计算机联锁仿真试验自动执行平台研究

李文涛

（中国国家铁路集团有限公司工电部，北京 100844）

车站计算机联锁设备（简称联锁）是保障列车运行安全最基础的铁路信号设备之一，为铁路运输畅通、安全运营方面发挥着巨大作用。

计算机联锁软件在上道前均需要经过严格的测试审核及周密的仿真试验，联锁仿真试验项目必须彻底试验完整、无遗漏后方可投入模拟试验和现场运营。现阶段仿真试验主要采用对照联锁图表逐条进路、逐项测试的人工仿真试验方式，根据车站规模大小，仿真试验时间少则几天、多则数十天，存在人工试验工作量大、耗时长、人为疏忽遗漏、试验效率不高等问题。

根据联锁仿真试验现状并结合计算机软件技术发展，为提高信号联锁关系试验的效率和质量，加快推进计算机联锁自动仿真试验进程，提出了计算机联锁仿真试验自动执行平台（简称自动执行平台）的技术方案。

1 自动执行平台结构

为保障测试的准确性、完整性，研究可以分两阶段。

第一阶段：以减轻试验人员的工作强度为目的，把仿真试验过程中大量重复的操作动作实现自动化操作，为保持先行试验结果的可信度，期间由人工监督试验过程中自动执行操作过程，人工判定试验结果的正确性。如自动化遍历进路中道岔无表示对进路的影响、自动化遍历进路中区段占用对进路的影响、依据所排列进路自动走车等，试验过程中人工监督信号显示与进路状态，人工判定试验结果。

第二阶段：在前期研究的基础上再逐步实现仿真试验全自动化，即自动完成各项试验，自动记录试验过程，自动输出试验结果，人工确认试验结果的正确性和完整性。

计算机联锁仿真试验自动执行平台可在既有计算机联锁仿真试验平台的基础上，增加自动执行模块及相应的配置输入，从而实现试验自动执行功能。

平台结构如图1所示。

图1 计算机联锁仿真自动执行平台结构Fig.1 Structure of automatic execution platform for computer interlocking simulation test

计算机联锁仿真自动执行平台，包括试验对象和仿真自动执行平台两部分。

试验对象，即被试验验证的计算机联锁设备，由于仿真试验主要针对联锁软件逻辑和配置数据进行验证，所以试验环境可以采用由PC机构成的整体仿真环境，其组成部分包括联锁应用子模块、操作表示机子模块以及维护机子模块。

仿真试验自动执行平台，包含设备仿真软件、自动执行模块两部分。设备仿真软件提供了车站设备IO和接口设备的模拟仿真，自动执行模块实现了按照试验步骤对相关操作命令的自动下发以及试验过程的自动记录、操作结果的自动判定等功能。

车站设备IO仿真实现驱采继电器的仿真功能；接口设备仿真实现联锁系统的外部接口系统仿真，主要包含RBC接口、TCC接口和相邻车站联锁接口等。仿真设备是自动执行平台的基础，提供执行与控制的基本设备对象。

该平台结构中仿真软件和被测软件相互独立，通过通信接口交互测试数据，被测软件与将来实际部署到现场的软件一致。

2 方案设计

自动执行平台设计内容包括平台任务设计、平台接口设计、平台功能设计、实现流程设计及人机交互界面设计5部分。

2.1 平台任务设计

计算机联锁仿真试验自动执行平台的目标是实现各项试验过程人工操作环节的自动执行，并记录试验过程、试验数据。基于联锁仿真试验中人工操作比较耗时的测试项目，设计出平台的任务如下：

1）道岔无表示关闭信号的自动执行试验；

2）信号开放后锁闭道岔的自动执行试验；

3）区段有车关闭信号的自动执行试验；

4）红灯断丝不能开放信号的自动执行试验；

5）随时关闭信号的自动执行试验；

6）进路正常解锁的自动执行试验；

7）未办理进路情况下的区段占用不能操纵道岔的自动执行试验；

8）区段故障解锁的自动执行试验。

2.2 平台接口设计

1）通信接口

计算机联锁仿真试验自动执行平台，可以通过采用自动执行主线程的周期调度技术，自动完成操作设备、发送设备状态、接收设备命令及动作过程记录等一系列软件逻辑处理，并同时完成执行平台与试验对象之间的周期性数据交互，系统网络信息交互如图2所示。

图2 网络信息交互Fig.2 Network information interaction diagram

平台运行过程中，联锁向仿真自动执行平台发送IO控制命令、区间命令、设备与进路等信息，如道岔控制、区间辅助改方命令、接发车进路信息等。仿真自动执行平台向联锁反馈车站设备状态、仿列控和仿相邻站联锁的接口设备状态、自动执行的信号重开与道岔单操等动作指令。

2）配置接口

为了让自动测试过程更接近人工测试的效果，系统自动执行过程可以由一系列的动作单元组合起来，后一个动作的开始需要等待或检查前一个动作的结果，即需要通过配置接口来设置一系列的动作等待时间，根据自动执行任务对配置接口设计出如下项目：

a.重开信号后执行下一动作前的等待时间=5 s；

b.道岔无表示后的等待时间= 5 s；

c.道岔表示恢复后的等待时间= 5 s；

d.道岔单操后的等待时间= 7 s；

e.区段占压后的等待时间= 5 s；

f.区段占压恢复后的等待时间= 5 s；

g.信号灯丝断丝后的等待时间= 5 s；

h.信号灯丝断丝恢复后的等待时间= 5 s；

i.区段出清恢复后的等待时间= 5 s。

上面等号右侧是默认时间值（单位：s），平台运行过程中可以根据需要进行合理调整，从而实现在变化逻辑合理的情况下提高测试效率。

2.3 功能设计

从平台角度划分出3个基本角色，即试验人员、试验对象以及仿真自动执行平台。平台功能设计用例如图3所示。

图3 平台功能用例Fig.3 Platform function use case diagram

试验人员可以通过操作表示机与自动控制窗口的人机界面来操作设备、控制试验过程和审核试验结果；试验对象为被测试的联锁软件；自动执行平台实现试验启动后的过程自动控制，包括响应用户动作、反馈设备状态、自动操作设备、自动检测状态以及试验过程记录并提供结果报表等功能。

2.4 流程设计

平台总体流程实现分为3层，人机界面、逻辑控制和设备仿真，如图4所示。

图4 平台总体功能流程Fig.4 Overall function flow of the platform

图4展现了平台总体流程，通过人机界面响应用户操作、启动平台、主控线程开启、周期性解析用户操作并分派处理，动作指令分别指派到平台各仿真对象并完成执行，同时反馈对象状态及过程结果记录。

以道岔无表示的自动执行试验为例，下面描述各个环节的功能处理。

以进路维度设计的道岔无表示自动执行试验过程。即试验人员配置好试验参数，启动平台并办理进路，联锁完成进路排列后，用户选定开始“道岔无表示关闭信号”自动执行，平台从该进路的第一组道岔开始自动执行道岔断表示、联锁关信号、检查关闭成功、模拟人工重开信号、检查重开成功等一系列联锁逻辑试验步骤，并自动进入进路上下一组道岔的无表示联锁逻辑测试，直至完成所有道岔断表示关闭信号的联锁功能试验，平台实时记录自动执行过程日志并反馈结果给试验人员。所操作的进路上的道岔来源于联锁表，保证了和联锁表所列进路上道岔的一致性。

2.5 人机界面

联锁仿真自动执行平台的人机界面设计，根据需求可将主控界面设计为包含如图5所示的3部分功能区：试验项目选择区、启停控制区和执行过程信息显示区。

图5 自动执行主控界面设计Fig.5 Design of automatic execution main control interface

为了方便选定试验项目，图5的主控界面中，试验项目选择区可按复选框方式罗列出各试验条目供试验人员勾选；启停控制区实现自动执行的开始、暂停、停止的试验过程控制操作；过程信息显示区用以实时显示自动执行过程的动作信息与状态信息等。

3 方案验证

按照自动执行平台设计方案进行初步实现与验证，以第二版标准站联锁为试验对象，进行以进路为维度的仿真自动执行试验测试，案例如图6所示。

图6是XD→SIII为例的进路自动执行示例，本条进路包含8组双动道岔、5个轨道区段，若测试完本条进路的上述试验项，需要人工点击鼠标共计140次，按3 s点击一次鼠标，3 s做人工确认试验结果，大约耗时14 min，而自动执行试验免去了人工鼠标点击操作，按默认配置的设备响应时间，自动执行完成本进路仿真试验项目约7 min，大约节省50%的试验时间，车站规模越大效率提升越明显。

图6 试验案例Fig.6 Test case diagram

按照3种典型规模车站，即小站50条进路、中等站500条进路、大站1 000条进路，根据每条进路的平均耗时，可计算出单站的试验用时（单站用时=进路数量×单条进路用时），得出自动执行进路试验节省的具体时间值，如表1及图7所示。

图7 典型规模车站试验的节省耗时Fig.7 Time saving histogram of typical scale station test

表1 典型规模车站的试验耗时Tab.1 Test time of typical scale station

在减轻工作量方面，单站人工试验的鼠标点击总次数 = 单条进路人工点击次数×进路数量，例如中等规模车站鼠标点击总次数=140×500=70 000（次），通过自动执行平台的自动化操作，对于中等规模车站能够免去人工70 000次的鼠标操作，大大降低了试验人员劳动强度。同时，自动执行平台通过计算机软件穷举技术能完全遍历联锁表中所列的所有区段、道岔等设备对象，试验覆盖全面，试验过程彻底，解决了由人工操作试验时可能由于测试人员的疏漏造成试验不彻底的问题。

4 总结

车站计算机联锁仿真试验自动执行平台，可以实现试验数据全覆盖，减少试验人员在界面上的大量机械性、重复性鼠标操作。在降低试验人员劳动强度的同时，也提高了试验质量与试验效率。国内铁路每年新建车站和改造车站数量众多，在联锁仿真试验方面投入也非常大，引入联锁仿真试验自动执行平台后，在铁路建设的降本增效上能起到良好的效果。另外，通过计算机软件技术能有效避免人工试验易产生的疏忽误判、遗漏试验项目等问题，可以更好地提升试验质量和正确率。联锁仿真试验结果的正确性和完整性直接涉及铁路行车安全，为保障试验结果的可信度，需要进一步研究自动判定与自动记录功能的可靠性，保证自动执行试验结果的正确性、完整性，最终达到联锁仿真试验自动执行平台的全自动化，为提高计算机联锁仿真试验效率发挥强有力的作用。