全电子计算机联锁维护机研究及应用

丁 利

（通号城市轨道交通技术有限公司，北京 100070）

随着轨道交通信号技术的发展，信号联锁系统已经从6502电气集中联锁系统，普遍过渡到传统计算机联锁（Computer Interlocking，CI）系统，传统CI系统仍保留继电接口，而目前又逐渐向全电子CI系统发展。相比传统的继电接口联锁系统，全电子CI系统具有设备占用空间小、规模扩展灵活、安全可靠性高、维护反应快捷等优势。然而，目前针对全电子CI系统维护机的研究还不够深入，功能还有所欠缺；对于设备故障维护还是主要依靠设备厂商的售后服务，这种模式逐渐跟不上城市轨道交通快速发展的要求。

因此，为了更好实现对全电子CI系统的应用和维护，本文提出一种全电子CI维护机系统的设计实现方案，可以更好地辅助信号维保人员迅速排查设备故障问题，缩短设备维护时间。

1 系统设计

1.1 系统结构

相比于传统的CI维护机系统，全电子CI维护机系统具有更丰富的监测信息，包括：逻辑部的平台信息和应用信息、地面电子单元（Lineside Electronic Unit，LEU）适配器的信息、各类电子执行单元（Electronic Execution Unit，EEU）模块（包括信号机EEU、道岔EEU、轨道电路EEU、通用输入EEU、通用输出EEU等）的监测信息以及机柜所配置的电源单元的监测信息等；另外全电子CI维护机系统还需要与维护支持系统（Maintenance Support System，MSS）进行通信，将全电子CI监测信息发送给MSS。整体系统结构如图1所示。

图1 系统结构Fig.1 System structure diagram

1.2 系统功能

通过对全电子CI系统分析可知，全电子CI维护机系统需要具备以下功能。

1）数据采集功能。应实时采集联锁区域内所有的信号设备状态，包括逻辑部的监测数据、EEU的监测数据、LEU的监测数据以及电源单元的监测数据。

2）数据存储功能。应将实时采集到的所有监测数据进行存储。

3）界面显示功能。应将实时采集到的监测数据以图形化界面显示出来，方便维护人员进行查看分析。具体包括有站场图形、系统运行图形、EEU的状态、LEU适配器的状态、电源单元的状态以及各类实时报警等信息。另外，对于道岔动作电流等模拟量信息，应将其以电流曲线形式显示出来。

4）数据回放功能。应支持利用所存储的监测数据查找指定时间范围、设备范围内的设备历史状态信息。

5）外部通信功能。应将所采集到的全电子CI监测信息实时发送给MSS。

2 系统实现

根据上述针对全电子CI维护机系统的功能分析，本文将全电子CI维护机系统主要分为6大软件进程模块：数据通信模块、数据存储模块、界面显示模块、回放查询模块、外部通信模块以及程序监控模块。各个进程模块之间相互协作，共同完成全电子CI维护机的功能。

2.1 数据通信模块

该模块负责实时接收外部各类监测信息以及实现与界面显示模块的进程间通信，主要应用Socket通信技术、共享内存通信技术以及多线程技术。由于全电子CI维护机通过双网与两系CI系统通信，因此利用多线程技术，全电子CI维护机通过双网与联锁逻辑部的Ⅰ系、Ⅱ系建立Socket通信，共建立4个通信接收线程，分别接收A网的Ⅰ/Ⅱ系联锁逻辑部监测数据和B网的Ⅰ/Ⅱ系联锁逻辑部数据；与若干对EEU分别建立两个UDP点对点通信接收线程，接收各类电子执行单元的监测数据；与若干对LEU适配器分别建立两个UDP点对点通信接收线程，接收LEU适配器的监测信息；与若干个电源单元分别建立1个UDP点对点通信接收线程，接收电源单元的监测信息。同时利用共享内存进程间通信技术将实时接收到的监测数据发送至界面显示模块，实现与界面显示模块的进程间通信。

2.2 数据存储模块

该模块负责将接收到的各类监测数据进行实时存储，主要应用数据库技术以及多线程技术。本方案主要使用的是MySQL数据库，由于频繁进行数据插入存储处理，因此选择支持事务的InnoDB存储引擎。

根据监测信息的类型，分别设计建立站场图形数据表、系统运行图数据表、LEU适配器数据表、EEU数据表以及电源单元数据表对各类数据进行实时存储，同时每一类表建立数据联合索引，以便提高后期数据回放以及查询检索效率；另外，在插入数据时，利用MySQL数据库中内置的字符串压缩函数compress进行数据压缩处理，以便提高硬盘使用率。

2.3 界面显示模块

该模块负责对接收到的各类监测数据进行可视化的界面图形显示，包括站场图形、系统运行图形、报警信息、道岔动作电流曲线以及电源单元信息，主要应用图形化界面编程技术。

2.3.1 站场图形

实时反映联锁双系数据对应的站场图形状态，即实时绘制两个站场图，上面为Ⅰ系数据站场图，下面为Ⅱ系数据站场图。每一系站场图均包括有信号机、道岔、区段、站台门、防淹门、车库门、洗车机、人员防护开关（SPKS）、按钮以及各类零散表示灯等设备，同时可以对站场图进行放大、缩小、还原等操作。单系数据所绘制部分站场示意如图2所示。

图2 站场图形Fig.2 Station diagram

2.3.2 系统图形

实时反映全电子CI系统的运行状态及与外围各系统的通信连接状态。系统内各子系统的运行状态用不同颜色的方框或文字表示：绿色表示主系工作状态，黄色表示备系工作状态，红色表示故障工作状态，蓝色表示待机工作状态，灰色表示未知状态；系统内各子系统之间的通信状态用不同颜色的线条表示：绿色表示通信状态正常，红色表示通信状态断开，灰色线表示通信状态未知。对于EEU状态显示，根据EEU机柜的实际布置情况，在图形上绘制出对应的EEU机柜示意图，并用灯位表示各系板卡的工作状态，包括主备系状态、是否故障状态以及与逻辑部通信状态。系统运行示意如图3所示。

图3 系统运行Fig.3 System operation state diagram

2.3.3 报警信息

将报警信息分类，分为应用报警、系统报警以及接口报警3大类别。应用报警主要是指联锁应用逻辑处理过程中的各类报警，系统报警主要是指联锁逻辑部硬件平台的故障报警信息，接口报警主要是指各类EEU模块的报警信息以及各类通信状态中断报警。报警信息按照报警来源、关联设备名称、报警翻译以及报警级别以置顶弹窗形式实时显示。同时，将所有报警信息按照报警类别以文本形式记录到本地硬盘中。

2.3.4 道岔电流

根据从道岔EEU接收到的道岔动作电流数据包，将其按照动作时间序号标识依序进行拼接，拼接成一个完整的道岔动作电流数据包，这个数据包里包含了若干个离散的电流采集值以及对应的道岔类型、电流类型、动作方向以及时间序号等信息。根据这些信息，以道岔动作时间为横坐标，动作电流离散值为纵坐标，描点连线，绘制出道岔动作过程中动作电流的完整曲线。另外，对于交流道岔，可以根据筛选框选择只显示A相电流曲线、B相电流曲线以及C相电流曲线中的1条或多条；同时，在曲线旁边用文字显示：此次道岔动作过程中的最大电流值（即电流峰值）以及此次道岔动作方向、动作时间、道岔号、道岔类型、电流类型（包括直流或A相、B相以及C相）等信息。交流道岔动作曲线示意如图4所示。

图4 交流道岔动作电流曲线Fig.4 AC switch machine’s acting current curve

2.3.5 电源单元

根据接收到的电源单元信息，解析电源单元的实时状态信息：包括电源ID、版本号、温度、电压、电流等信息。

2.4 回放查询模块

该模块负责读取存储的监测数据，进行历史状态信息的查询回放，主要应用数据库查询技术以及图形化界面编程技术。

2.4.1 数据回放模块

对于站场图形、系统运行图形、电源单元数据的历史状态，可以通过选择起始时间点，结合2.3节所述界面显示模块功能，进行历史状态的顺序回放，并且可以设置播放速度。

2.4.2 数据查询模块

该模块可以查询所有设备信息的历史状态，以表格的形式进行显示。根据所选定的时间范围、系别标志、设备类别、设备名称等筛选条件，从MySQL数据库中，读取所存储的数据进行历史状态查询。

2.5 外部通信模块

该模块负责与MSS的通信功能，主要应用Socket通信技术。该模块将接收到的各类监测数据按照全电子CI维护机与MSS的通信接口规范，拼接为设备报警及状态码位信息和所有版本信息两类信息帧，并添加相应的帧头和帧尾信息，周期性向MSS发送；同时接收MSS发来的应答信息包，作为心跳帧，用来判断与MSS的实时通信状态。

2.6 程序监控模块

该模块负责对其他软件模块的监控调度，可以实现软件一键启动以及软件狗功能，主要应用消息通信机制以及注册表相关技术。利用消息通信机制，该模块监控程序各个软件模块的运行状态，若检测不到某个模块的活跃状态，则杀死该模块进程，重新启动。利用注册表技术，修改系统默认启动项。这样现场施工人员可以一键启动即可完成全电子CI维护机系统的程序部署。当程序中某个进程模块发生异常时，可以自动重新启动运行；同时，若工控机发生异常掉电或软件异常导致系统重启时，系统会自动进入全电子CI维护机程序。

3 应用情况

基于本文提出的全电子CI维护机方案，目前已经在长春轨道交通3号线路上得到工程应用，取得了良好的使用效果。该线路使用的是直流道岔模块，动作电流曲线如图5所示。电源单元状态监测界面如图6所示。

图5 直流道岔动作电流曲线Fig.5 DC switch machine’s acting current curve

图6 电源单元状态Fig.6 Power supply unit status

4 结语

目前很多地铁业主在信号系统项目招标文件中都提出了全电子CI系统的需求，因此，必须配套应用相应的全电子CI维护机系统。需要指出的是，目前国产全电子联锁系统的实际应用案例相对较少，对于全电子CI维护机系统更为详细具体的需求，需要在今后的使用中加以确认，设计实现也会进一步优化，使其能够实现越来越人性化、便捷化、智能化的维护功能。