聯鎖WCU模塊設計與實現

侯金川

(通號城市軌道交通技術有限公司，北京 100070)

隨著我國城市化的發展，城市軌道交通面臨的運營壓力與日俱增。西門子TrainGuard MT 系統(TGMT)是基于無線通信的移動閉塞系統，在高速度、小運行間隔的環境下保證列車安全運行，很好的解決了這個問題，已在北京、廣州等地成熟應用。為支持軟件國產化， DS6-60 計算機聯鎖系統與西門子TGMT 系統合作，在CBTC 模式下實現聯鎖功能，并保證在后備模式下獨立進行聯鎖運算，保證列車運行安全。由于與西門子聯鎖功能上的差異，為了適配西門子TGMT 系統，需要開發軌旁控制單元(WCU)模塊，實現聯鎖與西門子信息交互，并保證模塊的獨立性。

1 系統介紹

本次合作首先用西安地鐵1 號線長樂坡站數據進行試驗，信號系統由西門子TGMT 系統、中國通號的DS6-60 計算機聯鎖系統和列車運行監控系統（ATS）構成，系統結構框如圖1 所示。

其中TGMT 系統實現列車自動防護、列車自動運行等功能；聯鎖系統實現進路排列，控制信號機、區段、道岔、屏蔽門、防淹門等設備的動作，車列跟蹤等聯鎖功能；ATS 系統實現對列車運行的監督和控制功能。

圖1 系統結構框圖Fig.1 Block diagram of system structure

聯鎖按ATS 指令排列進路，并把進路鎖閉等信息發送給TGMT 系統的地面設備WCU_ATP，WCU_ATP 根據聯鎖提供的信息及列車的位置情況計算移動授權并發送給車載。車載計算ATP 防護曲線，并根據此防護曲線進行列車監督和超速防護。WCU_ATP 把CBTC 列車接近、停準停穩、屏蔽門門控等信息傳遞給聯鎖并由聯鎖執行。聯鎖可不依賴WCU_ATP 獨立工作，為CBTC 系統提供后備模式。

2 WCU模塊介紹

WCU 模塊是聯鎖系統適配TGMT 系統的應用接口模塊，在應用上實現DS6-60 聯鎖與WCU_ATP 之間的信息交互。其中主要交互信號、道岔、邏輯區段、計軸區段、零散設備等設備信息，通過SAHARA 協議實現信息的高效、可靠傳輸。

WCU 模塊主要完成設備信息的接收、發送處理。每周期WCU 模塊接收WCU_ATP 發送的設備控制Override 信息，并對信息進行校驗、分類、解析，將解析后信息(列車接近、停穩等)通過聯鎖內部函數接口傳給相應模塊進行聯鎖運算。每周期WCU 模塊檢查各個設備的狀態，若設備狀態發生變化，則將此設備信息進行組包，形成設備狀態State 信息，通過SAHARA 模塊發送給WCU_ATP，供WCU_ATP 進行移動授權計算。系統間的數據流如圖2 所示。

3 WCU模塊設計與實現

圖2 系統間數據流圖Fig.2 Data flow between systems

WCU 模塊根據功能，分為初始化、接收處理、發送處理、雙機交換4 個部分，其中接收處理和發送處理是模塊的重點，而處理的核心是報文，以下依次闡述報文結構、報文元素、接收模塊和發送模塊的設計與實現。

3.1 WCU報文結構

WCU 報文通過SAHARA 協議傳輸，一個SAHARA 包可以包含若干WCU 報文。而每個WCU 報文包含報文長度、通信頭、報文頭、報文值，如圖3 所示。報文長度是可變的，根據參數的個數決定，最大38 Byte；通信頭是為匹配WCU_ATP與聯鎖系統而配置的固定值，根據工程不同設置不同；報文頭包含報文發送方、接收方設備的類型與索引，用于匹配、索引各設備；報文值包含報文類型（聯鎖收、聯鎖發）、參數個數和參數值（一個參數對應一個參數值），而報文的核心即這些參數值，每個參數值用1 Byte 儲存報文元素的基本信息。

圖3 WCU報文結構Fig.3 WCU telegram structure

3.2 報文元素

WCU 報文元素包括信號、道岔、交叉、邏輯區段、計軸區段、零散設備6 類。聯鎖將每個元素的狀態信息按位組合形成參數值發送給WCU_ATP，WCU_ATP 將每個元素的命令信息按位組合形成參數值發送給聯鎖，如圖4 所示。

圖4 WCU報文元素Fig.4 WCU telegram elements

3.3 接收處理模塊

接收處理是報文接收、校驗、解析、處理的過程。當SAHARA 通道上存在應用數據時，響應SAHARA 接收函數接收數據，并對數據進行校驗，根據設備類型進行分類，記錄各個設備的參數值，并解析參數值，調用相應接口函數進行聯鎖處理。當聯鎖與WCU_ATP 初始連接時，系統處于聯鎖控制的后備模式，直到完全接收到WCU_ATP發送的所有設備信息，轉為CBTC 模式。

對于信號元素，解析參數值，獲取AT 接近、UT 接近、停準停穩、停車保證、接近鎖閉信息，轉換成聯鎖識別的格式，下發到相應接口函數，實現對信號、進路的控制。

對于道岔元素、交叉元素、邏輯區段元素，解析參數值，獲取道岔、交叉、邏輯區段占用信息，轉換成聯鎖識別的格式，根據道岔、交叉找到其所對應的區段，設置對應區段占用情況，下發到相應接口函數。

對于零散設備元素，解析參數值，獲取屏蔽門的開關門信息、無人折返開關、閃爍信息，轉換成聯鎖識別的格式，下發到相應接口函數，驅動繼電器動作。

3.4 發送處理模塊

發送處理是判斷狀態變化、組包、發送的過程。當SAHARA 通道連接正常，遍歷所有設備，記錄本周期的設備狀態，與上周期比較，若發生變化，則將本周期設備狀態組包發送給WCU_ATP 進行處理。

對于信號元素，將信號顯示、信號可用（信號被進路鎖閉）、信號為保護區段信號信息根據格式按位組合成一個字節的參數值，并記錄此參數值。

對于道岔元素、交叉元素，將道岔/交叉位置、道岔/交叉方向，道岔側防、道岔/交叉可用性（被進路鎖閉）信息根據格式按位組合成一個字節的參數值，并記錄此參數值。其中聯鎖與WCU_ATP 的道岔/交叉位置、方向定義不同，需要轉換。

對于邏輯區段元素，將區段方向、區段可用性（區段被進路鎖閉）信息根據格式按位組合成一個字節的參數值，并記錄此參數值。對于計軸區段元素，將計軸區段占用情況按位組合成一個字節的參數值，并記錄。

對于零散設備元素，將屏蔽門、無人折返、緊急停車、防淹門等狀態信息，各自按位組合成一個字節的參數值，并記錄。

將記錄的參數值與上周期比較，若發生變化，將本周期參數值按照報文結構進行組包，存入緩存區，每周期結束時，通過SAHARA 模塊發送給WCU_ATP 處理。

4 WCU模塊測試

針對WCU 模塊的接口功能的測試，在實驗室搭建測試環境，由DS6-60 聯鎖系統、TGMT 系統構成，如圖5 所示。聯鎖與WCU_ATP 通過以太網連接，聯鎖與控顯通過Arcnet 連接。控顯應用控顯模擬一體化程序，模擬設備采集信息，TGMT系統模擬列車運行。增加一臺PC 外設，應用WireShark 軟件抓包獲取系統間傳遞的報文信息，用于分析報文、校驗結果。

圖5 測試環境Fig.5 Testing environment

設備信息發送測試：通過排列進路、轉換道岔、模擬采集，設置信號、道岔、區段、零散設備的狀態信息，與WCU_ATP 接收的信息比較，檢查設備的狀態信息是否正確發送給WCU_ATP；同時也采用植入錯誤的方法（例如信號降級等），檢查設備狀態信息是否正確發送。

設備信息接收測試：聯鎖排列進路后，TGMT模擬列車在進路上走行，檢查信號是否根據收到的接近、停穩等信息而正確顯示；檢查區段是否根據收到的占用信息而正確顯示；檢查屏蔽門是否根據收到的開關門信息而正確顯示等。

通信測試：采用植入錯誤的方法，重啟交換機、拔掉網線、重啟系統等，檢查WCU 模塊是否在斷開連接時切換到聯鎖控制的備用模式，重新連接后，是否切換到CBTC 控制模式。

5 結束語

本文介紹了DS6-60 聯鎖與TGMT 合作的CBTC 系統，闡述WCU 模塊在此系統中的作用和處理流程，研究WCU 報文結構、報文元素，實現報文接收處理和發送處理功能，并用真實系統與模擬環境對模塊進行測試，實現聯鎖與TGMT 的信息交互，保證了WCU 模塊的獨立性、有效性。