铁路信号智能模拟盘研制与应用

王定明

（中国铁路昆明局集团有限公司普洱职工培训基地，昆明 650208）

在铁路新线、既有运营线信号工程施工中，存在室内、室外施工进度不同步的情况，为确保信号联锁设备在规定时间点内顺利开通使用，通常在开通、新旧设备倒接前，分室内、室外对新建信号联锁设备进行开通前调试。室内联锁设备存在配线较多、逻辑检查复杂的现状，当室内联锁设备安装完成后，通常采取制作模拟室外站场信号设备的信号模拟盘配合室内联锁设备开展模拟联锁试验工作，完成室内联锁设备故障查找处理，待和室外站场信号设备连接时，信号模拟盘就失去存在的价值而废弃。

在培训基地建设中，为最大限度满足信号专业开展不同联锁制式实训需要，通常建设多套不同制式的室内联锁设备，在综合考虑站场占地面积、资金投入和建设必要性等基础上，采取多套室内联锁设备切换控制同一室外站场信号设备的方案进行设计建设。当室内某一联锁设备控制室外站场信号设备时，其余联锁设备采用信号模拟盘替代室外站场信号设备配套室内联锁设备使用。若室内某一联锁设备联锁范围与室外站场信号设备数量不一致，除了连接室外站场信号设备外，还需制作与室内联锁范围模拟设备一致的信号模拟盘，存在室外站场信号设备和信号模拟盘同时配套室内联锁设备使用的情况。为确保每套室内联锁设备均能同时独立工作，需对应每一套室内联锁设备制作与之联锁范围一致的信号模拟盘，不同室内联锁设备配套的信号模拟盘不通用。

1 传统信号模拟盘共性问题

信号模拟盘是现场信号施工中模拟室外站场信号设备而制作的一种简易盘面，完全依据室外站场信号设备的设计进行制作，模拟实现信号机点灯、轨道电路空闲或占用、道岔位置表示等状态功能，安装在室内设备和室外设备配线连接的分线盘（柜）处，在不连接室外站场信号设备的情况下，模拟室外设备配合完成室内联锁设备的故障查找处理，为顺利完成信号设备施工任务发挥重要作用。

传统信号模拟盘存在一些共性问题：一是可靠性差、简单粗糙、工效低，很难达到充分、全面完成联锁试验工作；二是制作时需要焊接大量配线，占用室内有限空间，影响施工人员处理故障或者施工中的人行通道；三是不同的站场施工，需要制作不同的信号模拟盘，且信号模拟盘基本上是一次性安装，不能重复使用、通用性差；四是制作信号模拟盘没有统一的工艺标准，使用中故障频发。

基于此，设计一款实现站场平面图任意修改、设备数量可扩展的铁路信号智能模拟盘（以下简称智能模拟盘），不仅能够满足现场信号设备施工中配合处理室内联锁设备故障的需要，还能满足培训基地多套室内联锁设备切换控制室外同一设备的需要，对解决传统模拟盘存在的共性问题、确保信号设备施工在规定时间点内顺利完成和培训基地建设节约投资具有重要意义。

2 系统总体方案设计

智能模拟盘系统是室内联锁设备所控制的道岔、轨道电路、信号机及区间设备状态的电子显示。设计两个子系统，一个根据实际建设的室外站场信号设备生成对应的站场图，把采集信息显示在模拟盘站场平面图上。另一个兼顾室外站场信号设备和室外没有的模拟设备生成对应的站场图，把采集信息显示在模拟盘站场平面图上，反映室内联锁设备控制范围。智能模拟盘最终的界面，是根据采集板采集信息在模拟盘站场平面图上显示对应的状态，如图1 所示。

图1 智能模拟盘站场平面图显示Fig.1 Station and yard plan display of intelligent simulation panel

智能模拟盘引入线连接在分线盘（柜）对应配线端子上，完成信号设备状态信息的采集，经处理后传送至PC 机，在模拟盘站场平面图上给出所采集信息状态，替代室外站场信号设备或模拟设备配合室内联锁设备独立工作，智能模拟盘设备原理如图2 所示。

图2 智能模拟盘设备原理Fig.2 Schematic diagram of intelligent simulation panel equipment

3 主要功能设计

智能模拟盘研制实现可重复使用、通用性好、性能稳定等功能，主要用于现场信号工程施工模拟试验或培训基地替代室外站场信号设备开展室内联锁实训教学。

采用工业PC 机（触摸一体机），开发专用程序，实现站场平面图可在软件上自由修改、绘制，软件可多次重复使用。

采用计算机软件+采集/驱动板新技术，其电源、采集/驱动单元可重复使用，同时预留扩展槽，解决站场平面图规模大小通用性或设备数量增减变化等问题，模块安装灵活，操作便捷，通用性好。

工作电源（输入电源）AC 220 V，取电方便，可长时间工作，试验时间充足，保证试验彻底。

设计自保功能和采用光电隔离技术，既有效避免影响联锁设备正常工作，又避免外部设备短路、瞬间大电流冲击等对自身的影响。

实现室外站场信号设备与智能模拟盘的同步显示，配合完成室内联锁设备的故障查找处理，确保模拟试验快速、准确。

4 主要硬件模块功能设计

智能模拟盘主要硬件模块功能由控制系统和执行系统两部分组成，控制系统采用工业控制 PLC 盒和工业控制采集电路；执行系统采用信号处理单元和断路执行单元。按信号机、道岔和轨道电路模块进行功能设计，独立完成信息采集。

4.1 信号机模块功能设计

信号机模块主要完成信号机点灯状态信息采集，并把采集信息经处理后传送至PC 机，在智能模拟盘站场平面图上反映出信号机点灯状态。信号机状态数量的采集可以根据室内联锁设备所设计安装的信号机数量灵活选用，既可以选择采集形成站场平面图的所有实际信号机，还可以选择模拟信号机，实现与室内联锁设备联锁范围设计一致的模拟站场平面图，电路原理如图3 所示。

图3 信号机模块功能原理Fig.3 Functional schematic diagram of signal module

4.2 道岔模块功能设计

道岔模块主要完成道岔位置状态信息采集，并把采集信息经处理后传送至PC 机，在智能模拟盘站场平面图上反映出道岔位置状态。道岔状态数量的采集可以根据室内联锁设备所设计安装的道岔数量灵活选用，既可以选择采集形成站场平面图的所有实际道岔，还可以选择模拟道岔，实现与室内联锁设备联锁范围设计一致的模拟站场平面图。电路原理如图4 所示。

图4 道岔模块功能原理Fig.4 Functional schematic diagram of turnout module

4.3 轨道电路模块功能设计

轨道电路模块主要完成两个功能：一是完成轨道电路状态信息采集，并把信息经处理后传送至PC机，在智能模拟盘站场平面图上反映出轨道电路状态。轨道电路数量的采集可以根据室内联锁设备所设计安装的轨道电路区段灵活选用，既可以选择采集形成站场平面图的站内所有轨道电路区段，还可以选择区间轨道电路及模拟轨道电路，如：X1JG、X2JG、X3JG、S1LQG、S2LQG、S3LQG 等； 二是控制串接在轨道回路中的开关，实现模拟占用、出清功能。电路原理如图5 所示。

图5 轨道电路模块功能原理Fig.5 Functional schematic diagram of track circuit module

5 软件设计方案

5.1 软件功能

智能模拟盘开发了便于现场二次开发的站场图编辑软件，用户可以根据实际需要编辑及配置，以模拟不同的站场，实现模拟盘智能化、重复性使用。软件由站场图设计程序和显示程序组成，主要实现站场图的修改和信号机、道岔、轨道电路的复示，完成硬件模块功能配置，以实现显示界面设备状态与室外真实信号设备一致。软件功能模块和层次划分如图6 所示。

图6 智能模拟盘软件结构Fig.6 Intelligent simulation panel software structure

站场图设计程序（MoNiPanDesign）用于设备现场开发和维护，采用组态软件控件形式进行站场图的快速编辑和接口信息配置。显示程序（DisplayMnp）自动加载模拟盘站场图和采集驱动信息，用于智能模拟盘的操作及显示。

5.2 软件设计流程

采集板从分线盘（柜）连接线配线端子上采集室内联锁设备信息，主要采集信息有信号机点灯状态、轨道电路调整和分路状态、道岔位置表示状态等，显示程序把对应的信息显示在智能模拟盘盘面上，给出信号机点灯、轨道电路占用/空闲、道岔定/反位等状态信息显示。软件模块程序逻辑如图7 所示。

图7 软件模块程序逻辑Fig.7 Software module program logic

5.3 显示界面功能

站场界面设置由菜单栏、快捷菜单、站场主区域和状态栏组成。

菜单栏功能：文件菜单栏设有新建、保存、清空画布等功能。绘图菜单栏设有显示属性、原件对齐、删除元件等功能。数据库信息菜单栏设有预设值的采集和驱动信息。

智能模拟盘软件系统提供拼接站场图的元件库，所有元件都可以通过快捷菜单进行选用。元件库中主要有各类型信号机、道岔、水平轨道、斜轨道、箭头、绿方块、白圆圈、绝缘节、标签、按钮及信号灯等元件。站场主区域显示站场平面图界面。

6 成果应用及改进

该成果已在黄龙山培训部TYJL-ADX 和iLOCK计算机联锁设备中投入使用。截至目前，在信号工轮训、岗位技能达标培训、新入职人员实训、岗位练兵、技术比赛等培训中发挥了重要作用，通过培训过程中所设置的各类故障试验，该设备工作性能稳定。但与传统模拟盘相比，因机柜体积较小，在连接联锁设备配线过程中，不能多人同时作业，且显示器与机柜固定安装，不便于携带，影响工作效率。针对样机存在的不足，在黄龙山培训部采用笔记本电脑替代显示界面，安装软件并连接机柜网线后同样实现模拟显示功能，解决现场使用携带不便问题。若站场规模较大、信号设备数量较多，配置的采集、驱动模块不能满足时，在扩展槽增设相应的采集、驱动模块，通过软件修改配置后即可解决，但需分类采用万科端子完成机柜内大量配线，实现易扩展和通用性功能。固定设置的智能模拟盘如图8 所示。

图8 智能模拟盘设备Fig.8 Intelligent simulation panel equipment

7 结束语

通过“硬件+软件”研制的智能模拟盘，在培训基地配套室内联锁设备使用，满足独立开展不同制式室内联锁设备实训需要；通过任意修改站场图并进行配置，有效解决现场信号设备施工中传统模拟盘不能重复使用和无通用性问题；具备有效节约投资，避免废弃物污染环境等优点。该系统经过半年多的使用验证，可靠性高、稳定性好，具有实用推广价值。