電子自動(dòng)閉塞系統(tǒng)監(jiān)測(cè)維護(hù)終端研究

李 瑾，范多旺，何 濤

（蘭州交通大學(xué)光電技術(shù)與智能控制教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，蘭州730070）

目前我國(guó)CTCS2/CTCS3級(jí)的區(qū)間控制系統(tǒng)采用列控中心（TCC）來(lái)保障列車(chē)在區(qū)間的安全運(yùn)行，時(shí)速160 km以下的區(qū)間自動(dòng)閉塞系統(tǒng)，即CTCS0/CTCS1級(jí)自動(dòng)閉塞系統(tǒng)仍采用傳統(tǒng)的繼電器組合電路實(shí)現(xiàn)自動(dòng)閉塞的邏輯關(guān)系，電路體積大，維護(hù)和排除故障困難，影響自動(dòng)閉塞區(qū)段的通過(guò)能力。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)和電子技術(shù)的發(fā)展，使電子自動(dòng)閉塞系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)成為可能。

信號(hào)集中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是保證行車(chē)安全、強(qiáng)化信號(hào)設(shè)備結(jié)合部管理、監(jiān)測(cè)信號(hào)設(shè)備狀態(tài)、發(fā)現(xiàn)信號(hào)設(shè)備隱患、分析信號(hào)設(shè)備故障原因、輔助故障處理、指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)維修、反映設(shè)備運(yùn)用質(zhì)量、提高電務(wù)部門(mén)維護(hù)水平和維護(hù)效率的重要行車(chē)設(shè)備[1]。信號(hào)集中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要對(duì)信號(hào)設(shè)備的開(kāi)關(guān)量及模擬量進(jìn)行動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，目前尚無(wú)針對(duì)區(qū)間電子自動(dòng)閉塞系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)維護(hù)終端，系統(tǒng)運(yùn)行情況得不到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，不利于系統(tǒng)故障報(bào)警分析。監(jiān)測(cè)維護(hù)終端是電子自動(dòng)閉塞系統(tǒng)的重要組成部分，對(duì)監(jiān)測(cè)維護(hù)終端的研究具有重要意義。

1 技術(shù)要求

電子自動(dòng)閉塞系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)采用集中式控制模式，系統(tǒng)單獨(dú)設(shè)置區(qū)間控制機(jī)柜，由區(qū)間控制系統(tǒng)主機(jī)和區(qū)間電子執(zhí)行單元組成。電子自動(dòng)閉塞系統(tǒng)監(jiān)測(cè)維護(hù)終端的技術(shù)要求主要有以下幾點(diǎn)：

（1）實(shí)時(shí)顯示并記錄系統(tǒng)運(yùn)行情況。（2）對(duì)所記錄的信息進(jìn)行邏輯分析。（3）對(duì)所記錄的信息提供查詢(xún)、打印、回放。（4）對(duì)異常情況進(jìn)行報(bào)警，根據(jù)系統(tǒng)故障性質(zhì)產(chǎn)生一級(jí)報(bào)警、二級(jí)報(bào)警、三級(jí)報(bào)警和預(yù)警。（5） 具有操作方便易于維護(hù)的人機(jī)交互界面。（6）監(jiān)測(cè)維護(hù)終端應(yīng)當(dāng)獨(dú)立于電子自動(dòng)閉塞系統(tǒng)，終端的故障不能影響系統(tǒng)正常運(yùn)行。

監(jiān)測(cè)維護(hù)終端的監(jiān)測(cè)內(nèi)容如下[1]：

（1）區(qū)間控制系統(tǒng)主機(jī)的工作狀態(tài)，區(qū)間控制系統(tǒng)主機(jī)與聯(lián)鎖、鄰站的通信接口狀態(tài)。（2）聯(lián)鎖接發(fā)車(chē)進(jìn)路信息、線路方向信息、信號(hào)降級(jí)信息。（3）鄰站的邊界信息、改方信息。（4）區(qū)間區(qū)段信息：空閑、占用碼位。（5）區(qū)間信號(hào)點(diǎn)燈狀態(tài)：滅燈、紅燈、綠燈、黃燈、綠黃。（6）軌道電路編碼信息。（7）區(qū)間控制系統(tǒng)主機(jī)維護(hù)報(bào)警信息。（8）臨時(shí)限速信息。

2 監(jiān)測(cè)維護(hù)終端總體設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)原則

監(jiān)測(cè)維護(hù)終端依據(jù)電子自動(dòng)閉塞系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案及《鐵路信號(hào)集中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)條件》進(jìn)行設(shè)計(jì)，能夠?qū)崟r(shí)記錄監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并及時(shí)報(bào)警，具有操作方便的可視化人機(jī)界面。軟件的設(shè)計(jì)遵循實(shí)時(shí)性、可測(cè)試性、可擴(kuò)充性及可靠性等原則。

2.2 設(shè)計(jì)思想

（1）分析原有繼電自動(dòng)閉塞系統(tǒng)的工作電路，包括閉塞分區(qū)電路及移頻總報(bào)警電路等[2]、分析監(jiān)測(cè)信息與報(bào)警條件。（2）實(shí)現(xiàn)區(qū)間線路圖的實(shí)時(shí)顯示。監(jiān)測(cè)維護(hù)終端能夠?qū)崟r(shí)顯示區(qū)間線路圖，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)故障并報(bào)警。（3）實(shí)現(xiàn)對(duì)電子自動(dòng)閉塞系統(tǒng)歷史運(yùn)行情況的查詢(xún)、再現(xiàn)。

2.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

按照上述設(shè)計(jì)原則與設(shè)計(jì)思想，考慮監(jiān)測(cè)維護(hù)終端的特點(diǎn)，通過(guò)以太網(wǎng)接口實(shí)現(xiàn)對(duì)區(qū)間控制系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)和維護(hù)，監(jiān)測(cè)維護(hù)終端結(jié)構(gòu)圖如圖1。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.4 工作原理

監(jiān)測(cè)維護(hù)終端實(shí)時(shí)接收區(qū)間控制系統(tǒng)主機(jī)發(fā)送的監(jiān)測(cè)信息，并通過(guò)人機(jī)界面顯示，當(dāng)監(jiān)測(cè)信息異常時(shí)進(jìn)行報(bào)警。以區(qū)間區(qū)段占用信息的監(jiān)測(cè)為例，每個(gè)閉塞分區(qū)的軌道電路由主軌道電路和小軌道電路兩部分組成，主軌道信號(hào)和小軌道信號(hào)分別經(jīng)過(guò)本軌道電路接收器和相鄰軌道電路接收器處理后，將結(jié)果送給本軌道電路接收器，兩者均空閑，使得GJ（軌道繼電器）吸起即軌道電路空閑，兩者之一占用，則GJ落下即軌道電路占用[2]。監(jiān)測(cè)維護(hù)終端通過(guò)和區(qū)間控制系統(tǒng)主機(jī)通信直接獲取GJ的狀態(tài)，分析處理后在區(qū)間線路圖上實(shí)時(shí)顯示區(qū)間區(qū)段的占用信息，在系統(tǒng)中分別抽象出GJ的吸起、落下兩種狀態(tài)，用軟件實(shí)現(xiàn)其原有的邏輯關(guān)系。如果監(jiān)測(cè)維護(hù)終端接收到的信息不同于這兩種狀態(tài)，則顯示軌道電路占用，并且產(chǎn)生報(bào)警信息。

3 軟件設(shè)計(jì)

監(jiān)測(cè)維護(hù)終端的軟件部分是運(yùn)行在Windows XP環(huán)境下的應(yīng)用程序。本文以Visual C++ 6.0為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)維護(hù)終端的設(shè)計(jì)。軟件設(shè)計(jì)采用自頂向下的設(shè)計(jì)思想，將系統(tǒng)分為通信接口、記錄存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)查詢(xún)和數(shù)據(jù)顯示4個(gè)功能模塊，采用模塊化的設(shè)計(jì)思想實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)維護(hù)終端功能。系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖如圖2。

圖2 軟件結(jié)構(gòu)圖

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)突出了模塊化設(shè)計(jì)思想。軟件的模塊化設(shè)計(jì)使得系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)方便，系統(tǒng)層次清晰。以下是系統(tǒng)軟件各模塊簡(jiǎn)要介紹。

3.1 通信接口模塊

通信接口模塊負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)與外部系統(tǒng)的接口功能，建立通信，并且實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的接收、發(fā)送和處理功能。監(jiān)測(cè)維護(hù)終端通過(guò)一路100Base-T以太網(wǎng)接口與區(qū)間控制系統(tǒng)主機(jī)連接。實(shí)時(shí)接收由區(qū)間控制系統(tǒng)主機(jī)傳輸?shù)臓顟B(tài)信息和報(bào)警信息。通信通道采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接方式。監(jiān)測(cè)維護(hù)系統(tǒng)和區(qū)間控制系統(tǒng)主機(jī)的通信接口為標(biāo)準(zhǔn)RJ45類(lèi)型。

以太網(wǎng)是一種使用廣泛的局域網(wǎng)技術(shù)。隨著以太網(wǎng)技術(shù)發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)傳輸速率已達(dá)到100 Mbps，提高了傳輸效率。通信設(shè)計(jì)選用基于TCP/IP協(xié)議的套接字SOCKET實(shí)現(xiàn)服務(wù)器端（區(qū)間控制系統(tǒng)主機(jī)）和客戶(hù)端（監(jiān)測(cè)維護(hù)終端）的數(shù)據(jù)通信。

3.2 記錄存儲(chǔ)模塊

記錄存儲(chǔ)模塊負(fù)責(zé)對(duì)收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄并存儲(chǔ)。本文采用數(shù)據(jù)文件的形式保存數(shù)據(jù)。在VC開(kāi)發(fā)環(huán)境中，通常先把監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)暫存于數(shù)組，再由數(shù)組寫(xiě)入文件。但是如果監(jiān)測(cè)周期短，頻繁寫(xiě)文件會(huì)影響系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，容易出現(xiàn)錯(cuò)誤。所以本文采用數(shù)組類(lèi)CArray，利用其成員函數(shù)動(dòng)態(tài)的改變數(shù)組大小，可以避免頻繁寫(xiě)文件。

3.3 數(shù)據(jù)查詢(xún)模塊

數(shù)據(jù)查詢(xún)模塊負(fù)責(zé)響應(yīng)用戶(hù)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的查詢(xún)，向數(shù)據(jù)記錄存儲(chǔ)模塊進(jìn)行查詢(xún)請(qǐng)求。記錄存儲(chǔ)模塊向查詢(xún)模塊發(fā)送歷史數(shù)據(jù)，完成查詢(xún)功能。數(shù)據(jù)查詢(xún)可以根據(jù)用戶(hù)的操作，查詢(xún)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信狀態(tài)、報(bào)警信息、電子自動(dòng)閉塞系統(tǒng)運(yùn)行日志、主備機(jī)切換記錄等信息。

3.4 數(shù)據(jù)顯示模塊

數(shù)據(jù)顯示模塊負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)內(nèi)容的實(shí)時(shí)顯示和歷史回放。區(qū)間區(qū)段的占用信息、區(qū)間信號(hào)點(diǎn)燈信息等通過(guò)區(qū)間線路圖實(shí)時(shí)顯示。系統(tǒng)的運(yùn)行情況、異常報(bào)警等也通過(guò)人機(jī)界面直觀地顯示。數(shù)據(jù)報(bào)表可由打印機(jī)打印輸出。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文根據(jù)電子自動(dòng)閉塞系統(tǒng)原理，對(duì)其監(jiān)測(cè)維護(hù)終端進(jìn)行了研究。以電子自動(dòng)閉塞系統(tǒng)監(jiān)測(cè)維護(hù)終端的技術(shù)條件為基礎(chǔ)，分析其工作原理，采用模塊化設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能，為電子自動(dòng)閉塞系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)提供了有力支持。隨著我國(guó)鐵路信息化的快速發(fā)展，區(qū)間控制系統(tǒng)的電子化成為趨勢(shì)，對(duì)其監(jiān)測(cè)維護(hù)終端的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)滿(mǎn)足了安全、可靠、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與報(bào)警等要求，適應(yīng)了我國(guó)鐵路發(fā)展的需要。

[1] 鐵路信號(hào)集中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)條件[S] . 運(yùn)基信號(hào)[2010] 709號(hào).

[2] 林瑜筠. 新型移頻自動(dòng)閉塞[M] . 北京：中國(guó)鐵道出版社，2007.