李迎春 歐陽敏 夏蕓

（卡斯柯信號有限公司 上海市 200071）

傳統(tǒng)的聯(lián)鎖系統(tǒng)需要通過繼電器控制軌旁信號設(shè)備，而全電子聯(lián)鎖系統(tǒng)不再需要繼電器，直接控制軌旁信號設(shè)置。以其空間小、成本低、可維護性強、集成度高、可靠性強和組網(wǎng)靈活等優(yōu)點，在新一代聯(lián)鎖產(chǎn)品中嶄露頭角。廣州、深圳、杭州等城市軌道交通信號系統(tǒng)項目已經(jīng)規(guī)劃了若干個試點[1]，例如深圳地鐵十六號線和二十號線的信號系統(tǒng)都將采用全電子聯(lián)鎖系統(tǒng)。隨著全電子聯(lián)鎖系統(tǒng)的推廣，地鐵信號系統(tǒng)的現(xiàn)場調(diào)試工作量將會越來越大。為減少現(xiàn)場調(diào)試工作量，搭建配置全電子聯(lián)鎖系統(tǒng)的室內(nèi)集成測試平臺環(huán)境和制定可行的室內(nèi)測試策略勢在必行。由于室內(nèi)集成測試平臺和傳統(tǒng)的聯(lián)鎖系統(tǒng)之間有接口繼電器[2-4]，且其接口協(xié)議和接口方式與全電子聯(lián)鎖的不同，導(dǎo)致現(xiàn)有的接口工具不能匹配全電子聯(lián)鎖系統(tǒng)，為此本文研究并設(shè)計了聯(lián)鎖接口工具CIAdapter，此工具能夠在室內(nèi)集成測試平臺和全電子聯(lián)鎖系統(tǒng)之間準(zhǔn)確高效地進行信息交互，并且此工具具有友好的人機界面，方便注入異常輸入，能更好地設(shè)計信號系統(tǒng)的測試運營場景。

1 聯(lián)鎖接口工具CIAdapter提出的必要性

1.1 室內(nèi)集成測試平臺

在室內(nèi)測試地鐵信號系統(tǒng)時，由于無法使用真實的軌旁信號設(shè)備和車輛，所以需要搭建模擬軌旁信號設(shè)備和車輛的地鐵信號系統(tǒng)室內(nèi)集成測試平臺。室內(nèi)集成測試平臺結(jié)構(gòu)如圖1所示[5]，該測試平臺所使用的真實信號子系統(tǒng)設(shè)備包括ATS 設(shè)備、聯(lián)鎖設(shè)備、維護監(jiān)測設(shè)備、區(qū)域控制器（ZC）設(shè)備、線路控制器（LC）以及車載（CC）等。室內(nèi)集成測試平臺主要仿真模擬信號機、道岔、計軸、屏蔽門等軌旁信號設(shè)備以及車輛、天線、信標(biāo)編碼里程計等，并與車載、列車自動控制系統(tǒng)和聯(lián)鎖子系統(tǒng)進行信息交互，該平臺可將所有信號子系統(tǒng)有機聯(lián)動起來進行真實的地鐵運營場景測試。

圖1：地鐵信號系統(tǒng)室內(nèi)集成測試平臺結(jié)構(gòu)圖

集成測試平臺以模擬設(shè)備的形式處理與聯(lián)鎖及車載接口的輸入輸出。其中，模擬設(shè)備分配部分定義了測試平臺中所有的模擬設(shè)備，如信號機、軌旁信標(biāo)、道岔轉(zhuǎn)轍機、計軸、站臺屏蔽門以及車輛等；接口定義部分則針對每一類設(shè)備定義其所包含的輸入和輸出變量碼位以及碼位類型。腳本編寫部分包含碼位邏輯的編寫，如信號機點燈邏輯、站臺門的開關(guān)邏輯，車輛電路邏輯等。

1.2 全電子聯(lián)鎖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

全電子聯(lián)鎖系統(tǒng)，聯(lián)鎖運算部分（IPS）與既有計算機聯(lián)鎖是完全相同的，其區(qū)別主要在于執(zhí)行表示部分，即全電子聯(lián)鎖執(zhí)行單元OC，它是IPS 與現(xiàn)場信號機、道岔、軌道電路等信號設(shè)備連接的通道。OC 機籠主要包括輸入輸出通信模塊、信號機驅(qū)動模塊、四六線制道岔模塊、25HZ 軌道電路模塊、五線制道岔模塊、零散采集模塊6 種類型模塊，實現(xiàn)對信號設(shè)備的驅(qū)動，其中包括信號機點燈、道岔轉(zhuǎn)換等，以及對信號機燈絲狀態(tài)、道岔表示、道岔啟動電流等信號設(shè)備狀態(tài)的采集。

如圖2所示[6]，OC 和IPS 通過雙網(wǎng)冗余連接的方式完成信息交換，OC 從IPS 接收聯(lián)鎖控制命令，例如信號機點燈控制命令、道岔轉(zhuǎn)換控制命令等。并向IPS 發(fā)送信號設(shè)備狀態(tài)信息，例如道岔表示狀態(tài)、信號機燈絲狀態(tài)等。

圖2：全電子聯(lián)鎖執(zhí)行單元OC 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

1.3 聯(lián)鎖接口工具CIAdapter的提出

通過上文室內(nèi)集成測試平臺和全電子聯(lián)鎖系統(tǒng)的介紹和調(diào)研，本文整理并分析了它們接口之間的特點和協(xié)議的具體內(nèi)容，在Visual Studio 2019 開發(fā)環(huán)境下使用C++語言開發(fā)了聯(lián)鎖接口工具CIAdapter。

2 聯(lián)鎖接口工具CIAdapter的設(shè)計需求

根據(jù)地鐵信號系統(tǒng)的特點，聯(lián)鎖接口工具CIAdapter 應(yīng)滿足以下需求：

（1）準(zhǔn)確性：全電子聯(lián)鎖系統(tǒng)和室內(nèi)集成測試平臺的仿真軌旁設(shè)備的碼位是一一對應(yīng)的，所以要求聯(lián)鎖接口工具CIAdapter 應(yīng)具有傳遞碼位的高準(zhǔn)確性。

（2）性能和時效性：CIAdapter 應(yīng)能容納大容量的聯(lián)鎖碼位，同時不影響轉(zhuǎn)發(fā)消息的實時性。

（3）可配置：IP、端口、需要保持隔離狀態(tài)的碼位、信號轉(zhuǎn)換規(guī)則等可配置。

（4）人機接口：可提供界面顯示接口模塊上傳輸?shù)男盘枖?shù)據(jù)、狀態(tài)（運行關(guān)鍵信息，出錯報警等），還能手工設(shè)置接口模塊上傳輸?shù)男盘枖?shù)據(jù)。

（5）兼容性：同時兼容真實聯(lián)鎖機柜和仿真聯(lián)鎖軟件，為真實聯(lián)鎖子系統(tǒng)和仿真聯(lián)鎖子系統(tǒng)提供同樣的交互消息。

3 聯(lián)鎖接口工具CIAdapter的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能

如圖3所示，聯(lián)鎖接口工具CIAdapter 包括2 個部分：接口模塊和人機界面。圖中輸出信號S0，主要包括道岔轉(zhuǎn)換控制命令、信號機點燈控制命令、計軸預(yù)復(fù)位、軌道電路占用等信號控制命令。輸入信號Si 主要包括道岔的表示狀態(tài)、信號機燈絲狀態(tài)、軌道電路占用狀態(tài)、計軸信息等軌旁設(shè)備狀態(tài)。

圖3：聯(lián)鎖接口工具CIAdapter 的結(jié)構(gòu)框圖

接口模塊包括發(fā)送、接收和控制模塊。發(fā)送模塊的主要功能是將控制模塊處理好的信號發(fā)送給仿真軌旁設(shè)備或者全電子聯(lián)鎖系統(tǒng)；接收模塊的主要功能是傳輸來自仿真軌旁設(shè)備或者全電子聯(lián)鎖系統(tǒng)的信號給控制模塊；控制模塊是接口模塊的核心，負責(zé)處理接收模塊傳輸來的信號。

控制模塊有兩種處理信號的過程。

過程1：從全電子聯(lián)鎖系統(tǒng)到仿真軌旁設(shè)備，由于全電子聯(lián)鎖系統(tǒng)是雙機熱備型系統(tǒng)，所以接收模塊接收的信號是全電子聯(lián)鎖雙機各自信號合并以后的狀態(tài)，若信號的狀態(tài)可隔離，控制模塊按照人機界面發(fā)送的修改指令改變該信號的狀態(tài)，傳輸給人機界面顯示，并將該信號通過發(fā)送模塊發(fā)送出去；若信號不可隔離，控制模塊直接輸出給人機界面顯示，并通過發(fā)送模塊發(fā)送出去；

過程2：從仿真軌旁設(shè)備到全電子聯(lián)鎖系統(tǒng)，接收模塊從仿真軌旁設(shè)備采集到信號后分解為兩路相同的信號，若兩路信號的狀態(tài)分別都可隔離，控制模塊根據(jù)人機界面送來的修改指令改變各自信號的狀態(tài)，傳輸給人機界面顯示，并將該信號傳輸給發(fā)送模塊輸入給對應(yīng)的聯(lián)鎖系統(tǒng)雙機；若兩路信號其中之一不可隔離，那么對應(yīng)的信號直接輸出給人機界面顯示，并通過發(fā)送模塊輸入給對應(yīng)的聯(lián)鎖系統(tǒng)。

人機界面的主要功能是顯示和控制輸出信號S0 和輸入信號Si。人機界面顯示接口模塊上傳輸?shù)男盘枲顟B(tài)；用戶通過點擊界面上對應(yīng)聯(lián)鎖碼位的右鍵菜單來實現(xiàn)信號的修改操作，人機界面將用戶的修改命令發(fā)送給接口模塊處理。通過修改操作可以模擬全電子聯(lián)鎖系統(tǒng)和仿真軌旁設(shè)備之間信號傳輸故障，便于測試異常地鐵運營場景。

此外人機界面還具有一些輔助功能，例如：

（1）為了快速查找某一個輸入輸出聯(lián)鎖碼位，操作主界面上可使用快捷鍵查找。

（2）顯示每個聯(lián)鎖碼位的名稱、發(fā)送/接收端、對應(yīng)站臺名等信息。

（3）界面上實時顯示提示軟件運行過程中出現(xiàn)的重要信息和出錯信息，提高程序的易用性。

4 聯(lián)鎖接口工具CIAdapter的基本工作流程

聯(lián)鎖接口工具CIAdapter 基本工作流程按其結(jié)構(gòu)框圖分為兩種，基本工作流程1 和基本工作流程2。其中基本工作流程1 是信號系統(tǒng)中信號自動傳輸?shù)倪^程，沒有人機界面的干擾；基本工作流程2是在人機界面控制信號表示的過程。

由于實驗室環(huán)境下OC 需要借助PLC 控制器來實現(xiàn)信息的采集和驅(qū)動，所以在基本工作流程1 中加入了PLC 控制器，如圖4所示。為了完整說明基本工作流程1，本文以信號系統(tǒng)中的道岔控制來舉例說明。舉例場景如下：列車行駛過程中需要道岔自動地由反位扳到定位，此時自動列車監(jiān)控系統(tǒng)（ATS）會發(fā)送道岔控制命令給IPS。

圖4：基本工作流程1

（1）IPS 將道岔控制命令發(fā)送給OC，OC 接收到IPS 的定反操命令后，設(shè)置全電子聯(lián)鎖機籠中道岔模塊的相應(yīng)碼位。

（2）PLC 控制器將采集到的OC 道岔模塊信息發(fā)送給CIAdapter， CIAdapter 將該道岔的正操DCJ-SBO 閉合，反操FCJSBO 斷開，并發(fā)送給室內(nèi)集成測試平臺。

（3）室內(nèi)集成測試平臺采集到CIAdapter 的道岔定反操信息后，把仿真道岔從反位扳到定位，道岔的定位狀態(tài)表示DBJ-DI 閉合，反位狀態(tài)表示FBJ-DI 斷開。

（4）道岔的定反位狀態(tài)經(jīng)過CIAdapter 發(fā)送給PLC 控制器，PLC 控制器驅(qū)動OC 的相應(yīng)道岔模塊。

IPS 采集OC 道岔模塊的信息后，將道岔的定反位表示信息發(fā)送給ATS 子系統(tǒng)。ATS 界面顯示該道岔為定位狀態(tài)，通車進路自動排列，列車順利地通過道岔繼續(xù)前行。

界面的基本工作流程2 如圖5所示，人機界面顯示接口模塊上傳輸?shù)男盘栃畔ⅰＳ脩粼诮缑嫔贤ㄟ^右鍵點擊碼位的菜單欄進行修改操作，接口模塊根據(jù)人機界面的修改指令改變對應(yīng)的聯(lián)鎖碼位值，修改后的信號信息通過發(fā)送模塊發(fā)送給全電子聯(lián)鎖系統(tǒng)或者仿真軌旁設(shè)備。按照上面的工作流程操作，可以模擬接口設(shè)備之間信號傳輸故障、注入錯誤輸入等異常測試場景，豐富地鐵信號系統(tǒng)的測試場景。

圖5：基本工作流程2

5 實例應(yīng)用

為了驗證CIAdapter 工具的正確性，本文使用內(nèi)部測試線項目信號系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和軟件按照圖6 的結(jié)構(gòu)圖搭建了室內(nèi)集成測試環(huán)境，其中OC 通過電纜連接到PLC 控制器，PLC 控制器和模擬計軸控制系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)連接到CIAdapter， CIAdapter 通過網(wǎng)絡(luò)和室內(nèi)集成測試平臺的仿真軌旁設(shè)備連接。

圖6：接口全電子聯(lián)鎖系統(tǒng)的室內(nèi)集成測試平臺系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

根據(jù)圖7所示的信號系統(tǒng)室內(nèi)集成測試基本流程，運行室內(nèi)信號系統(tǒng)測試環(huán)境，包括室內(nèi)集成測試平臺、聯(lián)鎖接口工具CIAdapter、全電子聯(lián)鎖機柜、ATS、ZC、LC 和CC 等其他真實信號設(shè)備。測試策略主要偏重測試信號系統(tǒng)有關(guān)聯(lián)鎖子系統(tǒng)的功能，不僅包括正常功能測試場景如列車以各種駕駛模式跑運行圖、CBTC 模式下自動掉頭作業(yè)、車載CC 與聯(lián)鎖屏蔽門的通信；還包括通過CIAdapter 人機界面人工注入錯誤輸入的異常測試場景，如列車行駛中接近道岔時發(fā)生擠岔、列車到站后和聯(lián)鎖子系統(tǒng)通信中斷等。執(zhí)行用例的過程中觀察CIAdapter 界面上碼位的變化，如圖8所示，碼位顯示和變換正確，驗證了全電子聯(lián)鎖系統(tǒng)和室內(nèi)集成測試平臺進行了正確的信號輸入輸出。

圖7：信號系統(tǒng)室內(nèi)集成測試基本流程

圖8：CIAdapter 人機界面

6 結(jié)語

聯(lián)鎖接口工具CIAdapter 為信號系統(tǒng)的室內(nèi)集成測試平臺和全電子聯(lián)鎖子系統(tǒng)提供了有效的信息交互。借助這個工具，項目搭建了全電子聯(lián)鎖系統(tǒng)的室內(nèi)集成測試平臺仿真環(huán)境，完成了測試線項目信號系統(tǒng)的系統(tǒng)集成信心測試，驗證了聯(lián)鎖接口工具CIAdapter的可用性和正確性，該工具已經(jīng)在國內(nèi)一些項目的地鐵信號系統(tǒng)的室內(nèi)集成測試中成功投入使用。CIAdapter 實現(xiàn)了全電子聯(lián)鎖地鐵信號系統(tǒng)項目的室內(nèi)集成測試，大大減少了全電子聯(lián)鎖系統(tǒng)和整個信號系統(tǒng)的現(xiàn)場調(diào)試工作量，對全電子聯(lián)鎖系統(tǒng)在城市軌道交通信號系統(tǒng)領(lǐng)域的推廣和應(yīng)用提供了重要的參考價值。