调度集中系统与计算机联锁系统通信接口故障案例分析

王道宁

在EI32-JD型计算机联锁系统中，联锁机用于采集现场信息进行联锁运算，并将站场状态、系统提示、设备故障等信息传送给操作表示机；操作表示机（简称“操作机”），用于接收联锁机传输的设备信息，并通过串口传送给调度集中（Central⁃ized Traffic Control，CTC）系统控制台进行显示。因此，联锁机、操作机及相应的通信连接设备是保障联锁与CTC 通信正常的关键设备［1−2］。虽然EI32-JD 型计算机联锁设备采用了双套冗余的系统设计，但仍有CTC 通信中断、控制台信息异常等故障发生。因此，本文基于计算机联锁系统与CTC 系统通信接口工作原理，结合现场典型案例，分析因通信接口故障导致CTC 控制台显示异常的具体原因，并提出相应的改进措施，为铁路现场其他类似故障的排查与处理提供借鉴。

1 计算机联锁系统与CTC通信原理

计算机联锁系统通过操作机和CTC车站自律机进行通信，采用RS-422标准串行接口、异步双工的通信方式［3］，见图1。调度员在调度中心根据列车运行情况办理列车及调车作业，通过专用通信网络，把列车运行计划和调整计划下发至各CTC车站自律机，各车站自律机将收到的计划传递到本站计算机联锁系统，由联锁系统来保障列车安全运行［4］。

图1 计算机联锁系统与CTC通信示意

既有的计算机联锁系统与CTC 连接方式主要有2 种［5］：①本地端操作机A、B，分别连接本地CTC 自律机A、B 系，见图2；②计算机联锁系统设置远程终端，联锁本地端不支持与CTC 系统进行接口通信，只支持远端操作机与CTC 系统进行通信，本地设置1 台操作机平时处于脱机状态，当远端操作机故障后，可人工启用本地操作机，本地操作机与远端操作机互为冷备，见图3。

图2 本地端操作机与CTC交叉互连通信方式

图3 远端操作机与CTC交叉互连通信方式

2 典型故障分析

2.1 故障一

1）故障现象。某站场布局见图4，09：44，CTC 自动触发X—S5进路失败后，人工触发成功；12：04，上行4G 接车时，CTC 显示列车由S9JG直接跳入4G，无中间区段占用、解锁过程，联锁维修机回放与CTC 显示相同。查看联锁维修机拓扑图显示：故障时现场设备运行状态为联锁Ⅱ系主用、操作A机主用。查看9时、12时操作机日志记录：操作A 机与联锁机通信存在CRC 校验失败的情况，操作B机与两系联锁机通信正常，即操作机收到两系联锁信息不一致。

图4 操作A机与联锁机CRC校验信息

2）原因分析。该站计算机联锁系统采用图2所示的通信方式，因EI32-JD型联锁操作机发生故障或双操作机重启后，操作机备机不会自动升为主用，需人工进行主备机切换，操作A 机将该时间段内校验失败的站场状态数据丢弃，操作B机又无法自动切换成主系，从而导致联锁与CTC 通信中断，控制台自动触发进路失败、进路光带显示异常。

2.2 故障二

1）故障现象。某站CTC控制台报警提示CTC自律机与联锁B 机通信中断，控制台CTC 终端瞬间显示红光带。查看联锁维修机拓扑图显示：设备故障时联锁Ⅰ系主用、操作A 机主用。在05：55：55—05：56：13，联锁Ⅰ系故障后，没有立即将联锁Ⅱ系切换为主用。联锁Ⅰ系LAN 通信板故障灯亮红灯、CPU 板数码管显示8c（联锁机不能正常运行，自动触发联锁机Ⅰ系复位，经多次复位系统仍不能恢复）、串口通信板显示26（表示本套联锁机与操作机不能建立可靠通信连接）。

2）原因分析。该站计算机联锁系统本地操作机与CTC 自律机采用交叉互连的通信方式。根据联锁Ⅰ系停机现象，结合主机CPU 板和串口通信板停机时的LED 数码管指示灯，分析为联锁Ⅰ系LAN 通信板通信异常，且无法恢复软件控制的联锁复位，导致联锁主机与操作机通信故障，进而无法与CTC 通信［6−7］。依据2021 年前上道的EI32-JD 型计算机联锁系统的设计原则，联锁主系通信异常时联锁机不会立刻倒机，如果20 s内联锁主机与操作机的通信仍未恢复，联锁主机会进行软件复位切机，备系联锁机升为主用［8−9］。由于操作机仅显示主用联锁机的信息状态，因此在联锁Ⅰ系故障，且没有立即将联锁Ⅱ系切换为主用的时间内，操作机将收不到主用联锁机的信息，导致计算机联锁信息无法及时传递给CTC，造成CTC 控制台出现全场红光带的现象。

2.3 故障三

1）故障现象。某站CTC 控制台站内灰屏无信息，操作机信息正常。查看CTC 维护机信息发现该站控制台站内灰屏、区间信息正常，证明CTC自律机本身运行正常，且与列控中心通信正常。检查硬件设备发现，与联锁通信的本端CTC 机柜2套光电转换器不亮灯。

2）原因分析。该站计算机联锁系统设置了远程终端，联锁本地端不支持与CTC 系统进行接口通信，只支持远端操作机与CTC 系统进行通信。为满足CTC 与联锁接口通信需求，需要通过光电转换器将其进行连接，通过光纤延长RS-422 串口信息传输距离。因本地CTC 机柜2 套光电转换器电源故障，导致自律机与联锁通信中断，造成该站CTC 全场灰屏。本地端CTC 不能和本地端联锁通信，只能和远端联锁设备通信，该通信方式安全冗余度不高，容易造成信息异常。

3 改进措施

3.1 完善联锁软件逻辑

《El32-JD 型计算机联锁系统电务维修手册》［10］5.2 章节中规定：“系统运行时A、B 2 台操作机同时工作，一台主用、一台热备，当主用操作机发生故障或双操作机重启后，操作机备机不会自动升为主用，需人工进行主备机切换”。

针对计算机联锁系统操作机故障导致联锁和CTC 通信中断、控制台信息异常问题，采取优化操作机倒机参数的方式，即当操作机主系校验两系联锁机信息不一致时，将原来只做丢弃数据包的处理，升级成立刻切换操作机备系为主，而且操作机主备系可自动切换［11］，即可解决因操作机主机与联锁两系信息校核不一致、主备机又无法自动切换，造成控制台信息异常的问题。

《El32-JD 型计算机联锁系统电务维修手册》4.4 章节“动态无缝切换的双机热备系统”中规定：“采用双机热备的动态冗余结构，2 套联锁机同时接收操作机发送来的控制命令，最终根据主用联锁机的控制命令控制驱动电路产生输出，控制继电器动作。如果主机发生故障，通过倒机电路自动切换到备机，将备机作为主机运行，故障机器重新启动。在双机切换和重启动时，不影响整个系统的运行，即实现动态无缝切换”。因此，可采取优化联锁机倒机参数的方式，将原来的20 s主备切换时间缩短至6 s，以解决因联锁机单系故障造成控制台信息异常的问题。

3.2 完善联锁硬件设计

依据《铁路车站计算机联锁技术条件》（TB/T 3027—2015）［12］中7.1.1 章节要求：“计算机联锁应采用硬件冗余结构”。为满足设备运行可靠性和安全性需求，对具有远端操控方式的计算机联锁系统可采取以下2种优化方案。

方案一：将本地冷备操作机升级为热备形式。通过更换远端和本地端操作机、维修机、远程系统通道及连接设备，将远端操作机由“双机热备”改为“双机并用”；取消本地机械室串口转光设备、维修机及冷备操作机，新增本地操作机2 台、倒机单元1 个、维修机1 台、交换机2 台及网络转光设备2 台，将本地操作机由“冷备方式”改为“双机热备”。操作机由“远端操作机和本地联锁机间串口通信”改为“远端操作机和本地操作机间通信”，本地热备操作机与远端操作机通过交换机连接，这样CTC 自律机可直接与本地操作机通信，同步修改联锁软件和CTC 系统的通信接口信息。本地冷备操作机升级为热备形式设备更改示意见图5。

图5 本地冷备操作机升级为热备形式设备更改示意

操作机界面设置“允许转为远端”“远端控制”“本地控制”“远端操作A 机”“远端操作B 机”5 个表示灯及“本地控制”按钮，通过软件实现本地端与远端的控制权切换。

方案二：将本地CTC 与远端操作机通信连接的2 套串口光电转换器升级为4 套串口光电转换器。即在本站CTC 机柜和远端CTC 机柜分别增加2 套单独的光电转换器，由原来的2 套设备通信增加到4 套设备通信（CTC 自律机A 通过协议转换器分别接操作机A、B），4 套光电转换器设置4 个单独电源，如此可大大降低因光电转换器或电源质量不良造成CTC 与联锁通信中断的问题［13］。CTC升级串口光电转换器示意见图6。

图6 CTC升级串口光电转换器示意

3.3 运维管理措施优化

1）改善机械室内环境，满足计算机联锁系统对环境要求的技术指标。系统环境温度0 ℃～40 ℃；系统环境湿度5%～90%（室温为25 ℃）；机房内无腐蚀和无引起爆炸危害的有害气体及导电尘埃；引入外电源的零地电位差不大于1.0 V；双机切换时间小于500 ms；机械室采取防静电措施，加装防静电地板；防雷地线和保护地线满足计算机联锁系统加装要求。

2）规范并加强计算机联锁系统日常维护要求。现场信号车间、工区严格落实室内信号设备日常巡检工作，定期对室内计算机联锁相关通信设备进行检查，发现有隐患报警信息或设备指示灯显示异常、有异响等问题时，及时上报组织处理。每月对计算机联锁系统主要设备进行断电重启、主/备系切换试验，确认操作机和联锁机均处于工作状态且主/备分明。UPS 电源电池需要每3 个月进行一次充放电，确保联锁设备正常使用。

3）完善联锁系统关键部件备品管理。做好设备台账、备品备件管理及大修计划，对使用年限到期的计算机联锁设备及时更换。

4 结束语

通过分析El32-JD 型计算机联锁系统与CTC系统通信接口设备故障的原因，采取了优化操作机、联锁机软件逻辑，完善计算机联锁与CTC 通信设备硬件设计等技术防范措施，同步优化了设备运维管理方式。上述改进措施，已应用于济青高铁和潍莱高铁，进一步减轻了现场电务人员的工作量，也为El32-JD 型计算机联锁系统可靠运行提供了技术支撑。