摘要：针对现有计算机联锁仿真系统的不足，提出一种计算机联锁仿真培训系统的设计方案。在此基础上设计了监控机软件、模拟机软件和区间模拟软件。预留设计监控机软件、区间模拟软件与CTC、TCC、RBC的仿真通信接口。整个系统突出了在新的应用环境中联锁系统的数据交互和操作联动，取得良好的培训效果。
关键字：高速铁路；仿真；计算机联锁；培训系统
计算机联锁是实现车站“运行指挥，安全防护”功能的控制系统，是我国车站信号设备的发展方向。在高速铁路蓬勃发展的今天，计算机联锁系统作为列车运行控制系统的子系统，增加了新功能。因此，需要开发一种针对高速铁路和客运专线的计算机联锁仿真系统，实现在新的应用方式下的新功能，以满足培训、教学需要。
1 现有计算机联锁仿真系统的不足
(1)现有计算机联锁仿真系统大多仿真上位机的功能，缺乏对现场设备的模拟，也缺乏对故障状态的演练。
(2)现有的计算机联锁仿真大多为一个站或者多个站的单独仿真，缺乏对两站之间的区间信号联锁关系的仿真，站与站之间缺乏联动。
(3)在新的技术条件下，计算机联锁仿真系统也应具备新的功能。如，作为列控系统的子系统，与无线闭塞中心的数据交互；与车站CTC系统的数据交互和操作联动。
2 高铁计算机联锁培训系统的开发
系统分为三部分，分为监控机软件，模拟机软件，区间模拟软件。系统结构简图如图1所示。
图1 系统结构简图
2.1监控机软件的开发
监控机是联锁系统、培训与考试与操作人员的人机接口，主要完成人机会话、联锁运算、培训及考试功能。操作人员在监控机上可以进行如办理进路的相关操作，有监控机进行相关联锁运算；监控机接收模拟机提供的各种模拟的实时现场信息并显示出来。监控机采用模块化的编程思想和面对对象的编程，使用Visual Studio 2005开发环境，软件层级结构清楚，功能完整。监控机软件这主要分为显示模块、通信模块、联锁逻辑运算模块，培训及考试模块等。
2.1.1通信模块
通信模块负责监控机与模拟机、区间模拟软件的数据首发，采用UDP通信协议，定时发送数据包，接收到的数据包驱动数据处理函数。监控机获取模拟机发送的站场实时数据来改变站场显示、完成解锁区段等操作；模拟机接收监控机下达的区段锁闭、信号点灯、道岔转动等命令改变站场状态；监控机向区间模拟软件发送发车信息，站内信号开放信息等等。
通信模块还设计了与其他系统通信的预留接口，如CTC、列控中心和RBC。 通信接口的信息交换涵盖了大部分实际应用中系统间交换的信息。
仿真软件中，设计监控机与CTC交换的信息如表1所示；监控机与列控中心交换的信息如表2所示；监控机与RBC交换的信息如表3所示。
表1 监控机与CTC自律机交换信息表
监控机→CTC车站自律机CTC车站自律机→监控机
进站信号机状态进路控制命令
出站信号机状态道岔控制命令
调车信号机状态区段解锁
道岔状态坡道解锁
区段状态引导总锁闭
按钮状态
表2 监控机与列控中心交换信息表
监控机→列控中心列控中心→监控机
进路号区间运行方向信息
信号显示允许发车信息
进路状态区间轨道电路占用/出清信息
发车请求信息临时限速信号降级显示命令
表3 监控机与RBC交换信息表
监控机→RBCRBC→监控机
进路类型列车信息
进路状态行车许可
降级状态列车位置
SA区段的ID号车速度信息
2.1.2联锁逻辑运算模块
联锁逻辑运算模块主要承担操作命令执行功能、进路处理功能以及状态输入和表示信息、控制命令输出等功能。
操作命令输入时首先判断操作命令是否合法，不合法时在屏幕上给出提示。判断操作命令合法，则执行相应操作，如进路操作、状态操作等等。在操作执行时没有优先级，在执行顺序上不受限制。进路处理功能实现进路搜索以及对搜索到的进路进行处理。进路处理中道岔控制命令、信号机开放命令形成后，都送至模拟机，来模拟动作现场设备。
2.2模拟机软件的开发
模拟软件的主要作用是模拟现场信号灯、道岔和轨道区段等设备。采用站场型显示界面， 接受来自监控机的控制命令，模拟动作现场设备。还可以设置道岔的四开故障状态，灯丝断丝等等模拟故障。
为了使监控机办理进路后方便解锁，模拟机增加了模拟行车功能。具体实现起来，当某条进路锁闭、信号机开放后，在模拟机上该条进路呈现白光带，道岔动作到位，信号机开放；此时按压该条进路的始、终端信号机、按压模拟行车按钮开始自动模拟列车压入进路。列车依次通过进路的各区段，将区段状态送至监控机，满足三点检查条件的区段依次解锁。
2.3区间仿真软件的开发
区间仿真软件主要实现区间模拟行车的功能。首先计算机仿真实现的多个车站可以实现根据区间状态接发车，实现车站之间作业联动；其次，在计算机联锁仿真的基础上可以仿真列控系统、CTC、RBC，都可以实现系统之间的数据交互，操作联动，真正实现高铁计算机联锁系统培训的目的。
本仿真软件中，区间分为三种制式——自动闭塞区间、CTCS-2区间、CTCS-3区间。主要模块划分如下：
(1)显示模块：实现区间主要信号设备的显示，如区间通过信号机、闭塞分区等等。自动闭塞区间中区间通过信号机为三灯四显示，根据前方进站信号机显示和前方闭塞分区空闲情况显示信号。CTCS-2、CTCS-3区间不设通过信号机，改为区间信号标志牌。当模拟列车在区间运行时在闭塞分区下方显示当前轨道电路对向列车发送的信息码。低频信息码根据前方闭塞分区空前情况以及进站信号机显示编制。
(2)通信模块：负责与区间两边车站通信，采用UDP通信协议。当收到车站发出的发车信号，并接收到模拟列车行驶至出站口时，模拟列车由1LQ开始模拟行驶至适当位置。当区间有车需要进站时，根据进站口的列车信号行车，信号允许则将模拟列车“送入”站内。发送数据流程和接收数据流程如图所示。
图3 接收数据流程
在CTCS-2级列控系统中，列控中心接收轨道电路占用信息并发送给计算机联锁系统。CTCS-3级列控系统的轨道占用信息由轨道电路采集。联锁汇总区间和车站轨道电路占用信息传送到无线闭塞中心。因此在区间模拟软件中，设计了与列控中心的通信端口，设计传送信息为闭塞分区空闲情况、区间中的列车编号以及列车位置。
(3)模拟行车模块：当接收到车站有发车信号时，从发车口模拟列车按照区间信号显示行驶至适当位置。这个过程是由通信触发，自动完成的。每个区间的闭塞分区数目设计为7个，同时模拟行驶列车数量按需设定，但同时区间内的模拟列车不宜多于7辆。
3结论
高铁计算机联锁培训系统结构层级清晰，功能完整。整套培训系统易于搭建，可运行在普通电脑或工控机上，操作显示各站各区间，与现场计算机联锁系统相比显示界面完全一致。通过局域网搭接系统也使扩展系统变得简单，允许在现有的三站三区间的基础上扩展车站和区间的数目，来增加培训操作机位。
此外，整个系统增加了与其他系统(CTC、列控中心、RBC)的通信接口，以便将来作为其他系统的子系统直接接入。增加的区间仿真软件也使得整个培训系统实现操作互动。
参考文献:
[1]赵志熙 . 计算机联锁系统技术 [M] . 北京:中国铁道出版社,1999
[2]中国铁路总公司 . CTCS-2级列车运行控制系统[M] . 北京:中国铁道出版社,2013
[3]中国铁路总公司 . CTCS-3级列车运行控制系统[M] . 北京:中国铁道出版社,2013
论文作者:姚文韬
论文发表刊物:《防护工程》2019年第5期
论文发表时间:2019/6/13
标签：进路论文; 联锁论文; 区间论文; 系统论文; 信号机论文; 列车论文; 操作论文; 《防护工程》2019年第5期论文;