計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖標(biāo)準(zhǔn)化研究與實(shí)踐

李文濤

經(jīng)過(guò)30 多年的應(yīng)用和發(fā)展，計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖技術(shù)已經(jīng)成熟。目前在國(guó)內(nèi)鐵路推廣應(yīng)用的計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)主要有6 種型號(hào)，均已通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)了原6502繼電聯(lián)鎖所具有的邏輯功能。6502 繼電聯(lián)鎖有一套成熟的標(biāo)準(zhǔn)定型電路，在工程實(shí)施中除零散電路外，基本功能的實(shí)現(xiàn)都做到了統(tǒng)一。但計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖由于研制單位不同，在需求理解和軟件實(shí)現(xiàn)方式上有差異，實(shí)現(xiàn)方案各式各樣，給現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)工作帶來(lái)了一定的不便。近些年，開展了多項(xiàng)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖標(biāo)準(zhǔn)化的研究工作，也取得了一定的成效。

1 聯(lián)鎖功能和接口標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一

聯(lián)鎖功能的安全、聯(lián)鎖系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的接口安全，是保障鐵路運(yùn)輸安全的核心，安全處理機(jī)制是聯(lián)鎖系統(tǒng)安全的核心。對(duì)這些方面的規(guī)范、統(tǒng)一，以及為適應(yīng)鐵路新發(fā)展所做的功能擴(kuò)展，一直是這些年計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖管理工作的重點(diǎn)。

1.1 聯(lián)鎖功能的統(tǒng)一

隨著高速鐵路的大規(guī)模建設(shè)、安全控制認(rèn)識(shí)水平的不斷提高，對(duì)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖的技術(shù)內(nèi)容、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范有了新的要求。通過(guò)對(duì)多年高速鐵路運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)的思考、總結(jié)與提煉，原鐵道部于2015 年發(fā)布實(shí)施了TB/T 3027-2015《鐵路車站計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖技術(shù)條件》。該標(biāo)準(zhǔn)完善了計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的應(yīng)用環(huán)境和基本功能需求，增加了用于高速鐵路的特殊聯(lián)鎖功能，并對(duì)安全/可靠性多重冗余技術(shù)、電子化執(zhí)行單元、遠(yuǎn)程操控等新技術(shù)和新的運(yùn)用模式加以規(guī)范。突出的功能變化體現(xiàn)在3 個(gè)方面。

1）列車信號(hào)機(jī)向常態(tài)滅燈狀態(tài)方向轉(zhuǎn)變。在只開行動(dòng)車組的線路上，將列車信號(hào)機(jī)設(shè)置為常態(tài)滅燈狀態(tài)，司機(jī)不再核查地面信號(hào)；非常情況下可將信號(hào)機(jī)轉(zhuǎn)為點(diǎn)燈狀態(tài)，解決車載設(shè)備故障或非動(dòng)車組列車的行車憑證問(wèn)題。

2）增加發(fā)車引導(dǎo)信號(hào)。在區(qū)間不設(shè)通過(guò)信號(hào)機(jī)的高鐵車站，增加發(fā)車引導(dǎo)功能（包括線路所的通過(guò)信號(hào)機(jī)），解決當(dāng)發(fā)車進(jìn)路上出現(xiàn)軌道區(qū)段故障、或出站信號(hào)因故無(wú)法點(diǎn)亮?xí)r，列車無(wú)法以辦理進(jìn)路的方式出站的問(wèn)題。

3）區(qū)間閉塞結(jié)合改為通信接口方式。計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖與區(qū)間自動(dòng)閉塞的結(jié)合，由原來(lái)的繼電接口方式轉(zhuǎn)變?yōu)榕c列控中心系統(tǒng)的通信接口方式，閉塞條件及其他的站間相關(guān)信息通過(guò)信號(hào)系統(tǒng)安全數(shù)據(jù)網(wǎng)傳輸，減少了站間信息傳輸?shù)某杀尽?/p>

1.2 通信接口的統(tǒng)一

為提高鐵路運(yùn)輸效率，實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸作業(yè)自動(dòng)化，計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)增加并規(guī)范了與CTC 車站自律機(jī)、無(wú)線調(diào)車機(jī)車信號(hào)和監(jiān)控系統(tǒng)，及編組站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的接口。

在2009 年前后，計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)增加了與RBC、TCC 的接口，滿足了列控系統(tǒng)結(jié)合的需要，目前已推廣至所有高鐵線路。

為促進(jìn)聯(lián)鎖間的互聯(lián)互通，編制和發(fā)布了標(biāo)準(zhǔn)性技術(shù)文件TJ/DW186-2016《車站計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖間通信接口暫行技術(shù)規(guī)范》，規(guī)定了交互信息的傳輸方式、內(nèi)容、以及安全側(cè)處理原則。聯(lián)鎖間的通信接口在近年來(lái)的高鐵新線建設(shè)，尤其是樞紐站接入工程中發(fā)揮了重要作用。

1.3 聯(lián)鎖安全原則的統(tǒng)一

為了明確計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的硬件、軟件、通信接口、繼電接口、電子執(zhí)行單元需要遵循的安全原則，為新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、研發(fā)提供理論支撐，2017 年發(fā)布了TB/T 3482-2017《鐵路車站計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖安全原則》。該規(guī)范對(duì)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)應(yīng)采取的技術(shù)措施進(jìn)行了統(tǒng)一規(guī)定，如安全功能的處理由聯(lián)鎖運(yùn)算層或執(zhí)行表示層執(zhí)行；繼電接口采用前后接點(diǎn)采集、雙接點(diǎn)采集、條件串接采集等方式；校核有誤時(shí)，及時(shí)采取安全措施并報(bào)警。這些規(guī)定為計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的優(yōu)化、研發(fā)提供了安全設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

2 人機(jī)接口設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一

計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的操作顯示機(jī)、維護(hù)終端和作為功能測(cè)試輔助設(shè)備的仿真試驗(yàn)平臺(tái)，是操作人員、維護(hù)人員和測(cè)試人員直接進(jìn)行操作和獲知設(shè)備執(zhí)行結(jié)果的重要設(shè)備。由于不同型號(hào)的系統(tǒng)在人機(jī)界面設(shè)計(jì)時(shí)差異較大，給操作、維護(hù)和測(cè)試人員的工作帶來(lái)影響，甚至可能導(dǎo)致誤解或關(guān)鍵信息的丟失，因此，人機(jī)界面的統(tǒng)一對(duì)保障運(yùn)輸安全十分重要。

2.1 操作顯示統(tǒng)一

隨著調(diào)度集中系統(tǒng)推廣使用，不同型號(hào)的計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖設(shè)備操作、顯示方式不統(tǒng)一的問(wèn)題逐步顯現(xiàn)。為此，2016 年出臺(tái)了全路統(tǒng)一的計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖操作顯示技術(shù)規(guī)范，主要包括以下幾方面內(nèi)容。

1）操作顯示界面總體布局。將界面按照功能劃分為功能按鈕、站場(chǎng)、提示信息、報(bào)警信息、預(yù)警信息和設(shè)備狀態(tài)信息等6 個(gè)區(qū)域，確定了各區(qū)域的顯示內(nèi)容、色彩、圖符尺寸、線間距、功能按鈕設(shè)置等，如圖1 所示。

2）常規(guī)操作辦理流程。進(jìn)一步規(guī)范了設(shè)備的操作和顯示，主要包括常規(guī)進(jìn)路辦理、道岔操作、改變閉塞方向以及特殊結(jié)合電路的操作等。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)化的計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制臺(tái)界面示意

3）顯示圖符標(biāo)準(zhǔn)化。字母、數(shù)字、漢字參考了GJB 1062A-2008 的規(guī)定，借鑒GB/T 18978.12-2009 中條款7.5.8，優(yōu)化了類似“總輔助”“發(fā)車輔助”等按鈕的色彩配置，對(duì)信息的顯示和刷新進(jìn)行了規(guī)范，同時(shí)根據(jù)GJB 455-1988 的要求，對(duì)文字的亮度也進(jìn)行了規(guī)定。

2.2 維護(hù)終端功能統(tǒng)一

為了方便各路局電務(wù)維護(hù)人員快速掌握聯(lián)鎖維護(hù)終端的操作和使用，能在發(fā)生故障時(shí)快速定位故障點(diǎn)并及時(shí)處理，2019 年出臺(tái)了計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖維修終端顯示規(guī)范（建議稿），具體內(nèi)容主要體現(xiàn)在以下幾方面。

1）功能統(tǒng)一。統(tǒng)一了維護(hù)終端功能，包括實(shí)時(shí)站場(chǎng)顯示、報(bào)警診斷、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)顯示、I/O 狀態(tài)顯示、信息查詢、安全接口顯示、歷史回放、輔助功能等內(nèi)容。

2）界面顯示統(tǒng)一。對(duì)各功能界面的顯示、布局、內(nèi)容、色彩配比做了明確要求。規(guī)定了功能按鈕的按下和抬起狀態(tài)顯示、預(yù)警提示顯示。實(shí)時(shí)站場(chǎng)界面明確了站場(chǎng)顯示界面縮放及拖動(dòng)功能、控制臺(tái)顯示一致性等要求；報(bào)警診斷界面明確了功能區(qū)劃分、信息顯示區(qū)內(nèi)容、報(bào)警信息篩選方式、色彩配置等統(tǒng)一要求；網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)界面明確了網(wǎng)絡(luò)圖組成、設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)顯示等統(tǒng)一要求；驅(qū)動(dòng)采集界面明確了展示方式、I/O 信息查找方式、報(bào)警方式、驅(qū)采碼位時(shí)序圖顯示方式等統(tǒng)一要求；信息查詢界面規(guī)定了功能區(qū)劃分、時(shí)間段選擇方式、信息顯示區(qū)內(nèi)容、信息顯示規(guī)定、信息篩選方式、色彩配置等統(tǒng)一要求；安全接口界面規(guī)定了計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)和其他信號(hào)安全控制系統(tǒng)接口信息的顯示、查看等統(tǒng)一要求；歷史回放界面明確了圖像再現(xiàn)、記錄再現(xiàn)、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)再現(xiàn)等統(tǒng)一要求；輔助功能界面規(guī)定了故障案例、軟件版本信息、硬件清單信息等內(nèi)容的功能要求。

3）故障診斷功能統(tǒng)一。對(duì)相關(guān)故障發(fā)生時(shí)的診斷、指示方式進(jìn)行了統(tǒng)一。如圖2 所示，統(tǒng)一了維修機(jī)網(wǎng)絡(luò)各通道顯示方式，給出進(jìn)一步顯示的界面，并提供系統(tǒng)故障分析。如圖3 所示，對(duì)于采集、驅(qū)動(dòng)信息，提供時(shí)序分析功能，便于監(jiān)控和回放各信息的狀態(tài)，有助于繼電接口故障的處理。除此之外，對(duì)于驅(qū)動(dòng)板故障、采集板故障、I/O 驅(qū)采故障、聯(lián)鎖機(jī)主機(jī)單系停機(jī)故障、聯(lián)鎖系間通信故障、安全數(shù)據(jù)網(wǎng)區(qū)域故障、聯(lián)鎖機(jī)與驅(qū)采機(jī)籠通信區(qū)域故障、電源故障等，具備條件的CBI 設(shè)備應(yīng)能給出統(tǒng)一的顯示和診斷內(nèi)容。

2.3 接口測(cè)試模擬軟件統(tǒng)一

各計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)集成商都有仿真試驗(yàn)平臺(tái)，用于實(shí)驗(yàn)室聯(lián)鎖仿真試驗(yàn)。對(duì)于通信接口，供應(yīng)商有自己的接口模擬工具，但普遍問(wèn)題是界面可讀性差，不便于設(shè)備維護(hù)管理單位核對(duì)試驗(yàn)。為了確保高速鐵路車站聯(lián)鎖的正確性，對(duì)現(xiàn)有的聯(lián)鎖仿真試驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行改進(jìn)，提升試驗(yàn)?zāi)芰?，增加RBC 接口模擬、TCC 接口模擬、CBI 接口模擬，使其具備與TCC、RBC、相鄰CBI 接口數(shù)據(jù)核對(duì)的功能。

圖2 網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)顯示及分析界面示意

圖3 采集驅(qū)動(dòng)信息分析界面示意

1） 仿真界面的統(tǒng)一。仿真界面主要包括與TCC、RBC、CBI 的接口，各接口分別設(shè)置獨(dú)立的界面。各接口界面風(fēng)格統(tǒng)一，圖4 所示為標(biāo)準(zhǔn)化的計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖TCC 接口模擬軟件界面。在每個(gè)界面上，接收信息和發(fā)送信息在界面上分開顯示，并以通信內(nèi)容的信息包為單元，分區(qū)域顯示。在每個(gè)區(qū)域中，多為有吸起、落下含義的信息，用箭頭圖符顯示其狀態(tài)，并通過(guò)在對(duì)應(yīng)顯示文字上按壓鼠標(biāo)左鍵改變發(fā)送的狀態(tài)值。對(duì)于有多個(gè)狀態(tài)的信息，采用文字方式表示，并設(shè)置下拉框改變發(fā)送的狀態(tài)值。

2）測(cè)試內(nèi)容統(tǒng)一。詳細(xì)規(guī)定了測(cè)試范圍和測(cè)試內(nèi)容，并包含每類信息的測(cè)試方法。如進(jìn)路類信息，需要重點(diǎn)核對(duì)編號(hào)、進(jìn)路狀態(tài)與聯(lián)鎖的一致性，并核實(shí)非列控系統(tǒng)需要的進(jìn)路是否存在多發(fā)的情況。對(duì)于區(qū)間方向信息、區(qū)間閉塞分區(qū)狀態(tài)、信號(hào)降級(jí)、異物侵限、CBI-CBI 接口等開關(guān)量信息，則重點(diǎn)核對(duì)狀態(tài)的一致性。

圖4 標(biāo)準(zhǔn)化的計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖TCC 接口模擬軟件界面示意

3 尚待統(tǒng)一的內(nèi)容

1）經(jīng)過(guò)多年不懈的努力，計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化工作取得了較大進(jìn)展，但由于不同系統(tǒng)間的差異性設(shè)計(jì)從開發(fā)之初就已經(jīng)存在，經(jīng)過(guò)近30年應(yīng)用和改進(jìn)，各自趨于穩(wěn)定，每個(gè)關(guān)鍵功能的變更都要慎之又慎?！惰F路車站計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖技術(shù)條件》自2015 年發(fā)布以來(lái)，起到了極大的規(guī)范作用，但目前在實(shí)際運(yùn)營(yíng)維護(hù)中，仍存在一些不統(tǒng)一的問(wèn)題，不同供應(yīng)商設(shè)備間存在聯(lián)鎖關(guān)系處理、結(jié)合電路、系統(tǒng)參數(shù)等各方面的差異，雖然對(duì)正常的聯(lián)鎖功能及運(yùn)輸作業(yè)不會(huì)帶來(lái)實(shí)質(zhì)型的影響，但有可能在計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)和其他信號(hào)系統(tǒng)間接口時(shí)，由于處理方式不統(tǒng)一，出現(xiàn)接口信息處理的差異性。

2）仿真測(cè)試平臺(tái)功能的統(tǒng)一也是今后需要進(jìn)一步研究的內(nèi)容。聯(lián)鎖系統(tǒng)的安全性由通用軟件與特定車站的聯(lián)鎖工程數(shù)據(jù)共同組成。因具體車站站型及功能組合不同，工程數(shù)據(jù)在目標(biāo)站下的特定應(yīng)用也不相同。聯(lián)鎖關(guān)系仿真試驗(yàn)是保證聯(lián)鎖正確的關(guān)鍵步驟，在聯(lián)鎖軟件編制完成到發(fā)布之前，按照管理辦法規(guī)定，該項(xiàng)試驗(yàn)作為設(shè)備接管單位對(duì)聯(lián)鎖設(shè)備基礎(chǔ)性驗(yàn)證的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，是必須開展的一項(xiàng)測(cè)試、驗(yàn)收工作。測(cè)試內(nèi)容具體到每一條進(jìn)路的每一個(gè)聯(lián)鎖對(duì)象（或聯(lián)鎖條件）的有效性，以及具體到每一個(gè)結(jié)合電路的每一個(gè)繼電器動(dòng)作時(shí)序的有效性。目前，設(shè)備接管單位的仿真試驗(yàn)主要采用人工測(cè)試的方式。受測(cè)試人員的主觀意識(shí)支配，人工測(cè)試進(jìn)路表及其他標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)合部分時(shí)，重復(fù)性勞動(dòng)較多，容易發(fā)生人員疲勞和問(wèn)題遺漏。驗(yàn)證特定車站聯(lián)鎖關(guān)系正確性工作量巨大，尤其是站型復(fù)雜的大型客場(chǎng)和貨運(yùn)編組站樞紐。

研究開發(fā)統(tǒng)一的聯(lián)鎖工程數(shù)據(jù)仿真試驗(yàn)平臺(tái)，可以將測(cè)試人員從大量簡(jiǎn)單、重復(fù)的工作中解放出來(lái)，提高工作效率。用戶一般人工測(cè)試一條進(jìn)路需要20 min，一個(gè)200 條進(jìn)路的車站，每天按8 h 計(jì)算，僅進(jìn)路一項(xiàng)，一組人需要測(cè)試8 天。通過(guò)仿真試驗(yàn)平臺(tái)，結(jié)合局部的自動(dòng)測(cè)試，爭(zhēng)取做到將每條進(jìn)路的測(cè)試時(shí)間減半。仿真試驗(yàn)平臺(tái)還可以完成人工測(cè)試難以實(shí)現(xiàn)的遍歷測(cè)試，避免人工測(cè)試時(shí)可能出現(xiàn)的遺漏情況。如對(duì)于每一條進(jìn)路的聯(lián)鎖對(duì)象之外的無(wú)關(guān)條件的測(cè)試，驗(yàn)證所有條件的相關(guān)性時(shí)，機(jī)器驗(yàn)證更能發(fā)揮優(yōu)勢(shì)。

3）系統(tǒng)供電需要探索統(tǒng)一的方式。計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)一般使用交流220V 工頻電源，由穩(wěn)定可靠的冗余供電系統(tǒng)進(jìn)行不間斷供電，以保證系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性和安全性；尤其需要避免電源的頻繁波動(dòng)和間斷的情況出現(xiàn)，因?yàn)閺?fù)雜電子系統(tǒng)在電壓頻繁異常的情況下，容易損壞甚至可能引發(fā)出未知的安全問(wèn)題；工作中的聯(lián)鎖系統(tǒng)意外重啟，造成已辦理的進(jìn)路“丟失”也是一種安全隱患。

目前主流的計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)，雖然存在多種型號(hào)，但在系統(tǒng)配置、設(shè)備組成、系統(tǒng)架構(gòu)等方面大同小異，因此在供電方式的標(biāo)準(zhǔn)化方面，還可以進(jìn)行更深入的研究。

①冗余供電方式。除了采用符合獨(dú)立性要求的雙套聯(lián)鎖獨(dú)立供電的方式外，還需要關(guān)注以下方面：對(duì)于維修機(jī)等未采用主、備雙系冗余結(jié)構(gòu)的部分，目前還需要有單獨(dú)的（手動(dòng)）切換機(jī)制，技術(shù)上還有提升空間；對(duì)于驅(qū)動(dòng)、采集電源，是否可以使用交叉共用的設(shè)計(jì)方式，以進(jìn)一步提高系統(tǒng)的可靠性。

②統(tǒng)一布署高速鐵路和普速鐵路聯(lián)鎖系統(tǒng)UPS 配置。

4 總結(jié)

計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化是一個(gè)循序漸進(jìn)的過(guò)程，既要推進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化，還不能由于標(biāo)準(zhǔn)化工作而對(duì)目前形成的良好安全局面帶來(lái)較大的影響，對(duì)每項(xiàng)改動(dòng)都應(yīng)進(jìn)行必要的、充分的、完整的風(fēng)險(xiǎn)分析。在保障和維護(hù)現(xiàn)有安全態(tài)勢(shì)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖各方面的統(tǒng)一，有利于今后設(shè)備的運(yùn)用維護(hù)，更好地為運(yùn)輸服務(wù)，并為新產(chǎn)品的研發(fā)提供借鑒。系統(tǒng)設(shè)計(jì)是設(shè)備安全最關(guān)鍵的一部分，有了高安全、高可靠的設(shè)計(jì)，有了標(biāo)準(zhǔn)化的實(shí)現(xiàn)方式，進(jìn)一步管控好整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程，加上投入運(yùn)營(yíng)后的良好維護(hù)，設(shè)備才能安全、可靠運(yùn)行。