張 燕，方 峰，張銳

（1、2 中國(guó)鐵路蘭州局集團(tuán)有限公司工電檢測(cè)所，工程師；3、蘭州安信鐵路科技有限公司，甘肅省工業(yè)交通自動(dòng)化工程技術(shù)研究中心，工程師；1、2、3 甘肅 蘭州，730070）

目前，國(guó)內(nèi)絕大部分鐵路車站都安裝和使用了計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)［1-2］。計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖是鐵路系統(tǒng)中非常重要的信號(hào)機(jī)電設(shè)備，直接關(guān)系著鐵路的運(yùn)營(yíng)效率和運(yùn)輸安全。其邏輯關(guān)系在該系統(tǒng)中處于重要地位，起著控制軌旁設(shè)備、保持行車間隔的作用，是保證列車運(yùn)行安全的最后一道屏障［1］。所以，計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)是一個(gè)安全苛求系統(tǒng)，對(duì)可靠性、安全性以及穩(wěn)定性要求極高，安全完整性等級(jí)必須為SIL4級(jí)［2］。對(duì)于新建線或涉及聯(lián)鎖軟件變動(dòng)的站改，該車站的計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)都必須進(jìn)行聯(lián)鎖試驗(yàn)。所以，對(duì)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的任一改動(dòng)，都必須嚴(yán)格做好車站聯(lián)鎖試驗(yàn)。

如該聯(lián)鎖試驗(yàn)涉及到鐵路日常運(yùn)營(yíng)，必將大大降低運(yùn)輸效率，顯然很不實(shí)際。因此，對(duì)立的仿真試驗(yàn)是不可或缺的［2］。同時(shí)，只有加強(qiáng)對(duì)聯(lián)鎖試驗(yàn)的管理才能夠確保聯(lián)鎖系統(tǒng)的準(zhǔn)確性、嚴(yán)謹(jǐn)性。本文提出建立局級(jí)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖仿真試驗(yàn)中心，旨在解決目前聯(lián)鎖仿真試驗(yàn)所存在的試驗(yàn)不便捷、周期長(zhǎng)、效率低、時(shí)效性差等問(wèn)題。

1 基本概念

1.1 計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖結(jié)構(gòu)用于鐵路運(yùn)輸安全管理的計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)是運(yùn)用“二乘二取二”技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)系統(tǒng)的控制，根據(jù)操作信息以及站場(chǎng)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行邏輯運(yùn)算，并配合集中聯(lián)鎖硬件設(shè)備，控制車站信號(hào)機(jī)、道岔、區(qū)段等信號(hào)設(shè)備，向操作人員提供現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備實(shí)時(shí)狀態(tài)。該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)可劃分為人機(jī)對(duì)話層、聯(lián)鎖層、執(zhí)行層、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層［1］，如圖1所示。

人機(jī)對(duì)話層主要包括操表機(jī)、維修機(jī)等人機(jī)交互設(shè)備。操表機(jī)的作用：一方面是通過(guò)接收操作人員的控制指令并將其轉(zhuǎn)化為控制命令發(fā)給聯(lián)鎖機(jī)，從而完成對(duì)軌旁相關(guān)設(shè)備的控制；另一方面可以實(shí)時(shí)接收聯(lián)鎖機(jī)采集的軌旁信號(hào)設(shè)備狀態(tài)信息并將其通過(guò)顯示界面反映給調(diào)度人員。維修機(jī)是聯(lián)鎖系統(tǒng)的診斷子系統(tǒng)，其作用是實(shí)時(shí)記錄操作人員的操作指令、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備狀態(tài)以及報(bào)警信息，并提供站場(chǎng)狀態(tài)回放功能，為維護(hù)人員維護(hù)系統(tǒng)、診斷故障提供依據(jù)。

聯(lián)鎖運(yùn)算層是系統(tǒng)的核心。該層的主要功能是接收人機(jī)對(duì)話層的操作命令和監(jiān)控層的設(shè)備信息，通過(guò)進(jìn)行聯(lián)鎖運(yùn)算產(chǎn)生輸出信息，交付給監(jiān)控層執(zhí)行、反饋給人機(jī)對(duì)話層進(jìn)行顯示，最終實(shí)現(xiàn)具有“故障—安全”特性的聯(lián)鎖功能。

執(zhí)行層主要由驅(qū)動(dòng)采集組匣和各種執(zhí)行電路組成，用于執(zhí)行聯(lián)鎖運(yùn)算層下達(dá)的操作命令，將操作命令轉(zhuǎn)換為電信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)軌旁聯(lián)鎖設(shè)備的控制，如根據(jù)安全運(yùn)輸需要實(shí)時(shí)開(kāi)放信號(hào)機(jī)、轉(zhuǎn)換道岔和開(kāi)關(guān)屏蔽門(mén)等；同時(shí)，還具有采集外部設(shè)備狀態(tài)并將其傳給聯(lián)鎖運(yùn)算層的功能。

現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層包括用于聯(lián)鎖控制的信號(hào)機(jī)、道岔和計(jì)軸區(qū)段等各類軌旁設(shè)備，是聯(lián)鎖系統(tǒng)的控制和監(jiān)測(cè)對(duì)象，根據(jù)執(zhí)行層傳輸?shù)男盘?hào)進(jìn)行動(dòng)作。

圖1 計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 聯(lián)鎖仿真試驗(yàn)內(nèi)容聯(lián)鎖仿真試驗(yàn)主要是對(duì)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的核心聯(lián)鎖軟件的可靠性和安全性進(jìn)行測(cè)試，聯(lián)鎖軟件往往由不同廠家編制，目前普遍做法是由鐵路企業(yè)中的電務(wù)部門(mén)、生產(chǎn)單位及人員赴不同聯(lián)鎖廠家公司進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)［3］。聯(lián)鎖仿真試驗(yàn)的目的在于檢查聯(lián)鎖關(guān)系是否正確，其方法大致分為兩種，一種是進(jìn)路式聯(lián)鎖仿真試驗(yàn)，另一種是功能式聯(lián)鎖仿真試驗(yàn)［3-4］，聯(lián)鎖仿真試驗(yàn)功能見(jiàn)表1。進(jìn)路式聯(lián)鎖仿真試驗(yàn)，是先按聯(lián)鎖表排列進(jìn)路，再按要求依次檢查信號(hào)機(jī)、道岔、敵對(duì)信號(hào)、軌道電路、敵對(duì)進(jìn)路等聯(lián)鎖關(guān)系是否正確。功能式聯(lián)鎖仿真試驗(yàn)，是依據(jù)聯(lián)鎖關(guān)系驗(yàn)證包括定、反位，列車進(jìn)路、調(diào)車進(jìn)路和引導(dǎo)鎖閉進(jìn)路等功能是否正確。

表1 聯(lián)鎖仿真試驗(yàn)功能表

2 局級(jí)仿真試驗(yàn)中心建設(shè)

2.1 建設(shè)內(nèi)容局級(jí)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖仿真試驗(yàn)中心采用分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)分散控制，集中管理，主要包括聯(lián)鎖計(jì)算機(jī)、電務(wù)維修機(jī)、設(shè)備狀態(tài)模擬機(jī)、服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)，聯(lián)鎖仿真試驗(yàn)中心拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖2所示。其中聯(lián)鎖計(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)采集站場(chǎng)狀態(tài)進(jìn)行聯(lián)鎖運(yùn)算并根據(jù)運(yùn)算結(jié)果控制繼電器動(dòng)作并將站場(chǎng)的相關(guān)信息傳給操作表示機(jī)；電務(wù)維修機(jī)負(fù)責(zé)接收站場(chǎng)狀態(tài)信息、提示信息、操作信息、檢修信息等；設(shè)備狀態(tài)模擬機(jī)為聯(lián)鎖計(jì)算機(jī)提供模擬軌道電路、道岔、信號(hào)機(jī)等設(shè)備狀態(tài)，本設(shè)備可以根據(jù)站場(chǎng)大小進(jìn)行靈活配置；服務(wù)器用于存儲(chǔ)聯(lián)鎖試驗(yàn)內(nèi)容及數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的管理功能；網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)，用于構(gòu)建局域網(wǎng)，連結(jié)外設(shè)與核心系統(tǒng)聯(lián)鎖計(jì)算機(jī)。

圖2 聯(lián)鎖仿真試驗(yàn)中心拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

通過(guò)以上分析可知，無(wú)論采用那種類型的試驗(yàn)方式，計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖仿真試驗(yàn)的重點(diǎn)內(nèi)容都是一樣的，具體要點(diǎn)如下所述［4］：

1）聯(lián)鎖試驗(yàn)準(zhǔn)備工作以及試驗(yàn)方案的制定。

2）校準(zhǔn)核對(duì)控制臺(tái)站場(chǎng)顯示以及信號(hào)平面布置圖與真實(shí)站場(chǎng)的一致性，重點(diǎn)檢查侵限絕緣節(jié)位置、信號(hào)機(jī)禁止燈光顯示、道岔定反位開(kāi)向等內(nèi)容。

3）校核I/O 口，首先要校核聯(lián)鎖軟件研發(fā)公司提供的信息表與施工設(shè)計(jì)圖紙的I/O 信息位的一致性。對(duì)于不同接口模式的I/O 口的采用不同的校核方式，如對(duì)采用PLC接口模式的仿真試驗(yàn)，采取直接校核的方式，而對(duì)于采用數(shù)據(jù)接口模式的仿真試驗(yàn)則必須單獨(dú)對(duì)I/O口進(jìn)行校核。

4）對(duì)于聯(lián)鎖進(jìn)路表中未列出的部分聯(lián)鎖關(guān)系，在進(jìn)行常規(guī)聯(lián)鎖試驗(yàn)前應(yīng)先對(duì)未列出的聯(lián)鎖關(guān)系進(jìn)行校核。

5）常規(guī)聯(lián)鎖試驗(yàn)前，對(duì)各種結(jié)合電路，例如與方向電路的結(jié)合，要先進(jìn)行仿真試驗(yàn)，這項(xiàng)工作對(duì)試驗(yàn)人員的素質(zhì)要求非常高，也是聯(lián)鎖試驗(yàn)最容易出現(xiàn)問(wèn)題的環(huán)節(jié)。

6）針對(duì)非正常情況的聯(lián)鎖試驗(yàn)，窮舉要求很難做到，可視具體站場(chǎng)情況，對(duì)概率最大的非正常情況進(jìn)行仿真試驗(yàn)。

2.2 中心功能中心應(yīng)具備操作、顯示及信息轉(zhuǎn)發(fā)功能。中心的操作界面應(yīng)與既有系統(tǒng)的界面和操作方法完全相同，如此有利于相關(guān)人員快速上手，操作功能，例如辦理進(jìn)路等，接收到的操作按鈕信息通過(guò)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)傳給聯(lián)鎖計(jì)算機(jī)。顯示功能主要顯現(xiàn)聯(lián)鎖機(jī)的站場(chǎng)狀態(tài)、系統(tǒng)運(yùn)行狀況、警示信息等，對(duì)主要故障及差錯(cuò)應(yīng)進(jìn)行語(yǔ)音播報(bào)［5］。信息轉(zhuǎn)發(fā)就是將站場(chǎng)狀態(tài)信息、報(bào)警信息等轉(zhuǎn)發(fā)給電務(wù)維修機(jī)，它將記錄保存這些信息。

2.3 具體實(shí)現(xiàn)方式局級(jí)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖仿真試驗(yàn)中心應(yīng)具備如圖3所示功能：

圖3 計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖仿真試驗(yàn)中心功能

1）應(yīng)兼容不同版本的聯(lián)鎖仿真軟件，包括目前國(guó)內(nèi)在用的主流廠家聯(lián)鎖功能軟件，可以做到自由切換，同時(shí)具備語(yǔ)音識(shí)別，語(yǔ)音交流的功能，實(shí)現(xiàn)流暢的人機(jī)交流，方便聯(lián)鎖試驗(yàn)；

2）可以向聯(lián)鎖試驗(yàn)提供必備的基本信息，例如道岔定反位表示、軌道電路占用和出清狀態(tài)以及信號(hào)機(jī)開(kāi)放與關(guān)閉和燈絲斷絲等。

3）當(dāng)聯(lián)鎖系統(tǒng)的聯(lián)鎖關(guān)系存在問(wèn)題時(shí)，在本地可直接進(jìn)行再現(xiàn)試驗(yàn)，便于故障診斷分析和聯(lián)鎖的日常管理。

4）具備培訓(xùn)教學(xué)功能，提高相關(guān)人員（聯(lián)鎖工程師）的理論和實(shí)踐素質(zhì)。

3 中心建設(shè)重要性

計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖方法和設(shè)備已被廣泛運(yùn)用安全生產(chǎn)，聯(lián)鎖軟件是計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖的中樞，現(xiàn)在鐵路企業(yè)普遍的方法是電務(wù)人員赴不同聯(lián)鎖廠家在廠家的試驗(yàn)平臺(tái)上進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)合格后上道使用，并且計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖軟件一旦上道完成建設(shè)并使用后，受維修條件、周邊環(huán)境的限制，不能進(jìn)行全面聯(lián)鎖關(guān)系試驗(yàn)，也不能進(jìn)行故障復(fù)現(xiàn)，并且相關(guān)人員不能及時(shí)知道故障原因，對(duì)鐵路運(yùn)輸安全構(gòu)成較大隱患。因此，建設(shè)局級(jí)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖仿真試驗(yàn)中心具有關(guān)鍵意義。

在試驗(yàn)中心內(nèi)可對(duì)聯(lián)鎖關(guān)系進(jìn)行全面試驗(yàn)，節(jié)約天窗時(shí)間；

1）當(dāng)聯(lián)鎖出現(xiàn)故障時(shí)，可在試驗(yàn)中心進(jìn)行故障回放測(cè)試，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，提高時(shí)效性；

2）相關(guān)電務(wù)人員可在試驗(yàn)中心接受培訓(xùn)，有助于其快速熟悉聯(lián)鎖知識(shí)及操作方法以及故障處理措施，提高試驗(yàn)人員的綜合試驗(yàn)?zāi)芰Γ?/p>

3）中心設(shè)備融合不同廠家的計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖軟件，可以自由切換，解決了版本兼容問(wèn)題。

4）有利于提高聯(lián)鎖仿真試驗(yàn)的質(zhì)量和效率，有利于解決聯(lián)鎖關(guān)系問(wèn)題的及時(shí)試驗(yàn)分析，有利于提高聯(lián)鎖管理、維護(hù)、試驗(yàn)人員的理論、實(shí)踐素質(zhì)，有利于提高鐵路運(yùn)營(yíng)單位聯(lián)鎖工程師管理水平。

4 結(jié)語(yǔ)

建立計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖仿真試驗(yàn)室，包含整套的信號(hào)設(shè)備，分別納入主流廠家的計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖功能。本文主要介紹了計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖的結(jié)構(gòu)以及聯(lián)鎖仿真試驗(yàn)的內(nèi)容，總結(jié)出目前聯(lián)鎖試驗(yàn)存在試驗(yàn)效率低、試驗(yàn)不徹底等問(wèn)題，提出建立局級(jí)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖仿真試驗(yàn)中心，以方便試驗(yàn)人員在發(fā)現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，可直接在本地再現(xiàn)試驗(yàn)問(wèn)題，及時(shí)與局級(jí)電務(wù)部、電務(wù)段技術(shù)人員交流，提高運(yùn)營(yíng)效率和安全。