ATS仿真系统中计算机联锁功能的设计与实现

吕绍恒，郭秀清（同济大学 控制科学与工程系，上海 201804）

ATS仿真系统中计算机联锁功能的设计与实现

吕绍恒，郭秀清
（同济大学 控制科学与工程系，上海 201804）

计算机联锁系统负责处理进路内的道岔、信号机、轨道之间联锁关系，是实现列车自动监控系统仿真的关键。主要介绍了该系统的组成结构及各部分的功能，运用组件化的仿真技术设计人机交互界面，生成站场图数据库和联锁表数据库，实现进路的排列功能。

ATS仿真系统；计算机联锁；进路控制

0 引言

城市轨道交通通信信号系统是保证行车安全和提高运输效率的有利工具［1］。列车自动监控系统（Automatic Train Supervision，ATS）主要实现对列车运行的监督和控制，它在提高运输效率和保障运行安全方面起着十分重要的作用［2-3］。因此，ATS系统能否进行正常操作，将直接关系到列车安全。

计算机联锁系统负责处理进路内的道岔、信号机、轨道电路之间的联锁关系，接受ATS或者操作员的控制指令，向 ATS系统输出联锁信息［4］。联锁机实现了信号设备的逻辑处理功能，完成了进路排列、进路锁闭、开放信号和道岔动作等命令，实现了进路自动解锁、故障解锁等解锁功能。计算机联锁系统是保证行车安全，提高运输效率的重要技术装备［5］。本文以苏州轨道交通一号线ATS仿真系统为例，分析计算机联锁系统的结构，研究其仿真功能的实现。

1 系统结构

计算机联锁系统可分为多种层次结构［6］，如图1所示。

图1 计算机联锁系统结构

人机对话层设备主要功能是：（1）接收工作人员发布的控制命令；（2）显示设备工作状态和车辆运行情况。

联锁层设备的主要功能是：（1）接收人机会话层操作信息和监控层信息、进行联锁运算；（2）产生输出信息、交付监控层执行和人机会话层显示。

监控层设备主要功能是：执行层输出命令、开放信号、转换道岔。

2 用户界面显示

系统软件开发的编译环境采用 Visual Studio 2008，编程语言采用标准C++。

在仿真系统中，用户界面显示是指站场图的显示、控制按钮的命令实现和站场设备状态的实时显示，是实现人机交互的基础。

站场图初始化显示采用GDI双缓冲技术，用以避免站场界面的闪烁。站场图涉及的元素包括信号机、轨道和道岔，控制按钮包括故障解锁、进路排列和取消进路。

每个站场控件具有相同的属性，在设计控件类（即道岔类 CSwitch、区段类 CTrack、信号机类 CSignal等）时设计一个父类，让控件类全部继承自父类。

以信号机为例，信号机的属性包括：

为了方便设置和读取控件的属性值，仿真系统中设置了set和get函数来调用。

站场控件以.ocx格式保存

3 联锁系统数据库设计

计算机联锁系统为实现系统维护、行车管理自动化奠定了基础。

联锁数据主要包括人机交互层传输过来的控制命令信息、站场实时状态信息以及用于排列进路使用的联锁表。

3.1 站场图数据

采用Accesss数据库进行站场图数据的存储。在数据库中主要存储了关于信号机、道岔、区段的信息。以信号机为例，在数据库中保存了信号机的 Index（站场图上的编号）、ID（站场图上的名称）、Type（类型 0-进站、1-出站、2-调车、3-区间）、Direct（信号机的方向）、FirstQD（信号机朝向所对应的区段或者道岔）、JJQ（靠近信号机的区段或者道岔）。

3.2 联锁表数据

在计算机联锁系统中，由于参加运算的数据量很大，而进路的处理又是整个联锁系统中最重要的问题之一。一个进路时只涉及很少一部分的数据，设计静态联锁表文件，对每一条进路数据列一个数据表，将该进路有关的特性和变量全部纳入到该联锁表中［7］。苏州轨道交通一号线包含的进路数量少而且简单，采用静态联锁表文件可以提高进路处理的运行速度，并且保证进路处理的高可靠性和安全性。联锁表应该包含的数据有：进路的类型、进路的编号、始端信号机、终端信号机、敌对信号、进路上的道岔、进路上的逻辑道岔及进路上的区段。

仿真界面如图2所示。

图2 仿真界面

以苏州轨道交通一号线木渎站S0110至S0106进路为例，其在联锁表数据库中的信息如表1所示，其线路图如图3所示。

表1 联锁表

图3苏州轨道交通一号线木渎站线路图

采用静态文件的优点是：（1）静态文件占用较小的存储空间，有利于检测查询。（2）进路的数据结构是由节点连接而成，在任何地方增加或者减少节点，只需要对部分进路数据进行修改，不影响存储区的其他位置［8］。

在ATS仿真系统中，通过GetRoute来读取进路。

4 时刻表编写

仿真系统根据实际列车运行时刻表编写仿真运行时刻表，如表2所示。

表2 时刻表

5 进路控制

在ATS系统中，根据联锁表、计划运行图及列车的所在位置自动判断、生成并输出进路控制命令传送至联锁设备，实现对列车的进路的控制。

进路处理可划分为4个模块：

（1）检查进路安排是否一致和形成道岔控制的子模块。该模块检查排在进路上面的道岔是否处于正确的位置，如果不符合要求，则要执行相应的道岔控制命令，使道岔处于正确的位置。

（2）自动解锁子模块。该模块主要实现进路在正常状况下的解锁功能以及调车进路的中途折返解锁。

（3）信号保持子模块。当进路的信号开放以后，应不断地去询问开放信号条件是否仍然满足，若条件满足则保持信号继续开放，若条件不满足，则取消信号机开放命令，关闭信号机。

（4）进路锁闭和信号开放子模块。用于检查锁闭条件是否仍然满足，若满足后就锁闭进路，并且形成防护信号机开放命令。

进路处理过程，可以分为进路的建立和解除两个部分，它们之间的临界部分是信号保持。进路的建立是指从按压进路始、终端按钮开始到防护该条进路的信号机开放这一阶段［9］。排列进路流程如图4所示。

进路的解除是指从列车或调车车列驶入信号机内方到出清进路中全部道岔区段为止的这一阶段。

排列进路的相关代码如下：

图4 排列进路流程

6 结论

本文以苏州轨道交通一号线的ATS仿真系统为研究对象，分析计算机联锁系统的系统结构和主要功能。根据前期的分析，利用仿真技术搭建了可视化的人机界面，并对界面中的每一站场元素建立数据库，结合联锁规则生成联锁表数据库，最终实现列车的进路控制。计算机联锁对于ATS仿真系统各个功能的实现具有重要意义。本文所设计的计算机联锁系统对其他线路也具有通用价值和普遍意义。

［1］张照亮.铁路信号计算机联锁系统的设计与实现［D］.武汉：武汉理工大学，2001.

［2］曹友杰.铁路信号分布式计算机联锁系统-道岔控制模块研究［D］.兰州：兰州交通大学，2014.

［3］袁翩翩，陈永生，张立.单线接发列车仿真系统故障模拟［J］.微型机与应用，2014，33（22）：17-19，23.

［4］田晓莉.基于CBTC的ATS列车进路控制技术研究［D］.成都：西南交通大学，2014.

［5］陆亚平.CTCS_3级计算机联锁上位机系统仿真研究［D］.43，47.成都：西南交通大学，2010.

［6］吴江，郭秀清.上海地铁 ATS仿真系统进路自动排列的设计与实现［J］.微型机与应用，2012，31（17）：7-10.

［7］董俊祺.轨道交通ATS仿真运行框架的设计与实现［J］.地下工程与隧道，2008（2）：63-64，67，69.

［8］华似磊，董俊祺.城市轨道交通列车自动监控仿真系统组件设计与实现［J］.城市轨道交通研究，2007（2）：41-

Research and design of computer interlocking system in ATS simulation system

Lv Shaoheng，Guo Xiuqing
（Department of Control Science and Engineering，Tongji Unversity，Shanghai 201804，China）

Computer interlocking system，which handles interlocking relationship between turnout，signal and track circuit，is very important to ATS simulation system.This paper describes structure and function of computer interlocking system.By the method of component technology，this article designs the human machine interaction，builds the database and finally controls the route.

ATS simulation system；computer interlocking system；route control

TP319

A

1674-7720（2015）22-0025-03

吕绍恒，郭秀清.ATS仿真系统中计算机联锁功能的设计与实现［J］.微型机与应用，2015，34（22）：25-27，30.

2015-07-20）

吕绍恒（1991-），男，硕士研究生，主要研究方向：轨道交通系统仿真。

郭秀清（1965-），女，副教授，主要研究方向：过程控制与计算机控制。