鐵路信號(hào)試驗(yàn)輔助系統(tǒng)的研究

蔣東明

在現(xiàn)行鐵路尤其是傳統(tǒng)大鐵 （非高鐵線路）的信號(hào)工程施工過程中，最后的導(dǎo)通試驗(yàn)和聯(lián)鎖試驗(yàn)階段，仍然采用手工制作的模擬盤，并人工做出相關(guān)的模擬試驗(yàn)條件，這種做法沿用了很多年，存在以下5個(gè)弊端：一是設(shè)備簡(jiǎn)易可靠性不高，在試驗(yàn)的過程中設(shè)備時(shí)有損壞，干擾正常試驗(yàn)的進(jìn)行，或影響試驗(yàn)效果，造成某些意想不到的誤判；二是試驗(yàn)的正常工作幾乎完全依靠現(xiàn)場(chǎng)施工人員的技術(shù)嫻熟程度和經(jīng)驗(yàn)維系，可靠性不易保證；三是試驗(yàn)過程不能進(jìn)行記錄；四是模擬設(shè)備幾乎不能重復(fù)使用；五是和現(xiàn)行鐵路的發(fā)展及鐵路信號(hào)整體自動(dòng)化水平不相符。

為此，以傳統(tǒng)導(dǎo)通試驗(yàn)和聯(lián)鎖系統(tǒng)試驗(yàn)的科學(xué)方法為依據(jù)，采用以工業(yè)計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的上位機(jī)系統(tǒng)和工業(yè)嵌入式系統(tǒng)為基礎(chǔ)的下位機(jī)，設(shè)計(jì)了更加科學(xué)的鐵路信號(hào)試驗(yàn)輔助系統(tǒng) （Railway Signal Test Auxiliary System ，RSTAS），以提高鐵路信號(hào)施工過程中的整體自動(dòng)化水平?，F(xiàn)就RSTAS的上位機(jī)軟件系統(tǒng)功能需求和關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行討論。

1 系統(tǒng)整體功能

RSTAS用于鐵路信號(hào)施工后期的輔助調(diào)試，主要實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通試驗(yàn)和聯(lián)鎖試驗(yàn)的自動(dòng)化輔助功能。它由上位機(jī)和下位機(jī)組成，上位機(jī)負(fù)責(zé)人機(jī)接口，接收下位機(jī)信息和對(duì)下位機(jī)發(fā)出指令；下位機(jī)與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際鐵路信號(hào)設(shè)備連接，接收上位機(jī)的控制，將控制命令傳遞給現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)設(shè)備，同時(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的關(guān)鍵狀態(tài)傳遞給上位機(jī)。下位機(jī)嵌入式系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)：①與上位機(jī)的接口；②現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備狀態(tài)的采集；③現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的驅(qū)動(dòng)。

另外，還應(yīng)該在上位機(jī)實(shí)現(xiàn)某些輔助功能，如對(duì)線工序的輔助，工作計(jì)時(shí)器，試驗(yàn)用電監(jiān)測(cè)等。系統(tǒng)硬件方面包含與現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)設(shè)備的接口電纜及接頭，外電路接口架，機(jī)柜等輔助設(shè)備。

2 上位機(jī)功能及結(jié)構(gòu)

RSTAS上位機(jī)功能框圖如圖1所示，主要功能如下。

1．站場(chǎng)數(shù)據(jù)平臺(tái)制作。要想實(shí)現(xiàn)RSTAS的輔助功能，首先要制作站場(chǎng)數(shù)據(jù)平臺(tái)，根據(jù)設(shè)計(jì)文件的站場(chǎng)線路和軌道信息，以圖形的方式生成可動(dòng)態(tài)操作的站場(chǎng)平臺(tái)，生成方法有2種：①鼠標(biāo)拖動(dòng)方式；②導(dǎo)入相關(guān)的配置文件。

圖1 RSTAS系統(tǒng)上位機(jī)功能框圖

2．設(shè)置功能。主要包括：①操作人員權(quán)限設(shè)置，根據(jù)不同操作人員的等級(jí)，設(shè)置不同的操作功能，擬分管理員級(jí)和操作員級(jí)，管理員級(jí)可以進(jìn)行站場(chǎng)數(shù)據(jù)平臺(tái)制作和數(shù)據(jù)庫的管理，操作員級(jí)用作普通技術(shù)人員進(jìn)行導(dǎo)通和聯(lián)鎖試驗(yàn)的操作；②站場(chǎng)數(shù)據(jù)設(shè)置，包括軌道電路的順序關(guān)系設(shè)置，生成聯(lián)鎖表配置文件，一送多受區(qū)段設(shè)置，侵限絕緣設(shè)置等；③試驗(yàn)用電監(jiān)測(cè)的電流閾值設(shè)置。

3．輸入功能。包括操作性輸入，一是點(diǎn)擊區(qū)段占用或出清，二是啟動(dòng)自動(dòng)走行系統(tǒng)，并輸入相應(yīng)的進(jìn)路號(hào)；非操作性輸入，主要是相關(guān)數(shù)據(jù)庫的操作。

4．采集功能。作為試驗(yàn)輔助設(shè)備，采集功能不需要太高的實(shí)時(shí)性要求。采集信息都來自下位機(jī)的采集系統(tǒng)。對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)配置，最后顯示到站場(chǎng)數(shù)據(jù)平臺(tái)，如現(xiàn)場(chǎng)某個(gè)進(jìn)站信號(hào)機(jī)顯示綠燈，由下位機(jī)采集進(jìn)站信號(hào)的LXJ↑，ZXJ↑，LUJ↑和DJ↑條件，然后將信息傳遞給上位機(jī)動(dòng)態(tài)配置文件，經(jīng)過上位機(jī)的綜合運(yùn)算后，在站場(chǎng)數(shù)據(jù)平臺(tái)上顯示該進(jìn)站信號(hào)機(jī)為綠燈。

5．控制功能。主要指對(duì)下位機(jī)的控制，如點(diǎn)擊某區(qū)段要求該區(qū)段占用時(shí)，上位機(jī)發(fā)送指令給下位機(jī)，下位機(jī)接收到指令后，控制現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的GJ斷電落下。

6．管理功能。主要包括：①操作人員信息管理；②操作過程記錄，將實(shí)際的操作過程記錄到數(shù)據(jù)庫中。

7．輸出功能。根據(jù)用戶的需要輸出相應(yīng)的信息，包括聯(lián)鎖表打印和操作過程打印。

這里需要說明的是，采集功能和控制功能是通過串口與下位機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行通信，下位機(jī)是直接和現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備進(jìn)行信息交互，完成上位機(jī)下達(dá)的任務(wù)。

3 軟件處理流程

上位機(jī)軟件系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)以下幾個(gè)目標(biāo)：①根據(jù)設(shè)計(jì)方的站場(chǎng)圖和進(jìn)路圖等車站相關(guān)數(shù)據(jù)信息，生成站場(chǎng)平臺(tái)，作為其他后續(xù)控制和操作；②通過某些操作 （如鼠標(biāo)點(diǎn)擊相關(guān)區(qū)段）實(shí)現(xiàn)列車的模擬占用和出清；③根據(jù)聯(lián)鎖表的進(jìn)路信息，給出相應(yīng)的列車自動(dòng)走行，即自動(dòng)實(shí)現(xiàn)區(qū)段的連續(xù)占用和出清，模擬列車的運(yùn)行；④實(shí)現(xiàn)與下位機(jī)控制的接口；⑤對(duì)下位機(jī)接受現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際設(shè)備的主要狀態(tài)進(jìn)行接收處理；⑥操作人員管理；⑦相關(guān)數(shù)據(jù)庫管理。軟件處理流程如圖2所示，主要包括站場(chǎng)數(shù)據(jù)平臺(tái)制作，功能設(shè)置，計(jì)算機(jī)輸入，對(duì)下位機(jī)的控制，上位機(jī)的采集，輸出。

4 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

由于本軟件系統(tǒng)不存在大量的數(shù)據(jù)管理，故采用Access數(shù)據(jù)庫來存儲(chǔ)操作人員信息和操作過程信息等。操作人員信息存儲(chǔ)在試驗(yàn)過程中，包括曾經(jīng)進(jìn)行過操作的人員姓名、工號(hào)、職稱、職務(wù)、人員級(jí)別等。操作過程信息存儲(chǔ)每一個(gè)曾經(jīng)被操作的細(xì)節(jié)，包括操作人員的姓名、操作設(shè)備類型、設(shè)備操作方式、操作時(shí)間等。其中操作類型依據(jù)操作設(shè)備的不同而有所不同，具體對(duì)應(yīng)關(guān)系見表1。

5 軟件實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)

5．1 進(jìn)路管理

當(dāng)選擇列車自動(dòng)走行時(shí)，輸入相應(yīng)的進(jìn)路號(hào)，可以實(shí)現(xiàn)列車自動(dòng)走行。由于本系統(tǒng)不同于真正意義上的計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖，不存在大量的聯(lián)鎖關(guān)系計(jì)算，在走行過程中也不必考慮具體的信號(hào)機(jī)狀態(tài)和道岔的位置 （這些是由現(xiàn)場(chǎng)的聯(lián)鎖設(shè)備保證），因此，在每條進(jìn)路中，只要存儲(chǔ)列車或調(diào)車走行過程需經(jīng)過的軌道區(qū)段即可，然后依次占用和出清。所以本軟件方案仍然遵照計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，采用靜態(tài)數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)方式，當(dāng)在聯(lián)鎖試驗(yàn)過程中需要試驗(yàn)?zāi)硹l進(jìn)路時(shí)，只要啟動(dòng)列車走行模式，同時(shí)輸入相應(yīng)的進(jìn)路號(hào)，就可以實(shí)現(xiàn)列車在軌道區(qū)段的連續(xù)占用和出清，并且在列車走行過程中，可以隨時(shí)中止列車的運(yùn)行。進(jìn)路數(shù)據(jù)庫采用配置文件 （INI文件的）方式進(jìn)行存儲(chǔ)。

圖2 軟件處理流程圖

如圖3示例線路所示，以下行向1股的接車為例，在設(shè)置功能啟動(dòng)時(shí)，將該進(jìn)路保存到相關(guān)的配置文件中，假設(shè)進(jìn)路號(hào)為1，此時(shí)配置文件的節(jié)名為 “進(jìn)路1”，鍵名和域名關(guān)系為：區(qū)段1＝IAG；區(qū)段2＝1DG；區(qū)段3＝7DG；區(qū)段4＝11－17DG；區(qū)段5＝19DG；區(qū)段6＝ⅠG。

圖3 示例線路

5．2 基于插件思想的軟件開發(fā)

為了使上位機(jī)軟件具有更高的伸縮性、可維護(hù)性能，在RSTAS的上位機(jī)開發(fā)過程中，采用了基于動(dòng)態(tài)鏈接庫技術(shù)的插件技術(shù)。在開發(fā)過程中，根據(jù)軟件系統(tǒng)功能將系統(tǒng)劃分為站場(chǎng)數(shù)據(jù)制作平臺(tái)，設(shè)置、輸入、采集、控制、管理和輸出等功能單元，每個(gè)單元都以動(dòng)態(tài)鏈接庫的形式獨(dú)立存在，它們有公共的宿主系統(tǒng)，可進(jìn)行各單元工作的協(xié)調(diào)，及在各單元之間進(jìn)行通信。

6 總結(jié)

配合下位機(jī)的總體設(shè)計(jì)，要求上位機(jī)系統(tǒng)具有較為完善的功能，同時(shí)結(jié)合下位機(jī)進(jìn)行總體的可靠性設(shè)計(jì)，可以使本系統(tǒng)較好地應(yīng)用在鐵路信號(hào)工程的導(dǎo)通和聯(lián)鎖試驗(yàn)中，對(duì)于施工中的質(zhì)量控制、成本控制，及工期控制等多方面有積極的作用，同時(shí)可以作為仿真培訓(xùn)的輔助產(chǎn)品。系統(tǒng)的部分功能已在山東職業(yè)學(xué)院車站信號(hào)實(shí)訓(xùn)站得到實(shí)現(xiàn)。

［1］ 張海藩，牟永敏．軟件工程導(dǎo)論［M］．第6版．北京：清華大學(xué)出版社，2013．

［2］ 劉剛，程克明．Access數(shù)據(jù)庫程序設(shè)計(jì)教程［M］．北京：清華大學(xué)出版社，2005．

［3］ 趙志熙．微機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)技術(shù)［M］．北京：中國鐵道出版社，1995．