王定明

（中國鐵路昆明局集團(tuán)有限公司普洱職工培訓(xùn)基地，昆明 650208）

在鐵路新線、既有運(yùn)營線信號工程施工中，存在室內(nèi)、室外施工進(jìn)度不同步的情況，為確保信號聯(lián)鎖設(shè)備在規(guī)定時間點(diǎn)內(nèi)順利開通使用，通常在開通、新舊設(shè)備倒接前，分室內(nèi)、室外對新建信號聯(lián)鎖設(shè)備進(jìn)行開通前調(diào)試。室內(nèi)聯(lián)鎖設(shè)備存在配線較多、邏輯檢查復(fù)雜的現(xiàn)狀，當(dāng)室內(nèi)聯(lián)鎖設(shè)備安裝完成后，通常采取制作模擬室外站場信號設(shè)備的信號模擬盤配合室內(nèi)聯(lián)鎖設(shè)備開展模擬聯(lián)鎖試驗(yàn)工作，完成室內(nèi)聯(lián)鎖設(shè)備故障查找處理，待和室外站場信號設(shè)備連接時，信號模擬盤就失去存在的價值而廢棄。

在培訓(xùn)基地建設(shè)中，為最大限度滿足信號專業(yè)開展不同聯(lián)鎖制式實(shí)訓(xùn)需要，通常建設(shè)多套不同制式的室內(nèi)聯(lián)鎖設(shè)備，在綜合考慮站場占地面積、資金投入和建設(shè)必要性等基礎(chǔ)上，采取多套室內(nèi)聯(lián)鎖設(shè)備切換控制同一室外站場信號設(shè)備的方案進(jìn)行設(shè)計建設(shè)。當(dāng)室內(nèi)某一聯(lián)鎖設(shè)備控制室外站場信號設(shè)備時，其余聯(lián)鎖設(shè)備采用信號模擬盤替代室外站場信號設(shè)備配套室內(nèi)聯(lián)鎖設(shè)備使用。若室內(nèi)某一聯(lián)鎖設(shè)備聯(lián)鎖范圍與室外站場信號設(shè)備數(shù)量不一致，除了連接室外站場信號設(shè)備外，還需制作與室內(nèi)聯(lián)鎖范圍模擬設(shè)備一致的信號模擬盤，存在室外站場信號設(shè)備和信號模擬盤同時配套室內(nèi)聯(lián)鎖設(shè)備使用的情況。為確保每套室內(nèi)聯(lián)鎖設(shè)備均能同時獨(dú)立工作，需對應(yīng)每一套室內(nèi)聯(lián)鎖設(shè)備制作與之聯(lián)鎖范圍一致的信號模擬盤，不同室內(nèi)聯(lián)鎖設(shè)備配套的信號模擬盤不通用。

1 傳統(tǒng)信號模擬盤共性問題

信號模擬盤是現(xiàn)場信號施工中模擬室外站場信號設(shè)備而制作的一種簡易盤面，完全依據(jù)室外站場信號設(shè)備的設(shè)計進(jìn)行制作，模擬實(shí)現(xiàn)信號機(jī)點(diǎn)燈、軌道電路空閑或占用、道岔位置表示等狀態(tài)功能，安裝在室內(nèi)設(shè)備和室外設(shè)備配線連接的分線盤（柜）處，在不連接室外站場信號設(shè)備的情況下，模擬室外設(shè)備配合完成室內(nèi)聯(lián)鎖設(shè)備的故障查找處理，為順利完成信號設(shè)備施工任務(wù)發(fā)揮重要作用。

傳統(tǒng)信號模擬盤存在一些共性問題：一是可靠性差、簡單粗糙、工效低，很難達(dá)到充分、全面完成聯(lián)鎖試驗(yàn)工作；二是制作時需要焊接大量配線，占用室內(nèi)有限空間，影響施工人員處理故障或者施工中的人行通道；三是不同的站場施工，需要制作不同的信號模擬盤，且信號模擬盤基本上是一次性安裝，不能重復(fù)使用、通用性差；四是制作信號模擬盤沒有統(tǒng)一的工藝標(biāo)準(zhǔn)，使用中故障頻發(fā)。

基于此，設(shè)計一款實(shí)現(xiàn)站場平面圖任意修改、設(shè)備數(shù)量可擴(kuò)展的鐵路信號智能模擬盤（以下簡稱智能模擬盤），不僅能夠滿足現(xiàn)場信號設(shè)備施工中配合處理室內(nèi)聯(lián)鎖設(shè)備故障的需要，還能滿足培訓(xùn)基地多套室內(nèi)聯(lián)鎖設(shè)備切換控制室外同一設(shè)備的需要，對解決傳統(tǒng)模擬盤存在的共性問題、確保信號設(shè)備施工在規(guī)定時間點(diǎn)內(nèi)順利完成和培訓(xùn)基地建設(shè)節(jié)約投資具有重要意義。

2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計

智能模擬盤系統(tǒng)是室內(nèi)聯(lián)鎖設(shè)備所控制的道岔、軌道電路、信號機(jī)及區(qū)間設(shè)備狀態(tài)的電子顯示。設(shè)計兩個子系統(tǒng)，一個根據(jù)實(shí)際建設(shè)的室外站場信號設(shè)備生成對應(yīng)的站場圖，把采集信息顯示在模擬盤站場平面圖上。另一個兼顧室外站場信號設(shè)備和室外沒有的模擬設(shè)備生成對應(yīng)的站場圖，把采集信息顯示在模擬盤站場平面圖上，反映室內(nèi)聯(lián)鎖設(shè)備控制范圍。智能模擬盤最終的界面，是根據(jù)采集板采集信息在模擬盤站場平面圖上顯示對應(yīng)的狀態(tài)，如圖1 所示。

圖1 智能模擬盤站場平面圖顯示Fig.1 Station and yard plan display of intelligent simulation panel

智能模擬盤引入線連接在分線盤（柜）對應(yīng)配線端子上，完成信號設(shè)備狀態(tài)信息的采集，經(jīng)處理后傳送至PC 機(jī)，在模擬盤站場平面圖上給出所采集信息狀態(tài)，替代室外站場信號設(shè)備或模擬設(shè)備配合室內(nèi)聯(lián)鎖設(shè)備獨(dú)立工作，智能模擬盤設(shè)備原理如圖2 所示。

圖2 智能模擬盤設(shè)備原理Fig.2 Schematic diagram of intelligent simulation panel equipment

3 主要功能設(shè)計

智能模擬盤研制實(shí)現(xiàn)可重復(fù)使用、通用性好、性能穩(wěn)定等功能，主要用于現(xiàn)場信號工程施工模擬試驗(yàn)或培訓(xùn)基地替代室外站場信號設(shè)備開展室內(nèi)聯(lián)鎖實(shí)訓(xùn)教學(xué)。

采用工業(yè)PC 機(jī)（觸摸一體機(jī)），開發(fā)專用程序，實(shí)現(xiàn)站場平面圖可在軟件上自由修改、繪制，軟件可多次重復(fù)使用。

采用計算機(jī)軟件+采集/驅(qū)動板新技術(shù)，其電源、采集/驅(qū)動單元可重復(fù)使用，同時預(yù)留擴(kuò)展槽，解決站場平面圖規(guī)模大小通用性或設(shè)備數(shù)量增減變化等問題，模塊安裝靈活，操作便捷，通用性好。

工作電源（輸入電源）AC 220 V，取電方便，可長時間工作，試驗(yàn)時間充足，保證試驗(yàn)徹底。

設(shè)計自保功能和采用光電隔離技術(shù)，既有效避免影響聯(lián)鎖設(shè)備正常工作，又避免外部設(shè)備短路、瞬間大電流沖擊等對自身的影響。

實(shí)現(xiàn)室外站場信號設(shè)備與智能模擬盤的同步顯示，配合完成室內(nèi)聯(lián)鎖設(shè)備的故障查找處理，確保模擬試驗(yàn)快速、準(zhǔn)確。

4 主要硬件模塊功能設(shè)計

智能模擬盤主要硬件模塊功能由控制系統(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng)兩部分組成，控制系統(tǒng)采用工業(yè)控制 PLC 盒和工業(yè)控制采集電路；執(zhí)行系統(tǒng)采用信號處理單元和斷路執(zhí)行單元。按信號機(jī)、道岔和軌道電路模塊進(jìn)行功能設(shè)計，獨(dú)立完成信息采集。

4.1 信號機(jī)模塊功能設(shè)計

信號機(jī)模塊主要完成信號機(jī)點(diǎn)燈狀態(tài)信息采集，并把采集信息經(jīng)處理后傳送至PC 機(jī)，在智能模擬盤站場平面圖上反映出信號機(jī)點(diǎn)燈狀態(tài)。信號機(jī)狀態(tài)數(shù)量的采集可以根據(jù)室內(nèi)聯(lián)鎖設(shè)備所設(shè)計安裝的信號機(jī)數(shù)量靈活選用，既可以選擇采集形成站場平面圖的所有實(shí)際信號機(jī)，還可以選擇模擬信號機(jī)，實(shí)現(xiàn)與室內(nèi)聯(lián)鎖設(shè)備聯(lián)鎖范圍設(shè)計一致的模擬站場平面圖，電路原理如圖3 所示。

圖3 信號機(jī)模塊功能原理Fig.3 Functional schematic diagram of signal module

4.2 道岔模塊功能設(shè)計

道岔模塊主要完成道岔位置狀態(tài)信息采集，并把采集信息經(jīng)處理后傳送至PC 機(jī)，在智能模擬盤站場平面圖上反映出道岔位置狀態(tài)。道岔狀態(tài)數(shù)量的采集可以根據(jù)室內(nèi)聯(lián)鎖設(shè)備所設(shè)計安裝的道岔數(shù)量靈活選用，既可以選擇采集形成站場平面圖的所有實(shí)際道岔，還可以選擇模擬道岔，實(shí)現(xiàn)與室內(nèi)聯(lián)鎖設(shè)備聯(lián)鎖范圍設(shè)計一致的模擬站場平面圖。電路原理如圖4 所示。

圖4 道岔模塊功能原理Fig.4 Functional schematic diagram of turnout module

4.3 軌道電路模塊功能設(shè)計

軌道電路模塊主要完成兩個功能：一是完成軌道電路狀態(tài)信息采集，并把信息經(jīng)處理后傳送至PC機(jī)，在智能模擬盤站場平面圖上反映出軌道電路狀態(tài)。軌道電路數(shù)量的采集可以根據(jù)室內(nèi)聯(lián)鎖設(shè)備所設(shè)計安裝的軌道電路區(qū)段靈活選用，既可以選擇采集形成站場平面圖的站內(nèi)所有軌道電路區(qū)段，還可以選擇區(qū)間軌道電路及模擬軌道電路，如：X1JG、X2JG、X3JG、S1LQG、S2LQG、S3LQG 等； 二是控制串接在軌道回路中的開關(guān)，實(shí)現(xiàn)模擬占用、出清功能。電路原理如圖5 所示。

圖5 軌道電路模塊功能原理Fig.5 Functional schematic diagram of track circuit module

5 軟件設(shè)計方案

5.1 軟件功能

智能模擬盤開發(fā)了便于現(xiàn)場二次開發(fā)的站場圖編輯軟件，用戶可以根據(jù)實(shí)際需要編輯及配置，以模擬不同的站場，實(shí)現(xiàn)模擬盤智能化、重復(fù)性使用。軟件由站場圖設(shè)計程序和顯示程序組成，主要實(shí)現(xiàn)站場圖的修改和信號機(jī)、道岔、軌道電路的復(fù)示，完成硬件模塊功能配置，以實(shí)現(xiàn)顯示界面設(shè)備狀態(tài)與室外真實(shí)信號設(shè)備一致。軟件功能模塊和層次劃分如圖6 所示。

圖6 智能模擬盤軟件結(jié)構(gòu)Fig.6 Intelligent simulation panel software structure

站場圖設(shè)計程序（MoNiPanDesign）用于設(shè)備現(xiàn)場開發(fā)和維護(hù)，采用組態(tài)軟件控件形式進(jìn)行站場圖的快速編輯和接口信息配置。顯示程序（DisplayMnp）自動加載模擬盤站場圖和采集驅(qū)動信息，用于智能模擬盤的操作及顯示。

5.2 軟件設(shè)計流程

采集板從分線盤（柜）連接線配線端子上采集室內(nèi)聯(lián)鎖設(shè)備信息，主要采集信息有信號機(jī)點(diǎn)燈狀態(tài)、軌道電路調(diào)整和分路狀態(tài)、道岔位置表示狀態(tài)等，顯示程序把對應(yīng)的信息顯示在智能模擬盤盤面上，給出信號機(jī)點(diǎn)燈、軌道電路占用/空閑、道岔定/反位等狀態(tài)信息顯示。軟件模塊程序邏輯如圖7 所示。

圖7 軟件模塊程序邏輯Fig.7 Software module program logic

5.3 顯示界面功能

站場界面設(shè)置由菜單欄、快捷菜單、站場主區(qū)域和狀態(tài)欄組成。

菜單欄功能：文件菜單欄設(shè)有新建、保存、清空畫布等功能。繪圖菜單欄設(shè)有顯示屬性、原件對齊、刪除元件等功能。數(shù)據(jù)庫信息菜單欄設(shè)有預(yù)設(shè)值的采集和驅(qū)動信息。

智能模擬盤軟件系統(tǒng)提供拼接站場圖的元件庫，所有元件都可以通過快捷菜單進(jìn)行選用。元件庫中主要有各類型信號機(jī)、道岔、水平軌道、斜軌道、箭頭、綠方塊、白圓圈、絕緣節(jié)、標(biāo)簽、按鈕及信號燈等元件。站場主區(qū)域顯示站場平面圖界面。

6 成果應(yīng)用及改進(jìn)

該成果已在黃龍山培訓(xùn)部TYJL-ADX 和iLOCK計算機(jī)聯(lián)鎖設(shè)備中投入使用。截至目前，在信號工輪訓(xùn)、崗位技能達(dá)標(biāo)培訓(xùn)、新入職人員實(shí)訓(xùn)、崗位練兵、技術(shù)比賽等培訓(xùn)中發(fā)揮了重要作用，通過培訓(xùn)過程中所設(shè)置的各類故障試驗(yàn)，該設(shè)備工作性能穩(wěn)定。但與傳統(tǒng)模擬盤相比，因機(jī)柜體積較小，在連接聯(lián)鎖設(shè)備配線過程中，不能多人同時作業(yè)，且顯示器與機(jī)柜固定安裝，不便于攜帶，影響工作效率。針對樣機(jī)存在的不足，在黃龍山培訓(xùn)部采用筆記本電腦替代顯示界面，安裝軟件并連接機(jī)柜網(wǎng)線后同樣實(shí)現(xiàn)模擬顯示功能，解決現(xiàn)場使用攜帶不便問題。若站場規(guī)模較大、信號設(shè)備數(shù)量較多，配置的采集、驅(qū)動模塊不能滿足時，在擴(kuò)展槽增設(shè)相應(yīng)的采集、驅(qū)動模塊，通過軟件修改配置后即可解決，但需分類采用萬科端子完成機(jī)柜內(nèi)大量配線，實(shí)現(xiàn)易擴(kuò)展和通用性功能。固定設(shè)置的智能模擬盤如圖8 所示。

圖8 智能模擬盤設(shè)備Fig.8 Intelligent simulation panel equipment

7 結(jié)束語

通過“硬件+軟件”研制的智能模擬盤，在培訓(xùn)基地配套室內(nèi)聯(lián)鎖設(shè)備使用，滿足獨(dú)立開展不同制式室內(nèi)聯(lián)鎖設(shè)備實(shí)訓(xùn)需要；通過任意修改站場圖并進(jìn)行配置，有效解決現(xiàn)場信號設(shè)備施工中傳統(tǒng)模擬盤不能重復(fù)使用和無通用性問題；具備有效節(jié)約投資，避免廢棄物污染環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)。該系統(tǒng)經(jīng)過半年多的使用驗(yàn)證，可靠性高、穩(wěn)定性好，具有實(shí)用推廣價值。