城轨列控系统仿真平台中联锁站的设计和实现研究

2018-08-08赵志敏

电子设计工程 2018年14期

赵志敏

（陕西交通职业技术学院陕西西安710018）

铁路运输对于我国国民经济的发展具有重要的作用，因为我国铁路运行的情况较为复杂，并且铁路的运输效率比较低，为了能够有效满足我国铁路对于快速及更高的需求，提高市场竞争能力，以我国相关规划及纲要作为基础，铁路部门提出了满足我国国情发展的类车运行控制系统策略，从而为列车运行控制系统的持续发展打下了良好的基础[1]。虽然我国列车控制系统的起步较晚，但是我国列车运行控制系统发展的这么多年，我国列车控制技术也得到了有效的发展。我国基于ETCS技术，将列车运行控制系统技术划分成为了5个等级，从0-4。微机联锁属于列控系统子系统，能够有效保证列车在运行过程中的安全性，还能够有效提高列车运行的效率。我国微机联锁工作是在上世纪八十年代初开始发展的，在制定相应战略之后，全新的技术规范对于微机联锁系统功能和设备解构进行了一定的描述[2]。所以，我国现代微机联锁技术也在不断的发展和进步。本文对微机联锁仿真子系统进行了全面的研究，并且创建了仿真平台连锁站，从而为系统全面评估打下良好的基础。

1 仿真平台连锁站的功能

1.1 仿真平台

城市轨道交通列车运行过程中的仿真系统属于具有较多功能的系统软件包，其主要目的就是实现列车运行工程中及轨道交通基本信号控制系统的高精度数字化仿真模拟[3]。图1为列车系统仿真平台的结构。

图1 列车系统仿真平台的结构

仿真平台还能够直接为创建及计划过程中城市交通运行的仿真模拟及调度人员的培训技术提供基础保证。在对现代列车运行控制系统过程中运行的实际情况进行分析，实现城轨列车运行控制仿真平台模型的划分。

线路及列车对于实际线路来说较为固定，能够在仿真过程中利用初始化线路及列车的型号选择实现模拟。如果信号设备线路不同，那么其中的连锁站、调度中心、车载设备等结构都各不相同。那么就要求在此部门进行仿真的过程中，要充分考虑通用性及针对性。针对性指的是在仿真过程中要将实际设备作为基础，对设备在工作过程中进行模拟[4]。图2为列车系统的模拟。

1.2 连锁站的功能

以实际情况为基础，实现连锁站功能的分析，其主要包括：

将连锁站管辖范围中的线路图充分展现出来；

实现仿真平台发送列车位置信息的接收，对连锁条件进行检查；

图2 列车系统的模拟

实现列车及调车的作业模拟；

实现人工解锁及进路办理；

以列车位置及连锁条件为基础，对类车进行反馈码信息的反馈[5]。

2 列控系统仿真平台的设计

2.1 列控系统的概述

列控系统是将无线通信为基础时下列车的运行控制，其主要目的就是利用连续无线通信对车载设备进行传输，包括线路描述信息等，使用固定自动闭塞，将目标距离为基础，实现连续速度控制模式的列车监控，类车的占用检查通过轨道电路实现[6]。图3为列控系统的主要结构。

图3 列控系统的主要结构

2.2 列控仿真系统

列控仿真系统主要包括六部分，分贝为车载仿真、计算机连锁仿真、TCC仿真、环境模拟器、RBC仿真及控制中心子系统，图4为城轨列控系统的仿真平台结构。

图4 城轨列控系统的仿真平台结构

仿真控制中心能够实现全部站场设备状态及图形的展现[7]。

2.3 子系统的功能需求

2.3.1 仿真控制中心

图5为仿真系统的网络拓扑结构，其主要目的就是充分展现列车状态、列车制动曲线的展现，并且下发运行计划及进路命令。

2.3.2 子系统的信息流

列控仿真系统之间的子系统信息交互主要是根据数据库及网络通信进行[8]，图6为列控仿真系统之间的信息流图。

图6 列控仿真系统之间的信息流图

在启动仿真系统之后，司机需要利用界面实现模拟车型的选择，之后将列车的基础参数进行输入设置，然后创建和仿真控制中心、RBC子系统相互连接，并且向其发送列车的注册信息。在列车运行过程中，司机使用手动对类车牵引制动进行操作，车载仿真系统能够对列车的速度和运行的里程进行计算，并且将与其连接的子系统进行实时发送[9]。

3 列车系统仿真平台连锁仿真系统

3.1 连锁系统接口

仿真平台的主要目的就是实现高速铁路列控系统事物的设备测试机验证，现代高铁中的连锁设备一般为DS6计算机连锁系统。为了能够使其实物设备和仿真平台联系测试及验证，需要仿真平台具备连锁实物接口。图7为连锁实物接入的总体结构。

图7 连锁实物接入的总体结构

仿真平台的主要目的就是为连锁实物接入提供一定的实物接口，包括接入代理及接口平台。接口平台的主要目的能够实现INIO卡读写，并且还能够实现二进制信息的解析及编码。接入代理及接口平台利用以太网传输进行解析，仿真平台及接入代理利用网络实现信息的交换[10]。图8为连锁实物和INIO接入的链接结构。

图8 连锁实物和INIO接入的链接结构

3.2 连锁仿真平台系统的结构

图9为微机联锁仿真平台的功能框架，其主要包括站场绘制、数据初始化等。

图9 微机联锁仿真平台的功能框架

3.3 数据初始化

图10为连锁仿真系统初始化模块的结构，其主要包括战场形数据结构及进路表数据结构，数据初始化的主要目的为：常量对象的初始化；战场数据结构的生成；对象初始化；进路信息的提取等[11]。

图10 连锁仿真系统初始化模块的结构

3.4 绘制站场

图11为绘制站场模块的功能结构，其主要包括绘制道岔、表示灯、按钮、轨道区段、信号机。在实现信号机绘制的过程中，以信号机类型为基础，通过相关坐标实现信号机绘制。在绘制道岔过程中，以道岔类型、封锁状态及进路占用实现绘制；在绘制轨道区段的过程中，以道岔类型、数目、封闭状态等实现绘制[12]。

3.5 操作命令处理

图11 绘制站场模块的功能结构

在车站值班人员实现控制台操作过程中，仿真程序要实现相应操作命令的记录，并且对进路命令是否有效进行全面的检查，通过进路搜索程序的执行，实现暂态进路表的生成。对于其他人工操作命令来说，在对此命令操作判断有效之后，就要对此模块进行执行。图12为操作命令处理模块的结构。

图12 操作命令处理模块的结构

3.6 已建进路处理

不管是站场形数据结构，或者是进路表式，在实现进路操作命令处理之后，就会创建进路暂态进路表，如果已经创建，那么就要将进路活动进路进行分时，根据生命周期实现处理。每条活动进路实现进路锁闭、确认检查、信号开放等模块[13]。图13为已建进路模块的结构。

图13 已建进路模块的结构

3.7 道路接口

在车站连锁列控系统中并不是独立设备，其要求和多个子系统实现交互，并且创建相应的系统通信。图14为道路接口子模块，其主要目的为：实现连锁和RBC的接口；实现连锁和TCC系统的结构；实现连锁和CTC系统的结构[14]。

图14 道路接口子模块的结构

4 联锁站模型的实现

以目前连锁站模型为基础，通过具体线路基础数据及控制码序全面验证模型正确性。使用C++此种面向对象编程语言实现软件开发。为了便于工作人员将模块之间的动态交互联系进行全面了解，系统使用UML顺序图，对模块之间消息传递时间顺序进行描述。不同水平表示不同对象，其中的垂直轴属于时间。图15为联锁站仿真平台工作的显示界面，界面中是某连锁站线路图，仿真工作人员能够电机线路图中的联锁站标签，从而切换联锁站。在联锁站和轨旁设备通信之后，通过逻辑判断模块处理，将满足条件预排进路进行封闭，在人工干预的过程中，能够将按钮实现人工预排进路和进路解锁[15]。