建立局级计算机联锁仿真试验中心的重要性探讨

张 燕，方 峰，张锐

（1、2 中国铁路兰州局集团有限公司工电检测所，工程师；3、兰州安信铁路科技有限公司，甘肃省工业交通自动化工程技术研究中心，工程师；1、2、3 甘肃 兰州，730070）

目前，国内绝大部分铁路车站都安装和使用了计算机联锁系统［1-2］。计算机联锁是铁路系统中非常重要的信号机电设备，直接关系着铁路的运营效率和运输安全。其逻辑关系在该系统中处于重要地位，起着控制轨旁设备、保持行车间隔的作用，是保证列车运行安全的最后一道屏障［1］。所以，计算机联锁系统是一个安全苛求系统，对可靠性、安全性以及稳定性要求极高，安全完整性等级必须为SIL4级［2］。对于新建线或涉及联锁软件变动的站改，该车站的计算机联锁系统都必须进行联锁试验。所以，对计算机联锁系统的任一改动，都必须严格做好车站联锁试验。

如该联锁试验涉及到铁路日常运营，必将大大降低运输效率，显然很不实际。因此，对立的仿真试验是不可或缺的［2］。同时，只有加强对联锁试验的管理才能够确保联锁系统的准确性、严谨性。本文提出建立局级计算机联锁仿真试验中心，旨在解决目前联锁仿真试验所存在的试验不便捷、周期长、效率低、时效性差等问题。

1 基本概念

1.1 计算机联锁结构用于铁路运输安全管理的计算机联锁系统是运用“二乘二取二”技术实现对信号系统的控制，根据操作信息以及站场设备状态进行逻辑运算，并配合集中联锁硬件设备，控制车站信号机、道岔、区段等信号设备，向操作人员提供现场设备实时状态。该系统的结构可划分为人机对话层、联锁层、执行层、现场设备层［1］，如图1所示。

人机对话层主要包括操表机、维修机等人机交互设备。操表机的作用：一方面是通过接收操作人员的控制指令并将其转化为控制命令发给联锁机，从而完成对轨旁相关设备的控制；另一方面可以实时接收联锁机采集的轨旁信号设备状态信息并将其通过显示界面反映给调度人员。维修机是联锁系统的诊断子系统，其作用是实时记录操作人员的操作指令、现场设备状态以及报警信息，并提供站场状态回放功能，为维护人员维护系统、诊断故障提供依据。

联锁运算层是系统的核心。该层的主要功能是接收人机对话层的操作命令和监控层的设备信息，通过进行联锁运算产生输出信息，交付给监控层执行、反馈给人机对话层进行显示，最终实现具有“故障—安全”特性的联锁功能。

执行层主要由驱动采集组匣和各种执行电路组成，用于执行联锁运算层下达的操作命令，将操作命令转换为电信号实现对轨旁联锁设备的控制，如根据安全运输需要实时开放信号机、转换道岔和开关屏蔽门等；同时，还具有采集外部设备状态并将其传给联锁运算层的功能。

现场设备层包括用于联锁控制的信号机、道岔和计轴区段等各类轨旁设备，是联锁系统的控制和监测对象，根据执行层传输的信号进行动作。

图1 计算机联锁系统结构示意图

1.2 联锁仿真试验内容联锁仿真试验主要是对计算机联锁系统的核心联锁软件的可靠性和安全性进行测试，联锁软件往往由不同厂家编制，目前普遍做法是由铁路企业中的电务部门、生产单位及人员赴不同联锁厂家公司进行室内试验［3］。联锁仿真试验的目的在于检查联锁关系是否正确，其方法大致分为两种，一种是进路式联锁仿真试验，另一种是功能式联锁仿真试验［3-4］，联锁仿真试验功能见表1。进路式联锁仿真试验，是先按联锁表排列进路，再按要求依次检查信号机、道岔、敌对信号、轨道电路、敌对进路等联锁关系是否正确。功能式联锁仿真试验，是依据联锁关系验证包括定、反位，列车进路、调车进路和引导锁闭进路等功能是否正确。

表1 联锁仿真试验功能表

2 局级仿真试验中心建设

2.1 建设内容局级计算机联锁仿真试验中心采用分布式计算机控制系统，实现分散控制，集中管理，主要包括联锁计算机、电务维修机、设备状态模拟机、服务器和网络传输系统，联锁仿真试验中心拓扑结构图2所示。其中联锁计算机负责采集站场状态进行联锁运算并根据运算结果控制继电器动作并将站场的相关信息传给操作表示机；电务维修机负责接收站场状态信息、提示信息、操作信息、检修信息等；设备状态模拟机为联锁计算机提供模拟轨道电路、道岔、信号机等设备状态，本设备可以根据站场大小进行灵活配置；服务器用于存储联锁试验内容及数据，实现自动化的管理功能；网络传输系统，用于构建局域网，连结外设与核心系统联锁计算机。

图2 联锁仿真试验中心拓扑结构图

通过以上分析可知，无论采用那种类型的试验方式，计算机联锁仿真试验的重点内容都是一样的，具体要点如下所述［4］：

1）联锁试验准备工作以及试验方案的制定。

2）校准核对控制台站场显示以及信号平面布置图与真实站场的一致性，重点检查侵限绝缘节位置、信号机禁止灯光显示、道岔定反位开向等内容。

3）校核I/O 口，首先要校核联锁软件研发公司提供的信息表与施工设计图纸的I/O 信息位的一致性。对于不同接口模式的I/O 口的采用不同的校核方式，如对采用PLC接口模式的仿真试验，采取直接校核的方式，而对于采用数据接口模式的仿真试验则必须单独对I/O口进行校核。

4）对于联锁进路表中未列出的部分联锁关系，在进行常规联锁试验前应先对未列出的联锁关系进行校核。

5）常规联锁试验前，对各种结合电路，例如与方向电路的结合，要先进行仿真试验，这项工作对试验人员的素质要求非常高，也是联锁试验最容易出现问题的环节。

6）针对非正常情况的联锁试验，穷举要求很难做到，可视具体站场情况，对概率最大的非正常情况进行仿真试验。

2.2 中心功能中心应具备操作、显示及信息转发功能。中心的操作界面应与既有系统的界面和操作方法完全相同，如此有利于相关人员快速上手，操作功能，例如办理进路等，接收到的操作按钮信息通过网络系统传给联锁计算机。显示功能主要显现联锁机的站场状态、系统运行状况、警示信息等，对主要故障及差错应进行语音播报［5］。信息转发就是将站场状态信息、报警信息等转发给电务维修机，它将记录保存这些信息。

2.3 具体实现方式局级计算机联锁仿真试验中心应具备如图3所示功能：

图3 计算机联锁仿真试验中心功能

1）应兼容不同版本的联锁仿真软件，包括目前国内在用的主流厂家联锁功能软件，可以做到自由切换，同时具备语音识别，语音交流的功能，实现流畅的人机交流，方便联锁试验；

2）可以向联锁试验提供必备的基本信息，例如道岔定反位表示、轨道电路占用和出清状态以及信号机开放与关闭和灯丝断丝等。

3）当联锁系统的联锁关系存在问题时，在本地可直接进行再现试验，便于故障诊断分析和联锁的日常管理。

4）具备培训教学功能，提高相关人员（联锁工程师）的理论和实践素质。

3 中心建设重要性

计算机联锁方法和设备已被广泛运用安全生产，联锁软件是计算机联锁的中枢，现在铁路企业普遍的方法是电务人员赴不同联锁厂家在厂家的试验平台上进行试验，试验合格后上道使用，并且计算机联锁软件一旦上道完成建设并使用后，受维修条件、周边环境的限制，不能进行全面联锁关系试验，也不能进行故障复现，并且相关人员不能及时知道故障原因，对铁路运输安全构成较大隐患。因此，建设局级计算机联锁仿真试验中心具有关键意义。

在试验中心内可对联锁关系进行全面试验，节约天窗时间；

1）当联锁出现故障时，可在试验中心进行故障回放测试，及时发现问题，提高时效性；

2）相关电务人员可在试验中心接受培训，有助于其快速熟悉联锁知识及操作方法以及故障处理措施，提高试验人员的综合试验能力；

3）中心设备融合不同厂家的计算机联锁软件，可以自由切换，解决了版本兼容问题。

4）有利于提高联锁仿真试验的质量和效率，有利于解决联锁关系问题的及时试验分析，有利于提高联锁管理、维护、试验人员的理论、实践素质，有利于提高铁路运营单位联锁工程师管理水平。

4 结语

建立计算机联锁仿真试验室，包含整套的信号设备，分别纳入主流厂家的计算机联锁功能。本文主要介绍了计算机联锁的结构以及联锁仿真试验的内容，总结出目前联锁试验存在试验效率低、试验不彻底等问题，提出建立局级计算机联锁仿真试验中心，以方便试验人员在发现问题时，可直接在本地再现试验问题，及时与局级电务部、电务段技术人员交流，提高运营效率和安全。