全電子計算機聯鎖維護機研究及應用

丁 利

（通號城市軌道交通技術有限公司，北京 100070）

隨著軌道交通信號技術的發展，信號聯鎖系統已經從6502電氣集中聯鎖系統，普遍過渡到傳統計算機聯鎖（Computer Interlocking，CI）系統，傳統CI系統仍保留繼電接口，而目前又逐漸向全電子CI系統發展。相比傳統的繼電接口聯鎖系統，全電子CI系統具有設備占用空間小、規模擴展靈活、安全可靠性高、維護反應快捷等優勢。然而，目前針對全電子CI系統維護機的研究還不夠深入，功能還有所欠缺；對于設備故障維護還是主要依靠設備廠商的售后服務，這種模式逐漸跟不上城市軌道交通快速發展的要求。

因此，為了更好實現對全電子CI系統的應用和維護，本文提出一種全電子CI維護機系統的設計實現方案，可以更好地輔助信號維保人員迅速排查設備故障問題，縮短設備維護時間。

1 系統設計

1.1 系統結構

相比于傳統的CI維護機系統，全電子CI維護機系統具有更豐富的監測信息，包括：邏輯部的平臺信息和應用信息、地面電子單元（Lineside Electronic Unit，LEU）適配器的信息、各類電子執行單元（Electronic Execution Unit，EEU）模塊（包括信號機EEU、道岔EEU、軌道電路EEU、通用輸入EEU、通用輸出EEU等）的監測信息以及機柜所配置的電源單元的監測信息等；另外全電子CI維護機系統還需要與維護支持系統（Maintenance Support System，MSS）進行通信，將全電子CI監測信息發送給MSS。整體系統結構如圖1所示。

圖1 系統結構Fig.1 System structure diagram

1.2 系統功能

通過對全電子CI系統分析可知，全電子CI維護機系統需要具備以下功能。

1）數據采集功能。應實時采集聯鎖區域內所有的信號設備狀態，包括邏輯部的監測數據、EEU的監測數據、LEU的監測數據以及電源單元的監測數據。

2）數據存儲功能。應將實時采集到的所有監測數據進行存儲。

3）界面顯示功能。應將實時采集到的監測數據以圖形化界面顯示出來，方便維護人員進行查看分析。具體包括有站場圖形、系統運行圖形、EEU的狀態、LEU適配器的狀態、電源單元的狀態以及各類實時報警等信息。另外，對于道岔動作電流等模擬量信息，應將其以電流曲線形式顯示出來。

4）數據回放功能。應支持利用所存儲的監測數據查找指定時間范圍、設備范圍內的設備歷史狀態信息。

5）外部通信功能。應將所采集到的全電子CI監測信息實時發送給MSS。

2 系統實現

根據上述針對全電子CI維護機系統的功能分析，本文將全電子CI維護機系統主要分為6大軟件進程模塊：數據通信模塊、數據存儲模塊、界面顯示模塊、回放查詢模塊、外部通信模塊以及程序監控模塊。各個進程模塊之間相互協作，共同完成全電子CI維護機的功能。

2.1 數據通信模塊

該模塊負責實時接收外部各類監測信息以及實現與界面顯示模塊的進程間通信，主要應用Socket通信技術、共享內存通信技術以及多線程技術。由于全電子CI維護機通過雙網與兩系CI系統通信，因此利用多線程技術，全電子CI維護機通過雙網與聯鎖邏輯部的Ⅰ系、Ⅱ系建立Socket通信，共建立4個通信接收線程，分別接收A網的Ⅰ/Ⅱ系聯鎖邏輯部監測數據和B網的Ⅰ/Ⅱ系聯鎖邏輯部數據；與若干對EEU分別建立兩個UDP點對點通信接收線程，接收各類電子執行單元的監測數據；與若干對LEU適配器分別建立兩個UDP點對點通信接收線程，接收LEU適配器的監測信息；與若干個電源單元分別建立1個UDP點對點通信接收線程，接收電源單元的監測信息。同時利用共享內存進程間通信技術將實時接收到的監測數據發送至界面顯示模塊，實現與界面顯示模塊的進程間通信。

2.2 數據存儲模塊

該模塊負責將接收到的各類監測數據進行實時存儲，主要應用數據庫技術以及多線程技術。本方案主要使用的是MySQL數據庫，由于頻繁進行數據插入存儲處理，因此選擇支持事務的InnoDB存儲引擎。

根據監測信息的類型，分別設計建立站場圖形數據表、系統運行圖數據表、LEU適配器數據表、EEU數據表以及電源單元數據表對各類數據進行實時存儲，同時每一類表建立數據聯合索引，以便提高后期數據回放以及查詢檢索效率；另外，在插入數據時，利用MySQL數據庫中內置的字符串壓縮函數compress進行數據壓縮處理，以便提高硬盤使用率。

2.3 界面顯示模塊

該模塊負責對接收到的各類監測數據進行可視化的界面圖形顯示，包括站場圖形、系統運行圖形、報警信息、道岔動作電流曲線以及電源單元信息，主要應用圖形化界面編程技術。

2.3.1 站場圖形

實時反映聯鎖雙系數據對應的站場圖形狀態，即實時繪制兩個站場圖，上面為Ⅰ系數據站場圖，下面為Ⅱ系數據站場圖。每一系站場圖均包括有信號機、道岔、區段、站臺門、防淹門、車庫門、洗車機、人員防護開關（SPKS）、按鈕以及各類零散表示燈等設備，同時可以對站場圖進行放大、縮小、還原等操作。單系數據所繪制部分站場示意如圖2所示。

圖2 站場圖形Fig.2 Station diagram

2.3.2 系統圖形

實時反映全電子CI系統的運行狀態及與外圍各系統的通信連接狀態。系統內各子系統的運行狀態用不同顏色的方框或文字表示：綠色表示主系工作狀態，黃色表示備系工作狀態，紅色表示故障工作狀態，藍色表示待機工作狀態，灰色表示未知狀態；系統內各子系統之間的通信狀態用不同顏色的線條表示：綠色表示通信狀態正常，紅色表示通信狀態斷開，灰色線表示通信狀態未知。對于EEU狀態顯示，根據EEU機柜的實際布置情況，在圖形上繪制出對應的EEU機柜示意圖，并用燈位表示各系板卡的工作狀態，包括主備系狀態、是否故障狀態以及與邏輯部通信狀態。系統運行示意如圖3所示。

圖3 系統運行Fig.3 System operation state diagram

2.3.3 報警信息

將報警信息分類，分為應用報警、系統報警以及接口報警3大類別。應用報警主要是指聯鎖應用邏輯處理過程中的各類報警，系統報警主要是指聯鎖邏輯部硬件平臺的故障報警信息，接口報警主要是指各類EEU模塊的報警信息以及各類通信狀態中斷報警。報警信息按照報警來源、關聯設備名稱、報警翻譯以及報警級別以置頂彈窗形式實時顯示。同時，將所有報警信息按照報警類別以文本形式記錄到本地硬盤中。

2.3.4 道岔電流

根據從道岔EEU接收到的道岔動作電流數據包，將其按照動作時間序號標識依序進行拼接，拼接成一個完整的道岔動作電流數據包，這個數據包里包含了若干個離散的電流采集值以及對應的道岔類型、電流類型、動作方向以及時間序號等信息。根據這些信息，以道岔動作時間為橫坐標，動作電流離散值為縱坐標，描點連線，繪制出道岔動作過程中動作電流的完整曲線。另外，對于交流道岔，可以根據篩選框選擇只顯示A相電流曲線、B相電流曲線以及C相電流曲線中的1條或多條；同時，在曲線旁邊用文字顯示：此次道岔動作過程中的最大電流值（即電流峰值）以及此次道岔動作方向、動作時間、道岔號、道岔類型、電流類型（包括直流或A相、B相以及C相）等信息。交流道岔動作曲線示意如圖4所示。

圖4 交流道岔動作電流曲線Fig.4 AC switch machine’s acting current curve

2.3.5 電源單元

根據接收到的電源單元信息，解析電源單元的實時狀態信息：包括電源ID、版本號、溫度、電壓、電流等信息。

2.4 回放查詢模塊

該模塊負責讀取存儲的監測數據，進行歷史狀態信息的查詢回放，主要應用數據庫查詢技術以及圖形化界面編程技術。

2.4.1 數據回放模塊

對于站場圖形、系統運行圖形、電源單元數據的歷史狀態，可以通過選擇起始時間點，結合2.3節所述界面顯示模塊功能，進行歷史狀態的順序回放，并且可以設置播放速度。

2.4.2 數據查詢模塊

該模塊可以查詢所有設備信息的歷史狀態，以表格的形式進行顯示。根據所選定的時間范圍、系別標志、設備類別、設備名稱等篩選條件，從MySQL數據庫中，讀取所存儲的數據進行歷史狀態查詢。

2.5 外部通信模塊

該模塊負責與MSS的通信功能，主要應用Socket通信技術。該模塊將接收到的各類監測數據按照全電子CI維護機與MSS的通信接口規范，拼接為設備報警及狀態碼位信息和所有版本信息兩類信息幀，并添加相應的幀頭和幀尾信息，周期性向MSS發送；同時接收MSS發來的應答信息包，作為心跳幀，用來判斷與MSS的實時通信狀態。

2.6 程序監控模塊

該模塊負責對其他軟件模塊的監控調度，可以實現軟件一鍵啟動以及軟件狗功能，主要應用消息通信機制以及注冊表相關技術。利用消息通信機制，該模塊監控程序各個軟件模塊的運行狀態，若檢測不到某個模塊的活躍狀態，則殺死該模塊進程，重新啟動。利用注冊表技術，修改系統默認啟動項。這樣現場施工人員可以一鍵啟動即可完成全電子CI維護機系統的程序部署。當程序中某個進程模塊發生異常時，可以自動重新啟動運行；同時，若工控機發生異常掉電或軟件異常導致系統重啟時，系統會自動進入全電子CI維護機程序。

3 應用情況

基于本文提出的全電子CI維護機方案，目前已經在長春軌道交通3號線路上得到工程應用，取得了良好的使用效果。該線路使用的是直流道岔模塊，動作電流曲線如圖5所示。電源單元狀態監測界面如圖6所示。

圖5 直流道岔動作電流曲線Fig.5 DC switch machine’s acting current curve

圖6 電源單元狀態Fig.6 Power supply unit status

4 結語

目前很多地鐵業主在信號系統項目招標文件中都提出了全電子CI系統的需求，因此，必須配套應用相應的全電子CI維護機系統。需要指出的是，目前國產全電子聯鎖系統的實際應用案例相對較少，對于全電子CI維護機系統更為詳細具體的需求，需要在今后的使用中加以確認，設計實現也會進一步優化，使其能夠實現越來越人性化、便捷化、智能化的維護功能。