計算機聯鎖仿真試驗自動執行平臺研究

李文濤

（中國國家鐵路集團有限公司工電部，北京 100844）

車站計算機聯鎖設備（簡稱聯鎖）是保障列車運行安全最基礎的鐵路信號設備之一，為鐵路運輸暢通、安全運營方面發揮著巨大作用。

計算機聯鎖軟件在上道前均需要經過嚴格的測試審核及周密的仿真試驗，聯鎖仿真試驗項目必須徹底試驗完整、無遺漏后方可投入模擬試驗和現場運營。現階段仿真試驗主要采用對照聯鎖圖表逐條進路、逐項測試的人工仿真試驗方式，根據車站規模大小，仿真試驗時間少則幾天、多則數十天，存在人工試驗工作量大、耗時長、人為疏忽遺漏、試驗效率不高等問題。

根據聯鎖仿真試驗現狀并結合計算機軟件技術發展，為提高信號聯鎖關系試驗的效率和質量，加快推進計算機聯鎖自動仿真試驗進程，提出了計算機聯鎖仿真試驗自動執行平臺（簡稱自動執行平臺）的技術方案。

1 自動執行平臺結構

為保障測試的準確性、完整性，研究可以分兩階段。

第一階段：以減輕試驗人員的工作強度為目的，把仿真試驗過程中大量重復的操作動作實現自動化操作，為保持先行試驗結果的可信度，期間由人工監督試驗過程中自動執行操作過程，人工判定試驗結果的正確性。如自動化遍歷進路中道岔無表示對進路的影響、自動化遍歷進路中區段占用對進路的影響、依據所排列進路自動走車等，試驗過程中人工監督信號顯示與進路狀態，人工判定試驗結果。

第二階段：在前期研究的基礎上再逐步實現仿真試驗全自動化，即自動完成各項試驗，自動記錄試驗過程，自動輸出試驗結果，人工確認試驗結果的正確性和完整性。

計算機聯鎖仿真試驗自動執行平臺可在既有計算機聯鎖仿真試驗平臺的基礎上，增加自動執行模塊及相應的配置輸入，從而實現試驗自動執行功能。

平臺結構如圖1所示。

圖1 計算機聯鎖仿真自動執行平臺結構Fig.1 Structure of automatic execution platform for computer interlocking simulation test

計算機聯鎖仿真自動執行平臺，包括試驗對象和仿真自動執行平臺兩部分。

試驗對象，即被試驗驗證的計算機聯鎖設備，由于仿真試驗主要針對聯鎖軟件邏輯和配置數據進行驗證，所以試驗環境可以采用由PC機構成的整體仿真環境，其組成部分包括聯鎖應用子模塊、操作表示機子模塊以及維護機子模塊。

仿真試驗自動執行平臺，包含設備仿真軟件、自動執行模塊兩部分。設備仿真軟件提供了車站設備IO和接口設備的模擬仿真，自動執行模塊實現了按照試驗步驟對相關操作命令的自動下發以及試驗過程的自動記錄、操作結果的自動判定等功能。

車站設備IO仿真實現驅采繼電器的仿真功能；接口設備仿真實現聯鎖系統的外部接口系統仿真，主要包含RBC接口、TCC接口和相鄰車站聯鎖接口等。仿真設備是自動執行平臺的基礎，提供執行與控制的基本設備對象。

該平臺結構中仿真軟件和被測軟件相互獨立，通過通信接口交互測試數據，被測軟件與將來實際部署到現場的軟件一致。

2 方案設計

自動執行平臺設計內容包括平臺任務設計、平臺接口設計、平臺功能設計、實現流程設計及人機交互界面設計5部分。

2.1 平臺任務設計

計算機聯鎖仿真試驗自動執行平臺的目標是實現各項試驗過程人工操作環節的自動執行，并記錄試驗過程、試驗數據?；诼撴i仿真試驗中人工操作比較耗時的測試項目，設計出平臺的任務如下：

1）道岔無表示關閉信號的自動執行試驗；

2）信號開放后鎖閉道岔的自動執行試驗；

3）區段有車關閉信號的自動執行試驗；

4）紅燈斷絲不能開放信號的自動執行試驗；

5）隨時關閉信號的自動執行試驗；

6）進路正常解鎖的自動執行試驗；

7）未辦理進路情況下的區段占用不能操縱道岔的自動執行試驗；

8）區段故障解鎖的自動執行試驗。

2.2 平臺接口設計

1）通信接口

計算機聯鎖仿真試驗自動執行平臺，可以通過采用自動執行主線程的周期調度技術，自動完成操作設備、發送設備狀態、接收設備命令及動作過程記錄等一系列軟件邏輯處理，并同時完成執行平臺與試驗對象之間的周期性數據交互，系統網絡信息交互如圖2所示。

圖2 網絡信息交互Fig.2 Network information interaction diagram

平臺運行過程中，聯鎖向仿真自動執行平臺發送IO控制命令、區間命令、設備與進路等信息，如道岔控制、區間輔助改方命令、接發車進路信息等。仿真自動執行平臺向聯鎖反饋車站設備狀態、仿列控和仿相鄰站聯鎖的接口設備狀態、自動執行的信號重開與道岔單操等動作指令。

2）配置接口

為了讓自動測試過程更接近人工測試的效果，系統自動執行過程可以由一系列的動作單元組合起來，后一個動作的開始需要等待或檢查前一個動作的結果，即需要通過配置接口來設置一系列的動作等待時間，根據自動執行任務對配置接口設計出如下項目：

a.重開信號后執行下一動作前的等待時間=5 s；

b.道岔無表示后的等待時間= 5 s；

c.道岔表示恢復后的等待時間= 5 s；

d.道岔單操后的等待時間= 7 s；

e.區段占壓后的等待時間= 5 s；

f.區段占壓恢復后的等待時間= 5 s；

g.信號燈絲斷絲后的等待時間= 5 s；

h.信號燈絲斷絲恢復后的等待時間= 5 s；

i.區段出清恢復后的等待時間= 5 s。

上面等號右側是默認時間值（單位：s），平臺運行過程中可以根據需要進行合理調整，從而實現在變化邏輯合理的情況下提高測試效率。

2.3 功能設計

從平臺角度劃分出3個基本角色，即試驗人員、試驗對象以及仿真自動執行平臺。平臺功能設計用例如圖3所示。

圖3 平臺功能用例Fig.3 Platform function use case diagram

試驗人員可以通過操作表示機與自動控制窗口的人機界面來操作設備、控制試驗過程和審核試驗結果；試驗對象為被測試的聯鎖軟件；自動執行平臺實現試驗啟動后的過程自動控制，包括響應用戶動作、反饋設備狀態、自動操作設備、自動檢測狀態以及試驗過程記錄并提供結果報表等功能。

2.4 流程設計

平臺總體流程實現分為3層，人機界面、邏輯控制和設備仿真，如圖4所示。

圖4 平臺總體功能流程Fig.4 Overall function flow of the platform

圖4展現了平臺總體流程，通過人機界面響應用戶操作、啟動平臺、主控線程開啟、周期性解析用戶操作并分派處理，動作指令分別指派到平臺各仿真對象并完成執行，同時反饋對象狀態及過程結果記錄。

以道岔無表示的自動執行試驗為例，下面描述各個環節的功能處理。

以進路維度設計的道岔無表示自動執行試驗過程。即試驗人員配置好試驗參數，啟動平臺并辦理進路，聯鎖完成進路排列后，用戶選定開始“道岔無表示關閉信號”自動執行，平臺從該進路的第一組道岔開始自動執行道岔斷表示、聯鎖關信號、檢查關閉成功、模擬人工重開信號、檢查重開成功等一系列聯鎖邏輯試驗步驟，并自動進入進路上下一組道岔的無表示聯鎖邏輯測試，直至完成所有道岔斷表示關閉信號的聯鎖功能試驗，平臺實時記錄自動執行過程日志并反饋結果給試驗人員。所操作的進路上的道岔來源于聯鎖表，保證了和聯鎖表所列進路上道岔的一致性。

2.5 人機界面

聯鎖仿真自動執行平臺的人機界面設計，根據需求可將主控界面設計為包含如圖5所示的3部分功能區：試驗項目選擇區、啟?？刂茀^和執行過程信息顯示區。

圖5 自動執行主控界面設計Fig.5 Design of automatic execution main control interface

為了方便選定試驗項目，圖5的主控界面中，試驗項目選擇區可按復選框方式羅列出各試驗條目供試驗人員勾選；啟?？刂茀^實現自動執行的開始、暫停、停止的試驗過程控制操作；過程信息顯示區用以實時顯示自動執行過程的動作信息與狀態信息等。

3 方案驗證

按照自動執行平臺設計方案進行初步實現與驗證，以第二版標準站聯鎖為試驗對象，進行以進路為維度的仿真自動執行試驗測試，案例如圖6所示。

圖6是XD→SIII為例的進路自動執行示例，本條進路包含8組雙動道岔、5個軌道區段，若測試完本條進路的上述試驗項，需要人工點擊鼠標共計140次，按3 s點擊一次鼠標，3 s做人工確認試驗結果，大約耗時14 min，而自動執行試驗免去了人工鼠標點擊操作，按默認配置的設備響應時間，自動執行完成本進路仿真試驗項目約7 min，大約節省50%的試驗時間，車站規模越大效率提升越明顯。

圖6 試驗案例Fig.6 Test case diagram

按照3種典型規模車站，即小站50條進路、中等站500條進路、大站1 000條進路，根據每條進路的平均耗時，可計算出單站的試驗用時（單站用時=進路數量×單條進路用時），得出自動執行進路試驗節省的具體時間值，如表1及圖7所示。

圖7 典型規模車站試驗的節省耗時Fig.7 Time saving histogram of typical scale station test

表1 典型規模車站的試驗耗時Tab.1 Test time of typical scale station

在減輕工作量方面，單站人工試驗的鼠標點擊總次數 = 單條進路人工點擊次數×進路數量，例如中等規模車站鼠標點擊總次數=140×500=70 000（次），通過自動執行平臺的自動化操作，對于中等規模車站能夠免去人工70 000次的鼠標操作，大大降低了試驗人員勞動強度。同時，自動執行平臺通過計算機軟件窮舉技術能完全遍歷聯鎖表中所列的所有區段、道岔等設備對象，試驗覆蓋全面，試驗過程徹底，解決了由人工操作試驗時可能由于測試人員的疏漏造成試驗不徹底的問題。

4 總結

車站計算機聯鎖仿真試驗自動執行平臺，可以實現試驗數據全覆蓋，減少試驗人員在界面上的大量機械性、重復性鼠標操作。在降低試驗人員勞動強度的同時，也提高了試驗質量與試驗效率。國內鐵路每年新建車站和改造車站數量眾多，在聯鎖仿真試驗方面投入也非常大，引入聯鎖仿真試驗自動執行平臺后，在鐵路建設的降本增效上能起到良好的效果。另外，通過計算機軟件技術能有效避免人工試驗易產生的疏忽誤判、遺漏試驗項目等問題，可以更好地提升試驗質量和正確率。聯鎖仿真試驗結果的正確性和完整性直接涉及鐵路行車安全，為保障試驗結果的可信度，需要進一步研究自動判定與自動記錄功能的可靠性，保證自動執行試驗結果的正確性、完整性，最終達到聯鎖仿真試驗自動執行平臺的全自動化，為提高計算機聯鎖仿真試驗效率發揮強有力的作用。