全电子联锁地铁信号系统室内测试方案研究

何争艳 李叶 夏芸 侯雪莉

（卡斯柯信号有限公司 上海市 200000）

1 测试目的

地铁信号系统室内测试主要有分三大类：子系统信心测试、子系统间的数据点对点测试和系统信心测试。子系统信心测试对象为单一子系统的软件和数据为主，其他外部接口子系统使用仿真模拟工具，主要验证单个子系统的数据和软件的兼容性，项目数据功能正确实现；系统间的数据点对点测试对象为子系统间交互的数据接口码位，验证码位按照预期结果正常跳变；系统信心测试对象为整个信号大系统、系统的各个子系统均为真实数据和软件，只有轨旁设备和车辆使用模拟仿真工具，系统信心测试验证各个子系统间的消息交互正常，系统基本功能、项目特殊需求均正常实现等。

本文主要阐述全电子联锁室内子系统信心测试相关的测试目的、测试对象、测试环境、测试方案、测试通过/失败准则、准入原则、停止原则和输出文档，明确测试结果的响应方式，识别测试过程中可能发生的风险，以及定义可能的规避措施等。

2 测试对象

本案所阐述的全电子联锁子系统，属于笔者所在单位的U888 地铁信号信号系统中的一个子系统。U888 地铁信号系统目前是国内地铁CBTC 信号系统的主流产品之一，该产品可以根据用户的需求和运营环境灵活的系统配置方案。U888 主要由五大子系统构成，采用完整的基于无线通讯的移动闭塞列车自动控制系统（ATC）、列车自动监控子系统（ATS）、列车自动防护和列车自动运行子系统（ATC）、计算机联锁子系统（CI）、数据通讯子系统（DCS）、维护支持子系统（MSS）组成。U888 地铁信号系统中凡涉及行车安全的子系统或设备满足故障-安全的原则，系统中主要行车设备或子系统的计算机系统采用多重冗余技术，热备切换时间不影响设备工作的连续性，做到无扰切换；U888 地铁信号系统具有降级使用的灵活控制模式，具备点式ATP及联锁级下的降级运行模式；U888 地铁信号系统设备具有高灵活性以及便于将来的扩展，系统设备的设计、制造均符合和遵循相应的国际标准和国内标准。

计算机联锁子系统CI 作为U888 地铁信号系统的一个重要子系统，保证列车运行安全，实现轨道区段、道岔、信号机之间正确联锁关系，满足故障-安全原则；负责与相邻CBI 之间的信息交换；负责采集和驱动现场相关轨旁信号设备，通过安全型继电器实现和道岔转辙机、信号机、计轴、紧急停车按钮/紧急停车取消、站台门、防淹门等设备的安全接口，安全接口具有故障-安全功能；实现与轨旁ZC 接口，负责把本区域内的联锁处理结果发送给轨旁ZC，并接收轨旁ZC 发送的列车位置等相关信息；实现与车载CC 的接口，接收车载系统发送的站台门动作信息，通过安全型继电器实现与站台门系统的接口；联锁设备与ATS 子系统结合实现对列车进路的自动控制。通过车站级的局域网，联锁设备向ATS 设备提供列车运行的表示信息和信号设备状态信息，并接收ATS 子系统的控制命令；在后备模式下向车载系统提供轨旁信号和道岔的相关信息；联锁设备具有侧面防护的功能；提供直观的维护和诊断功能等功能。

全电子联锁是卡斯柯有限公司在既有计算机联锁系统CI 的基础上，集成自主研发的电子执行单元子系统，实现了轨旁设备直驱直采的功能。系统采用“2 乘2 取2”结构，核心安全平台已通过国际第三方SIL4 级安全认证。全电子联锁具备灵活配置性，产品模块化的设计和网络化的结构，满足不同规模、不同配置的车站应用，且可按需灵活配置成本地联锁、区域联锁或集中联锁，满足远程集中控制、车站本地控制等多种用户需求。全电子联锁可维护性强，提供图形化的维护诊断手段、全面的信号设备监测信息、明确直观的故障提示和智能故障分析。设备配置简洁、接口简单，故障率低，可大幅减少现场日常维护工作量。作为铁路及地铁信号控制的新一代联锁设备，全电子联锁系统安全性高、体积小、功能强大、组网能力强，可为铁路及地铁自动化、信息化提供必要的基础信息，是轨道交通讯号系统未来的发展方向。

运用于地铁信号系统的全电子联锁子系统主要有2 个功能模块组成：IPS-200 和OC。IPS-200 是全电子联锁的核心设备，完成了系统输入输出管理、逻辑运算执行等联锁功能，并提供与ZC，CC，IOM，ATS，AC,邻站CI 以及与互联互通的邻站CI 的通讯接口，以及与系统内部执行表示单元的接口。OC 是全电子联锁的执行单元，用以实现联锁计算机对轨旁信号设备（信号机、道岔、轨道电路、继电器、零散设备等）的控制命令，驱动轨旁设备动作，同时采集轨旁信号设备的状态并将其反馈给IPS-200。

3 测试环境

为了全电子联锁室内子统信心测试的顺利执行，测试使用全电子联锁CVC 机笼和IPS-200 板卡、OC 机笼和OC 板卡及PC 机搭建测试环境，该测试环境可根据需要连接真实OC 机笼或OC 模拟器。OC 模拟器被由工具开发组自主开发，并经过完整测试后发布项目使用。OC 模拟器具备完善的仿真功能，能实现模拟IPS-200 与备测板卡之间的通讯接口、实现全电子联锁采集码位的接收和输出码位的发送功能，减少严重影响测试进度和测试完整性的风险。

U888 地铁信号系统的人机操作界面使用的列车自动监控子系统ATS 的中心工作站和车站工作，全电子联锁信心测试属于测站功能，使用的操作界面是ATS 的车站工作操作界面结合IOM 完成。测试通过深灰浅灰网络搭建LATS、LWS 和IOM 测试环境。测试人员在LWS 执行操作命令（例如：进路办理、单操道岔、开放引导进路等所有的联锁操作），经LWS 处理后送给全电子联锁；全电子联锁把运算后的相关表示信息（信号机状态、道岔位置、区段状态等）送至LWS 上显示。IOM 为诊断和维护子系统（MSS）的车站操作界面，通过IOM 查询全电子联锁的数据、软件、网络和板卡状态、参数追踪、CI 故障报警和记录回放等相关功能。全电子联锁通过安全网络进行内部通讯及轨旁的信号机、道岔，计轴即(SimOC 和SimAC )等轨旁设备通讯。

图1为全电子联锁的室内测试环境示意图。

图1：测试环境

备注：SimOC 为OC 模拟器，模拟信号机、道岔、继电器、零散设备等：

SimAC 为AC 模拟器，模拟轨道计轴。

3.1 硬件环境

基于地铁信号系统项目的特点，全线的联锁集中站通常6-8 个，有时车站数量会更多。室内测试受场地和设备成本限制、搭建全套真实全电子联锁机架环境难度很高。项目测试组通过与产品研发组、项目数据组讨论，制定了一套可确保测试完整性的简化版车站室内硬件搭建环境，用于实现室内搭建项目全线车站的硬件测试方案。简化版硬件环境采用CVC 机笼配备3 个IPS-200 单套板卡设备为主，全线1 套OC 机笼配备通讯板卡为辅，结合AC 和OC 软件模拟器搭建测试环境。通过对室内硬件测试环境的优化整合，室内测试只需要2 至3 个机笼及板卡设备即可实现全线全电子联锁的子系统测试环境。

表1是1 套CVC 机笼硬件配置，具体机笼个数根据项目站数而定。

表1：硬件环境

3.2 软件环境

全电子的联锁测试的操作界面使用是ATS 的工作界面（LWS），全电子联锁和ATS 的数据及软件由项目发布，通过配置管理工具clearcase 进行版本管理及打标签发布，被测对象及模拟工具具体软件配置如表2所示。

表2：软件环境

4 测试方案

4.1 测试策略

全电子联锁由IPS200 和OC 两个模块组成，因此项目层的子系统测试需考虑两个模块的测试策略。鉴于全电子联锁是我司一个较成熟的产品，且全电子联锁子系统及组成的软件、硬件已在产品平台完成确认，全电子的IPS-200 主备系数据相同，只有软件不同，因此项目的全电子联锁室内测试测试使用IPS-200 单系设备做联锁子系统的项目层测试。IPS-200 双系测试由现场联锁静调、联锁/轨旁设备一致性测试保证。其中进路遍历测试只关注进路是否正确建立、信号机是否正确开放、道岔位置是否正确等基本表示信息，其他具体联锁逻辑由联锁数据组内部完成、并由联锁确认报告保证。

全电子联锁的OC 项目测试策略主要考虑两方面：一方面室内联锁子系统功能测试主要使用OC 模拟器与IPS200连接交互；另一方面，所有站OC 和IPS-200 通讯功能，通过室内轮流刷每个站OC 的通讯板卡进行测试验证；真实OC 机柜与IPS200，OC 与轨旁设备等相关接口测试，由现场联锁静调、联锁/轨旁设备一致性测试保证。

4.2 测试活动

4.2.1 功能测试

如表3所示。

表3：功能测试

4.2.2 进路测试

如表4所示。

表4：记录测试

4.2.3 IPS200-OC 通讯测试

如表5所示。

表5：IPS200-OC 通讯测试

4.2.4 故障测试

如表6所示。

表6：故障测试

5 测试项通过/失败标准

测试的结果可能是OK、NOK、Acceptable、NO Run、NA。

每个测试项必须通过测试用例中描述的每个步骤，测试结果与用例期望结果一致，测试结论为通过（OK）。测试项中有测试期望结果与用例描述结论不一致的，测试结论为不通过（NOK），不通过的测试项，需要提交缺陷记录到缺陷配置库中反馈给项目数据组或软件组，不通过的测试项需要备注提交的缺陷编号。测试项中，部分步骤由于测试环境的限制无法测试，或测试步骤中描述的功能部分不具备，其他已测试部分测试结论与期望结果一致，此类情况认为该测试项可接受（Acceptable），备注为可接受的测试项并需要备注可接受的原因。测试用例暂未执行的，测试结论未执行（NO Run）并需要说明未执行的原因；测试项中，部分车站不具备的该功能，对应的车站结论为不适用（NA）并需要说明不支持的原因；

6 准入原则

全电子联锁子系统信心测试准入原则：

（1）全电子联锁子系统信心测试计划及用例经过批准；

（2）全电子联锁子系统产品已发布；

（3）全电子联锁子系统数据已经发布；

满足上述准入条件后，信心测试才能开始。

7 停止原则

在出现以下条件时，将停止信心测试：

（1）测试环境遭到破坏，已无法继续测试；如：测试所需的设备没有到位，测试环境被病毒感染；

（2）被测系统有大量错误或严重错误，以至于继续测试没有意义；

（3）需求变更后未及时修订相关文件，导致被测系统与需求或设计文件严重不符，以至测试用例失去意义的；

等上述问题解决以后，测试才可以继续进行。

8 输出文档

全电子联锁子系统信心测试执行过程中及完成后需要产生的输出文档如下：

（1）《**项目_CASCO_文档编号_全电子联锁子系统信心测试用例》

（2）《**项目_CASCO_文档编号_全电子联锁子系统信心测试报告》

9 总结

地铁信号系统全电子联锁子系统室内测试方案，突出被测主体对象是真实软件和数据，辅助轨旁仿真工具，实现在室内搭建项目全线全电子联锁的测试环境，将原来现场调试大部分工作放在室内完成，工期紧张时可以室内24 小时不间断测试。通过此方案进行室内测试，能够将大部分联锁子系统的问题在数据发现场前就被发现且解决，能有效减少数据现场返工、极大地提高项目的执行效率、节省现场调试工作量、缩短调试周期，为地铁项目的高效快速开通做出重要贡献。