联锁WCU模块设计与实现

侯金川

(通号城市轨道交通技术有限公司，北京 100070)

随着我国城市化的发展，城市轨道交通面临的运营压力与日俱增。西门子TrainGuard MT 系统(TGMT)是基于无线通信的移动闭塞系统，在高速度、小运行间隔的环境下保证列车安全运行，很好的解决了这个问题，已在北京、广州等地成熟应用。为支持软件国产化， DS6-60 计算机联锁系统与西门子TGMT 系统合作，在CBTC 模式下实现联锁功能，并保证在后备模式下独立进行联锁运算，保证列车运行安全。由于与西门子联锁功能上的差异，为了适配西门子TGMT 系统，需要开发轨旁控制单元(WCU)模块，实现联锁与西门子信息交互，并保证模块的独立性。

1 系统介绍

本次合作首先用西安地铁1 号线长乐坡站数据进行试验，信号系统由西门子TGMT 系统、中国通号的DS6-60 计算机联锁系统和列车运行监控系统（ATS）构成，系统结构框如图1 所示。

其中TGMT 系统实现列车自动防护、列车自动运行等功能；联锁系统实现进路排列，控制信号机、区段、道岔、屏蔽门、防淹门等设备的动作，车列跟踪等联锁功能；ATS 系统实现对列车运行的监督和控制功能。

图1 系统结构框图Fig.1 Block diagram of system structure

联锁按ATS 指令排列进路，并把进路锁闭等信息发送给TGMT 系统的地面设备WCU_ATP，WCU_ATP 根据联锁提供的信息及列车的位置情况计算移动授权并发送给车载。车载计算ATP 防护曲线，并根据此防护曲线进行列车监督和超速防护。WCU_ATP 把CBTC 列车接近、停准停稳、屏蔽门门控等信息传递给联锁并由联锁执行。联锁可不依赖WCU_ATP 独立工作，为CBTC 系统提供后备模式。

2 WCU模块介绍

WCU 模块是联锁系统适配TGMT 系统的应用接口模块，在应用上实现DS6-60 联锁与WCU_ATP 之间的信息交互。其中主要交互信号、道岔、逻辑区段、计轴区段、零散设备等设备信息，通过SAHARA 协议实现信息的高效、可靠传输。

WCU 模块主要完成设备信息的接收、发送处理。每周期WCU 模块接收WCU_ATP 发送的设备控制Override 信息，并对信息进行校验、分类、解析，将解析后信息(列车接近、停稳等)通过联锁内部函数接口传给相应模块进行联锁运算。每周期WCU 模块检查各个设备的状态，若设备状态发生变化，则将此设备信息进行组包，形成设备状态State 信息，通过SAHARA 模块发送给WCU_ATP，供WCU_ATP 进行移动授权计算。系统间的数据流如图2 所示。

3 WCU模块设计与实现

图2 系统间数据流图Fig.2 Data flow between systems

WCU 模块根据功能，分为初始化、接收处理、发送处理、双机交换4 个部分，其中接收处理和发送处理是模块的重点，而处理的核心是报文，以下依次阐述报文结构、报文元素、接收模块和发送模块的设计与实现。

3.1 WCU报文结构

WCU 报文通过SAHARA 协议传输，一个SAHARA 包可以包含若干WCU 报文。而每个WCU 报文包含报文长度、通信头、报文头、报文值，如图3 所示。报文长度是可变的，根据参数的个数决定，最大38 Byte；通信头是为匹配WCU_ATP与联锁系统而配置的固定值，根据工程不同设置不同；报文头包含报文发送方、接收方设备的类型与索引，用于匹配、索引各设备；报文值包含报文类型（联锁收、联锁发）、参数个数和参数值（一个参数对应一个参数值），而报文的核心即这些参数值，每个参数值用1 Byte 储存报文元素的基本信息。

图3 WCU报文结构Fig.3 WCU telegram structure

3.2 报文元素

WCU 报文元素包括信号、道岔、交叉、逻辑区段、计轴区段、零散设备6 类。联锁将每个元素的状态信息按位组合形成参数值发送给WCU_ATP，WCU_ATP 将每个元素的命令信息按位组合形成参数值发送给联锁，如图4 所示。

图4 WCU报文元素Fig.4 WCU telegram elements

3.3 接收处理模块

接收处理是报文接收、校验、解析、处理的过程。当SAHARA 通道上存在应用数据时，响应SAHARA 接收函数接收数据，并对数据进行校验，根据设备类型进行分类，记录各个设备的参数值，并解析参数值，调用相应接口函数进行联锁处理。当联锁与WCU_ATP 初始连接时，系统处于联锁控制的后备模式，直到完全接收到WCU_ATP发送的所有设备信息，转为CBTC 模式。

对于信号元素，解析参数值，获取AT 接近、UT 接近、停准停稳、停车保证、接近锁闭信息，转换成联锁识别的格式，下发到相应接口函数，实现对信号、进路的控制。

对于道岔元素、交叉元素、逻辑区段元素，解析参数值，获取道岔、交叉、逻辑区段占用信息，转换成联锁识别的格式，根据道岔、交叉找到其所对应的区段，设置对应区段占用情况，下发到相应接口函数。

对于零散设备元素，解析参数值，获取屏蔽门的开关门信息、无人折返开关、闪烁信息，转换成联锁识别的格式，下发到相应接口函数，驱动继电器动作。

3.4 发送处理模块

发送处理是判断状态变化、组包、发送的过程。当SAHARA 通道连接正常，遍历所有设备，记录本周期的设备状态，与上周期比较，若发生变化，则将本周期设备状态组包发送给WCU_ATP 进行处理。

对于信号元素，将信号显示、信号可用（信号被进路锁闭）、信号为保护区段信号信息根据格式按位组合成一个字节的参数值，并记录此参数值。

对于道岔元素、交叉元素，将道岔/交叉位置、道岔/交叉方向，道岔侧防、道岔/交叉可用性（被进路锁闭）信息根据格式按位组合成一个字节的参数值，并记录此参数值。其中联锁与WCU_ATP 的道岔/交叉位置、方向定义不同，需要转换。

对于逻辑区段元素，将区段方向、区段可用性（区段被进路锁闭）信息根据格式按位组合成一个字节的参数值，并记录此参数值。对于计轴区段元素，将计轴区段占用情况按位组合成一个字节的参数值，并记录。

对于零散设备元素，将屏蔽门、无人折返、紧急停车、防淹门等状态信息，各自按位组合成一个字节的参数值，并记录。

将记录的参数值与上周期比较，若发生变化，将本周期参数值按照报文结构进行组包，存入缓存区，每周期结束时，通过SAHARA 模块发送给WCU_ATP 处理。

4 WCU模块测试

针对WCU 模块的接口功能的测试，在实验室搭建测试环境，由DS6-60 联锁系统、TGMT 系统构成，如图5 所示。联锁与WCU_ATP 通过以太网连接，联锁与控显通过Arcnet 连接。控显应用控显模拟一体化程序，模拟设备采集信息，TGMT系统模拟列车运行。增加一台PC 外设，应用WireShark 软件抓包获取系统间传递的报文信息，用于分析报文、校验结果。

图5 测试环境Fig.5 Testing environment

设备信息发送测试：通过排列进路、转换道岔、模拟采集，设置信号、道岔、区段、零散设备的状态信息，与WCU_ATP 接收的信息比较，检查设备的状态信息是否正确发送给WCU_ATP；同时也采用植入错误的方法（例如信号降级等），检查设备状态信息是否正确发送。

设备信息接收测试：联锁排列进路后，TGMT模拟列车在进路上走行，检查信号是否根据收到的接近、停稳等信息而正确显示；检查区段是否根据收到的占用信息而正确显示；检查屏蔽门是否根据收到的开关门信息而正确显示等。

通信测试：采用植入错误的方法，重启交换机、拔掉网线、重启系统等，检查WCU 模块是否在断开连接时切换到联锁控制的备用模式，重新连接后，是否切换到CBTC 控制模式。

5 结束语

本文介绍了DS6-60 联锁与TGMT 合作的CBTC 系统，阐述WCU 模块在此系统中的作用和处理流程，研究WCU 报文结构、报文元素，实现报文接收处理和发送处理功能，并用真实系统与模拟环境对模块进行测试，实现联锁与TGMT 的信息交互，保证了WCU 模块的独立性、有效性。