王道寧

在EI32-JD型計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)中，聯(lián)鎖機(jī)用于采集現(xiàn)場(chǎng)信息進(jìn)行聯(lián)鎖運(yùn)算，并將站場(chǎng)狀態(tài)、系統(tǒng)提示、設(shè)備故障等信息傳送給操作表示機(jī)；操作表示機(jī)（簡(jiǎn)稱“操作機(jī)”），用于接收聯(lián)鎖機(jī)傳輸?shù)脑O(shè)備信息，并通過串口傳送給調(diào)度集中（Central?ized Traffic Control，CTC）系統(tǒng)控制臺(tái)進(jìn)行顯示。因此，聯(lián)鎖機(jī)、操作機(jī)及相應(yīng)的通信連接設(shè)備是保障聯(lián)鎖與CTC 通信正常的關(guān)鍵設(shè)備［1?2］。雖然EI32-JD 型計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖設(shè)備采用了雙套冗余的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，但仍有CTC 通信中斷、控制臺(tái)信息異常等故障發(fā)生。因此，本文基于計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)與CTC 系統(tǒng)通信接口工作原理，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)典型案例，分析因通信接口故障導(dǎo)致CTC 控制臺(tái)顯示異常的具體原因，并提出相應(yīng)的改進(jìn)措施，為鐵路現(xiàn)場(chǎng)其他類似故障的排查與處理提供借鑒。

1 計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)與CTC通信原理

計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)通過操作機(jī)和CTC車站自律機(jī)進(jìn)行通信，采用RS-422標(biāo)準(zhǔn)串行接口、異步雙工的通信方式［3］，見圖1。調(diào)度員在調(diào)度中心根據(jù)列車運(yùn)行情況辦理列車及調(diào)車作業(yè)，通過專用通信網(wǎng)絡(luò)，把列車運(yùn)行計(jì)劃和調(diào)整計(jì)劃下發(fā)至各CTC車站自律機(jī)，各車站自律機(jī)將收到的計(jì)劃傳遞到本站計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)，由聯(lián)鎖系統(tǒng)來(lái)保障列車安全運(yùn)行［4］。

圖1 計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)與CTC通信示意

既有的計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)與CTC 連接方式主要有2 種［5］：①本地端操作機(jī)A、B，分別連接本地CTC 自律機(jī)A、B 系，見圖2；②計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)設(shè)置遠(yuǎn)程終端，聯(lián)鎖本地端不支持與CTC 系統(tǒng)進(jìn)行接口通信，只支持遠(yuǎn)端操作機(jī)與CTC 系統(tǒng)進(jìn)行通信，本地設(shè)置1 臺(tái)操作機(jī)平時(shí)處于脫機(jī)狀態(tài)，當(dāng)遠(yuǎn)端操作機(jī)故障后，可人工啟用本地操作機(jī)，本地操作機(jī)與遠(yuǎn)端操作機(jī)互為冷備，見圖3。

圖2 本地端操作機(jī)與CTC交叉互連通信方式

圖3 遠(yuǎn)端操作機(jī)與CTC交叉互連通信方式

2 典型故障分析

2.1 故障一

1）故障現(xiàn)象。某站場(chǎng)布局見圖4，09：44，CTC 自動(dòng)觸發(fā)X—S5進(jìn)路失敗后，人工觸發(fā)成功；12：04，上行4G 接車時(shí)，CTC 顯示列車由S9JG直接跳入4G，無(wú)中間區(qū)段占用、解鎖過程，聯(lián)鎖維修機(jī)回放與CTC 顯示相同。查看聯(lián)鎖維修機(jī)拓?fù)鋱D顯示：故障時(shí)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)為聯(lián)鎖Ⅱ系主用、操作A機(jī)主用。查看9時(shí)、12時(shí)操作機(jī)日志記錄：操作A 機(jī)與聯(lián)鎖機(jī)通信存在CRC 校驗(yàn)失敗的情況，操作B機(jī)與兩系聯(lián)鎖機(jī)通信正常，即操作機(jī)收到兩系聯(lián)鎖信息不一致。

圖4 操作A機(jī)與聯(lián)鎖機(jī)CRC校驗(yàn)信息

2）原因分析。該站計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)采用圖2所示的通信方式，因EI32-JD型聯(lián)鎖操作機(jī)發(fā)生故障或雙操作機(jī)重啟后，操作機(jī)備機(jī)不會(huì)自動(dòng)升為主用，需人工進(jìn)行主備機(jī)切換，操作A 機(jī)將該時(shí)間段內(nèi)校驗(yàn)失敗的站場(chǎng)狀態(tài)數(shù)據(jù)丟棄，操作B機(jī)又無(wú)法自動(dòng)切換成主系，從而導(dǎo)致聯(lián)鎖與CTC 通信中斷，控制臺(tái)自動(dòng)觸發(fā)進(jìn)路失敗、進(jìn)路光帶顯示異常。

2.2 故障二

1）故障現(xiàn)象。某站CTC控制臺(tái)報(bào)警提示CTC自律機(jī)與聯(lián)鎖B 機(jī)通信中斷，控制臺(tái)CTC 終端瞬間顯示紅光帶。查看聯(lián)鎖維修機(jī)拓?fù)鋱D顯示：設(shè)備故障時(shí)聯(lián)鎖Ⅰ系主用、操作A 機(jī)主用。在05：55：55—05：56：13，聯(lián)鎖Ⅰ系故障后，沒有立即將聯(lián)鎖Ⅱ系切換為主用。聯(lián)鎖Ⅰ系LAN 通信板故障燈亮紅燈、CPU 板數(shù)碼管顯示8c（聯(lián)鎖機(jī)不能正常運(yùn)行，自動(dòng)觸發(fā)聯(lián)鎖機(jī)Ⅰ系復(fù)位，經(jīng)多次復(fù)位系統(tǒng)仍不能恢復(fù)）、串口通信板顯示26（表示本套聯(lián)鎖機(jī)與操作機(jī)不能建立可靠通信連接）。

2）原因分析。該站計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)本地操作機(jī)與CTC 自律機(jī)采用交叉互連的通信方式。根據(jù)聯(lián)鎖Ⅰ系停機(jī)現(xiàn)象，結(jié)合主機(jī)CPU 板和串口通信板停機(jī)時(shí)的LED 數(shù)碼管指示燈，分析為聯(lián)鎖Ⅰ系LAN 通信板通信異常，且無(wú)法恢復(fù)軟件控制的聯(lián)鎖復(fù)位，導(dǎo)致聯(lián)鎖主機(jī)與操作機(jī)通信故障，進(jìn)而無(wú)法與CTC 通信［6?7］。依據(jù)2021 年前上道的EI32-JD 型計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則，聯(lián)鎖主系通信異常時(shí)聯(lián)鎖機(jī)不會(huì)立刻倒機(jī)，如果20 s內(nèi)聯(lián)鎖主機(jī)與操作機(jī)的通信仍未恢復(fù)，聯(lián)鎖主機(jī)會(huì)進(jìn)行軟件復(fù)位切機(jī)，備系聯(lián)鎖機(jī)升為主用［8?9］。由于操作機(jī)僅顯示主用聯(lián)鎖機(jī)的信息狀態(tài)，因此在聯(lián)鎖Ⅰ系故障，且沒有立即將聯(lián)鎖Ⅱ系切換為主用的時(shí)間內(nèi)，操作機(jī)將收不到主用聯(lián)鎖機(jī)的信息，導(dǎo)致計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖信息無(wú)法及時(shí)傳遞給CTC，造成CTC 控制臺(tái)出現(xiàn)全場(chǎng)紅光帶的現(xiàn)象。

2.3 故障三

1）故障現(xiàn)象。某站CTC 控制臺(tái)站內(nèi)灰屏無(wú)信息，操作機(jī)信息正常。查看CTC 維護(hù)機(jī)信息發(fā)現(xiàn)該站控制臺(tái)站內(nèi)灰屏、區(qū)間信息正常，證明CTC自律機(jī)本身運(yùn)行正常，且與列控中心通信正常。檢查硬件設(shè)備發(fā)現(xiàn)，與聯(lián)鎖通信的本端CTC 機(jī)柜2套光電轉(zhuǎn)換器不亮燈。

2）原因分析。該站計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)設(shè)置了遠(yuǎn)程終端，聯(lián)鎖本地端不支持與CTC 系統(tǒng)進(jìn)行接口通信，只支持遠(yuǎn)端操作機(jī)與CTC 系統(tǒng)進(jìn)行通信。為滿足CTC 與聯(lián)鎖接口通信需求，需要通過光電轉(zhuǎn)換器將其進(jìn)行連接，通過光纖延長(zhǎng)RS-422 串口信息傳輸距離。因本地CTC 機(jī)柜2 套光電轉(zhuǎn)換器電源故障，導(dǎo)致自律機(jī)與聯(lián)鎖通信中斷，造成該站CTC 全場(chǎng)灰屏。本地端CTC 不能和本地端聯(lián)鎖通信，只能和遠(yuǎn)端聯(lián)鎖設(shè)備通信，該通信方式安全冗余度不高，容易造成信息異常。

3 改進(jìn)措施

3.1 完善聯(lián)鎖軟件邏輯

《El32-JD 型計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)電務(wù)維修手冊(cè)》［10］5.2 章節(jié)中規(guī)定：“系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)A、B 2 臺(tái)操作機(jī)同時(shí)工作，一臺(tái)主用、一臺(tái)熱備，當(dāng)主用操作機(jī)發(fā)生故障或雙操作機(jī)重啟后，操作機(jī)備機(jī)不會(huì)自動(dòng)升為主用，需人工進(jìn)行主備機(jī)切換”。

針對(duì)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)操作機(jī)故障導(dǎo)致聯(lián)鎖和CTC 通信中斷、控制臺(tái)信息異常問題，采取優(yōu)化操作機(jī)倒機(jī)參數(shù)的方式，即當(dāng)操作機(jī)主系校驗(yàn)兩系聯(lián)鎖機(jī)信息不一致時(shí)，將原來(lái)只做丟棄數(shù)據(jù)包的處理，升級(jí)成立刻切換操作機(jī)備系為主，而且操作機(jī)主備系可自動(dòng)切換［11］，即可解決因操作機(jī)主機(jī)與聯(lián)鎖兩系信息校核不一致、主備機(jī)又無(wú)法自動(dòng)切換，造成控制臺(tái)信息異常的問題。

《El32-JD 型計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)電務(wù)維修手冊(cè)》4.4 章節(jié)“動(dòng)態(tài)無(wú)縫切換的雙機(jī)熱備系統(tǒng)”中規(guī)定：“采用雙機(jī)熱備的動(dòng)態(tài)冗余結(jié)構(gòu)，2 套聯(lián)鎖機(jī)同時(shí)接收操作機(jī)發(fā)送來(lái)的控制命令，最終根據(jù)主用聯(lián)鎖機(jī)的控制命令控制驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生輸出，控制繼電器動(dòng)作。如果主機(jī)發(fā)生故障，通過倒機(jī)電路自動(dòng)切換到備機(jī)，將備機(jī)作為主機(jī)運(yùn)行，故障機(jī)器重新啟動(dòng)。在雙機(jī)切換和重啟動(dòng)時(shí)，不影響整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，即實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無(wú)縫切換”。因此，可采取優(yōu)化聯(lián)鎖機(jī)倒機(jī)參數(shù)的方式，將原來(lái)的20 s主備切換時(shí)間縮短至6 s，以解決因聯(lián)鎖機(jī)單系故障造成控制臺(tái)信息異常的問題。

3.2 完善聯(lián)鎖硬件設(shè)計(jì)

依據(jù)《鐵路車站計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖技術(shù)條件》（TB/T 3027—2015）［12］中7.1.1 章節(jié)要求：“計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖應(yīng)采用硬件冗余結(jié)構(gòu)”。為滿足設(shè)備運(yùn)行可靠性和安全性需求，對(duì)具有遠(yuǎn)端操控方式的計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)可采取以下2種優(yōu)化方案。

方案一：將本地冷備操作機(jī)升級(jí)為熱備形式。通過更換遠(yuǎn)端和本地端操作機(jī)、維修機(jī)、遠(yuǎn)程系統(tǒng)通道及連接設(shè)備，將遠(yuǎn)端操作機(jī)由“雙機(jī)熱備”改為“雙機(jī)并用”；取消本地機(jī)械室串口轉(zhuǎn)光設(shè)備、維修機(jī)及冷備操作機(jī)，新增本地操作機(jī)2 臺(tái)、倒機(jī)單元1 個(gè)、維修機(jī)1 臺(tái)、交換機(jī)2 臺(tái)及網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)光設(shè)備2 臺(tái)，將本地操作機(jī)由“冷備方式”改為“雙機(jī)熱備”。操作機(jī)由“遠(yuǎn)端操作機(jī)和本地聯(lián)鎖機(jī)間串口通信”改為“遠(yuǎn)端操作機(jī)和本地操作機(jī)間通信”，本地?zé)醾洳僮鳈C(jī)與遠(yuǎn)端操作機(jī)通過交換機(jī)連接，這樣CTC 自律機(jī)可直接與本地操作機(jī)通信，同步修改聯(lián)鎖軟件和CTC 系統(tǒng)的通信接口信息。本地冷備操作機(jī)升級(jí)為熱備形式設(shè)備更改示意見圖5。

圖5 本地冷備操作機(jī)升級(jí)為熱備形式設(shè)備更改示意

操作機(jī)界面設(shè)置“允許轉(zhuǎn)為遠(yuǎn)端”“遠(yuǎn)端控制”“本地控制”“遠(yuǎn)端操作A 機(jī)”“遠(yuǎn)端操作B 機(jī)”5 個(gè)表示燈及“本地控制”按鈕，通過軟件實(shí)現(xiàn)本地端與遠(yuǎn)端的控制權(quán)切換。

方案二：將本地CTC 與遠(yuǎn)端操作機(jī)通信連接的2 套串口光電轉(zhuǎn)換器升級(jí)為4 套串口光電轉(zhuǎn)換器。即在本站CTC 機(jī)柜和遠(yuǎn)端CTC 機(jī)柜分別增加2 套單獨(dú)的光電轉(zhuǎn)換器，由原來(lái)的2 套設(shè)備通信增加到4 套設(shè)備通信（CTC 自律機(jī)A 通過協(xié)議轉(zhuǎn)換器分別接操作機(jī)A、B），4 套光電轉(zhuǎn)換器設(shè)置4 個(gè)單獨(dú)電源，如此可大大降低因光電轉(zhuǎn)換器或電源質(zhì)量不良造成CTC 與聯(lián)鎖通信中斷的問題［13］。CTC升級(jí)串口光電轉(zhuǎn)換器示意見圖6。

圖6 CTC升級(jí)串口光電轉(zhuǎn)換器示意

3.3 運(yùn)維管理措施優(yōu)化

1）改善機(jī)械室內(nèi)環(huán)境，滿足計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)對(duì)環(huán)境要求的技術(shù)指標(biāo)。系統(tǒng)環(huán)境溫度0 ℃～40 ℃；系統(tǒng)環(huán)境濕度5%～90%（室溫為25 ℃）；機(jī)房?jī)?nèi)無(wú)腐蝕和無(wú)引起爆炸危害的有害氣體及導(dǎo)電塵埃；引入外電源的零地電位差不大于1.0 V；雙機(jī)切換時(shí)間小于500 ms；機(jī)械室采取防靜電措施，加裝防靜電地板；防雷地線和保護(hù)地線滿足計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)加裝要求。

2）規(guī)范并加強(qiáng)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)日常維護(hù)要求?，F(xiàn)場(chǎng)信號(hào)車間、工區(qū)嚴(yán)格落實(shí)室內(nèi)信號(hào)設(shè)備日常巡檢工作，定期對(duì)室內(nèi)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖相關(guān)通信設(shè)備進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)有隱患報(bào)警信息或設(shè)備指示燈顯示異常、有異響等問題時(shí)，及時(shí)上報(bào)組織處理。每月對(duì)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)主要設(shè)備進(jìn)行斷電重啟、主/備系切換試驗(yàn)，確認(rèn)操作機(jī)和聯(lián)鎖機(jī)均處于工作狀態(tài)且主/備分明。UPS 電源電池需要每3 個(gè)月進(jìn)行一次充放電，確保聯(lián)鎖設(shè)備正常使用。

3）完善聯(lián)鎖系統(tǒng)關(guān)鍵部件備品管理。做好設(shè)備臺(tái)賬、備品備件管理及大修計(jì)劃，對(duì)使用年限到期的計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖設(shè)備及時(shí)更換。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過分析El32-JD 型計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)與CTC系統(tǒng)通信接口設(shè)備故障的原因，采取了優(yōu)化操作機(jī)、聯(lián)鎖機(jī)軟件邏輯，完善計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖與CTC 通信設(shè)備硬件設(shè)計(jì)等技術(shù)防范措施，同步優(yōu)化了設(shè)備運(yùn)維管理方式。上述改進(jìn)措施，已應(yīng)用于濟(jì)青高鐵和濰萊高鐵，進(jìn)一步減輕了現(xiàn)場(chǎng)電務(wù)人員的工作量，也為El32-JD 型計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)可靠運(yùn)行提供了技術(shù)支撐。