地铁计算机联锁系统测试工装的研究

李 健

（中铁建设投资集团有限公司，广东深圳 518000）

1 概述

随着轨道交通迅猛的发展，地铁信号系统设备的高科技性也有了很大的提高。在许多城市中都有多条线路开通并开始运营，信号系统设备也逐步开始进入维护期。地铁信号系统的核心特别是硬件设备大多为国外生产，如CBI、地面ATP、车载ATP/ATO、无线通信模块，如何对设备进行维修，并且对备用模块和新购进模板的替换性、兼容性、完好性做出判断和评估是越来越紧迫的事情。

本文针对地铁CBI子系统中所用的设备进行梳理，并提出测试工装所能达到的功能和测试的方法；对CBI测试工装的可行性分析及指出设备存在的必要性。测试工装能够实现功能：模板硬件整体完好性测试；模板系统软件完好性测试；通信接口性能测设；模板兼容性测试。

2 CBI测试工装详述

2.1 描述

CBI系统是一个具有高可靠性、高稳定性的安全系统。同样也是很复杂的系统，设备好坏直接影响到行车的安全性和稳定性。

设备的故障一般分为4个层次：物理层故障、逻辑层故障、数据层故障和系统层故障。其中物理层故障是电子电路中的故障，可分为元件级、逻辑门级和集成芯片级故障；逻辑层故障是指物理层故障在逻辑层表现为逻辑值的变异；数据层故障是在数字系统和计算中，常量、变量以及指令等都以字码形式存储和传递，由于硬件故障或环境干扰等原因，会造成一个或多个字码发生变化，从而破坏数据的正确含义产生运算上的错误；系统层故障是指模板内嵌的操作系统、编译系统发生改变，从而造成正确的数据和指令得不到正确结果。对于复杂的大型时序电路，只能对电路的功能进行测试验证，针对不同功能电路建立不同的测试工装。

根据行业维修要求，一般情况下分为下列3个等级。

一线维修：当设备发生故障后，通过替代模块和配件的方法，使系统在最短时间内恢复至有效运营。

二线维修：包括在一线维修中拆除下来可替代模块和配件的修理和维修程序。

三线维修：包括对从二线维修中得到的模块和配件的修理和维修程序。

根据地铁运营高密度、高准点的特点，要达到一线维修的时间要求必须做到在出现故障时，很快判断出故障的模块并用备用模块快速替换。模块判断需要维护人员的长期积累和设备报警系统的完善；备用模块的快速替换，一方面要求做到备用模块的存放等标准化管理，另一方面要保证备用模块在硬件、软件上时时完好，并与在用模块完全兼容。但备用模块长时间不使用，会造成整个模块性能下降或不能使用。地铁设备一般要求使用寿命为25年，随着元器件升级换代，新模块在版本、性能上与老设备可能不兼容。综上原因造成备用模块替换上去不能使用，故障处理不及时从而影响整个设备的运行。

总之，为了掌握备用模块状态，需要设计一套测试工装是十分必要的。本文针对现有通用的设备进行分析做出测试工装，对设备测试内容和方法进行阐述。

2.2 CBI系统总体架构

地铁CBI子系统主要有北京全路通信信号研究设计院有限公司、卡斯柯、铁科院和交大微联的设备在使用。系统的硬件都为国外的安全计算机平台，如交大微联平台为日本信号产品，CBI逻辑软件为国产自主的产品。本文的测试工装是以交大微联的EI32-JD系统为例，对系统硬件进行测试，从而为其他系统的工装研究做一个样例。

如图1所示，操作表示机、采集电路、驱动电路和组合架都为国内设备；联锁机和驱采机为国外设备。国内设备维修方便、购买周期短；国外设备维修复杂、购买周期长。国外设备的备件好坏，直接决定维护时间。EI32-JD联锁系统核心国外设备清单如表1所示。

表1 EI32-JD联锁系统核心国外设备表

2.3 工装构成

如图2所示，工装硬件包括工控机、联锁机笼和驱采和扩展机笼。联锁机笼配有电源模块、联锁CPU模块、串口模块、LAN通信板、LAN接口板、系统控制板、以太网模块；驱采机笼配有电源模块、驱采CPU模块、系统控制板、LAN通信板、LAN接口板、总线扩展板；扩展机笼配有采集板、驱动板、总线扩展板；采集、驱动和仿真模拟电路通过直流24 V小型继电器搭建而成。

在软件上，工装的工控机装有标准联锁站的显示测试软件、联锁程序、CPU下载和评估软件、串口测试软件、以太网数据测试软件。

2.4 工装功能

工装可以完成如下测试。

1）测试CPU与联锁软件的兼容性。通过工控机把联锁程序下载到联锁CPU中，启动显示测试软件与联锁CPU进行连接。显示测试软件自动排列事先设置的进路，自动模拟列车运行等功能；显示测试软件根据下载命令、CPU执行结果和执行速度，判定联锁CPU是否满足要求。

2）检查CPU的配置。通过CPU评估软件，可以查询到联锁、驱采CPU的内存、速度、版本和指令扫描时间等参数，从而判定CPU的状态。

3）测试联锁串口的性能。串口测试软件既可与联锁CPU通信，也可与串口板交换数据。测试软件把测试数据发送给串口板端口，从联锁CPU获取数据，依据发送和接收数据的正确性、丢包性和实时性确定串口板的性能。

4）测试联锁以太网端口的性能。网口测试软件可以与以太网板进行交换数据，测试软件把测试数据发送给以太网板的端口，并从本端口接收数据。测试软件根据发送和接收数据的正确性、丢包性和实时性确定以太网板的性能。

5）测试采集板的性能。采集板测试软件向联锁CPU下达测试命令，联锁CPU通过LAN通信板、LAN接口板和系统控制板，向驱采CPU下达采集命令，驱采CPU通过系统扩展板、驱动输出板给被测采集板通上24 V直流电，并把被采集板的数据，通过联锁CPU发送给测试软件。测试软件根据采集结果和驱动命令，确定采集板的好坏和指出故障的采集点。

6）测试驱动板的性能。驱动测试软件向联锁CPU下达测试命令，联锁CPU通过LAN通信板、LAN接口板和系统控制板，向驱采CPU下达驱动命令，驱采CPU通过系统扩展板、驱动被测输出板驱动外围继电器，驱采CPU采集继电器吸起的状态，并通过联锁CPU发送给测试软件。测试软件根据采集结果和驱动命令，确定驱动板的好坏和指出故障的驱动点。

通过测试采集、驱动板时，可以通过更换LAN通信板、LAN接口板、系统控制板、驱采CPU板、系统扩展板来确定相应模块的好坏。

2.5 测试方法

在测试之前，应检查工装的完好性。通过测试软件对工装完好做一个整体的测试，在得到完好性测试报告后，把要测试的模块与工装对应的替换。根据被测模块种类，启动相应的测试软件进行测试。测试软件根据测试结果和测试命令判断模块的性能与好坏，并提供测试报告。

3 总结分析

CBI测试工装为了达到一线维修的要求，实现模板级测试。工装实现了备品备件好坏的鉴定和新模块性能和兼容性的测试；实现了模块状态实时掌握。在现场维修中，测试工装减少在更换模块出现的不确定现象，做到替换上就可以用，为整条线路的安全、准时、可靠运行打下一个很好的技术平台；另外，也为地面ATP、车载ATP/ATO、ATS、DCS的测试工装提供了一个样板。

[1]赵志熙.计算机联锁系统技术[M].北京：中国铁道出版社，1999.

[2]赵志熙.车站信号控制系统[M].北京：中国铁道出版社，1999.

[3] TB/T 3027—2002 计算机联锁技术条件[S].北京：中国铁道出版社，2005.

[4] GB/T 12758-2004 城市轨道交通信号系统通用技术条件[S].北京：中国标准出版社，2004.