軌道交通信號系統測試擴展板研究

朱浩興 北京交通大學海濱學院

引言

伴隨著城市化進程的不斷推進，市內人口不斷增長，城市規模也不斷擴大，給城市公共交通帶來了較大壓力。在這一背景下，城市軌道交通系統得到了快速發展，用于解決市內人員出行難、車輛擁堵等問題。而城市軌道交通的運營，需要采用軌道交通信號系統這一關鍵設備，以滿足軌道的高效運行和信號設備安全管理要求。但就目前來看，該系統測試較為復雜，為滿足系統測試要求，還要完成測試擴展板的研發。

一、軌道交通信號系統測試問題分析

軌道交通信號系統包含正線信號系統、車輛段/停車場計算機聯鎖系統兩部分，前者包含列車自動監控、列車自動防護、列車自動運行等子系統，后者包含獨立的微機監測設備，能夠實現對車輛段/停車場范圍內各種信號設備的監測。而在正線設備信號監測方面，各種設備的采集信號和信息在不同系統中存儲和傳輸，同時系統無法實現數據共享，所以各系統測試帶來了較大難度。除了擁有結構復雜，輸入節點多等特征，軌道交通信號系統為保證系統安全、穩定運行，采用了信號冗余設計方式，在信號輸入方面會完成信號復制，以保證信號一致。受這些因素的影響，在系統測試方面，不僅需要完成系統對外部信號處理和反應能力的測試，還要確定系統在內部發生故障時能否正確進行信號傳輸。現階段，系統測試主要采用兩種方式，一種為利用仿真軟件或真實軟硬件環境對系統外部信號故障進行模擬，另一種就是利用專門的仿真軟件對系統內部信號參數進行修改。采用前一種方式，需要耗費大量的時間和精力才能完成系統測試。而采用后一種方式，則要承擔系統內部出現錯誤的風險。

二、軌道交通信號系統測試擴展板應用分析

（一）擴展板結構

針對軌道交通信號系統測試問題，可以完成系統測試擴展板的研發，以便對系統各種信號故障場景進行模擬，然后通過仿真分析完成系統信號測試。從結構上來看，擴展板由連接測試母板和母板插接的信號設備卡槽構成，卡槽分為第一卡槽和第二卡槽，分別有n位引腳和2n個卡槽接點，并且包含一個三選一開關，而n是整數，需要結合軌道交通信號系統連接的設備數量確定。在進行第一卡槽插接時，需要將其插接在測試母板應測試的信號設備的卡槽位置上，然后將測試母板插接在第二卡槽位置上，確保卡槽與引腳一一對應。將第一卡槽與第1-n個接點逐一連接，將第二個卡槽與第n-1到2n個接點逐一連接，并將需要模擬信號故障的卡槽接點去除，則能實現信號故障的模擬。針對A1信號，擴展板上完成了可模擬故障的三選一開關的配置。針對無需模擬開關的卡槽，可以將兩個卡槽接點兩兩連接在一起，并將一引腳設定為高位常態，與第三輸入端連接在一起，然后將一引腳設定為低位常態，與第一輸入端連接在一起。通過將輸出端和第二輸入端分別連接2個處在A1位置的卡槽接點，則能從第二輸入端獲得實際輸出狀態。如果將A1設定為高位，將第三輸入端連通，可以對高電位信號狀態進行模擬。如果將A1設定為低位，將第一輸入端連通，可以對低電位信號狀態進行模擬。

（二）擴展板功能

該種擴展板最初是針對Seltrac CBTC信號系統基線而設計的，可用于進行系統信號設備外部處理單元等子系統的測試。從單元構成上來看，信號設備外部處理單元由外部通信控制接口、車輛接口模塊和輸入輸出模塊構成。在輸入輸出和外部通信控制接口上，分別存在128個輸入輸出節點，可以在單元對應的卡槽中分別插接。在單元輸入外部信號后，需要利用接口模塊進行信號采集，然后復制得到三份，分別利用不同輸入輸出模塊進行傳播，確保外部通信控制接口能夠完成信號的正確接收[1]。利用輸入輸出模塊，可以將三塊外部通信控制接口接收到的信號匯聚成一路信號，然后利用接口模塊向外部輸出。針對該單元進行測試，只需要對輸入信號對應的輸出信號進行測試，可以結合常用信號輸入輸出比特位表完成幾個選擇開關的預先制作，利用不同的卡槽接點進行各開關的連接，然后扳動開關則能對信號位的輸出進行控制。

（三）擴展板應用

為掌握擴展板的應用方法，可以2乘2取2的系統進行測試。在外部控制通信接口中，存在3個槽位，并只對其中1和3進行使用。在輸入輸出模板上，則只對1,3,4,6,7,9槽位進行使用，前后兩個為一組，分別稱之為slot1、slot2、slot3。在信號測試中，移除母板，并利用擴展板進行母板對應卡槽替代，然后將母板連接在卡槽另一端，則能完成測試。例如，測試右關門命令信號，結合輸入輸出比特位表得到比特位，然后結合引腳硬件圖紙完成對應的C17引腳查找，將兩塊輸入輸出模板擴展板插入模板slot1的1和3卡槽，然后對開關6進行控制，則能完成故障模擬。開關向上，則能對信號“1”進行模擬，確認信號輸出是否為高電位。開關向下，則能對信號“0”進行模擬，確認信號輸出是否為低電位[2]。開關位于中間，即不改變信號內容，需要確定原本信號值是否發生改變。因此采用擴展板，能夠對各種信號故障進行模擬，完成系統信號的全面測試。

三、結論

通過研究可以發現，作為軌道交通控車的中樞系統，軌道交通信號系統得到了廣泛應用。而該系統測試有較高的要求，需要完成系統故障的全面測試，才能滿足信號安全、可靠性分析要求。采用系統測試擴展板，則能對各種信號故障進行仿真，從而實現對系統的完整測試，因此能夠保證系統硬件和軟件可以得到正確集成，繼而為軌道交通安全提供保障。