電子自動閉塞系統(tǒng)監(jiān)測維護終端研究

李 瑾，范多旺，何 濤

（蘭州交通大學光電技術與智能控制教育部重點實驗室，蘭州730070）

目前我國CTCS2/CTCS3級的區(qū)間控制系統(tǒng)采用列控中心（TCC）來保障列車在區(qū)間的安全運行，時速160 km以下的區(qū)間自動閉塞系統(tǒng)，即CTCS0/CTCS1級自動閉塞系統(tǒng)仍采用傳統(tǒng)的繼電器組合電路實現(xiàn)自動閉塞的邏輯關系，電路體積大，維護和排除故障困難，影響自動閉塞區(qū)段的通過能力。隨著計算機技術、信息技術和電子技術的發(fā)展，使電子自動閉塞系統(tǒng)的實現(xiàn)成為可能。

信號集中監(jiān)測系統(tǒng)是保證行車安全、強化信號設備結合部管理、監(jiān)測信號設備狀態(tài)、發(fā)現(xiàn)信號設備隱患、分析信號設備故障原因、輔助故障處理、指導現(xiàn)場維修、反映設備運用質量、提高電務部門維護水平和維護效率的重要行車設備[1]。信號集中監(jiān)測系統(tǒng)主要對信號設備的開關量及模擬量進行動態(tài)實時監(jiān)測，目前尚無針對區(qū)間電子自動閉塞系統(tǒng)的監(jiān)測維護終端，系統(tǒng)運行情況得不到實時監(jiān)測，不利于系統(tǒng)故障報警分析。監(jiān)測維護終端是電子自動閉塞系統(tǒng)的重要組成部分，對監(jiān)測維護終端的研究具有重要意義。

1 技術要求

電子自動閉塞系統(tǒng)實現(xiàn)采用集中式控制模式，系統(tǒng)單獨設置區(qū)間控制機柜，由區(qū)間控制系統(tǒng)主機和區(qū)間電子執(zhí)行單元組成。電子自動閉塞系統(tǒng)監(jiān)測維護終端的技術要求主要有以下幾點：

（1）實時顯示并記錄系統(tǒng)運行情況。（2）對所記錄的信息進行邏輯分析。（3）對所記錄的信息提供查詢、打印、回放。（4）對異常情況進行報警，根據(jù)系統(tǒng)故障性質產(chǎn)生一級報警、二級報警、三級報警和預警。（5） 具有操作方便易于維護的人機交互界面。（6）監(jiān)測維護終端應當獨立于電子自動閉塞系統(tǒng)，終端的故障不能影響系統(tǒng)正常運行。

監(jiān)測維護終端的監(jiān)測內容如下[1]：

（1）區(qū)間控制系統(tǒng)主機的工作狀態(tài)，區(qū)間控制系統(tǒng)主機與聯(lián)鎖、鄰站的通信接口狀態(tài)。（2）聯(lián)鎖接發(fā)車進路信息、線路方向信息、信號降級信息。（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)間信號點燈狀態(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)主機維護報警信息。（8）臨時限速信息。

2 監(jiān)測維護終端總體設計

2.1 設計原則

監(jiān)測維護終端依據(jù)電子自動閉塞系統(tǒng)實現(xiàn)方案及《鐵路信號集中監(jiān)測系統(tǒng)技術條件》進行設計，能夠實時記錄監(jiān)測數(shù)據(jù)，并及時報警，具有操作方便的可視化人機界面。軟件的設計遵循實時性、可測試性、可擴充性及可靠性等原則。

2.2 設計思想

（1）分析原有繼電自動閉塞系統(tǒng)的工作電路，包括閉塞分區(qū)電路及移頻總報警電路等[2]、分析監(jiān)測信息與報警條件。（2）實現(xiàn)區(qū)間線路圖的實時顯示。監(jiān)測維護終端能夠實時顯示區(qū)間線路圖，實時監(jiān)測系統(tǒng)故障并報警。（3）實現(xiàn)對電子自動閉塞系統(tǒng)歷史運行情況的查詢、再現(xiàn)。

2.3 系統(tǒng)結構

按照上述設計原則與設計思想，考慮監(jiān)測維護終端的特點，通過以太網(wǎng)接口實現(xiàn)對區(qū)間控制系統(tǒng)的監(jiān)測和維護，監(jiān)測維護終端結構圖如圖1。

圖1 系統(tǒng)結構圖

2.4 工作原理

監(jiān)測維護終端實時接收區(qū)間控制系統(tǒng)主機發(fā)送的監(jiān)測信息，并通過人機界面顯示，當監(jiān)測信息異常時進行報警。以區(qū)間區(qū)段占用信息的監(jiān)測為例，每個閉塞分區(qū)的軌道電路由主軌道電路和小軌道電路兩部分組成，主軌道信號和小軌道信號分別經(jīng)過本軌道電路接收器和相鄰軌道電路接收器處理后，將結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)測維護終端通過和區(qū)間控制系統(tǒng)主機通信直接獲取GJ的狀態(tài)，分析處理后在區(qū)間線路圖上實時顯示區(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)，用軟件實現(xiàn)其原有的邏輯關系。如果監(jiān)測維護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)生報警信息。

3 軟件設計

監(jiān)測維護終端的軟件部分是運行在Windows XP環(huán)境下的應用程序。本文以Visual C++ 6.0為開發(fā)平臺，實現(xiàn)監(jiān)測維護終端的設計。軟件設計采用自頂向下的設計思想，將系統(tǒng)分為通信接口、記錄存儲、數(shù)據(jù)查詢和數(shù)據(jù)顯示4個功能模塊，采用模塊化的設計思想實現(xiàn)監(jiān)測維護終端功能。系統(tǒng)軟件結構圖如圖2。

圖2 軟件結構圖

系統(tǒng)軟件設計突出了模塊化設計思想。軟件的模塊化設計使得系統(tǒng)功能實現(xiàn)方便，系統(tǒng)層次清晰。以下是系統(tǒng)軟件各模塊簡要介紹。

3.1 通信接口模塊

通信接口模塊負責實現(xiàn)與外部系統(tǒng)的接口功能，建立通信，并且實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的接收、發(fā)送和處理功能。監(jiān)測維護終端通過一路100Base-T以太網(wǎng)接口與區(qū)間控制系統(tǒng)主機連接。實時接收由區(qū)間控制系統(tǒng)主機傳輸?shù)臓顟B(tài)信息和報警信息。通信通道采用點對點連接方式。監(jiān)測維護系統(tǒng)和區(qū)間控制系統(tǒng)主機的通信接口為標準RJ45類型。

以太網(wǎng)是一種使用廣泛的局域網(wǎng)技術。隨著以太網(wǎng)技術發(fā)展，網(wǎng)絡傳輸速率已達到100 Mbps，提高了傳輸效率。通信設計選用基于TCP/IP協(xié)議的套接字SOCKET實現(xiàn)服務器端（區(qū)間控制系統(tǒng)主機）和客戶端（監(jiān)測維護終端）的數(shù)據(jù)通信。

3.2 記錄存儲模塊

記錄存儲模塊負責對收到的數(shù)據(jù)進行實時記錄并存儲。本文采用數(shù)據(jù)文件的形式保存數(shù)據(jù)。在VC開發(fā)環(huán)境中，通常先把監(jiān)測的數(shù)據(jù)暫存于數(shù)組，再由數(shù)組寫入文件。但是如果監(jiān)測周期短，頻繁寫文件會影響系統(tǒng)的實時性，容易出現(xiàn)錯誤。所以本文采用數(shù)組類CArray，利用其成員函數(shù)動態(tài)的改變數(shù)組大小，可以避免頻繁寫文件。

3.3 數(shù)據(jù)查詢模塊

數(shù)據(jù)查詢模塊負責響應用戶對監(jiān)測數(shù)據(jù)的查詢，向數(shù)據(jù)記錄存儲模塊進行查詢請求。記錄存儲模塊向查詢模塊發(fā)送歷史數(shù)據(jù)，完成查詢功能。數(shù)據(jù)查詢可以根據(jù)用戶的操作，查詢系統(tǒng)網(wǎng)絡通信狀態(tài)、報警信息、電子自動閉塞系統(tǒng)運行日志、主備機切換記錄等信息。

3.4 數(shù)據(jù)顯示模塊

數(shù)據(jù)顯示模塊負責實現(xiàn)監(jiān)測內容的實時顯示和歷史回放。區(qū)間區(qū)段的占用信息、區(qū)間信號點燈信息等通過區(qū)間線路圖實時顯示。系統(tǒng)的運行情況、異常報警等也通過人機界面直觀地顯示。數(shù)據(jù)報表可由打印機打印輸出。

4 結束語

本文根據(jù)電子自動閉塞系統(tǒng)原理，對其監(jiān)測維護終端進行了研究。以電子自動閉塞系統(tǒng)監(jiān)測維護終端的技術條件為基礎，分析其工作原理，采用模塊化設計實現(xiàn)系統(tǒng)功能，為電子自動閉塞系統(tǒng)的監(jiān)測提供了有力支持。隨著我國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，對其監(jiān)測維護終端的設計與實現(xiàn)滿足了安全、可靠、實時監(jiān)測與報警等要求，適應了我國鐵路發(fā)展的需要。

[1] 鐵路信號集中監(jiān)測系統(tǒng)技術條件[S] . 運基信號[2010] 709號.

[2] 林瑜筠. 新型移頻自動閉塞[M] . 北京：中國鐵道出版社，2007.