鐵路信號智能模擬盤研制與應用

王定明

（中國鐵路昆明局集團有限公司普洱職工培訓基地，昆明 650208）

在鐵路新線、既有運營線信號工程施工中，存在室內、室外施工進度不同步的情況，為確保信號聯鎖設備在規定時間點內順利開通使用，通常在開通、新舊設備倒接前，分室內、室外對新建信號聯鎖設備進行開通前調試。室內聯鎖設備存在配線較多、邏輯檢查復雜的現狀，當室內聯鎖設備安裝完成后，通常采取制作模擬室外站場信號設備的信號模擬盤配合室內聯鎖設備開展模擬聯鎖試驗工作，完成室內聯鎖設備故障查找處理，待和室外站場信號設備連接時，信號模擬盤就失去存在的價值而廢棄。

在培訓基地建設中，為最大限度滿足信號專業開展不同聯鎖制式實訓需要，通常建設多套不同制式的室內聯鎖設備，在綜合考慮站場占地面積、資金投入和建設必要性等基礎上，采取多套室內聯鎖設備切換控制同一室外站場信號設備的方案進行設計建設。當室內某一聯鎖設備控制室外站場信號設備時，其余聯鎖設備采用信號模擬盤替代室外站場信號設備配套室內聯鎖設備使用。若室內某一聯鎖設備聯鎖范圍與室外站場信號設備數量不一致，除了連接室外站場信號設備外，還需制作與室內聯鎖范圍模擬設備一致的信號模擬盤，存在室外站場信號設備和信號模擬盤同時配套室內聯鎖設備使用的情況。為確保每套室內聯鎖設備均能同時獨立工作，需對應每一套室內聯鎖設備制作與之聯鎖范圍一致的信號模擬盤，不同室內聯鎖設備配套的信號模擬盤不通用。

1 傳統信號模擬盤共性問題

信號模擬盤是現場信號施工中模擬室外站場信號設備而制作的一種簡易盤面，完全依據室外站場信號設備的設計進行制作，模擬實現信號機點燈、軌道電路空閑或占用、道岔位置表示等狀態功能，安裝在室內設備和室外設備配線連接的分線盤（柜）處，在不連接室外站場信號設備的情況下，模擬室外設備配合完成室內聯鎖設備的故障查找處理，為順利完成信號設備施工任務發揮重要作用。

傳統信號模擬盤存在一些共性問題：一是可靠性差、簡單粗糙、工效低，很難達到充分、全面完成聯鎖試驗工作；二是制作時需要焊接大量配線，占用室內有限空間，影響施工人員處理故障或者施工中的人行通道；三是不同的站場施工，需要制作不同的信號模擬盤，且信號模擬盤基本上是一次性安裝，不能重復使用、通用性差；四是制作信號模擬盤沒有統一的工藝標準，使用中故障頻發。

基于此，設計一款實現站場平面圖任意修改、設備數量可擴展的鐵路信號智能模擬盤（以下簡稱智能模擬盤），不僅能夠滿足現場信號設備施工中配合處理室內聯鎖設備故障的需要，還能滿足培訓基地多套室內聯鎖設備切換控制室外同一設備的需要，對解決傳統模擬盤存在的共性問題、確保信號設備施工在規定時間點內順利完成和培訓基地建設節約投資具有重要意義。

2 系統總體方案設計

智能模擬盤系統是室內聯鎖設備所控制的道岔、軌道電路、信號機及區間設備狀態的電子顯示。設計兩個子系統，一個根據實際建設的室外站場信號設備生成對應的站場圖，把采集信息顯示在模擬盤站場平面圖上。另一個兼顧室外站場信號設備和室外沒有的模擬設備生成對應的站場圖，把采集信息顯示在模擬盤站場平面圖上，反映室內聯鎖設備控制范圍。智能模擬盤最終的界面，是根據采集板采集信息在模擬盤站場平面圖上顯示對應的狀態，如圖1 所示。

圖1 智能模擬盤站場平面圖顯示Fig.1 Station and yard plan display of intelligent simulation panel

智能模擬盤引入線連接在分線盤（柜）對應配線端子上，完成信號設備狀態信息的采集，經處理后傳送至PC 機，在模擬盤站場平面圖上給出所采集信息狀態，替代室外站場信號設備或模擬設備配合室內聯鎖設備獨立工作，智能模擬盤設備原理如圖2 所示。

圖2 智能模擬盤設備原理Fig.2 Schematic diagram of intelligent simulation panel equipment

3 主要功能設計

智能模擬盤研制實現可重復使用、通用性好、性能穩定等功能，主要用于現場信號工程施工模擬試驗或培訓基地替代室外站場信號設備開展室內聯鎖實訓教學。

采用工業PC 機（觸摸一體機），開發專用程序，實現站場平面圖可在軟件上自由修改、繪制，軟件可多次重復使用。

采用計算機軟件+采集/驅動板新技術，其電源、采集/驅動單元可重復使用，同時預留擴展槽，解決站場平面圖規模大小通用性或設備數量增減變化等問題，模塊安裝靈活，操作便捷，通用性好。

工作電源（輸入電源）AC 220 V，取電方便，可長時間工作，試驗時間充足，保證試驗徹底。

設計自保功能和采用光電隔離技術，既有效避免影響聯鎖設備正常工作，又避免外部設備短路、瞬間大電流沖擊等對自身的影響。

實現室外站場信號設備與智能模擬盤的同步顯示，配合完成室內聯鎖設備的故障查找處理，確保模擬試驗快速、準確。

4 主要硬件模塊功能設計

智能模擬盤主要硬件模塊功能由控制系統和執行系統兩部分組成，控制系統采用工業控制 PLC 盒和工業控制采集電路；執行系統采用信號處理單元和斷路執行單元。按信號機、道岔和軌道電路模塊進行功能設計，獨立完成信息采集。

4.1 信號機模塊功能設計

信號機模塊主要完成信號機點燈狀態信息采集，并把采集信息經處理后傳送至PC 機，在智能模擬盤站場平面圖上反映出信號機點燈狀態。信號機狀態數量的采集可以根據室內聯鎖設備所設計安裝的信號機數量靈活選用，既可以選擇采集形成站場平面圖的所有實際信號機，還可以選擇模擬信號機，實現與室內聯鎖設備聯鎖范圍設計一致的模擬站場平面圖，電路原理如圖3 所示。

圖3 信號機模塊功能原理Fig.3 Functional schematic diagram of signal module

4.2 道岔模塊功能設計

道岔模塊主要完成道岔位置狀態信息采集，并把采集信息經處理后傳送至PC 機，在智能模擬盤站場平面圖上反映出道岔位置狀態。道岔狀態數量的采集可以根據室內聯鎖設備所設計安裝的道岔數量靈活選用，既可以選擇采集形成站場平面圖的所有實際道岔，還可以選擇模擬道岔，實現與室內聯鎖設備聯鎖范圍設計一致的模擬站場平面圖。電路原理如圖4 所示。

圖4 道岔模塊功能原理Fig.4 Functional schematic diagram of turnout module

4.3 軌道電路模塊功能設計

軌道電路模塊主要完成兩個功能：一是完成軌道電路狀態信息采集，并把信息經處理后傳送至PC機，在智能模擬盤站場平面圖上反映出軌道電路狀態。軌道電路數量的采集可以根據室內聯鎖設備所設計安裝的軌道電路區段靈活選用，既可以選擇采集形成站場平面圖的站內所有軌道電路區段，還可以選擇區間軌道電路及模擬軌道電路，如：X1JG、X2JG、X3JG、S1LQG、S2LQG、S3LQG 等； 二是控制串接在軌道回路中的開關，實現模擬占用、出清功能。電路原理如圖5 所示。

圖5 軌道電路模塊功能原理Fig.5 Functional schematic diagram of track circuit module

5 軟件設計方案

5.1 軟件功能

智能模擬盤開發了便于現場二次開發的站場圖編輯軟件，用戶可以根據實際需要編輯及配置，以模擬不同的站場，實現模擬盤智能化、重復性使用。軟件由站場圖設計程序和顯示程序組成，主要實現站場圖的修改和信號機、道岔、軌道電路的復示，完成硬件模塊功能配置，以實現顯示界面設備狀態與室外真實信號設備一致。軟件功能模塊和層次劃分如圖6 所示。

圖6 智能模擬盤軟件結構Fig.6 Intelligent simulation panel software structure

站場圖設計程序（MoNiPanDesign）用于設備現場開發和維護，采用組態軟件控件形式進行站場圖的快速編輯和接口信息配置。顯示程序（DisplayMnp）自動加載模擬盤站場圖和采集驅動信息，用于智能模擬盤的操作及顯示。

5.2 軟件設計流程

采集板從分線盤（柜）連接線配線端子上采集室內聯鎖設備信息，主要采集信息有信號機點燈狀態、軌道電路調整和分路狀態、道岔位置表示狀態等，顯示程序把對應的信息顯示在智能模擬盤盤面上，給出信號機點燈、軌道電路占用/空閑、道岔定/反位等狀態信息顯示。軟件模塊程序邏輯如圖7 所示。

圖7 軟件模塊程序邏輯Fig.7 Software module program logic

5.3 顯示界面功能

站場界面設置由菜單欄、快捷菜單、站場主區域和狀態欄組成。

菜單欄功能：文件菜單欄設有新建、保存、清空畫布等功能。繪圖菜單欄設有顯示屬性、原件對齊、刪除元件等功能。數據庫信息菜單欄設有預設值的采集和驅動信息。

智能模擬盤軟件系統提供拼接站場圖的元件庫，所有元件都可以通過快捷菜單進行選用。元件庫中主要有各類型信號機、道岔、水平軌道、斜軌道、箭頭、綠方塊、白圓圈、絕緣節、標簽、按鈕及信號燈等元件。站場主區域顯示站場平面圖界面。

6 成果應用及改進

該成果已在黃龍山培訓部TYJL-ADX 和iLOCK計算機聯鎖設備中投入使用。截至目前，在信號工輪訓、崗位技能達標培訓、新入職人員實訓、崗位練兵、技術比賽等培訓中發揮了重要作用，通過培訓過程中所設置的各類故障試驗，該設備工作性能穩定。但與傳統模擬盤相比，因機柜體積較小，在連接聯鎖設備配線過程中，不能多人同時作業，且顯示器與機柜固定安裝，不便于攜帶，影響工作效率。針對樣機存在的不足，在黃龍山培訓部采用筆記本電腦替代顯示界面，安裝軟件并連接機柜網線后同樣實現模擬顯示功能，解決現場使用攜帶不便問題。若站場規模較大、信號設備數量較多，配置的采集、驅動模塊不能滿足時，在擴展槽增設相應的采集、驅動模塊，通過軟件修改配置后即可解決，但需分類采用萬科端子完成機柜內大量配線，實現易擴展和通用性功能。固定設置的智能模擬盤如圖8 所示。

圖8 智能模擬盤設備Fig.8 Intelligent simulation panel equipment

7 結束語

通過“硬件+軟件”研制的智能模擬盤，在培訓基地配套室內聯鎖設備使用，滿足獨立開展不同制式室內聯鎖設備實訓需要；通過任意修改站場圖并進行配置，有效解決現場信號設備施工中傳統模擬盤不能重復使用和無通用性問題；具備有效節約投資，避免廢棄物污染環境等優點。該系統經過半年多的使用驗證，可靠性高、穩定性好，具有實用推廣價值。