謝智多，孫瑞

某城市軌道交通線路全電子聯(lián)鎖系統(tǒng)，在運(yùn)營使用過程中有時(shí)會發(fā)生因道岔模塊死機(jī)故障導(dǎo)致道岔無法正常操動的問題。當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，通常需對道岔模塊進(jìn)行手動復(fù)位操作，才能使道岔操動恢復(fù)正常。通過分析發(fā)現(xiàn)，瞬間檢測不良可能是導(dǎo)致道岔模塊死機(jī)的主要原因，但當(dāng)前暫無有效的解決辦法。由于地鐵運(yùn)營列車間隔時(shí)間短，道岔模塊故障會對列車運(yùn)行造成很大影響。為了最大限度地減小此類故障對運(yùn)營的影響，地鐵公司在各車站配備信號值班人員進(jìn)行24 h值守，這不僅造成運(yùn)營成本增加，也給信號設(shè)備維護(hù)人員帶來很大的工作壓力。因此，設(shè)計(jì)一套在道岔模塊出現(xiàn)死機(jī)故障時(shí)能夠及時(shí)快速發(fā)現(xiàn)、精準(zhǔn)定位報(bào)警、遠(yuǎn)程控制復(fù)位的故障應(yīng)急處理系統(tǒng)，是地鐵公司的迫切需求［1-3］。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

道岔模塊復(fù)位控制系統(tǒng)由中心服務(wù)器、控制終端、車站控制單元、通信單元及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 道岔模塊復(fù)位控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

道岔模塊復(fù)位控制系統(tǒng)在每個(gè)車站設(shè)置1個(gè)通信單元，負(fù)責(zé)與中心服務(wù)器進(jìn)行通信，接收復(fù)位控制命令并上傳道岔模塊狀態(tài)信息；對應(yīng)每個(gè)道岔模塊設(shè)置1個(gè)控制單元，負(fù)責(zé)與車站通信單元通信，接收控制命令并上傳道岔模塊狀態(tài)信息；中心服務(wù)器負(fù)責(zé)與各站通信單元通信，收集各站信息并下達(dá)控制命令；控制終端負(fù)責(zé)提供人機(jī)交互界面，并與中心服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。

1.1 控制單元設(shè)計(jì)

1）設(shè)計(jì)方案。當(dāng)?shù)啦砟K死機(jī)時(shí)，對應(yīng)通道的故障指示燈點(diǎn)亮，因此可以通過實(shí)時(shí)監(jiān)測故障指示燈狀態(tài)，判斷道岔模塊是否出現(xiàn)死機(jī)故障［4］。當(dāng)?shù)啦砟K故障時(shí)，通過控制單元的復(fù)位執(zhí)行電路對道岔模塊進(jìn)行復(fù)位操作，等同于人為按壓復(fù)位按鈕。

為了提高故障指示燈狀態(tài)采集的準(zhǔn)確性，對每個(gè)通道的故障燈狀態(tài)進(jìn)行雙路采集。由于每個(gè)道岔模塊設(shè)有2條通道，因此每個(gè)控制單元設(shè)計(jì)4路故障指示燈狀態(tài)采集電路。

為了滿足信號產(chǎn)品對安全性能的要求，復(fù)位執(zhí)行電路采用雙脈沖控制電路加無觸點(diǎn)開關(guān)的方式執(zhí)行復(fù)位操作。通過對脈沖控制電路進(jìn)行周期性自檢，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)復(fù)位執(zhí)行電路的故障，并報(bào)送給復(fù)位控制系統(tǒng)的中心服務(wù)器［5-6］。

控制單元將采集到的故障指示燈及自身的工作狀態(tài)信息通過CAN總線發(fā)送給通信單元，通信單元通過以太網(wǎng)將信息傳送給中心服務(wù)器，各控制終端可以通過中心服務(wù)器獲取這些信息并進(jìn)行展示。操作人員可根據(jù)報(bào)警提示確認(rèn)是否需要進(jìn)行復(fù)位操作，當(dāng)選擇復(fù)位操作時(shí)，系統(tǒng)下達(dá)控制命令給相應(yīng)的控制單元，執(zhí)行遠(yuǎn)程復(fù)位道岔模塊的操作。

2）硬件原理。對故障指示燈狀態(tài)的采集，可通過光電耦合器件和施密特觸發(fā)電路，采集故障指示燈端電壓，對波形進(jìn)行整形處理后輸出狀態(tài)信號，這種方式對原電路的正常工作產(chǎn)生較小的影響［7］。

故障指示燈狀態(tài)監(jiān)測采用雙路并聯(lián)采樣方式，這種采集方式可以保證當(dāng)一路取樣電路故障時(shí)不影響整體的采集功能［8］。同時(shí)，通過雙路并聯(lián)采集電路的相互校驗(yàn)，完成采樣電路自檢的功能。故障指示燈狀態(tài)采集電路原理見圖2。

圖2 故障指示燈狀態(tài)采集電路原理

當(dāng)接收到復(fù)位操作命令時(shí)，控制單元通過脈沖信號控制復(fù)位信號動態(tài)隔離電源輸出，使動態(tài)隔離電源1、動態(tài)隔離電源2同時(shí)工作，無觸點(diǎn)開關(guān)K1、K2同時(shí)閉合，復(fù)位信號線與地線連通，通過將復(fù)位管腳電平拉低實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。復(fù)位控制電路原理見圖3。

圖3 復(fù)位控制電路原理

1.2 通信單元設(shè)計(jì)

通信單元由雙CAN總線接口、以太網(wǎng)接口及MPU處理器等組成。

1）CAN總線。雙CAN總線與復(fù)位控制單元組成CAN總線控制環(huán)，完成局部工業(yè)網(wǎng)功能，保證通信暢通和實(shí)時(shí)控制。

2）以太網(wǎng)接口。接收服務(wù)器下達(dá)的控制命令，通過CAN總線傳達(dá)給相應(yīng)的控制單元執(zhí)行，并將執(zhí)行的結(jié)果反饋給服務(wù)器。當(dāng)無命令執(zhí)行時(shí)，定時(shí)將所管理的控制單元的狀態(tài)信息發(fā)送到中心服務(wù)器。

3）MPU處理器。將雙CAN總線及網(wǎng)口實(shí)時(shí)緊密聯(lián)系起來，完成信息的橋接及部分變量的暫存。

1.3 軟件結(jié)構(gòu)

根據(jù)道岔模塊復(fù)位控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，系統(tǒng)軟件采用模塊化設(shè)計(jì)，主要由終端軟件、服務(wù)器軟件和下位機(jī)軟件3部分構(gòu)成［9］。

1）終端軟件。終端軟件共設(shè)計(jì)7個(gè)模塊：操作顯示模塊提供人機(jī)界面供操作人員使用，并將執(zhí)行的結(jié)果進(jìn)行展示；報(bào)警模塊負(fù)責(zé)對道岔模塊死機(jī)的信息進(jìn)行記錄和分析；用戶管理模塊負(fù)責(zé)處理用戶管理、權(quán)限設(shè)置、密碼設(shè)置、復(fù)位模式設(shè)置等操作；存儲模塊負(fù)責(zé)對報(bào)警信息及復(fù)位操作信息進(jìn)行存儲；統(tǒng)計(jì)模塊負(fù)責(zé)對報(bào)警信息及復(fù)位操作信息按照車站、道岔、日期、次數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)；查詢模塊負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)條件檢索功能，可以按照類別、時(shí)間、車站、道岔等條件進(jìn)行查詢；通信處理模塊負(fù)責(zé)與中心服務(wù)器進(jìn)行通信，收發(fā)相關(guān)命令及信息。

2）服務(wù)器軟件。服務(wù)器軟件共設(shè)計(jì)4個(gè)模塊：操作顯示模塊提供人機(jī)界面供操作人員使用，并將執(zhí)行的結(jié)果進(jìn)行展示；存儲模塊負(fù)責(zé)對報(bào)警信息及復(fù)位操作信息進(jìn)行存儲；分析處理模塊負(fù)責(zé)分析處理與業(yè)務(wù)相關(guān)的信息；通信處理模塊負(fù)責(zé)與終端進(jìn)行通信，并將信息發(fā)送給下位機(jī)，同時(shí)接收下位機(jī)回送信息。

3）下位機(jī)軟件。下位機(jī)軟件共設(shè)計(jì)3個(gè)模塊：通信處理模塊負(fù)責(zé)與中心服務(wù)器進(jìn)行通信；執(zhí)行模塊負(fù)責(zé)命令執(zhí)行，將要執(zhí)行的命令傳送給復(fù)位電路，實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作；控制處理模塊將上位機(jī)傳送來的命令傳送給執(zhí)行模塊去執(zhí)行、或者按照服務(wù)器下放的權(quán)限，根據(jù)采集到的故障指示燈狀態(tài)自動判斷操作時(shí)機(jī)。

4）數(shù)據(jù)流程圖。道岔模塊復(fù)位控制系統(tǒng)軟件數(shù)據(jù)流程見圖4。

圖4 系統(tǒng)軟件數(shù)據(jù)流程

2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

1）故障自動報(bào)警功能。當(dāng)控制單元檢測到故障指示燈點(diǎn)亮?xí)r，自動將報(bào)警信息通過通信單元上傳到中心服務(wù)器，由中心服務(wù)器分析處理后推送給各控制終端。

2）手動復(fù)位功能。信號設(shè)備維護(hù)人員通過控制終端查看報(bào)警信息，由具有控制權(quán)限的人員確認(rèn)并發(fā)起復(fù)位操作命令，通過中心服務(wù)器處理后，經(jīng)過通信單元下發(fā)到控制單元，并執(zhí)行復(fù)位操作。

3）自動復(fù)位功能。在報(bào)警采集及復(fù)位操作被認(rèn)定為可靠的情況下，由具有控制權(quán)限的人員在控制終端上設(shè)定自動復(fù)位功能，該功能可以在系統(tǒng)檢測到報(bào)警后自動執(zhí)行復(fù)位操作，同時(shí)將報(bào)警及復(fù)位操作信息記錄下來，供運(yùn)維人員查詢。

4）用戶管理功能。包括用戶管理、密碼設(shè)置、權(quán)限設(shè)置、復(fù)位模式設(shè)置等。

5）報(bào)警信息存儲功能。系統(tǒng)對報(bào)警信息及復(fù)位操作信息進(jìn)行存儲，存儲時(shí)間不小于1年。

6）統(tǒng)計(jì)功能。系統(tǒng)對報(bào)警信息及復(fù)位操作信息按照車站、道岔、日期、次數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并通過日、月、年報(bào)表的形式進(jìn)行展示。

7）查詢功能。系統(tǒng)支持條件檢索功能，可以按照類別、時(shí)間、車站、道岔等條件進(jìn)行查詢。

3 管理流程設(shè)計(jì)

系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制道岔模塊復(fù)位操作管理流程［10］見圖5。通過車站控制單元采集故障指示燈狀態(tài)，采集信息實(shí)時(shí)上傳中心服務(wù)器進(jìn)行分析處理；當(dāng)發(fā)現(xiàn)故障指示燈點(diǎn)亮?xí)r，向控制終端推送報(bào)警信息，由有操作權(quán)限的維護(hù)人員進(jìn)行判斷，如果是故障狀態(tài)，則向車站下達(dá)復(fù)位操作命令，車站復(fù)位控制單元接收命令后執(zhí)行復(fù)位操作。

圖5 復(fù)位操作流程圖

4 結(jié)論

全電子聯(lián)鎖道岔模塊復(fù)位控制系統(tǒng)是根據(jù)地鐵運(yùn)營公司對道岔模塊死機(jī)故障快速復(fù)位的需求而設(shè)計(jì)的，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了道岔模塊死機(jī)狀態(tài)的準(zhǔn)確識別、故障自動報(bào)警、手動復(fù)位、自動復(fù)位、報(bào)警存儲、報(bào)警統(tǒng)計(jì)、報(bào)警查詢等功能，能夠滿足道岔模塊死機(jī)故障快速復(fù)位的需求，最大限度地縮短了運(yùn)營過程中的故障處理時(shí)間。