蔣東明

在現(xiàn)行鐵路尤其是傳統(tǒng)大鐵 （非高鐵線路）的信號工程施工過程中，最后的導通試驗和聯(lián)鎖試驗階段，仍然采用手工制作的模擬盤，并人工做出相關(guān)的模擬試驗條件，這種做法沿用了很多年，存在以下5個弊端：一是設備簡易可靠性不高，在試驗的過程中設備時有損壞，干擾正常試驗的進行，或影響試驗效果，造成某些意想不到的誤判；二是試驗的正常工作幾乎完全依靠現(xiàn)場施工人員的技術(shù)嫻熟程度和經(jīng)驗維系，可靠性不易保證；三是試驗過程不能進行記錄；四是模擬設備幾乎不能重復使用；五是和現(xiàn)行鐵路的發(fā)展及鐵路信號整體自動化水平不相符。

為此，以傳統(tǒng)導通試驗和聯(lián)鎖系統(tǒng)試驗的科學方法為依據(jù)，采用以工業(yè)計算機為基礎的上位機系統(tǒng)和工業(yè)嵌入式系統(tǒng)為基礎的下位機，設計了更加科學的鐵路信號試驗輔助系統(tǒng) （Railway Signal Test Auxiliary System ，RSTAS），以提高鐵路信號施工過程中的整體自動化水平。現(xiàn)就RSTAS的上位機軟件系統(tǒng)功能需求和關(guān)鍵技術(shù)進行討論。

1 系統(tǒng)整體功能

RSTAS用于鐵路信號施工后期的輔助調(diào)試，主要實現(xiàn)導通試驗和聯(lián)鎖試驗的自動化輔助功能。它由上位機和下位機組成，上位機負責人機接口，接收下位機信息和對下位機發(fā)出指令；下位機與現(xiàn)場實際鐵路信號設備連接，接收上位機的控制，將控制命令傳遞給現(xiàn)場信號設備，同時采集現(xiàn)場設備的關(guān)鍵狀態(tài)傳遞給上位機。下位機嵌入式系統(tǒng)需要實現(xiàn)：①與上位機的接口；②現(xiàn)場設備狀態(tài)的采集；③現(xiàn)場設備的驅(qū)動。

另外，還應該在上位機實現(xiàn)某些輔助功能，如對線工序的輔助，工作計時器，試驗用電監(jiān)測等。系統(tǒng)硬件方面包含與現(xiàn)場信號設備的接口電纜及接頭，外電路接口架，機柜等輔助設備。

2 上位機功能及結(jié)構(gòu)

RSTAS上位機功能框圖如圖1所示，主要功能如下。

1．站場數(shù)據(jù)平臺制作。要想實現(xiàn)RSTAS的輔助功能，首先要制作站場數(shù)據(jù)平臺，根據(jù)設計文件的站場線路和軌道信息，以圖形的方式生成可動態(tài)操作的站場平臺，生成方法有2種：①鼠標拖動方式；②導入相關(guān)的配置文件。

圖1 RSTAS系統(tǒng)上位機功能框圖

2．設置功能。主要包括：①操作人員權(quán)限設置，根據(jù)不同操作人員的等級，設置不同的操作功能，擬分管理員級和操作員級，管理員級可以進行站場數(shù)據(jù)平臺制作和數(shù)據(jù)庫的管理，操作員級用作普通技術(shù)人員進行導通和聯(lián)鎖試驗的操作；②站場數(shù)據(jù)設置，包括軌道電路的順序關(guān)系設置，生成聯(lián)鎖表配置文件，一送多受區(qū)段設置，侵限絕緣設置等；③試驗用電監(jiān)測的電流閾值設置。

3．輸入功能。包括操作性輸入，一是點擊區(qū)段占用或出清，二是啟動自動走行系統(tǒng)，并輸入相應的進路號；非操作性輸入，主要是相關(guān)數(shù)據(jù)庫的操作。

4．采集功能。作為試驗輔助設備，采集功能不需要太高的實時性要求。采集信息都來自下位機的采集系統(tǒng)。對采集的數(shù)據(jù)進行動態(tài)配置，最后顯示到站場數(shù)據(jù)平臺，如現(xiàn)場某個進站信號機顯示綠燈，由下位機采集進站信號的LXJ↑，ZXJ↑，LUJ↑和DJ↑條件，然后將信息傳遞給上位機動態(tài)配置文件，經(jīng)過上位機的綜合運算后，在站場數(shù)據(jù)平臺上顯示該進站信號機為綠燈。

5．控制功能。主要指對下位機的控制，如點擊某區(qū)段要求該區(qū)段占用時，上位機發(fā)送指令給下位機，下位機接收到指令后，控制現(xiàn)場實際的GJ斷電落下。

6．管理功能。主要包括：①操作人員信息管理；②操作過程記錄，將實際的操作過程記錄到數(shù)據(jù)庫中。

7．輸出功能。根據(jù)用戶的需要輸出相應的信息，包括聯(lián)鎖表打印和操作過程打印。

這里需要說明的是，采集功能和控制功能是通過串口與下位機系統(tǒng)進行通信，下位機是直接和現(xiàn)場的設備進行信息交互，完成上位機下達的任務。

3 軟件處理流程

上位機軟件系統(tǒng)需要實現(xiàn)以下幾個目標：①根據(jù)設計方的站場圖和進路圖等車站相關(guān)數(shù)據(jù)信息，生成站場平臺，作為其他后續(xù)控制和操作；②通過某些操作 （如鼠標點擊相關(guān)區(qū)段）實現(xiàn)列車的模擬占用和出清；③根據(jù)聯(lián)鎖表的進路信息，給出相應的列車自動走行，即自動實現(xiàn)區(qū)段的連續(xù)占用和出清，模擬列車的運行；④實現(xiàn)與下位機控制的接口；⑤對下位機接受現(xiàn)場實際設備的主要狀態(tài)進行接收處理；⑥操作人員管理；⑦相關(guān)數(shù)據(jù)庫管理。軟件處理流程如圖2所示，主要包括站場數(shù)據(jù)平臺制作，功能設置，計算機輸入，對下位機的控制，上位機的采集，輸出。

4 數(shù)據(jù)庫設計

由于本軟件系統(tǒng)不存在大量的數(shù)據(jù)管理，故采用Access數(shù)據(jù)庫來存儲操作人員信息和操作過程信息等。操作人員信息存儲在試驗過程中，包括曾經(jīng)進行過操作的人員姓名、工號、職稱、職務、人員級別等。操作過程信息存儲每一個曾經(jīng)被操作的細節(jié)，包括操作人員的姓名、操作設備類型、設備操作方式、操作時間等。其中操作類型依據(jù)操作設備的不同而有所不同，具體對應關(guān)系見表1。

5 軟件實現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)

5．1 進路管理

當選擇列車自動走行時，輸入相應的進路號，可以實現(xiàn)列車自動走行。由于本系統(tǒng)不同于真正意義上的計算機聯(lián)鎖，不存在大量的聯(lián)鎖關(guān)系計算，在走行過程中也不必考慮具體的信號機狀態(tài)和道岔的位置 （這些是由現(xiàn)場的聯(lián)鎖設備保證），因此，在每條進路中，只要存儲列車或調(diào)車走行過程需經(jīng)過的軌道區(qū)段即可，然后依次占用和出清。所以本軟件方案仍然遵照計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的設計方案，采用靜態(tài)數(shù)據(jù)庫存儲方式，當在聯(lián)鎖試驗過程中需要試驗某條進路時，只要啟動列車走行模式，同時輸入相應的進路號，就可以實現(xiàn)列車在軌道區(qū)段的連續(xù)占用和出清，并且在列車走行過程中，可以隨時中止列車的運行。進路數(shù)據(jù)庫采用配置文件 （INI文件的）方式進行存儲。

圖2 軟件處理流程圖

如圖3示例線路所示，以下行向1股的接車為例，在設置功能啟動時，將該進路保存到相關(guān)的配置文件中，假設進路號為1，此時配置文件的節(jié)名為 “進路1”，鍵名和域名關(guān)系為：區(qū)段1＝IAG；區(qū)段2＝1DG；區(qū)段3＝7DG；區(qū)段4＝11－17DG；區(qū)段5＝19DG；區(qū)段6＝ⅠG。

圖3 示例線路

5．2 基于插件思想的軟件開發(fā)

為了使上位機軟件具有更高的伸縮性、可維護性能，在RSTAS的上位機開發(fā)過程中，采用了基于動態(tài)鏈接庫技術(shù)的插件技術(shù)。在開發(fā)過程中，根據(jù)軟件系統(tǒng)功能將系統(tǒng)劃分為站場數(shù)據(jù)制作平臺，設置、輸入、采集、控制、管理和輸出等功能單元，每個單元都以動態(tài)鏈接庫的形式獨立存在，它們有公共的宿主系統(tǒng)，可進行各單元工作的協(xié)調(diào)，及在各單元之間進行通信。

6 總結(jié)

配合下位機的總體設計，要求上位機系統(tǒng)具有較為完善的功能，同時結(jié)合下位機進行總體的可靠性設計，可以使本系統(tǒng)較好地應用在鐵路信號工程的導通和聯(lián)鎖試驗中，對于施工中的質(zhì)量控制、成本控制，及工期控制等多方面有積極的作用，同時可以作為仿真培訓的輔助產(chǎn)品。系統(tǒng)的部分功能已在山東職業(yè)學院車站信號實訓站得到實現(xiàn)。

［1］ 張海藩，牟永敏．軟件工程導論［M］．第6版．北京：清華大學出版社，2013．

［2］ 劉剛，程克明．Access數(shù)據(jù)庫程序設計教程［M］．北京：清華大學出版社，2005．

［3］ 趙志熙．微機聯(lián)鎖系統(tǒng)技術(shù)［M］．北京：中國鐵道出版社，1995．