崔惠珊，張 路，劉亞磊，李 淼

(北京交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，北京 102200)

1 發(fā)展現(xiàn)狀

計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)是以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心，采用通信技術(shù)、可靠性與容錯(cuò)技術(shù)以及“故障-安全”技術(shù)實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖關(guān)系的信號(hào)系統(tǒng)。聯(lián)鎖系統(tǒng)作為涉及地鐵行車安全的設(shè)備，直接影響整個(gè)信號(hào)系統(tǒng)的安全運(yùn)營(yíng)和線路通行效率。隨著我國(guó)城市軌道交通的迅速發(fā)展，對(duì)聯(lián)鎖及信號(hào)系統(tǒng)技術(shù)人才的迫切需求一直無法滿足，目前各高職院校和相關(guān)信號(hào)培訓(xùn)單位對(duì)聯(lián)鎖及信號(hào)專業(yè)開展教學(xué)、培訓(xùn)時(shí)也不斷遇到各種難題，如正在使用中的信號(hào)設(shè)備不能動(dòng)，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)設(shè)備數(shù)量少，單一的理論教學(xué)枯燥難懂，培訓(xùn)效率低下，系統(tǒng)全面地掌握操作技能的周期非常長(zhǎng)等等。為了克服上述弊端，提高高職類學(xué)生的就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)能力，計(jì)劃利用現(xiàn)代仿真理論及計(jì)算機(jī)技術(shù)建立虛實(shí)結(jié)合的城市軌道交通計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，它可以對(duì)相關(guān)信號(hào)人員進(jìn)行崗前培訓(xùn)，熟悉對(duì)信號(hào)控制系統(tǒng)的相關(guān)操作和維護(hù)及業(yè)務(wù)能力的強(qiáng)化和提升。[1，2]

2 道岔信號(hào)仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

該實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)以全真實(shí)設(shè)備形式實(shí)現(xiàn)訓(xùn)練場(chǎng)景。能夠直觀的通過現(xiàn)場(chǎng)真實(shí)實(shí)物設(shè)備給培訓(xùn)員工或?qū)W員展示信號(hào)系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)備和計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的組成及原理，可以讓培訓(xùn)員工或?qū)W員動(dòng)手完成各種實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，如計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)使用及設(shè)備維護(hù)，手搖道岔實(shí)訓(xùn)、信號(hào)機(jī)實(shí)訓(xùn)、轉(zhuǎn)轍機(jī)實(shí)訓(xùn)、線路檢修等信號(hào)系統(tǒng)方面的實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)課程。系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)如下。

1)設(shè)備的布局、組成、功能、相對(duì)位置關(guān)系與地鐵實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)一致。

2)場(chǎng)景內(nèi)設(shè)備的外觀、比例、動(dòng)作及顯示方式、邏輯關(guān)系等與地鐵真實(shí)情況相一致，并能夠隨著演練實(shí)時(shí)發(fā)生相對(duì)應(yīng)的改變?cè)O(shè)備的各種狀態(tài)。

3)系統(tǒng)內(nèi)主要電氣、電子、機(jī)械系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、關(guān)聯(lián)關(guān)系及動(dòng)作時(shí)序均根據(jù)實(shí)際作業(yè)環(huán)境進(jìn)行一對(duì)一的仿真。

4)系統(tǒng)內(nèi)各種設(shè)備能夠正確反應(yīng)系統(tǒng)固有的控制邏輯關(guān)系，所有的操作信息能夠根據(jù)實(shí)際情況實(shí)時(shí)更新并輸出相關(guān)的仿真計(jì)算結(jié)果。[3，4]

由此，實(shí)訓(xùn)仿真系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)構(gòu)成包括：一個(gè)電源屏，一架繼電器組合架，一架分線柜，一架聯(lián)鎖主機(jī)柜（二乘二取二），兩臺(tái)聯(lián)鎖操作表示機(jī)（雙機(jī)熱備），一臺(tái)計(jì)軸仿真機(jī)，一臺(tái)查詢應(yīng)答器仿真機(jī)，一臺(tái)電務(wù)維修機(jī)，一套單開道岔現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)置如圖1 所示。

圖1 道岔信號(hào)仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig.1 Turnout signal simulation training system structure

聯(lián)鎖操作表示機(jī)的線路設(shè)計(jì)如圖2 所示。

圖2 聯(lián)鎖操作表示機(jī)線路圖設(shè)計(jì)Fig.2 Interlocking operation indicator circuit diagram design

該實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)可以進(jìn)行計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖設(shè)備基礎(chǔ)認(rèn)知實(shí)訓(xùn)，信號(hào)機(jī)實(shí)訓(xùn)，轉(zhuǎn)轍機(jī)實(shí)訓(xùn)，計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖接口電路故障處理實(shí)訓(xùn)，計(jì)軸、查詢應(yīng)答器仿真實(shí)訓(xùn)等，具體實(shí)訓(xùn)功能如下。

1）計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖設(shè)備基礎(chǔ)認(rèn)知實(shí)訓(xùn)：通過各現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的具體設(shè)置，學(xué)習(xí)一套計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)組成，各組成設(shè)備的工作狀態(tài)及工作原理。

2）信號(hào)機(jī)實(shí)訓(xùn)：學(xué)習(xí)信號(hào)機(jī)顯示原理，開信號(hào)機(jī)后蓋（確保系統(tǒng)沒有上電以保證人生安全）學(xué)習(xí)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，學(xué)習(xí)信號(hào)點(diǎn)燈單元，學(xué)習(xí)點(diǎn)燈單元原理及配線方法，信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈電路室外混線處理作業(yè)實(shí)驗(yàn)；信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈電路室外線纜開路處理作業(yè)實(shí)驗(yàn)；信號(hào)機(jī)日常外部?jī)?nèi)部檢查，清掃實(shí)訓(xùn)等。

3）轉(zhuǎn)轍機(jī)實(shí)訓(xùn)：系統(tǒng)設(shè)置一臺(tái)S700K 轉(zhuǎn)轍機(jī)（可另外單獨(dú)配備其他型號(hào)轉(zhuǎn)轍機(jī)數(shù)臺(tái)），學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)轍機(jī)工作原理及內(nèi)部結(jié)構(gòu)、動(dòng)作桿、表示桿日常檢查、調(diào)整、清掃實(shí)訓(xùn)。電動(dòng)轉(zhuǎn)轍設(shè)備檢修作業(yè)實(shí)訓(xùn)； 測(cè)試電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)各項(xiàng)指標(biāo)實(shí)驗(yàn)；道岔控制電路室外混線故障處理作業(yè)實(shí)驗(yàn)；道岔控制電路電纜開路故障處理作業(yè)實(shí)驗(yàn)；道岔表示電路室外混線故障處理作業(yè)實(shí)驗(yàn)。

4）計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖接口電路故障處理實(shí)訓(xùn)：通過人工設(shè)置在繼電器組合架上的故障模擬盤來設(shè)置各種現(xiàn)場(chǎng)常見設(shè)備故障，培訓(xùn)員工或?qū)W員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備故障情況下的應(yīng)急處理機(jī)制。故障可以自己設(shè)置，自己排除，也可以由教師設(shè)置要求員工或?qū)W員排除以考核其學(xué)習(xí)成果及對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的操控能力。故障設(shè)計(jì)如表1 所示。

5）計(jì)軸、查詢應(yīng)答器仿真實(shí)訓(xùn)

計(jì)軸、查詢應(yīng)答器仿真實(shí)訓(xùn)可以清楚的看到單開道岔線路中計(jì)軸器，查詢應(yīng)答器的工作狀態(tài)，進(jìn)行設(shè)備狀態(tài)的判定，故障處理。其界面設(shè)計(jì)如圖3 所示。

圖3 計(jì)軸、查詢應(yīng)答器仿真界面Fig.3 Axle counter and acquisition balise simulation interface

3 某線路計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在以上實(shí)物信號(hào)道岔仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，仍然缺少對(duì)線路整體聯(lián)鎖區(qū)的認(rèn)知，由此需要設(shè)計(jì)一套完整線路聯(lián)鎖區(qū)的計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)。該系統(tǒng)由純軟件編程完成，整體網(wǎng)絡(luò)需要包含學(xué)員臺(tái)若干套及教師機(jī)1 套，每套學(xué)員臺(tái)可單機(jī)進(jìn)行操作實(shí)現(xiàn)完整聯(lián)鎖操作和邏輯處理，也可連入中心ATS 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行聯(lián)機(jī)運(yùn)行。每套系統(tǒng)有獨(dú)立后臺(tái)數(shù)據(jù)系統(tǒng)，教員臺(tái)可以對(duì)學(xué)員臺(tái)進(jìn)行故障注入操作(包含道岔、信號(hào)機(jī)、計(jì)軸區(qū)段)，可通過后臺(tái)數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)實(shí)時(shí)產(chǎn)生行車數(shù)據(jù)在線運(yùn)行，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)如進(jìn)路辦理與取消等操作。[5，6]

表1 故障設(shè)置Tab.1 Failure setting

系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)由三大子系統(tǒng)組成：聯(lián)鎖子系統(tǒng)，IO 控制單元子系統(tǒng)，現(xiàn)地工作站子系統(tǒng)。

1） 聯(lián)鎖子系統(tǒng)

聯(lián)鎖機(jī)應(yīng)用軟件運(yùn)行于計(jì)算機(jī)平臺(tái)之上，通過與IO 控制單元通信，能夠完成對(duì)信號(hào)機(jī)、道岔、軌道電路及計(jì)軸等軌旁設(shè)備的狀態(tài)采集和驅(qū)動(dòng)，通過與其他子系統(tǒng)通信獲得地面、車載的相應(yīng)信息?？梢詫?shí)現(xiàn)進(jìn)路控制功能，信號(hào)機(jī)控制功能，道岔控制功能，站臺(tái)控制功能，軌旁設(shè)備狀態(tài)采集和驅(qū)動(dòng)功能，數(shù)據(jù)通信和通信狀態(tài)監(jiān)控功能。集成在聯(lián)鎖下位機(jī)程序中完成。

2）IO 控制單元子系統(tǒng)

IO 控制單元子系統(tǒng)作為聯(lián)鎖系統(tǒng)的執(zhí)行表示層，需要接收聯(lián)鎖主機(jī)子系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)命令，判斷驅(qū)動(dòng)命令是否正確，正確后則驅(qū)動(dòng)繼電器動(dòng)作；采集繼電器節(jié)點(diǎn)狀態(tài)，并反饋給聯(lián)鎖主機(jī)子系統(tǒng)。同時(shí)對(duì)于分布式聯(lián)鎖系統(tǒng)，一個(gè)聯(lián)鎖主機(jī)子系統(tǒng)會(huì)連接多個(gè)IO 控制單元子系統(tǒng)。

界面設(shè)計(jì)如圖4 所示。左側(cè)為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備仿真界面，右側(cè)為聯(lián)鎖接口電路組合架仿真軟件界面。左側(cè)采用類似站場(chǎng)圖的模式模擬信號(hào)軌旁設(shè)備，如軌道區(qū)段、信號(hào)機(jī)、轉(zhuǎn)轍機(jī)、站臺(tái)安全門、緊急停車按鈕、防淹門設(shè)備。均可以在相應(yīng)圖標(biāo)上通過左鍵設(shè)置器狀態(tài)，在道岔處點(diǎn)擊左鍵即可以設(shè)置各個(gè)繼電器狀態(tài)即現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備狀態(tài)。同樣，在軟件右側(cè)的組合架仿真界面也可以勾選相應(yīng)設(shè)備設(shè)備的繼電器狀態(tài)來設(shè)置現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備狀態(tài)。效果與在左側(cè)設(shè)置一致。

3）現(xiàn)地工作站子系統(tǒng)

作為聯(lián)鎖系統(tǒng)中的上位機(jī)，負(fù)責(zé)與聯(lián)鎖下位機(jī)之間進(jìn)行信號(hào)設(shè)備的控制命令和顯示狀態(tài)的交互，在有單元控制臺(tái)的地方，現(xiàn)地工作站還負(fù)責(zé)單元控制臺(tái)與聯(lián)鎖機(jī)之間的命令和站場(chǎng)狀態(tài)的數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)?，F(xiàn)地工作站子系統(tǒng)能夠提供人機(jī)界面，顯示完整的聯(lián)鎖設(shè)備集中區(qū)站場(chǎng)及相關(guān)信息的畫面，提供命令工具條以供操作下發(fā)命令?，F(xiàn)地工作站子系統(tǒng)界面包括某線路所有聯(lián)鎖區(qū)。其中根據(jù)實(shí)際線路情況設(shè)計(jì)某聯(lián)鎖區(qū)仿真界面如圖5 所示。

其中各聯(lián)鎖區(qū)功能設(shè)計(jì)如表2 所示。

4 總結(jié)

本文設(shè)計(jì)一套比較完整的城市軌道交通計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括兩大部分組成，一是實(shí)物道岔信號(hào)仿真系統(tǒng)，可以模擬城市軌道交通線路所有信號(hào)設(shè)備工作情況，同時(shí)進(jìn)行完整的操作訓(xùn)練。二是在此基礎(chǔ)上配備一套完整的某線路所有聯(lián)鎖區(qū)的實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，加強(qiáng)對(duì)不同聯(lián)鎖區(qū)線路的認(rèn)知，故障的處理等。兩套系統(tǒng)的結(jié)合能夠徹底解決目前信號(hào)專業(yè)人員技能的基礎(chǔ)訓(xùn)練，同時(shí)該實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可以為中高職院校信號(hào)專業(yè)實(shí)訓(xùn)建設(shè)提供一種非常好的解決方案。

圖4 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備仿真界面Fig.4 Field equipment simulation interface

圖5 現(xiàn)地工作站仿真界面 Fig.5 Field workstation simulation interface

表2 現(xiàn)地工作站功能按鈕設(shè)計(jì)Tab.2 Field workstation function button design