全電子計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖維護(hù)機(jī)研究及應(yīng)用

丁 利

（通號(hào)城市軌道交通技術(shù)有限公司，北京 100070）

隨著軌道交通信號(hào)技術(shù)的發(fā)展，信號(hào)聯(lián)鎖系統(tǒng)已經(jīng)從6502電氣集中聯(lián)鎖系統(tǒng)，普遍過(guò)渡到傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖（Computer Interlocking，CI）系統(tǒng)，傳統(tǒng)CI系統(tǒng)仍保留繼電接口，而目前又逐漸向全電子CI系統(tǒng)發(fā)展。相比傳統(tǒng)的繼電接口聯(lián)鎖系統(tǒng)，全電子CI系統(tǒng)具有設(shè)備占用空間小、規(guī)模擴(kuò)展靈活、安全可靠性高、維護(hù)反應(yīng)快捷等優(yōu)勢(shì)。然而，目前針對(duì)全電子CI系統(tǒng)維護(hù)機(jī)的研究還不夠深入，功能還有所欠缺；對(duì)于設(shè)備故障維護(hù)還是主要依靠設(shè)備廠商的售后服務(wù)，這種模式逐漸跟不上城市軌道交通快速發(fā)展的要求。

因此，為了更好實(shí)現(xiàn)對(duì)全電子CI系統(tǒng)的應(yīng)用和維護(hù)，本文提出一種全電子CI維護(hù)機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方案，可以更好地輔助信號(hào)維保人員迅速排查設(shè)備故障問(wèn)題，縮短設(shè)備維護(hù)時(shí)間。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

相比于傳統(tǒng)的CI維護(hù)機(jī)系統(tǒng)，全電子CI維護(hù)機(jī)系統(tǒng)具有更豐富的監(jiān)測(cè)信息，包括：邏輯部的平臺(tái)信息和應(yīng)用信息、地面電子單元（Lineside Electronic Unit，LEU）適配器的信息、各類電子執(zhí)行單元（Electronic Execution Unit，EEU）模塊（包括信號(hào)機(jī)EEU、道岔EEU、軌道電路EEU、通用輸入EEU、通用輸出EEU等）的監(jiān)測(cè)信息以及機(jī)柜所配置的電源單元的監(jiān)測(cè)信息等；另外全電子CI維護(hù)機(jī)系統(tǒng)還需要與維護(hù)支持系統(tǒng)（Maintenance Support System，MSS）進(jìn)行通信，將全電子CI監(jiān)測(cè)信息發(fā)送給MSS。整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig.1 System structure diagram

1.2 系統(tǒng)功能

通過(guò)對(duì)全電子CI系統(tǒng)分析可知，全電子CI維護(hù)機(jī)系統(tǒng)需要具備以下功能。

1）數(shù)據(jù)采集功能。應(yīng)實(shí)時(shí)采集聯(lián)鎖區(qū)域內(nèi)所有的信號(hào)設(shè)備狀態(tài)，包括邏輯部的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、EEU的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、LEU的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以及電源單元的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

2）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能。應(yīng)將實(shí)時(shí)采集到的所有監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)。

3）界面顯示功能。應(yīng)將實(shí)時(shí)采集到的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以圖形化界面顯示出來(lái)，方便維護(hù)人員進(jìn)行查看分析。具體包括有站場(chǎng)圖形、系統(tǒng)運(yùn)行圖形、EEU的狀態(tài)、LEU適配器的狀態(tài)、電源單元的狀態(tài)以及各類實(shí)時(shí)報(bào)警等信息。另外，對(duì)于道岔動(dòng)作電流等模擬量信息，應(yīng)將其以電流曲線形式顯示出來(lái)。

4）數(shù)據(jù)回放功能。應(yīng)支持利用所存儲(chǔ)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)查找指定時(shí)間范圍、設(shè)備范圍內(nèi)的設(shè)備歷史狀態(tài)信息。

5）外部通信功能。應(yīng)將所采集到的全電子CI監(jiān)測(cè)信息實(shí)時(shí)發(fā)送給MSS。

2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

根據(jù)上述針對(duì)全電子CI維護(hù)機(jī)系統(tǒng)的功能分析，本文將全電子CI維護(hù)機(jī)系統(tǒng)主要分為6大軟件進(jìn)程模塊：數(shù)據(jù)通信模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(jiān)控模塊。各個(gè)進(jìn)程模塊之間相互協(xié)作，共同完成全電子CI維護(hù)機(jī)的功能。

2.1 數(shù)據(jù)通信模塊

該模塊負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)接收外部各類監(jiān)測(cè)信息以及實(shí)現(xiàn)與界面顯示模塊的進(jìn)程間通信，主要應(yīng)用Socket通信技術(shù)、共享內(nèi)存通信技術(shù)以及多線程技術(shù)。由于全電子CI維護(hù)機(jī)通過(guò)雙網(wǎng)與兩系CI系統(tǒng)通信，因此利用多線程技術(shù)，全電子CI維護(hù)機(jī)通過(guò)雙網(wǎng)與聯(lián)鎖邏輯部的Ⅰ系、Ⅱ系建立Socket通信，共建立4個(gè)通信接收線程，分別接收A網(wǎng)的Ⅰ/Ⅱ系聯(lián)鎖邏輯部監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和B網(wǎng)的Ⅰ/Ⅱ系聯(lián)鎖邏輯部數(shù)據(jù)；與若干對(duì)EEU分別建立兩個(gè)UDP點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信接收線程，接收各類電子執(zhí)行單元的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；與若干對(duì)LEU適配器分別建立兩個(gè)UDP點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信接收線程，接收LEU適配器的監(jiān)測(cè)信息；與若干個(gè)電源單元分別建立1個(gè)UDP點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信接收線程，接收電源單元的監(jiān)測(cè)信息。同時(shí)利用共享內(nèi)存進(jìn)程間通信技術(shù)將實(shí)時(shí)接收到的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)送至界面顯示模塊，實(shí)現(xiàn)與界面顯示模塊的進(jìn)程間通信。

2.2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊

該模塊負(fù)責(zé)將接收到的各類監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)存儲(chǔ)，主要應(yīng)用數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)以及多線程技術(shù)。本方案主要使用的是MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)，由于頻繁進(jìn)行數(shù)據(jù)插入存儲(chǔ)處理，因此選擇支持事務(wù)的InnoDB存儲(chǔ)引擎。

根據(jù)監(jiān)測(cè)信息的類型，分別設(shè)計(jì)建立站場(chǎng)圖形數(shù)據(jù)表、系統(tǒng)運(yùn)行圖數(shù)據(jù)表、LEU適配器數(shù)據(jù)表、EEU數(shù)據(jù)表以及電源單元數(shù)據(jù)表對(duì)各類數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)存儲(chǔ)，同時(shí)每一類表建立數(shù)據(jù)聯(lián)合索引，以便提高后期數(shù)據(jù)回放以及查詢檢索效率；另外，在插入數(shù)據(jù)時(shí)，利用MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)中內(nèi)置的字符串壓縮函數(shù)compress進(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮處理，以便提高硬盤(pán)使用率。

2.3 界面顯示模塊

該模塊負(fù)責(zé)對(duì)接收到的各類監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化的界面圖形顯示，包括站場(chǎng)圖形、系統(tǒng)運(yùn)行圖形、報(bào)警信息、道岔動(dòng)作電流曲線以及電源單元信息，主要應(yīng)用圖形化界面編程技術(shù)。

2.3.1 站場(chǎng)圖形

實(shí)時(shí)反映聯(lián)鎖雙系數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的站場(chǎng)圖形狀態(tài)，即實(shí)時(shí)繪制兩個(gè)站場(chǎng)圖，上面為Ⅰ系數(shù)據(jù)站場(chǎng)圖，下面為Ⅱ系數(shù)據(jù)站場(chǎng)圖。每一系站場(chǎng)圖均包括有信號(hào)機(jī)、道岔、區(qū)段、站臺(tái)門(mén)、防淹門(mén)、車庫(kù)門(mén)、洗車機(jī)、人員防護(hù)開(kāi)關(guān)（SPKS）、按鈕以及各類零散表示燈等設(shè)備，同時(shí)可以對(duì)站場(chǎng)圖進(jìn)行放大、縮小、還原等操作。單系數(shù)據(jù)所繪制部分站場(chǎng)示意如圖2所示。

圖2 站場(chǎng)圖形Fig.2 Station diagram

2.3.2 系統(tǒng)圖形

實(shí)時(shí)反映全電子CI系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)及與外圍各系統(tǒng)的通信連接狀態(tài)。系統(tǒng)內(nèi)各子系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)用不同顏色的方框或文字表示：綠色表示主系工作狀態(tài)，黃色表示備系工作狀態(tài)，紅色表示故障工作狀態(tài)，藍(lán)色表示待機(jī)工作狀態(tài)，灰色表示未知狀態(tài)；系統(tǒng)內(nèi)各子系統(tǒng)之間的通信狀態(tài)用不同顏色的線條表示：綠色表示通信狀態(tài)正常，紅色表示通信狀態(tài)斷開(kāi)，灰色線表示通信狀態(tài)未知。對(duì)于EEU狀態(tài)顯示，根據(jù)EEU機(jī)柜的實(shí)際布置情況，在圖形上繪制出對(duì)應(yīng)的EEU機(jī)柜示意圖，并用燈位表示各系板卡的工作狀態(tài)，包括主備系狀態(tài)、是否故障狀態(tài)以及與邏輯部通信狀態(tài)。系統(tǒng)運(yùn)行示意如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)運(yùn)行Fig.3 System operation state diagram

2.3.3 報(bào)警信息

將報(bào)警信息分類，分為應(yīng)用報(bào)警、系統(tǒng)報(bào)警以及接口報(bào)警3大類別。應(yīng)用報(bào)警主要是指聯(lián)鎖應(yīng)用邏輯處理過(guò)程中的各類報(bào)警，系統(tǒng)報(bào)警主要是指聯(lián)鎖邏輯部硬件平臺(tái)的故障報(bào)警信息，接口報(bào)警主要是指各類EEU模塊的報(bào)警信息以及各類通信狀態(tài)中斷報(bào)警。報(bào)警信息按照?qǐng)?bào)警來(lái)源、關(guān)聯(lián)設(shè)備名稱、報(bào)警翻譯以及報(bào)警級(jí)別以置頂彈窗形式實(shí)時(shí)顯示。同時(shí)，將所有報(bào)警信息按照?qǐng)?bào)警類別以文本形式記錄到本地硬盤(pán)中。

2.3.4 道岔電流

根據(jù)從道岔EEU接收到的道岔動(dòng)作電流數(shù)據(jù)包，將其按照動(dòng)作時(shí)間序號(hào)標(biāo)識(shí)依序進(jìn)行拼接，拼接成一個(gè)完整的道岔動(dòng)作電流數(shù)據(jù)包，這個(gè)數(shù)據(jù)包里包含了若干個(gè)離散的電流采集值以及對(duì)應(yīng)的道岔類型、電流類型、動(dòng)作方向以及時(shí)間序號(hào)等信息。根據(jù)這些信息，以道岔動(dòng)作時(shí)間為橫坐標(biāo)，動(dòng)作電流離散值為縱坐標(biāo)，描點(diǎn)連線，繪制出道岔動(dòng)作過(guò)程中動(dòng)作電流的完整曲線。另外，對(duì)于交流道岔，可以根據(jù)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(shí)，在曲線旁邊用文字顯示：此次道岔動(dòng)作過(guò)程中的最大電流值（即電流峰值）以及此次道岔動(dòng)作方向、動(dòng)作時(shí)間、道岔號(hào)、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(dòng)作曲線示意如圖4所示。

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

2.3.5 電源單元

根據(jù)接收到的電源單元信息，解析電源單元的實(shí)時(shí)狀態(tài)信息：包括電源ID、版本號(hào)、溫度、電壓、電流等信息。

2.4 回放查詢模塊

該模塊負(fù)責(zé)讀取存儲(chǔ)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，進(jìn)行歷史狀態(tài)信息的查詢回放，主要應(yīng)用數(shù)據(jù)庫(kù)查詢技術(shù)以及圖形化界面編程技術(shù)。

2.4.1 數(shù)據(jù)回放模塊

對(duì)于站場(chǎng)圖形、系統(tǒng)運(yùn)行圖形、電源單元數(shù)據(jù)的歷史狀態(tài)，可以通過(guò)選擇起始時(shí)間點(diǎn)，結(jié)合2.3節(jié)所述界面顯示模塊功能，進(jìn)行歷史狀態(tài)的順序回放，并且可以設(shè)置播放速度。

2.4.2 數(shù)據(jù)查詢模塊

該模塊可以查詢所有設(shè)備信息的歷史狀態(tài)，以表格的形式進(jìn)行顯示。根據(jù)所選定的時(shí)間范圍、系別標(biāo)志、設(shè)備類別、設(shè)備名稱等篩選條件，從MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)中，讀取所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行歷史狀態(tài)查詢。

2.5 外部通信模塊

該模塊負(fù)責(zé)與MSS的通信功能，主要應(yīng)用Socket通信技術(shù)。該模塊將接收到的各類監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)按照全電子CI維護(hù)機(jī)與MSS的通信接口規(guī)范，拼接為設(shè)備報(bào)警及狀態(tài)碼位信息和所有版本信息兩類信息幀，并添加相應(yīng)的幀頭和幀尾信息，周期性向MSS發(fā)送；同時(shí)接收MSS發(fā)來(lái)的應(yīng)答信息包，作為心跳幀，用來(lái)判斷與MSS的實(shí)時(shí)通信狀態(tài)。

2.6 程序監(jiān)控模塊

該模塊負(fù)責(zé)對(duì)其他軟件模塊的監(jiān)控調(diào)度，可以實(shí)現(xiàn)軟件一鍵啟動(dòng)以及軟件狗功能，主要應(yīng)用消息通信機(jī)制以及注冊(cè)表相關(guān)技術(shù)。利用消息通信機(jī)制，該模塊監(jiān)控程序各個(gè)軟件模塊的運(yùn)行狀態(tài)，若檢測(cè)不到某個(gè)模塊的活躍狀態(tài)，則殺死該模塊進(jìn)程，重新啟動(dòng)。利用注冊(cè)表技術(shù)，修改系統(tǒng)默認(rèn)啟動(dòng)項(xiàng)。這樣現(xiàn)場(chǎng)施工人員可以一鍵啟動(dòng)即可完成全電子CI維護(hù)機(jī)系統(tǒng)的程序部署。當(dāng)程序中某個(gè)進(jìn)程模塊發(fā)生異常時(shí)，可以自動(dòng)重新啟動(dòng)運(yùn)行；同時(shí)，若工控機(jī)發(fā)生異常掉電或軟件異常導(dǎo)致系統(tǒng)重啟時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)進(jìn)入全電子CI維護(hù)機(jī)程序。

3 應(yīng)用情況

基于本文提出的全電子CI維護(hù)機(jī)方案，目前已經(jīng)在長(zhǎng)春軌道交通3號(hào)線路上得到工程應(yīng)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(dòng)作電流曲線如圖5所示。電源單元狀態(tài)監(jiān)測(cè)界面如圖6所示。

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

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

4 結(jié)語(yǔ)

目前很多地鐵業(yè)主在信號(hào)系統(tǒng)項(xiàng)目招標(biāo)文件中都提出了全電子CI系統(tǒng)的需求，因此，必須配套應(yīng)用相應(yīng)的全電子CI維護(hù)機(jī)系統(tǒng)。需要指出的是，目前國(guó)產(chǎn)全電子聯(lián)鎖系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用案例相對(duì)較少，對(duì)于全電子CI維護(hù)機(jī)系統(tǒng)更為詳細(xì)具體的需求，需要在今后的使用中加以確認(rèn)，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)也會(huì)進(jìn)一步優(yōu)化，使其能夠?qū)崿F(xiàn)越來(lái)越人性化、便捷化、智能化的維護(hù)功能。