计算机联锁故障远程诊断系统

陆志雄 上海铁路局上海电务段

计算机联锁系统是铁路行车指挥自动化控制系统的一个重要组成部分，它按照铁路行车调度计划在值班人员或上级自动化控制系统的操作下实现铁路车站道岔转辙机、信号机、轨道电路等行车设备之间的联锁动作，正确地、高效率地指挥列车运行，同时保障列车通过车站时的安全。

计算机联锁系统使用的信号设备在管理上具有一个明显的特点，就是分散地分布在一个特定的地理范围上（如一个地区），这给铁路系统的设备维护管理带来了很多困难。近年来，随着计算机技术的飞速发展和传感技术的日益成熟，联锁、信号技术也日趋成熟和完善；信号微机监测系统在保证行车安全、加强信号结合部管理、监督铁路信号设备运用质量方面起到了重要的作用，但是对于联锁设备本身运行情况、故障状态、维修情况以及基本信息并未纳入监测范围。

计算机联锁故障远程诊断系统是以铁路联锁信号设备为基础，以状态监测、故障分析为主线，对电务段、工区的设备、故障进行跟踪分析和诊断，在各车站的监测点进行实时或定时监测，及时掌握联锁系统、设备基本信息、运行状态，及早发现设备异常和故障并分析其原因，以提高维修效率、降低总体维护成本为目标的管理信息系统。

1 系统结构

计算机联锁故障远程诊断系统由车站层、电务段层、系统接口、网络通道等部分组成，网络结构如图1所示。

图1 网络结构示意图

车站层负责数据的采集、分类和处理，由联锁设备的维修机和接口负责完成，所有的实时数据、文件均来自联锁设备的维修机；接口负责实时数据的转发、文件的上传；电务段部署服务器系统，服务器系统负责实时数据的存储、文件的接收、存储以及相关业务处理（如报警）；各车间、终端部署相应的客户端，客户端负责浏览查看所有车站的静态信息和实时信息，包括设备基本信息、运行状态、故障状态以及相应的统计、分析和报表。从图1可以看出，计算机联锁故障远程诊断系统一个重要的组成部分是网络通道。根据现有实际情况以及系统特点，采用现有的信号微机监测系统2M通道是目前最为有效、可行的解决方案。理由如下：

(1)从数据安全性上看，计算机联锁故障远程诊断系统所有的数据、文件都是在联锁系统的维修机上产生，并通过维修机主动发送，计算机联锁故障远程诊断系统只是被动接受来自联锁维修机的数据和文件，因此，系统本身不会对现有的联锁系统以及监测系统、网络产生干扰和影响。

(2)从计算机联锁故障远程诊断系统本身的设计上，和联锁系统交互上，是通过系统的一个接口实现，减少了对联锁系统的依赖性以及系统内部耦合度。系统的接口通讯采用现有应用最广泛、安全可靠的TCP/IP协议，在传输过程中，通过自身具有的校验功能，保证数据的正确性和可靠性。同时，由于监测系统数据传输上基本都采用监测系统的内部协议，因此计算机联锁故障远程诊断系统的接口不会对数据、报文产生干扰。

(3)从数据量大小上，由于接口只监听故障报警信息，维修机只有监测到重大的故障报警信息才会将信息转发给计算机联锁故障远程诊断系统，因此，从数据量上来看，数据大小是非常低的，一天只有几K，甚至没有。回放文件上，根据对现有开通车站的统计分析，一天24 h不间断的形成回放压缩文件最大容量约为2 M。根据铁道部监测网络技术规范要求，目前监测站机到终端（桌面）为2 M，以此速度，一个最大容量回放文件的传输只需数十秒钟即可完成。尤为重要的是，只有发生故障或者报警时，才触发文件传输。因此，从数据传输上也不会对现有的网络通道操作堵塞、干扰。

(4)通过在上海电务段的现场试验结果表明，采用微机监测通道完全是安全、可靠，是目前最为有效、可行的解决方案。

2 系统设计

计算机联锁故障远程诊断系统主要由两大部分组成，一是WEB应用程序，二是接口程序。WEB应用程序，主要负责实时数据的存储、回放文件的接收、存储以及相关业务处理（如报警、基础数据配置等）。接口程序主要负责实时数据的转发、存储以及回放文件的转发和存储。

2.1 软件架构

计算机联锁故障远程诊断系统考虑到系统实现环境（操作系统、关系数据库、实时数据库、网络体系、中间件）和应遵循标准等因素采用分层的软件体系结构，如图2所示。

图2 软件体系架构图

2.2 接口

维修机接口有两部分组成，一是实时数据接口，二是文件上传接口。接口流程图如图3、图4所示。

3 系统功能

计算机联锁故障远程诊断系统由车站联锁维修机、系统接口、应用服务器、网络通道、客户端组成。车站维修机负责数据的采集、分类和处理，由联锁设备的维修机和接口负责完成，所有的实时数据、文件均来自联锁设备的维修机，从而保证数据的一致性和联锁系统的安全性；服务器系统负责数据的存储和业务处理，客户端负责查看、管理所有设备的静态信息和实时信息，包括设备基本信息、运行状态、故障状态以及相应的统计、分析和报表。系统功能如图5所示。

图3 实时数据接口流程图

图4 文件传输接口流程图

图5 系统功能示意图

主要功能包括：

(1)实时监测：计算机联锁故障远程诊断系统可以对计算机联锁系统的各个组成部分和设备进行实时监测。例如：联锁主机、操作表示机、采集箱监测、驱动机箱监测、网络状况、故障信息等。

(2)故障报警：电务段相关责任人可以自动、实时获取现场车站的报警信息，系统能自动通过声音报警、红闪等方式，第一时间通知到相关责任人。

(3)文件传输：维修机一旦侦听到故障信息，自动生成一个故障回放文件，接口程序通过实时监测故障信息，自动触发一个文件传输事件，将现场的故障相关信息（如按钮信息、报警信息等）送到服务器系统。另外，如果当天没有发生报警信息，接口程序根据维修机参数设定时间，定时将当天的文件上传到文件服务器。

(4)故障诊断：系统可以通过文件接口自动、实时获取现场维修机回放文件，并随时查看现场维修机运行情况，从而对故障情况提供分析诊断，为电务维修人员的故障解决方案提供参考。

(5)GIS地图导航：联锁故障诊断系统根据铁路现有的行政管理组织体系，段、车间、站三层树状管理结构，更加方便地适应现有的维修体系和管理方式。同时，系统以GIS地图导航方式，更加方便、快捷、准确地定位故障范围、状态，以便更加准确、及时地对故障进行响应、处理，整个操作方便、友好、人性化。

(6)信息共享和浏览：通过该系统，能够对站场的一些静态信息（如设备备品、维修记录等）共享，以便电务段、车间相关责任人随时查看各站点的基本信息。

(7)管理功能：该系统不仅能对联锁系统进行实时监测、故障分析，而且还能对站场的设备、备品、器材、维修记录等进行登记、管理、统计和分析。例如设备管理、故障管理、领借管理等。

4 特点和意义

计算机联锁故障远程诊断系统能实时、动态、准确、量化地反映联锁系统或设备的运用质量、设备状态，及时掌握联锁系统、设备基本信息、运行状态，及早发现设备异常和故障并分析其原因，以提高维修效率、降低总体维护成本。同时，通过和维修机的结合，系统具有状态信息储存、重放、查询和报警功能。因此，计算机联锁故障远程诊断系统是电务部门掌握联锁系统安全的“黑匣子”，是电务部门维修技术的重要突破，是电务设备实现“状态检修”的必要手段，也是信号技术向高安全、高可靠和网络化、数字化、智能化发展的重要手段之一。

计算机联锁故障远程诊断系统具有以下特点：

(1)实时性：计算机联锁故障远程诊断系统和其他管理系统最大的区别是，能够对现场联锁系统、设备的运行情况进行实时监测，自动报警。

(2)可靠性和安全性：铁路系统的重要指标就是安全性。计算机联锁故障远程诊断系统从两方面来确保其安全性。①从数据流向上看，所有的实时数据都是单向流动，是通过联锁系统的维修机产生，并通过维修机主动发送到系统服务器，因此，数据本身是安全可靠的；②从网络传输和联锁系统交互上看，是通过系统的一个接口实现，接口通讯采用现有应用最广泛、安全可靠的TCP/IP协议，并且接口只通过一个固定端口传输数据。因此，我们在网络管理上，只要采取相应的措施限制、监视该端口，便能有效地防止因为意外、人为的黑客攻击或者病毒传播，有效地保证本系统以及联锁系统的安全、可靠性。

(3)实用性：计算机联锁故障远程诊断系统整个系统设计都是根据目前现有铁路管理特点、维修体系而设计、开发，并且已经成功在徐州电务段徐州站、上海电务段上海站进行测试、运行。计算机联锁故障远程诊断系统在徐州电务段、上海电务段的试验、运行也证明了该系统的实用性，能够帮助电务维修人员解决实际工作中的困难和维修难点。

(4)人性化：系统采用目前业界流行、成熟的GIS地图导航以及WEB页面展示作为人机交互方式，使得系统的操作更加人性、友好。

(5)先进性：计算机联锁故障远程诊断系统和微机监测系统的最大区别是，计算机联锁故障远程诊断系统从原有的关注站场、区间的信号设备运行质量，转移到关注的是联锁系统本身运行情况、设备状态和故障情况，这类系统在国内还是首创。

(6)扩展性：系统分为实时监测模块、设备管理模块、配置管理模块。采用模块化的设计思想，各个模块可以根据用户的需求自定义。系统中使用的各个基础数据都可以根据自己需要自定义，例如根据铁路发展的需要，用户可以增加、修改、删除车站的各个参数（如归属电务段、坐标位置等）。