城市軌道交通計算機聯鎖實訓系統設計與實現

崔惠珊，張 路，劉亞磊，李 淼

(北京交通職業技術學院，北京 102200)

1 發展現狀

計算機聯鎖系統是以計算機技術為核心，采用通信技術、可靠性與容錯技術以及“故障-安全”技術實現聯鎖關系的信號系統。聯鎖系統作為涉及地鐵行車安全的設備，直接影響整個信號系統的安全運營和線路通行效率。隨著我國城市軌道交通的迅速發展，對聯鎖及信號系統技術人才的迫切需求一直無法滿足，目前各高職院校和相關信號培訓單位對聯鎖及信號專業開展教學、培訓時也不斷遇到各種難題，如正在使用中的信號設備不能動，現場實驗設備數量少，單一的理論教學枯燥難懂，培訓效率低下，系統全面地掌握操作技能的周期非常長等等。為了克服上述弊端，提高高職類學生的就業競爭能力，計劃利用現代仿真理論及計算機技術建立虛實結合的城市軌道交通計算機聯鎖仿真實訓系統，它可以對相關信號人員進行崗前培訓，熟悉對信號控制系統的相關操作和維護及業務能力的強化和提升。[1，2]

2 道岔信號仿真實訓系統設計

該實訓系統以全真實設備形式實現訓練場景。能夠直觀的通過現場真實實物設備給培訓員工或學員展示信號系統基礎設備和計算機聯鎖系統的組成及原理，可以讓培訓員工或學員動手完成各種實訓項目，如計算機聯鎖系統使用及設備維護，手搖道岔實訓、信號機實訓、轉轍機實訓、線路檢修等信號系統方面的實驗、實訓課程。系統設計優點如下。

1)設備的布局、組成、功能、相對位置關系與地鐵實際現場一致。

2)場景內設備的外觀、比例、動作及顯示方式、邏輯關系等與地鐵真實情況相一致，并能夠隨著演練實時發生相對應的改變設備的各種狀態。

3)系統內主要電氣、電子、機械系統的結構、關聯關系及動作時序均根據實際作業環境進行一對一的仿真。

4)系統內各種設備能夠正確反應系統固有的控制邏輯關系，所有的操作信息能夠根據實際情況實時更新并輸出相關的仿真計算結果。[3，4]

由此，實訓仿真系統整體設計構成包括：一個電源屏，一架繼電器組合架，一架分線柜，一架聯鎖主機柜（二乘二取二），兩臺聯鎖操作表示機（雙機熱備），一臺計軸仿真機，一臺查詢應答器仿真機，一臺電務維修機，一套單開道岔現場設備。系統結構設置如圖1 所示。

圖1 道岔信號仿真實訓系統結構Fig.1 Turnout signal simulation training system structure

聯鎖操作表示機的線路設計如圖2 所示。

圖2 聯鎖操作表示機線路圖設計Fig.2 Interlocking operation indicator circuit diagram design

該實訓系統可以進行計算機聯鎖設備基礎認知實訓，信號機實訓，轉轍機實訓，計算機聯鎖接口電路故障處理實訓，計軸、查詢應答器仿真實訓等，具體實訓功能如下。

1）計算機聯鎖設備基礎認知實訓：通過各現場設備的具體設置，學習一套計算機聯鎖系統的基礎結構組成，各組成設備的工作狀態及工作原理。

2）信號機實訓：學習信號機顯示原理，開信號機后蓋（確保系統沒有上電以保證人生安全）學習內部結構，學習信號點燈單元，學習點燈單元原理及配線方法，信號機點燈電路室外混線處理作業實驗；信號機點燈電路室外線纜開路處理作業實驗；信號機日常外部內部檢查，清掃實訓等。

3）轉轍機實訓：系統設置一臺S700K 轉轍機（可另外單獨配備其他型號轉轍機數臺），學習轉轍機工作原理及內部結構、動作桿、表示桿日常檢查、調整、清掃實訓。電動轉轍設備檢修作業實訓； 測試電動轉轍機各項指標實驗；道岔控制電路室外混線故障處理作業實驗；道岔控制電路電纜開路故障處理作業實驗；道岔表示電路室外混線故障處理作業實驗。

4）計算機聯鎖接口電路故障處理實訓：通過人工設置在繼電器組合架上的故障模擬盤來設置各種現場常見設備故障，培訓員工或學員對現場設備故障情況下的應急處理機制。故障可以自己設置，自己排除，也可以由教師設置要求員工或學員排除以考核其學習成果及對現場設備的操控能力。故障設計如表1 所示。

5）計軸、查詢應答器仿真實訓

計軸、查詢應答器仿真實訓可以清楚的看到單開道岔線路中計軸器，查詢應答器的工作狀態，進行設備狀態的判定，故障處理。其界面設計如圖3 所示。

圖3 計軸、查詢應答器仿真界面Fig.3 Axle counter and acquisition balise simulation interface

3 某線路計算機聯鎖實訓系統設計

在以上實物信號道岔仿真系統設計基礎上，仍然缺少對線路整體聯鎖區的認知，由此需要設計一套完整線路聯鎖區的計算機聯鎖系統。該系統由純軟件編程完成，整體網絡需要包含學員臺若干套及教師機1 套，每套學員臺可單機進行操作實現完整聯鎖操作和邏輯處理，也可連入中心ATS 網絡進行聯機運行。每套系統有獨立后臺數據系統，教員臺可以對學員臺進行故障注入操作(包含道岔、信號機、計軸區段)，可通過后臺數據服務系統實時產生行車數據在線運行，同時可實現如進路辦理與取消等操作。[5，6]

表1 故障設置Tab.1 Failure setting

系統整體設計由三大子系統組成：聯鎖子系統，IO 控制單元子系統，現地工作站子系統。

1） 聯鎖子系統

聯鎖機應用軟件運行于計算機平臺之上，通過與IO 控制單元通信，能夠完成對信號機、道岔、軌道電路及計軸等軌旁設備的狀態采集和驅動，通過與其他子系統通信獲得地面、車載的相應信息。可以實現進路控制功能，信號機控制功能，道岔控制功能，站臺控制功能，軌旁設備狀態采集和驅動功能，數據通信和通信狀態監控功能。集成在聯鎖下位機程序中完成。

2）IO 控制單元子系統

IO 控制單元子系統作為聯鎖系統的執行表示層，需要接收聯鎖主機子系統的驅動命令，判斷驅動命令是否正確，正確后則驅動繼電器動作；采集繼電器節點狀態，并反饋給聯鎖主機子系統。同時對于分布式聯鎖系統，一個聯鎖主機子系統會連接多個IO 控制單元子系統。

界面設計如圖4 所示。左側為現場設備仿真界面，右側為聯鎖接口電路組合架仿真軟件界面。左側采用類似站場圖的模式模擬信號軌旁設備，如軌道區段、信號機、轉轍機、站臺安全門、緊急停車按鈕、防淹門設備。均可以在相應圖標上通過左鍵設置器狀態，在道岔處點擊左鍵即可以設置各個繼電器狀態即現場設備狀態。同樣，在軟件右側的組合架仿真界面也可以勾選相應設備設備的繼電器狀態來設置現場設備狀態。效果與在左側設置一致。

3）現地工作站子系統

作為聯鎖系統中的上位機，負責與聯鎖下位機之間進行信號設備的控制命令和顯示狀態的交互，在有單元控制臺的地方，現地工作站還負責單元控制臺與聯鎖機之間的命令和站場狀態的數據中轉。現地工作站子系統能夠提供人機界面，顯示完整的聯鎖設備集中區站場及相關信息的畫面，提供命令工具條以供操作下發命令。現地工作站子系統界面包括某線路所有聯鎖區。其中根據實際線路情況設計某聯鎖區仿真界面如圖5 所示。

其中各聯鎖區功能設計如表2 所示。

4 總結

本文設計一套比較完整的城市軌道交通計算機聯鎖仿真實訓系統，該系統包括兩大部分組成，一是實物道岔信號仿真系統，可以模擬城市軌道交通線路所有信號設備工作情況，同時進行完整的操作訓練。二是在此基礎上配備一套完整的某線路所有聯鎖區的實訓系統，加強對不同聯鎖區線路的認知，故障的處理等。兩套系統的結合能夠徹底解決目前信號專業人員技能的基礎訓練，同時該實訓系統的設計可以為中高職院校信號專業實訓建設提供一種非常好的解決方案。

圖4 現場設備仿真界面Fig.4 Field equipment simulation interface

圖5 現地工作站仿真界面 Fig.5 Field workstation simulation interface

表2 現地工作站功能按鈕設計Tab.2 Field workstation function button design