖關(guān)系。

分析3種交集公共元素多數(shù)均來自CBI子系統(tǒng)，且來自CBI的元素占多數(shù)，且元素間、設(shè)備間的接口存在邏輯關(guān)系，所以可借用CBI的聯(lián)鎖圖表方式來表達(dá)安全子系統(tǒng)間的聯(lián)鎖關(guān)系。

3 設(shè)備間接口聯(lián)鎖圖表格式

通過對邏輯類接口模型的分析，確定采用聯(lián)鎖圖表的方式來描述設(shè)備接口的關(guān)系；數(shù)據(jù)類接口以描述設(shè)備的數(shù)據(jù)流向、順序等為主，但也含有部分邏輯，采用類似聯(lián)鎖圖表方式描述設(shè)備接口的關(guān)系。

3.1 邏輯類接口(CBI-TCC-RBC子系統(tǒng)間)聯(lián)鎖圖表

邏輯類接口聯(lián)鎖圖表以CBI、TCC、RBC為接口單元，各單元列出影響接口的元素。CBI設(shè)進(jìn)路、信號、制約欄，TCC設(shè)專有元素欄、CBI-TCC制約欄、應(yīng)答器欄，RBC取RBC與CBI相關(guān)內(nèi)容列入，構(gòu)成邏輯類接口聯(lián)鎖圖表，如表1所示。

表1 邏輯類接口聯(lián)鎖圖表Tab.1 Interlocking chart and table in the logical interface

3.2 數(shù)據(jù)類接口（CTC-TSRS-RBC-TCC子系統(tǒng)）聯(lián)鎖圖表

CTC、TSRS、RBC、TCC設(shè)備間的接口以數(shù)據(jù)流向方式表現(xiàn)出來，以閉塞分區(qū)為主線，以設(shè)備為單元，數(shù)據(jù)類接口聯(lián)鎖圖表設(shè)單設(shè)備單元、設(shè)備間接口單元，每個單元選取代表數(shù)據(jù)交換特征的元素，將數(shù)據(jù)的起點(diǎn)、終點(diǎn)，發(fā)送、接收順序，設(shè)備接口的物理分界點(diǎn)等內(nèi)容清楚的記載在該圖表中，如表2所示。

4 接口聯(lián)鎖圖表的編制及應(yīng)用

把7號文的接口數(shù)據(jù)用大數(shù)據(jù)方法分類、整理，將描述接口間邏輯關(guān)系的17個表格文件的數(shù)據(jù)歸入邏輯類接口聯(lián)鎖圖表；將描述接口間數(shù)據(jù)流向、順序、內(nèi)容的23個表格文件的數(shù)據(jù)歸入數(shù)據(jù)類接口聯(lián)鎖圖表中。具體工程根據(jù)站內(nèi)、區(qū)間信號平面圖、7號文的規(guī)則等即可完成接口聯(lián)鎖圖表的設(shè)計，得到廣義的聯(lián)鎖圖表。

表2 數(shù)據(jù)類接口聯(lián)鎖圖表Tab.2 Interlocking chart and table in the data communication interface

邏輯類接口聯(lián)鎖圖表，把CBI、TCC、RBC間復(fù)雜的接口關(guān)系用道岔、軌道區(qū)段、TCC限速、區(qū)間信號機(jī)燈絲、始端信號機(jī)降級等元素表示出來。一張圖表表達(dá)CBI、TCC、RBC間的制約關(guān)系，CBI、TCC間的閉環(huán)控制，設(shè)備接口的制約關(guān)系清晰、易讀、易用。已包含TCC的聯(lián)鎖接口表、進(jìn)路表的內(nèi)容合入接口聯(lián)鎖圖表，是適應(yīng)聯(lián)鎖列控一體化設(shè)備的聯(lián)鎖圖表。

數(shù)據(jù)類聯(lián)鎖圖表表示不同類設(shè)備CTC-TSRSRBC-TCC的接口位置、數(shù)據(jù)交換順序、內(nèi)容與閉塞分區(qū)的關(guān)系；同類設(shè)備TSRS-TSRS、RBCRBC、TCC-TCC的接口位置、對區(qū)間開通方向、改方、線路邊界等內(nèi)容。

現(xiàn)階段高鐵地面設(shè)備接口只有針對設(shè)備生產(chǎn)廠家的7號文，工程實(shí)施的測試、驗(yàn)收尚無專門的文件，停留在參考執(zhí)行階段。專門針對設(shè)備接口的聯(lián)鎖圖表使設(shè)備接口的測試、驗(yàn)收更高效、更準(zhǔn)確，可以作為設(shè)備間接口聯(lián)鎖關(guān)系驗(yàn)收的依據(jù)，作為產(chǎn)品接口制作、測試、驗(yàn)收的統(tǒng)一平臺。