铁路信号试验辅助系统的研究

蒋东明

在现行铁路尤其是传统大铁 （非高铁线路）的信号工程施工过程中，最后的导通试验和联锁试验阶段，仍然采用手工制作的模拟盘，并人工做出相关的模拟试验条件，这种做法沿用了很多年，存在以下5个弊端：一是设备简易可靠性不高，在试验的过程中设备时有损坏，干扰正常试验的进行，或影响试验效果，造成某些意想不到的误判；二是试验的正常工作几乎完全依靠现场施工人员的技术娴熟程度和经验维系，可靠性不易保证；三是试验过程不能进行记录；四是模拟设备几乎不能重复使用；五是和现行铁路的发展及铁路信号整体自动化水平不相符。

为此，以传统导通试验和联锁系统试验的科学方法为依据，采用以工业计算机为基础的上位机系统和工业嵌入式系统为基础的下位机，设计了更加科学的铁路信号试验辅助系统 （Railway Signal Test Auxiliary System ，RSTAS），以提高铁路信号施工过程中的整体自动化水平。现就RSTAS的上位机软件系统功能需求和关键技术进行讨论。

1 系统整体功能

RSTAS用于铁路信号施工后期的辅助调试，主要实现导通试验和联锁试验的自动化辅助功能。它由上位机和下位机组成，上位机负责人机接口，接收下位机信息和对下位机发出指令；下位机与现场实际铁路信号设备连接，接收上位机的控制，将控制命令传递给现场信号设备，同时采集现场设备的关键状态传递给上位机。下位机嵌入式系统需要实现：①与上位机的接口；②现场设备状态的采集；③现场设备的驱动。

另外，还应该在上位机实现某些辅助功能，如对线工序的辅助，工作计时器，试验用电监测等。系统硬件方面包含与现场信号设备的接口电缆及接头，外电路接口架，机柜等辅助设备。

2 上位机功能及结构

RSTAS上位机功能框图如图1所示，主要功能如下。

1．站场数据平台制作。要想实现RSTAS的辅助功能，首先要制作站场数据平台，根据设计文件的站场线路和轨道信息，以图形的方式生成可动态操作的站场平台，生成方法有2种：①鼠标拖动方式；②导入相关的配置文件。

图1 RSTAS系统上位机功能框图

2．设置功能。主要包括：①操作人员权限设置，根据不同操作人员的等级，设置不同的操作功能，拟分管理员级和操作员级，管理员级可以进行站场数据平台制作和数据库的管理，操作员级用作普通技术人员进行导通和联锁试验的操作；②站场数据设置，包括轨道电路的顺序关系设置，生成联锁表配置文件，一送多受区段设置，侵限绝缘设置等；③试验用电监测的电流阈值设置。

3．输入功能。包括操作性输入，一是点击区段占用或出清，二是启动自动走行系统，并输入相应的进路号；非操作性输入，主要是相关数据库的操作。

4．采集功能。作为试验辅助设备，采集功能不需要太高的实时性要求。采集信息都来自下位机的采集系统。对采集的数据进行动态配置，最后显示到站场数据平台，如现场某个进站信号机显示绿灯，由下位机采集进站信号的LXJ↑，ZXJ↑，LUJ↑和DJ↑条件，然后将信息传递给上位机动态配置文件，经过上位机的综合运算后，在站场数据平台上显示该进站信号机为绿灯。

5．控制功能。主要指对下位机的控制，如点击某区段要求该区段占用时，上位机发送指令给下位机，下位机接收到指令后，控制现场实际的GJ断电落下。

6．管理功能。主要包括：①操作人员信息管理；②操作过程记录，将实际的操作过程记录到数据库中。

7．输出功能。根据用户的需要输出相应的信息，包括联锁表打印和操作过程打印。

这里需要说明的是，采集功能和控制功能是通过串口与下位机系统进行通信，下位机是直接和现场的设备进行信息交互，完成上位机下达的任务。

3 软件处理流程

上位机软件系统需要实现以下几个目标：①根据设计方的站场图和进路图等车站相关数据信息，生成站场平台，作为其他后续控制和操作；②通过某些操作 （如鼠标点击相关区段）实现列车的模拟占用和出清；③根据联锁表的进路信息，给出相应的列车自动走行，即自动实现区段的连续占用和出清，模拟列车的运行；④实现与下位机控制的接口；⑤对下位机接受现场实际设备的主要状态进行接收处理；⑥操作人员管理；⑦相关数据库管理。软件处理流程如图2所示，主要包括站场数据平台制作，功能设置，计算机输入，对下位机的控制，上位机的采集，输出。

4 数据库设计

由于本软件系统不存在大量的数据管理，故采用Access数据库来存储操作人员信息和操作过程信息等。操作人员信息存储在试验过程中，包括曾经进行过操作的人员姓名、工号、职称、职务、人员级别等。操作过程信息存储每一个曾经被操作的细节，包括操作人员的姓名、操作设备类型、设备操作方式、操作时间等。其中操作类型依据操作设备的不同而有所不同，具体对应关系见表1。

5 软件实现的关键技术

5．1 进路管理

当选择列车自动走行时，输入相应的进路号，可以实现列车自动走行。由于本系统不同于真正意义上的计算机联锁，不存在大量的联锁关系计算，在走行过程中也不必考虑具体的信号机状态和道岔的位置 （这些是由现场的联锁设备保证），因此，在每条进路中，只要存储列车或调车走行过程需经过的轨道区段即可，然后依次占用和出清。所以本软件方案仍然遵照计算机联锁系统的设计方案，采用静态数据库存储方式，当在联锁试验过程中需要试验某条进路时，只要启动列车走行模式，同时输入相应的进路号，就可以实现列车在轨道区段的连续占用和出清，并且在列车走行过程中，可以随时中止列车的运行。进路数据库采用配置文件 （INI文件的）方式进行存储。

图2 软件处理流程图

如图3示例线路所示，以下行向1股的接车为例，在设置功能启动时，将该进路保存到相关的配置文件中，假设进路号为1，此时配置文件的节名为 “进路1”，键名和域名关系为：区段1＝IAG；区段2＝1DG；区段3＝7DG；区段4＝11－17DG；区段5＝19DG；区段6＝ⅠG。

图3 示例线路

5．2 基于插件思想的软件开发

为了使上位机软件具有更高的伸缩性、可维护性能，在RSTAS的上位机开发过程中，采用了基于动态链接库技术的插件技术。在开发过程中，根据软件系统功能将系统划分为站场数据制作平台，设置、输入、采集、控制、管理和输出等功能单元，每个单元都以动态链接库的形式独立存在，它们有公共的宿主系统，可进行各单元工作的协调，及在各单元之间进行通信。

6 总结

配合下位机的总体设计，要求上位机系统具有较为完善的功能，同时结合下位机进行总体的可靠性设计，可以使本系统较好地应用在铁路信号工程的导通和联锁试验中，对于施工中的质量控制、成本控制，及工期控制等多方面有积极的作用，同时可以作为仿真培训的辅助产品。系统的部分功能已在山东职业学院车站信号实训站得到实现。

［1］ 张海藩，牟永敏．软件工程导论［M］．第6版．北京：清华大学出版社，2013．

［2］ 刘刚，程克明．Access数据库程序设计教程［M］．北京：清华大学出版社，2005．

［3］ 赵志熙．微机联锁系统技术［M］．北京：中国铁道出版社，1995．