建立局級計算機聯鎖仿真試驗中心的重要性探討

張 燕，方 峰，張銳

（1、2 中國鐵路蘭州局集團有限公司工電檢測所，工程師；3、蘭州安信鐵路科技有限公司，甘肅省工業交通自動化工程技術研究中心，工程師；1、2、3 甘肅 蘭州，730070）

目前，國內絕大部分鐵路車站都安裝和使用了計算機聯鎖系統［1-2］。計算機聯鎖是鐵路系統中非常重要的信號機電設備，直接關系著鐵路的運營效率和運輸安全。其邏輯關系在該系統中處于重要地位，起著控制軌旁設備、保持行車間隔的作用，是保證列車運行安全的最后一道屏障［1］。所以，計算機聯鎖系統是一個安全苛求系統，對可靠性、安全性以及穩定性要求極高，安全完整性等級必須為SIL4級［2］。對于新建線或涉及聯鎖軟件變動的站改，該車站的計算機聯鎖系統都必須進行聯鎖試驗。所以，對計算機聯鎖系統的任一改動，都必須嚴格做好車站聯鎖試驗。

如該聯鎖試驗涉及到鐵路日常運營，必將大大降低運輸效率，顯然很不實際。因此，對立的仿真試驗是不可或缺的［2］。同時，只有加強對聯鎖試驗的管理才能夠確保聯鎖系統的準確性、嚴謹性。本文提出建立局級計算機聯鎖仿真試驗中心，旨在解決目前聯鎖仿真試驗所存在的試驗不便捷、周期長、效率低、時效性差等問題。

1 基本概念

1.1 計算機聯鎖結構用于鐵路運輸安全管理的計算機聯鎖系統是運用“二乘二取二”技術實現對信號系統的控制，根據操作信息以及站場設備狀態進行邏輯運算，并配合集中聯鎖硬件設備，控制車站信號機、道岔、區段等信號設備，向操作人員提供現場設備實時狀態。該系統的結構可劃分為人機對話層、聯鎖層、執行層、現場設備層［1］，如圖1所示。

人機對話層主要包括操表機、維修機等人機交互設備。操表機的作用：一方面是通過接收操作人員的控制指令并將其轉化為控制命令發給聯鎖機，從而完成對軌旁相關設備的控制；另一方面可以實時接收聯鎖機采集的軌旁信號設備狀態信息并將其通過顯示界面反映給調度人員。維修機是聯鎖系統的診斷子系統，其作用是實時記錄操作人員的操作指令、現場設備狀態以及報警信息，并提供站場狀態回放功能，為維護人員維護系統、診斷故障提供依據。

聯鎖運算層是系統的核心。該層的主要功能是接收人機對話層的操作命令和監控層的設備信息，通過進行聯鎖運算產生輸出信息，交付給監控層執行、反饋給人機對話層進行顯示，最終實現具有“故障—安全”特性的聯鎖功能。

執行層主要由驅動采集組匣和各種執行電路組成，用于執行聯鎖運算層下達的操作命令，將操作命令轉換為電信號實現對軌旁聯鎖設備的控制，如根據安全運輸需要實時開放信號機、轉換道岔和開關屏蔽門等；同時，還具有采集外部設備狀態并將其傳給聯鎖運算層的功能。

現場設備層包括用于聯鎖控制的信號機、道岔和計軸區段等各類軌旁設備，是聯鎖系統的控制和監測對象，根據執行層傳輸的信號進行動作。

圖1 計算機聯鎖系統結構示意圖

1.2 聯鎖仿真試驗內容聯鎖仿真試驗主要是對計算機聯鎖系統的核心聯鎖軟件的可靠性和安全性進行測試，聯鎖軟件往往由不同廠家編制，目前普遍做法是由鐵路企業中的電務部門、生產單位及人員赴不同聯鎖廠家公司進行室內試驗［3］。聯鎖仿真試驗的目的在于檢查聯鎖關系是否正確，其方法大致分為兩種，一種是進路式聯鎖仿真試驗，另一種是功能式聯鎖仿真試驗［3-4］，聯鎖仿真試驗功能見表1。進路式聯鎖仿真試驗，是先按聯鎖表排列進路，再按要求依次檢查信號機、道岔、敵對信號、軌道電路、敵對進路等聯鎖關系是否正確。功能式聯鎖仿真試驗，是依據聯鎖關系驗證包括定、反位，列車進路、調車進路和引導鎖閉進路等功能是否正確。

表1 聯鎖仿真試驗功能表

2 局級仿真試驗中心建設

2.1 建設內容局級計算機聯鎖仿真試驗中心采用分布式計算機控制系統，實現分散控制，集中管理，主要包括聯鎖計算機、電務維修機、設備狀態模擬機、服務器和網絡傳輸系統，聯鎖仿真試驗中心拓撲結構圖2所示。其中聯鎖計算機負責采集站場狀態進行聯鎖運算并根據運算結果控制繼電器動作并將站場的相關信息傳給操作表示機；電務維修機負責接收站場狀態信息、提示信息、操作信息、檢修信息等；設備狀態模擬機為聯鎖計算機提供模擬軌道電路、道岔、信號機等設備狀態，本設備可以根據站場大小進行靈活配置；服務器用于存儲聯鎖試驗內容及數據，實現自動化的管理功能；網絡傳輸系統，用于構建局域網，連結外設與核心系統聯鎖計算機。

圖2 聯鎖仿真試驗中心拓撲結構圖

通過以上分析可知，無論采用那種類型的試驗方式，計算機聯鎖仿真試驗的重點內容都是一樣的，具體要點如下所述［4］：

1）聯鎖試驗準備工作以及試驗方案的制定。

2）校準核對控制臺站場顯示以及信號平面布置圖與真實站場的一致性，重點檢查侵限絕緣節位置、信號機禁止燈光顯示、道岔定反位開向等內容。

3）校核I/O 口，首先要校核聯鎖軟件研發公司提供的信息表與施工設計圖紙的I/O 信息位的一致性。對于不同接口模式的I/O 口的采用不同的校核方式，如對采用PLC接口模式的仿真試驗，采取直接校核的方式，而對于采用數據接口模式的仿真試驗則必須單獨對I/O口進行校核。

4）對于聯鎖進路表中未列出的部分聯鎖關系，在進行常規聯鎖試驗前應先對未列出的聯鎖關系進行校核。

5）常規聯鎖試驗前，對各種結合電路，例如與方向電路的結合，要先進行仿真試驗，這項工作對試驗人員的素質要求非常高，也是聯鎖試驗最容易出現問題的環節。

6）針對非正常情況的聯鎖試驗，窮舉要求很難做到，可視具體站場情況，對概率最大的非正常情況進行仿真試驗。

2.2 中心功能中心應具備操作、顯示及信息轉發功能。中心的操作界面應與既有系統的界面和操作方法完全相同，如此有利于相關人員快速上手，操作功能，例如辦理進路等，接收到的操作按鈕信息通過網絡系統傳給聯鎖計算機。顯示功能主要顯現聯鎖機的站場狀態、系統運行狀況、警示信息等，對主要故障及差錯應進行語音播報［5］。信息轉發就是將站場狀態信息、報警信息等轉發給電務維修機，它將記錄保存這些信息。

2.3 具體實現方式局級計算機聯鎖仿真試驗中心應具備如圖3所示功能：

圖3 計算機聯鎖仿真試驗中心功能

1）應兼容不同版本的聯鎖仿真軟件，包括目前國內在用的主流廠家聯鎖功能軟件，可以做到自由切換，同時具備語音識別，語音交流的功能，實現流暢的人機交流，方便聯鎖試驗；

2）可以向聯鎖試驗提供必備的基本信息，例如道岔定反位表示、軌道電路占用和出清狀態以及信號機開放與關閉和燈絲斷絲等。

3）當聯鎖系統的聯鎖關系存在問題時，在本地可直接進行再現試驗，便于故障診斷分析和聯鎖的日常管理。

4）具備培訓教學功能，提高相關人員（聯鎖工程師）的理論和實踐素質。

3 中心建設重要性

計算機聯鎖方法和設備已被廣泛運用安全生產，聯鎖軟件是計算機聯鎖的中樞，現在鐵路企業普遍的方法是電務人員赴不同聯鎖廠家在廠家的試驗平臺上進行試驗，試驗合格后上道使用，并且計算機聯鎖軟件一旦上道完成建設并使用后，受維修條件、周邊環境的限制，不能進行全面聯鎖關系試驗，也不能進行故障復現，并且相關人員不能及時知道故障原因，對鐵路運輸安全構成較大隱患。因此，建設局級計算機聯鎖仿真試驗中心具有關鍵意義。

在試驗中心內可對聯鎖關系進行全面試驗，節約天窗時間；

1）當聯鎖出現故障時，可在試驗中心進行故障回放測試，及時發現問題，提高時效性；

2）相關電務人員可在試驗中心接受培訓，有助于其快速熟悉聯鎖知識及操作方法以及故障處理措施，提高試驗人員的綜合試驗能力；

3）中心設備融合不同廠家的計算機聯鎖軟件，可以自由切換，解決了版本兼容問題。

4）有利于提高聯鎖仿真試驗的質量和效率，有利于解決聯鎖關系問題的及時試驗分析，有利于提高聯鎖管理、維護、試驗人員的理論、實踐素質，有利于提高鐵路運營單位聯鎖工程師管理水平。

4 結語

建立計算機聯鎖仿真試驗室，包含整套的信號設備，分別納入主流廠家的計算機聯鎖功能。本文主要介紹了計算機聯鎖的結構以及聯鎖仿真試驗的內容，總結出目前聯鎖試驗存在試驗效率低、試驗不徹底等問題，提出建立局級計算機聯鎖仿真試驗中心，以方便試驗人員在發現問題時，可直接在本地再現試驗問題，及時與局級電務部、電務段技術人員交流，提高運營效率和安全。