計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖故障遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)

陸志雄 上海鐵路局上海電務(wù)段

計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)是鐵路行車指揮自動(dòng)化控制系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，它按照鐵路行車調(diào)度計(jì)劃在值班人員或上級(jí)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的操作下實(shí)現(xiàn)鐵路車站道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)、信號(hào)機(jī)、軌道電路等行車設(shè)備之間的聯(lián)鎖動(dòng)作，正確地、高效率地指揮列車運(yùn)行，同時(shí)保障列車通過車站時(shí)的安全。

計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)使用的信號(hào)設(shè)備在管理上具有一個(gè)明顯的特點(diǎn)，就是分散地分布在一個(gè)特定的地理范圍上（如一個(gè)地區(qū)），這給鐵路系統(tǒng)的設(shè)備維護(hù)管理帶來了很多困難。近年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展和傳感技術(shù)的日益成熟，聯(lián)鎖、信號(hào)技術(shù)也日趨成熟和完善；信號(hào)微機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)在保證行車安全、加強(qiáng)信號(hào)結(jié)合部管理、監(jiān)督鐵路信號(hào)設(shè)備運(yùn)用質(zhì)量方面起到了重要的作用，但是對于聯(lián)鎖設(shè)備本身運(yùn)行情況、故障狀態(tài)、維修情況以及基本信息并未納入監(jiān)測范圍。

計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖故障遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)是以鐵路聯(lián)鎖信號(hào)設(shè)備為基礎(chǔ)，以狀態(tài)監(jiān)測、故障分析為主線，對電務(wù)段、工區(qū)的設(shè)備、故障進(jìn)行跟蹤分析和診斷，在各車站的監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)或定時(shí)監(jiān)測，及時(shí)掌握聯(lián)鎖系統(tǒng)、設(shè)備基本信息、運(yùn)行狀態(tài)，及早發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常和故障并分析其原因，以提高維修效率、降低總體維護(hù)成本為目標(biāo)的管理信息系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖故障遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)由車站層、電務(wù)段層、系統(tǒng)接口、網(wǎng)絡(luò)通道等部分組成，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖

車站層負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集、分類和處理，由聯(lián)鎖設(shè)備的維修機(jī)和接口負(fù)責(zé)完成，所有的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、文件均來自聯(lián)鎖設(shè)備的維修機(jī)；接口負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)、文件的上傳；電務(wù)段部署服務(wù)器系統(tǒng)，服務(wù)器系統(tǒng)負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、文件的接收、存儲(chǔ)以及相關(guān)業(yè)務(wù)處理（如報(bào)警）；各車間、終端部署相應(yīng)的客戶端，客戶端負(fù)責(zé)瀏覽查看所有車站的靜態(tài)信息和實(shí)時(shí)信息，包括設(shè)備基本信息、運(yùn)行狀態(tài)、故障狀態(tài)以及相應(yīng)的統(tǒng)計(jì)、分析和報(bào)表。從圖1可以看出，計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖故障遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)一個(gè)重要的組成部分是網(wǎng)絡(luò)通道。根據(jù)現(xiàn)有實(shí)際情況以及系統(tǒng)特點(diǎn)，采用現(xiàn)有的信號(hào)微機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)2M通道是目前最為有效、可行的解決方案。理由如下：

(1)從數(shù)據(jù)安全性上看，計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖故障遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)所有的數(shù)據(jù)、文件都是在聯(lián)鎖系統(tǒng)的維修機(jī)上產(chǎn)生，并通過維修機(jī)主動(dòng)發(fā)送，計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖故障遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)只是被動(dòng)接受來自聯(lián)鎖維修機(jī)的數(shù)據(jù)和文件，因此，系統(tǒng)本身不會(huì)對現(xiàn)有的聯(lián)鎖系統(tǒng)以及監(jiān)測系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生干擾和影響。

(2)從計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖故障遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)本身的設(shè)計(jì)上，和聯(lián)鎖系統(tǒng)交互上，是通過系統(tǒng)的一個(gè)接口實(shí)現(xiàn)，減少了對聯(lián)鎖系統(tǒng)的依賴性以及系統(tǒng)內(nèi)部耦合度。系統(tǒng)的接口通訊采用現(xiàn)有應(yīng)用最廣泛、安全可靠的TCP/IP協(xié)議，在傳輸過程中，通過自身具有的校驗(yàn)功能，保證數(shù)據(jù)的正確性和可靠性。同時(shí)，由于監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸上基本都采用監(jiān)測系統(tǒng)的內(nèi)部協(xié)議，因此計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖故障遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)的接口不會(huì)對數(shù)據(jù)、報(bào)文產(chǎn)生干擾。

(3)從數(shù)據(jù)量大小上，由于接口只監(jiān)聽故障報(bào)警信息，維修機(jī)只有監(jiān)測到重大的故障報(bào)警信息才會(huì)將信息轉(zhuǎn)發(fā)給計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖故障遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)，因此，從數(shù)據(jù)量上來看，數(shù)據(jù)大小是非常低的，一天只有幾K，甚至沒有?；胤盼募?，根據(jù)對現(xiàn)有開通車站的統(tǒng)計(jì)分析，一天24 h不間斷的形成回放壓縮文件最大容量約為2 M。根據(jù)鐵道部監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)技術(shù)規(guī)范要求，目前監(jiān)測站機(jī)到終端（桌面）為2 M，以此速度，一個(gè)最大容量回放文件的傳輸只需數(shù)十秒鐘即可完成。尤為重要的是，只有發(fā)生故障或者報(bào)警時(shí)，才觸發(fā)文件傳輸。因此，從數(shù)據(jù)傳輸上也不會(huì)對現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)通道操作堵塞、干擾。

(4)通過在上海電務(wù)段的現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果表明，采用微機(jī)監(jiān)測通道完全是安全、可靠，是目前最為有效、可行的解決方案。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖故障遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)主要由兩大部分組成，一是WEB應(yīng)用程序，二是接口程序。WEB應(yīng)用程序，主要負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、回放文件的接收、存儲(chǔ)以及相關(guān)業(yè)務(wù)處理（如報(bào)警、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)配置等）。接口程序主要負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)、存儲(chǔ)以及回放文件的轉(zhuǎn)發(fā)和存儲(chǔ)。

2.1 軟件架構(gòu)

計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖故障遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)考慮到系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)環(huán)境（操作系統(tǒng)、關(guān)系數(shù)據(jù)庫、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡(luò)體系、中間件）和應(yīng)遵循標(biāo)準(zhǔn)等因素采用分層的軟件體系結(jié)構(gòu)，如圖2所示。

圖2 軟件體系架構(gòu)圖

2.2 接口

維修機(jī)接口有兩部分組成，一是實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)接口，二是文件上傳接口。接口流程圖如圖3、圖4所示。

3 系統(tǒng)功能

計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖故障遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)由車站聯(lián)鎖維修機(jī)、系統(tǒng)接口、應(yīng)用服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)通道、客戶端組成。車站維修機(jī)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集、分類和處理，由聯(lián)鎖設(shè)備的維修機(jī)和接口負(fù)責(zé)完成，所有的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、文件均來自聯(lián)鎖設(shè)備的維修機(jī)，從而保證數(shù)據(jù)的一致性和聯(lián)鎖系統(tǒng)的安全性；服務(wù)器系統(tǒng)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和業(yè)務(wù)處理，客戶端負(fù)責(zé)查看、管理所有設(shè)備的靜態(tài)信息和實(shí)時(shí)信息，包括設(shè)備基本信息、運(yùn)行狀態(tài)、故障狀態(tài)以及相應(yīng)的統(tǒng)計(jì)、分析和報(bào)表。系統(tǒng)功能如圖5所示。

圖3 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)接口流程圖

圖4 文件傳輸接口流程圖

圖5 系統(tǒng)功能示意圖

主要功能包括：

(1)實(shí)時(shí)監(jiān)測：計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖故障遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)可以對計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的各個(gè)組成部分和設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。例如：聯(lián)鎖主機(jī)、操作表示機(jī)、采集箱監(jiān)測、驅(qū)動(dòng)機(jī)箱監(jiān)測、網(wǎng)絡(luò)狀況、故障信息等。

(2)故障報(bào)警：電務(wù)段相關(guān)責(zé)任人可以自動(dòng)、實(shí)時(shí)獲取現(xiàn)場車站的報(bào)警信息，系統(tǒng)能自動(dòng)通過聲音報(bào)警、紅閃等方式，第一時(shí)間通知到相關(guān)責(zé)任人。

(3)文件傳輸：維修機(jī)一旦偵聽到故障信息，自動(dòng)生成一個(gè)故障回放文件，接口程序通過實(shí)時(shí)監(jiān)測故障信息，自動(dòng)觸發(fā)一個(gè)文件傳輸事件，將現(xiàn)場的故障相關(guān)信息（如按鈕信息、報(bào)警信息等）送到服務(wù)器系統(tǒng)。另外，如果當(dāng)天沒有發(fā)生報(bào)警信息，接口程序根據(jù)維修機(jī)參數(shù)設(shè)定時(shí)間，定時(shí)將當(dāng)天的文件上傳到文件服務(wù)器。

(4)故障診斷：系統(tǒng)可以通過文件接口自動(dòng)、實(shí)時(shí)獲取現(xiàn)場維修機(jī)回放文件，并隨時(shí)查看現(xiàn)場維修機(jī)運(yùn)行情況，從而對故障情況提供分析診斷，為電務(wù)維修人員的故障解決方案提供參考。

(5)GIS地圖導(dǎo)航：聯(lián)鎖故障診斷系統(tǒng)根據(jù)鐵路現(xiàn)有的行政管理組織體系，段、車間、站三層樹狀管理結(jié)構(gòu)，更加方便地適應(yīng)現(xiàn)有的維修體系和管理方式。同時(shí)，系統(tǒng)以GIS地圖導(dǎo)航方式，更加方便、快捷、準(zhǔn)確地定位故障范圍、狀態(tài)，以便更加準(zhǔn)確、及時(shí)地對故障進(jìn)行響應(yīng)、處理，整個(gè)操作方便、友好、人性化。

(6)信息共享和瀏覽：通過該系統(tǒng)，能夠?qū)φ緢龅囊恍╈o態(tài)信息（如設(shè)備備品、維修記錄等）共享，以便電務(wù)段、車間相關(guān)責(zé)任人隨時(shí)查看各站點(diǎn)的基本信息。

(7)管理功能：該系統(tǒng)不僅能對聯(lián)鎖系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測、故障分析，而且還能對站場的設(shè)備、備品、器材、維修記錄等進(jìn)行登記、管理、統(tǒng)計(jì)和分析。例如設(shè)備管理、故障管理、領(lǐng)借管理等。

4 特點(diǎn)和意義

計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖故障遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)能實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)、準(zhǔn)確、量化地反映聯(lián)鎖系統(tǒng)或設(shè)備的運(yùn)用質(zhì)量、設(shè)備狀態(tài)，及時(shí)掌握聯(lián)鎖系統(tǒng)、設(shè)備基本信息、運(yùn)行狀態(tài)，及早發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常和故障并分析其原因，以提高維修效率、降低總體維護(hù)成本。同時(shí)，通過和維修機(jī)的結(jié)合，系統(tǒng)具有狀態(tài)信息儲(chǔ)存、重放、查詢和報(bào)警功能。因此，計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖故障遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)是電務(wù)部門掌握聯(lián)鎖系統(tǒng)安全的“黑匣子”，是電務(wù)部門維修技術(shù)的重要突破，是電務(wù)設(shè)備實(shí)現(xiàn)“狀態(tài)檢修”的必要手段，也是信號(hào)技術(shù)向高安全、高可靠和網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化、智能化發(fā)展的重要手段之一。

計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖故障遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：

(1)實(shí)時(shí)性：計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖故障遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)和其他管理系統(tǒng)最大的區(qū)別是，能夠?qū)ΜF(xiàn)場聯(lián)鎖系統(tǒng)、設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，自動(dòng)報(bào)警。

(2)可靠性和安全性：鐵路系統(tǒng)的重要指標(biāo)就是安全性。計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖故障遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)從兩方面來確保其安全性。①從數(shù)據(jù)流向上看，所有的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)都是單向流動(dòng)，是通過聯(lián)鎖系統(tǒng)的維修機(jī)產(chǎn)生，并通過維修機(jī)主動(dòng)發(fā)送到系統(tǒng)服務(wù)器，因此，數(shù)據(jù)本身是安全可靠的；②從網(wǎng)絡(luò)傳輸和聯(lián)鎖系統(tǒng)交互上看，是通過系統(tǒng)的一個(gè)接口實(shí)現(xiàn)，接口通訊采用現(xiàn)有應(yīng)用最廣泛、安全可靠的TCP/IP協(xié)議，并且接口只通過一個(gè)固定端口傳輸數(shù)據(jù)。因此，我們在網(wǎng)絡(luò)管理上，只要采取相應(yīng)的措施限制、監(jiān)視該端口，便能有效地防止因?yàn)橐馔?、人為的黑客攻擊或者病毒傳播，有效地保證本系統(tǒng)以及聯(lián)鎖系統(tǒng)的安全、可靠性。

(3)實(shí)用性：計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖故障遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)都是根據(jù)目前現(xiàn)有鐵路管理特點(diǎn)、維修體系而設(shè)計(jì)、開發(fā)，并且已經(jīng)成功在徐州電務(wù)段徐州站、上海電務(wù)段上海站進(jìn)行測試、運(yùn)行。計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖故障遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)在徐州電務(wù)段、上海電務(wù)段的試驗(yàn)、運(yùn)行也證明了該系統(tǒng)的實(shí)用性，能夠幫助電務(wù)維修人員解決實(shí)際工作中的困難和維修難點(diǎn)。

(4)人性化：系統(tǒng)采用目前業(yè)界流行、成熟的GIS地圖導(dǎo)航以及WEB頁面展示作為人機(jī)交互方式，使得系統(tǒng)的操作更加人性、友好。

(5)先進(jìn)性：計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖故障遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)和微機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)的最大區(qū)別是，計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖故障遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)從原有的關(guān)注站場、區(qū)間的信號(hào)設(shè)備運(yùn)行質(zhì)量，轉(zhuǎn)移到關(guān)注的是聯(lián)鎖系統(tǒng)本身運(yùn)行情況、設(shè)備狀態(tài)和故障情況，這類系統(tǒng)在國內(nèi)還是首創(chuàng)。

(6)擴(kuò)展性：系統(tǒng)分為實(shí)時(shí)監(jiān)測模塊、設(shè)備管理模塊、配置管理模塊。采用模塊化的設(shè)計(jì)思想，各個(gè)模塊可以根據(jù)用戶的需求自定義。系統(tǒng)中使用的各個(gè)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)都可以根據(jù)自己需要自定義，例如根據(jù)鐵路發(fā)展的需要，用戶可以增加、修改、刪除車站的各個(gè)參數(shù)（如歸屬電務(wù)段、坐標(biāo)位置等）。