軌道交通信號系統(tǒng)測試擴(kuò)展板研究

朱浩興 北京交通大學(xué)海濱學(xué)院

引言

伴隨著城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，市內(nèi)人口不斷增長，城市規(guī)模也不斷擴(kuò)大，給城市公共交通帶來了較大壓力。在這一背景下，城市軌道交通系統(tǒng)得到了快速發(fā)展，用于解決市內(nèi)人員出行難、車輛擁堵等問題。而城市軌道交通的運(yùn)營，需要采用軌道交通信號系統(tǒng)這一關(guān)鍵設(shè)備，以滿足軌道的高效運(yùn)行和信號設(shè)備安全管理要求。但就目前來看，該系統(tǒng)測試較為復(fù)雜，為滿足系統(tǒng)測試要求，還要完成測試擴(kuò)展板的研發(fā)。

一、軌道交通信號系統(tǒng)測試問題分析

軌道交通信號系統(tǒng)包含正線信號系統(tǒng)、車輛段/停車場計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)兩部分，前者包含列車自動監(jiān)控、列車自動防護(hù)、列車自動運(yùn)行等子系統(tǒng)，后者包含獨(dú)立的微機(jī)監(jiān)測設(shè)備，能夠?qū)崿F(xiàn)對車輛段/停車場范圍內(nèi)各種信號設(shè)備的監(jiān)測。而在正線設(shè)備信號監(jiān)測方面，各種設(shè)備的采集信號和信息在不同系統(tǒng)中存儲和傳輸，同時系統(tǒng)無法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，所以各系統(tǒng)測試帶來了較大難度。除了擁有結(jié)構(gòu)復(fù)雜，輸入節(jié)點(diǎn)多等特征，軌道交通信號系統(tǒng)為保證系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行，采用了信號冗余設(shè)計方式，在信號輸入方面會完成信號復(fù)制，以保證信號一致。受這些因素的影響，在系統(tǒng)測試方面，不僅需要完成系統(tǒng)對外部信號處理和反應(yīng)能力的測試，還要確定系統(tǒng)在內(nèi)部發(fā)生故障時能否正確進(jìn)行信號傳輸。現(xiàn)階段，系統(tǒng)測試主要采用兩種方式，一種為利用仿真軟件或真實(shí)軟硬件環(huán)境對系統(tǒng)外部信號故障進(jìn)行模擬，另一種就是利用專門的仿真軟件對系統(tǒng)內(nèi)部信號參數(shù)進(jìn)行修改。采用前一種方式，需要耗費(fèi)大量的時間和精力才能完成系統(tǒng)測試。而采用后一種方式，則要承擔(dān)系統(tǒng)內(nèi)部出現(xiàn)錯誤的風(fēng)險。

二、軌道交通信號系統(tǒng)測試擴(kuò)展板應(yīng)用分析

（一）擴(kuò)展板結(jié)構(gòu)

針對軌道交通信號系統(tǒng)測試問題，可以完成系統(tǒng)測試擴(kuò)展板的研發(fā)，以便對系統(tǒng)各種信號故障場景進(jìn)行模擬，然后通過仿真分析完成系統(tǒng)信號測試。從結(jié)構(gòu)上來看，擴(kuò)展板由連接測試母板和母板插接的信號設(shè)備卡槽構(gòu)成，卡槽分為第一卡槽和第二卡槽，分別有n位引腳和2n個卡槽接點(diǎn)，并且包含一個三選一開關(guān)，而n是整數(shù)，需要結(jié)合軌道交通信號系統(tǒng)連接的設(shè)備數(shù)量確定。在進(jìn)行第一卡槽插接時，需要將其插接在測試母板應(yīng)測試的信號設(shè)備的卡槽位置上，然后將測試母板插接在第二卡槽位置上，確保卡槽與引腳一一對應(yīng)。將第一卡槽與第1-n個接點(diǎn)逐一連接，將第二個卡槽與第n-1到2n個接點(diǎn)逐一連接，并將需要模擬信號故障的卡槽接點(diǎn)去除，則能實(shí)現(xiàn)信號故障的模擬。針對A1信號，擴(kuò)展板上完成了可模擬故障的三選一開關(guān)的配置。針對無需模擬開關(guān)的卡槽，可以將兩個卡槽接點(diǎn)兩兩連接在一起，并將一引腳設(shè)定為高位常態(tài)，與第三輸入端連接在一起，然后將一引腳設(shè)定為低位常態(tài)，與第一輸入端連接在一起。通過將輸出端和第二輸入端分別連接2個處在A1位置的卡槽接點(diǎn)，則能從第二輸入端獲得實(shí)際輸出狀態(tài)。如果將A1設(shè)定為高位，將第三輸入端連通，可以對高電位信號狀態(tài)進(jìn)行模擬。如果將A1設(shè)定為低位，將第一輸入端連通，可以對低電位信號狀態(tài)進(jìn)行模擬。

（二）擴(kuò)展板功能

該種擴(kuò)展板最初是針對Seltrac CBTC信號系統(tǒng)基線而設(shè)計的，可用于進(jìn)行系統(tǒng)信號設(shè)備外部處理單元等子系統(tǒng)的測試。從單元構(gòu)成上來看，信號設(shè)備外部處理單元由外部通信控制接口、車輛接口模塊和輸入輸出模塊構(gòu)成。在輸入輸出和外部通信控制接口上，分別存在128個輸入輸出節(jié)點(diǎn)，可以在單元對應(yīng)的卡槽中分別插接。在單元輸入外部信號后，需要利用接口模塊進(jìn)行信號采集，然后復(fù)制得到三份，分別利用不同輸入輸出模塊進(jìn)行傳播，確保外部通信控制接口能夠完成信號的正確接收[1]。利用輸入輸出模塊，可以將三塊外部通信控制接口接收到的信號匯聚成一路信號，然后利用接口模塊向外部輸出。針對該單元進(jìn)行測試，只需要對輸入信號對應(yīng)的輸出信號進(jìn)行測試，可以結(jié)合常用信號輸入輸出比特位表完成幾個選擇開關(guān)的預(yù)先制作，利用不同的卡槽接點(diǎn)進(jìn)行各開關(guān)的連接，然后扳動開關(guān)則能對信號位的輸出進(jìn)行控制。

（三）擴(kuò)展板應(yīng)用

為掌握擴(kuò)展板的應(yīng)用方法，可以2乘2取2的系統(tǒng)進(jìn)行測試。在外部控制通信接口中，存在3個槽位，并只對其中1和3進(jìn)行使用。在輸入輸出模板上，則只對1,3,4,6,7,9槽位進(jìn)行使用，前后兩個為一組，分別稱之為slot1、slot2、slot3。在信號測試中，移除母板，并利用擴(kuò)展板進(jìn)行母板對應(yīng)卡槽替代，然后將母板連接在卡槽另一端，則能完成測試。例如，測試右關(guān)門命令信號，結(jié)合輸入輸出比特位表得到比特位，然后結(jié)合引腳硬件圖紙完成對應(yīng)的C17引腳查找，將兩塊輸入輸出模板擴(kuò)展板插入模板slot1的1和3卡槽，然后對開關(guān)6進(jìn)行控制，則能完成故障模擬。開關(guān)向上，則能對信號“1”進(jìn)行模擬，確認(rèn)信號輸出是否為高電位。開關(guān)向下，則能對信號“0”進(jìn)行模擬，確認(rèn)信號輸出是否為低電位[2]。開關(guān)位于中間，即不改變信號內(nèi)容，需要確定原本信號值是否發(fā)生改變。因此采用擴(kuò)展板，能夠?qū)Ω鞣N信號故障進(jìn)行模擬，完成系統(tǒng)信號的全面測試。

三、結(jié)論

通過研究可以發(fā)現(xiàn)，作為軌道交通控車的中樞系統(tǒng)，軌道交通信號系統(tǒng)得到了廣泛應(yīng)用。而該系統(tǒng)測試有較高的要求，需要完成系統(tǒng)故障的全面測試，才能滿足信號安全、可靠性分析要求。采用系統(tǒng)測試擴(kuò)展板，則能對各種信號故障進(jìn)行仿真，從而實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)的完整測試，因此能夠保證系統(tǒng)硬件和軟件可以得到正確集成，繼而為軌道交通安全提供保障。