車站計算機聯鎖系統配置信息軟件設計

李笑涵，殷田一男，楊 揚

（西南交通大學 信息科學與技術學院，成都 611756）

車站計算機聯鎖系統配置信息軟件設計

李笑涵，殷田一男，楊 揚

（西南交通大學 信息科學與技術學院，成都 611756）

車站計算機聯鎖系統配置信息軟件是顯示車站各類靜態和動態資料的一款軟件。其主要目的是為降低遠程故障診斷的難度和減少其對技術人員水平的依賴程度。對于車站的技術圖和電路圖，以及其配置信息，軟件根據在現有圖紙上搜集到的數據通過Visual Studio平臺，使用C#語言編寫程序，實現了這類靜態資料的電子化。對于跑電路法的實現，軟件通過圖的深度遍歷的方法，找到并顯示電路中的各條通路，還可以根據改變繼電器的接點連接情況，改變電路的顯示。這款軟件具有較好的通用性，對于不同的車站，通過統一格式的數據輸入后，均可以實現對該站的配置信息的顯示和各類電路的選路操作及顯示。計算機聯鎖設備的故障診斷時常費時費力，這款軟件較好地解決了診斷過程中資料查找方面的困難，提高了故障診斷過程的自動化程度。

車站計算機聯鎖；配置信息；圖深度搜索；跑電路法

車站計算機聯鎖系統是執行車站邏輯控制功能、保證車站作業順利執行的安全-關鍵系統，然而其運營過程中會出現各種設備故障。因此，及時正確處理設備故障對保障作業安全、提高作業效率非常重要。目前，車站技術人員處理設備故障時，需參考各種類型靜態資料和動態信息，故障處理的好壞依賴于技術人員水平的高低。同時，也會出現缺少站內設備的完整信息的情況，這些都使得遠程故障診斷耗時費力。由此可見，收集車站聯鎖設備完整的數據資料對指導維護非常重要。

本文為解決以上問題編寫了一個車站計算機聯鎖系統配置信息軟件。該軟件可以對計算機聯鎖系統的室內外設備進行配置，并形成相應的配置數據，以供電務各級部門使用。在該軟件中 ，可以收集的信息包括：室外站場各信號設備（信號機、轉轍機、軌道電路等）的布置情況、各設備的履歷及各種屬性信息；室內電源設備、控制設備及接口設備等的布局情況、配置情況及各設備的基礎信息；室內外設備的連接情況、工作原理圖等[1]。對該軟件的應用，可以較好地提高處理車站聯鎖設備故障過程中的自動化程度，從而降低遠程故障診斷的困難程度。

1 資料與數據收集

1.1 車站計算機聯鎖資料收集

由于較難收集每個車站的完整數據，我們僅收集了恭城站的聯鎖設備及工程圖來進行計算機聯鎖配置軟件的設計，實現了對技術圖和電路圖的相關配置信息的顯示。當要收集其他站場的數據時，可以根據與后文所述相同的數據統計方法將其他站場的數據統計并輸入，從而形成屬于其他站的計算機聯鎖配置軟件。

1.2 設備數據格式

要實現這款配置軟件的實用功能，就需要提高它的通用性。當變換站場時，通過改變數據就可以實現對該站場的配置信息、電路圖等的電子化。通過改進最后基于不同的分類確定方便合理、易于統計的數據輸入格式。

需描述的設備包括繼電器節點、線圈繼電器、接線端子、連線、變壓器、斷路器、正電源、負電源、電容、電阻、二極管、色燈信號機燈泡、室外扼流變壓器、斷相保護器、室內微電子接收器、室內防護盒、采集板、驅動板、普通型斷路器底板、零層大四柱、零層18柱、配線箱盒、轉轍機線圈、直流轉轍機電機、ZPW2000發送器、ZPW2000接收器和ZPW2000衰耗器[2]共29類。每一類設備的描述均包含類型碼、子類型碼、ID、名稱坐標等基本信息。同時，不同設備根據其需要增加了其他特有的描述。以繼電器節點為例，描述的設備數據格式包括：類型碼、子類型碼、ID、繼電器名稱、中節點名稱、中節點位置、放置方式、節點狀態、上節點所連設備ID、中節點所連設備ID和下節點所連設備ID。對其中部分數據說明如表1所示。

子類型碼：工程節點、原理圖節點；中開、分開；節點狀態：吸起、落下；

上、中、下節點所連設備ID：如該節點未連接任何設備，則填0。

表1 繼電器接點數據格式

2 軟件設計過程

2.1 需求調研分析

設計這樣一款軟件主要基于功能需求方面的考量。在軟件設計之初，我們對目前鐵路站場的現場維護工作進行調研，發現車站技術人員處理設備故障時，需參考各種類型靜態資料（如查看工程圖紙、查找設備位置、分析電路原理圖）和參考現場動態信息，對照分析才能進行設備的維修。同時，也會出現缺少站內設備的完整信息的情況，尤其在遠程指導的故障處理中，技術人員不了解現場狀況，同時缺少相關設備信息，從而導致故障處理耗時費力。為了能夠提高技術人員的設備維護維修效率，保證行車安全，在市面上缺少類似軟件工具的前提下，確定該配置軟件的設計方案，并明確軟件的大致功能模塊。

2.2 詳細設計

在明確了軟件大致功能模塊的基礎上，進一步細化軟件的處理流程、功能模塊劃分、數據接口、數據結構和出錯處理等。通過Visual Studio平臺，使用C#語言編寫程序，數據存儲采用Office Access2013進行統計與管理。其中，對于軟件處理流程與功能模塊劃分，主要通過Visio做出示意圖，明確軟件功能和處理流程，為后面軟件的編碼做好鋪墊。數據接口設計為技術人員或第三方開發商提供標準規范，主要體現為具體的數據格式（或數據庫形式），對軟件的使用和后續軟件的開發具有很大的意義。數據結構主要使用列表和堆棧，主要用來存儲所有的類和在跑點路時進行深度搜索。

2.2.1 軟件處理流程

對于站場圖和電路圖的繪制，主要將相關信號設備（站場圖包括信號機、軌道電路、道岔、計軸器、絕緣節等；電路圖包括繼電器接點、繼電器線圈、熔斷器、正負電源、變壓器、燈絲等）、端子以及連線進行類的編寫，使用C#中的Draw()函數，此處不再贅述。

本軟件電路圖的通路搜索功能能夠根據相關繼電器接點狀態，實現所有進、出站點燈電路圖、調車電路圖、微機接口電路圖以及軌道電路圖的通路尋找。通路搜尋功能依靠堆棧，實行“正電源出發，負電源結束”的搜索原則，通過使用Next()與NextID()等主要函數實現。其中，Next()函數用來將當前對象ID入棧，而NextID()函數用于在統計數據list（拓撲數據）中尋找與當前設備對象所連設備的ID。通路搜索功能的處理流程如圖1所示。

圖1 電路圖通路搜索算法流程圖

2.2.2 功能模塊劃分

軟件功能模塊分3個部分：室外站場圖、室內平面圖以及技術電路圖，同時每個模塊下有對應的子功能模塊。值得一提的是，每個模塊之間并非相互獨立，而是相互關聯的，通過室外站場各個信號機的選擇，可以直接打開相應信號設備的技術電路圖并獲得設備信息，點擊室內的平面布置圖中的組合柜，可以獲得所有繼電器信息。功能模塊示意圖如圖2所示。

2.2.3 數據接口

統計數據主要分為3個模塊：類型數據（ID）、位置數據和拓撲數據。

類型數據（ID）用來描述所有相關設備的屬性，通過人為擬定，作為程序中每一個設備對象的“身份標識”和圖中對象的繪制基礎而必不可少。

圖2 軟件功能模塊

位置數據為所有設備圖例繪制提供位置屬性。位置數據主要包含兩方面：（1）設備對象的關鍵節點坐標或中心坐標，用來描述設備對象在圖中方位；（2）設備對象的放置方式，用來確定描述設備的放置方向。此部分的數據收集主要通過CAD軟件進行描點獲取位置坐標。需要注意的是：由于C#作圖時默認位置坐標原點為左上角，而通常實例站場圖與電路圖在CAD中的坐標原點為左下角，因此需要在CAD中通過ucs命令改變原坐標軸位置。

拓撲數據作為上述通路搜索功能的實現基礎，實際將所有統計好的設備對象在邏輯上連接了起來，從而形成了一個完整的“關系網”，如果說位置數據的統計使電路設備完成了形式上的統一，那么拓撲數據的統計則完成了所有設備真正的連接，使各個電路圖成為了一個完整獨立的整體。拓撲數據對于不同類型設備的統計要求也不同，例如，熔斷器RD只有兩個端口，自然統計兩個所連設備的ID，而繼電器接點有上、中、下3個接點，因此，要給出3個接點各自所連設備的ID。另外，電路圖中的分岔點作為連接設備中的一部分，所在的端子也要進行拓撲數據的統計。

將上述數據整理完畢，通過如圖3所示的方式，則可以完成程序對統計數據的讀取。

2.2.4 數據結構

數據結構主要使用列表和堆棧。在軟件的設計過程中，對某一站場圖，包含有多種現場設備，如信號機、道岔和軌道電路等。對于每個計算機聯鎖設備的相應電路圖，也存在繼電器等多種設備。將這些設備的屬性在C#程序中，封裝為各自的類。并且，將所有的類儲存與列表中，以便程序運行過程時的搜索和調用。堆棧的使用，主要是為了實現跑電路的功能。當計算機聯鎖設備發生故障，分析該設備的電路圖時，跑電路法是必要的分析方法之一。為了軟件實現這一功能，從而減少人工出錯的可能，使用圖的深度遍歷來搜索跑電路的路徑。將記錄和采集的電路圖中各個繼電器節點的狀態壓入堆棧，結合需跑電路法分析的電路的起止位置，得到正確的跑電路路徑。

圖3 數據接口實現

2.2.5 出錯處理

（1）對錄入的聯鎖設備信息的出錯處理，若所使用的設備沒有相應的屬性信息，則顯示出“未找到匹配的設備”的提示信息。（2）對跑電路法的出錯處理，若無法找到正確的電路，則顯示提示信息“無法找到正確的電路”。

2.3 編碼

完成配置軟件的詳細設計之后，根據數據結構和模塊實現等方面的要求，開始具體的程序編寫工作。在編碼時需要注意：（1）類的編寫，即各個現場設備的屬性分析與分類，屬性描述要盡可能完整，以求在實際電路圖中能夠盡可能完美還原現場設備情況。（2）做好程序注釋工作，這是在程序過長同時考慮到團隊合作的必然要求。（3）代碼備份工作，在代碼編寫過程中，對每一周的代碼進行更新式備份，以做到有據可循，防止出現存在bug卻無法找到原因的現象。

3 軟件功能

3.1 車站計算機聯鎖配置信息的顯示

3.1.1 信號平面布置圖

信號平面圖的設計包括：股道的編號、道岔編號、信號機的布置、軌道區段的劃分等。

對于信號機，分別可以顯示進站信號機、出站信號機和調車信號機[3]。出站信號機和進站信號機在信號平面布置圖上顯示紅燈（禁止燈光）及各燈位。調車信號機顯示藍燈（禁止燈光）及各燈位。對于每一個信號機，都可以在配置軟件中查找到相應的詳細資料和電路圖。在信號機的電路圖中，有多個型號和功能的繼電器、熔斷器、變壓器、燈泡、電阻和電容。在配置軟件中，可以查找到不同信號機電路圖中各部件的詳細資料，如圖4～圖6所示。

圖4 進站信號機電路圖

圖5 出站信號機電路圖

3.1.2 室內平面布置圖

恭城站的室內平面布置圖包括客運總控室、綜合值班室、信號值班室、信號電源室、防雷分線室、繼電器室和計算機房。其中，信號電源室放置有智能電源屏，防雷分線室放置有防雷分線柜和區間綜合柜；繼電器室放置有區間組合柜、區間移頻柜、25周軌道架、組合柜、聯鎖接口柜、列控接口柜、微機監控組合柜和微機監控采集柜；計算機房放置聯鎖機柜、微機監測站機、移動通信監測、CTC機柜和列控中心機柜[2]。在配置軟件中通過點擊室內平面布置圖中室內的各機柜，顯示出該機柜中繼電器或接口的放置及連線。

圖6 調車信號機電路圖

3.1.3 其他電路圖

其他電路圖中涵蓋了未歸入其他幾類的恭城站電路圖，包括主副電源軌道停電電路、一體化軌道停電電路、軌道電路類型圖、軌道電路25 G電路圖和軌道條件電路。

3.1.4 微機接口電路圖

對于微機接口電路圖部分，可以通過下拉列表選擇查看對應車站的微機接口電路圖（恭城站為LS、WGJ、Z W Q、J Z、T S D、JDD、DX、CX和USU的微機接口電路圖）。

3.2 跑電路

在遠程故障診斷中，時常需要用跑電路法進行分析[3]。在這款軟件中，通過軟件實現了跑電路法。

利用圖的深度遍歷[4]算法可以實現跑電路法功能。以電路圖的各個拐點為圖的節點，建立起無向圖。從正電源所對應的節點出發，依次向下一級做深度遍歷[5]。如果一次即找到負電源，則顯示通路。若第一次深度搜索最終未找到負電源，則彈出堆棧中存儲的上一級節點，從而得以重新搜索其他的電路通路，直到尋找到負電源便找到了正確的電路通路。當用鼠標點擊，使得電路圖中的一些繼電器節點的連接發生變化時，也就改變了所建立的圖的結構，運用同樣的算法，可以選擇出改變后的正確跑電路法下的通路，同時，以紅線勾勒出，如圖7和圖8所示。

4 結束語

車站計算機聯鎖系統配置軟件的特點在于對計算機聯鎖系統的室內外設備配置信息的電子化，以及良好的通用性。該軟件提高了計算機聯鎖配置的自動化程度，可以快速準確地獲得設備信息并顯示出電路圖在各種情況下的電路通路，降低遠程故障診斷的困難程度。這款軟件是基于恭城火車站設計的，但是通過對其他車站的配置信息的數據統計，仍然可以使用本軟件的程序讀取數據，使這些車站的計算機聯鎖配置信息實現電子化和自動化。

圖7 DXJ后接點接通

圖8 DXJ前接電接通

[1] 林瑜筠，劉連峰，洪 冠.計算機聯鎖圖冊[M].北京：中國鐵道出版社，2012：5-71.

[2] 林瑜筠，呂永昌.計算機聯鎖[M].北京：中國鐵道出版社，2013：1-80.

[3] 楊 揚，郭 進.車站信號控制系統[M].成都：西南交通大學出版社，2015：35-237.

[4] Thomas H.Cormen Charles E.Leiserson, Ronald L.Rivest Clifford Stein.算法導論[M].北京：機械工業出版社，2015:341-449.

[5] 孫 鑫.VC++深入詳解[M].北京：電子工業出版社，2015：404-409.

責任編輯陳 蓉

Configuration information software of Computer based Interlocking System for railway station

LI Xiaohan, YIN Tianyinan, YANG Yang
( School of Information Science and Technology, Southwest Jiaotong University, Chengdu 611756, China )

The configuration information software of Computer based Interlocking System for railway station is the software that could be used to display all kinds of static and dynamic data of stations. The purpose of this software was to lower the difficulties of remote fault diagnosis and decrease the dependence on technical personnel. For technical graph and circuit diagrams, as well as configuration information for railway station, this software was used C# programming language on Visual Studio platform, based on the data from existing drawings to implement the function of display static information electronically. For the method of circuit running, in this software, the graph depth traversal method was used to find and display each circuit path. Users could click to change the connection of the relay contacts, and change the circuit path display. The characteristic of this software is its generality. For different stations, after inputting data with unified standard, the software could be used to display the operation of circuit choosing and configuration information. With the help of this software, in practical circumstances, many difficulties of searching information can be solved properly, and enhancing the automation degree of fault diagnosis.

computer based interlocking for station railway; configuration information; graph depth searching; circuit running method

U284.37；TP311 文獻標識碼：A

1005-8451（2016）12-0055-05

2016-05-18

李笑涵，在讀碩士研究生；殷田一男，在讀碩士研究生。