建立局級計算機聯(lián)鎖仿真試驗中心的重要性探討

張 燕，方 峰，張銳

（1、2 中國鐵路蘭州局集團有限公司工電檢測所，工程師；3、蘭州安信鐵路科技有限公司，甘肅省工業(yè)交通自動化工程技術(shù)研究中心，工程師；1、2、3 甘肅 蘭州，730070）

目前，國內(nèi)絕大部分鐵路車站都安裝和使用了計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)［1-2］。計算機聯(lián)鎖是鐵路系統(tǒng)中非常重要的信號機電設備，直接關(guān)系著鐵路的運營效率和運輸安全。其邏輯關(guān)系在該系統(tǒng)中處于重要地位，起著控制軌旁設備、保持行車間隔的作用，是保證列車運行安全的最后一道屏障［1］。所以，計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)是一個安全苛求系統(tǒng)，對可靠性、安全性以及穩(wěn)定性要求極高，安全完整性等級必須為SIL4級［2］。對于新建線或涉及聯(lián)鎖軟件變動的站改，該車站的計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)都必須進行聯(lián)鎖試驗。所以，對計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的任一改動，都必須嚴格做好車站聯(lián)鎖試驗。

如該聯(lián)鎖試驗涉及到鐵路日常運營，必將大大降低運輸效率，顯然很不實際。因此，對立的仿真試驗是不可或缺的［2］。同時，只有加強對聯(lián)鎖試驗的管理才能夠確保聯(lián)鎖系統(tǒng)的準確性、嚴謹性。本文提出建立局級計算機聯(lián)鎖仿真試驗中心，旨在解決目前聯(lián)鎖仿真試驗所存在的試驗不便捷、周期長、效率低、時效性差等問題。

1 基本概念

1.1 計算機聯(lián)鎖結(jié)構(gòu)用于鐵路運輸安全管理的計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)是運用“二乘二取二”技術(shù)實現(xiàn)對信號系統(tǒng)的控制，根據(jù)操作信息以及站場設備狀態(tài)進行邏輯運算，并配合集中聯(lián)鎖硬件設備，控制車站信號機、道岔、區(qū)段等信號設備，向操作人員提供現(xiàn)場設備實時狀態(tài)。該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)可劃分為人機對話層、聯(lián)鎖層、執(zhí)行層、現(xiàn)場設備層［1］，如圖1所示。

人機對話層主要包括操表機、維修機等人機交互設備。操表機的作用：一方面是通過接收操作人員的控制指令并將其轉(zhuǎn)化為控制命令發(fā)給聯(lián)鎖機，從而完成對軌旁相關(guān)設備的控制；另一方面可以實時接收聯(lián)鎖機采集的軌旁信號設備狀態(tài)信息并將其通過顯示界面反映給調(diào)度人員。維修機是聯(lián)鎖系統(tǒng)的診斷子系統(tǒng)，其作用是實時記錄操作人員的操作指令、現(xiàn)場設備狀態(tài)以及報警信息，并提供站場狀態(tài)回放功能，為維護人員維護系統(tǒng)、診斷故障提供依據(jù)。

聯(lián)鎖運算層是系統(tǒng)的核心。該層的主要功能是接收人機對話層的操作命令和監(jiān)控層的設備信息，通過進行聯(lián)鎖運算產(chǎn)生輸出信息，交付給監(jiān)控層執(zhí)行、反饋給人機對話層進行顯示，最終實現(xiàn)具有“故障—安全”特性的聯(lián)鎖功能。

執(zhí)行層主要由驅(qū)動采集組匣和各種執(zhí)行電路組成，用于執(zhí)行聯(lián)鎖運算層下達的操作命令，將操作命令轉(zhuǎn)換為電信號實現(xiàn)對軌旁聯(lián)鎖設備的控制，如根據(jù)安全運輸需要實時開放信號機、轉(zhuǎn)換道岔和開關(guān)屏蔽門等；同時，還具有采集外部設備狀態(tài)并將其傳給聯(lián)鎖運算層的功能。

現(xiàn)場設備層包括用于聯(lián)鎖控制的信號機、道岔和計軸區(qū)段等各類軌旁設備，是聯(lián)鎖系統(tǒng)的控制和監(jiān)測對象，根據(jù)執(zhí)行層傳輸?shù)男盘栠M行動作。

圖1 計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 聯(lián)鎖仿真試驗內(nèi)容聯(lián)鎖仿真試驗主要是對計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的核心聯(lián)鎖軟件的可靠性和安全性進行測試，聯(lián)鎖軟件往往由不同廠家編制，目前普遍做法是由鐵路企業(yè)中的電務部門、生產(chǎn)單位及人員赴不同聯(lián)鎖廠家公司進行室內(nèi)試驗［3］。聯(lián)鎖仿真試驗的目的在于檢查聯(lián)鎖關(guān)系是否正確，其方法大致分為兩種，一種是進路式聯(lián)鎖仿真試驗，另一種是功能式聯(lián)鎖仿真試驗［3-4］，聯(lián)鎖仿真試驗功能見表1。進路式聯(lián)鎖仿真試驗，是先按聯(lián)鎖表排列進路，再按要求依次檢查信號機、道岔、敵對信號、軌道電路、敵對進路等聯(lián)鎖關(guān)系是否正確。功能式聯(lián)鎖仿真試驗，是依據(jù)聯(lián)鎖關(guān)系驗證包括定、反位，列車進路、調(diào)車進路和引導鎖閉進路等功能是否正確。

表1 聯(lián)鎖仿真試驗功能表

2 局級仿真試驗中心建設

2.1 建設內(nèi)容局級計算機聯(lián)鎖仿真試驗中心采用分布式計算機控制系統(tǒng)，實現(xiàn)分散控制，集中管理，主要包括聯(lián)鎖計算機、電務維修機、設備狀態(tài)模擬機、服務器和網(wǎng)絡傳輸系統(tǒng)，聯(lián)鎖仿真試驗中心拓撲結(jié)構(gòu)圖2所示。其中聯(lián)鎖計算機負責采集站場狀態(tài)進行聯(lián)鎖運算并根據(jù)運算結(jié)果控制繼電器動作并將站場的相關(guān)信息傳給操作表示機；電務維修機負責接收站場狀態(tài)信息、提示信息、操作信息、檢修信息等；設備狀態(tài)模擬機為聯(lián)鎖計算機提供模擬軌道電路、道岔、信號機等設備狀態(tài)，本設備可以根據(jù)站場大小進行靈活配置；服務器用于存儲聯(lián)鎖試驗內(nèi)容及數(shù)據(jù)，實現(xiàn)自動化的管理功能；網(wǎng)絡傳輸系統(tǒng)，用于構(gòu)建局域網(wǎng)，連結(jié)外設與核心系統(tǒng)聯(lián)鎖計算機。

圖2 聯(lián)鎖仿真試驗中心拓撲結(jié)構(gòu)圖

通過以上分析可知，無論采用那種類型的試驗方式，計算機聯(lián)鎖仿真試驗的重點內(nèi)容都是一樣的，具體要點如下所述［4］：

1）聯(lián)鎖試驗準備工作以及試驗方案的制定。

2）校準核對控制臺站場顯示以及信號平面布置圖與真實站場的一致性，重點檢查侵限絕緣節(jié)位置、信號機禁止燈光顯示、道岔定反位開向等內(nèi)容。

3）校核I/O 口，首先要校核聯(lián)鎖軟件研發(fā)公司提供的信息表與施工設計圖紙的I/O 信息位的一致性。對于不同接口模式的I/O 口的采用不同的校核方式，如對采用PLC接口模式的仿真試驗，采取直接校核的方式，而對于采用數(shù)據(jù)接口模式的仿真試驗則必須單獨對I/O口進行校核。

4）對于聯(lián)鎖進路表中未列出的部分聯(lián)鎖關(guān)系，在進行常規(guī)聯(lián)鎖試驗前應先對未列出的聯(lián)鎖關(guān)系進行校核。

5）常規(guī)聯(lián)鎖試驗前，對各種結(jié)合電路，例如與方向電路的結(jié)合，要先進行仿真試驗，這項工作對試驗人員的素質(zhì)要求非常高，也是聯(lián)鎖試驗最容易出現(xiàn)問題的環(huán)節(jié)。

6）針對非正常情況的聯(lián)鎖試驗，窮舉要求很難做到，可視具體站場情況，對概率最大的非正常情況進行仿真試驗。

2.2 中心功能中心應具備操作、顯示及信息轉(zhuǎn)發(fā)功能。中心的操作界面應與既有系統(tǒng)的界面和操作方法完全相同，如此有利于相關(guān)人員快速上手，操作功能，例如辦理進路等，接收到的操作按鈕信息通過網(wǎng)絡系統(tǒng)傳給聯(lián)鎖計算機。顯示功能主要顯現(xiàn)聯(lián)鎖機的站場狀態(tài)、系統(tǒng)運行狀況、警示信息等，對主要故障及差錯應進行語音播報［5］。信息轉(zhuǎn)發(fā)就是將站場狀態(tài)信息、報警信息等轉(zhuǎn)發(fā)給電務維修機，它將記錄保存這些信息。

2.3 具體實現(xiàn)方式局級計算機聯(lián)鎖仿真試驗中心應具備如圖3所示功能：

圖3 計算機聯(lián)鎖仿真試驗中心功能

1）應兼容不同版本的聯(lián)鎖仿真軟件，包括目前國內(nèi)在用的主流廠家聯(lián)鎖功能軟件，可以做到自由切換，同時具備語音識別，語音交流的功能，實現(xiàn)流暢的人機交流，方便聯(lián)鎖試驗；

2）可以向聯(lián)鎖試驗提供必備的基本信息，例如道岔定反位表示、軌道電路占用和出清狀態(tài)以及信號機開放與關(guān)閉和燈絲斷絲等。

3）當聯(lián)鎖系統(tǒng)的聯(lián)鎖關(guān)系存在問題時，在本地可直接進行再現(xiàn)試驗，便于故障診斷分析和聯(lián)鎖的日常管理。

4）具備培訓教學功能，提高相關(guān)人員（聯(lián)鎖工程師）的理論和實踐素質(zhì)。

3 中心建設重要性

計算機聯(lián)鎖方法和設備已被廣泛運用安全生產(chǎn)，聯(lián)鎖軟件是計算機聯(lián)鎖的中樞，現(xiàn)在鐵路企業(yè)普遍的方法是電務人員赴不同聯(lián)鎖廠家在廠家的試驗平臺上進行試驗，試驗合格后上道使用，并且計算機聯(lián)鎖軟件一旦上道完成建設并使用后，受維修條件、周邊環(huán)境的限制，不能進行全面聯(lián)鎖關(guān)系試驗，也不能進行故障復現(xiàn)，并且相關(guān)人員不能及時知道故障原因，對鐵路運輸安全構(gòu)成較大隱患。因此，建設局級計算機聯(lián)鎖仿真試驗中心具有關(guān)鍵意義。

在試驗中心內(nèi)可對聯(lián)鎖關(guān)系進行全面試驗，節(jié)約天窗時間；

1）當聯(lián)鎖出現(xiàn)故障時，可在試驗中心進行故障回放測試，及時發(fā)現(xiàn)問題，提高時效性；

2）相關(guān)電務人員可在試驗中心接受培訓，有助于其快速熟悉聯(lián)鎖知識及操作方法以及故障處理措施，提高試驗人員的綜合試驗能力；

3）中心設備融合不同廠家的計算機聯(lián)鎖軟件，可以自由切換，解決了版本兼容問題。

4）有利于提高聯(lián)鎖仿真試驗的質(zhì)量和效率，有利于解決聯(lián)鎖關(guān)系問題的及時試驗分析，有利于提高聯(lián)鎖管理、維護、試驗人員的理論、實踐素質(zhì)，有利于提高鐵路運營單位聯(lián)鎖工程師管理水平。

4 結(jié)語

建立計算機聯(lián)鎖仿真試驗室，包含整套的信號設備，分別納入主流廠家的計算機聯(lián)鎖功能。本文主要介紹了計算機聯(lián)鎖的結(jié)構(gòu)以及聯(lián)鎖仿真試驗的內(nèi)容，總結(jié)出目前聯(lián)鎖試驗存在試驗效率低、試驗不徹底等問題，提出建立局級計算機聯(lián)鎖仿真試驗中心，以方便試驗人員在發(fā)現(xiàn)問題時，可直接在本地再現(xiàn)試驗問題，及時與局級電務部、電務段技術(shù)人員交流，提高運營效率和安全。