地鐵計算機聯鎖系統測試工裝的研究

李 健

（中鐵建設投資集團有限公司，廣東深圳 518000）

1 概述

隨著軌道交通迅猛的發展，地鐵信號系統設備的高科技性也有了很大的提高。在許多城市中都有多條線路開通并開始運營，信號系統設備也逐步開始進入維護期。地鐵信號系統的核心特別是硬件設備大多為國外生產，如CBI、地面ATP、車載ATP/ATO、無線通信模塊，如何對設備進行維修，并且對備用模塊和新購進模板的替換性、兼容性、完好性做出判斷和評估是越來越緊迫的事情。

本文針對地鐵CBI子系統中所用的設備進行梳理，并提出測試工裝所能達到的功能和測試的方法；對CBI測試工裝的可行性分析及指出設備存在的必要性。測試工裝能夠實現功能：模板硬件整體完好性測試；模板系統軟件完好性測試；通信接口性能測設；模板兼容性測試。

2 CBI測試工裝詳述

2.1 描述

CBI系統是一個具有高可靠性、高穩定性的安全系統。同樣也是很復雜的系統，設備好壞直接影響到行車的安全性和穩定性。

設備的故障一般分為4個層次：物理層故障、邏輯層故障、數據層故障和系統層故障。其中物理層故障是電子電路中的故障，可分為元件級、邏輯門級和集成芯片級故障；邏輯層故障是指物理層故障在邏輯層表現為邏輯值的變異；數據層故障是在數字系統和計算中，常量、變量以及指令等都以字碼形式存儲和傳遞，由于硬件故障或環境干擾等原因，會造成一個或多個字碼發生變化，從而破壞數據的正確含義產生運算上的錯誤；系統層故障是指模板內嵌的操作系統、編譯系統發生改變，從而造成正確的數據和指令得不到正確結果。對于復雜的大型時序電路，只能對電路的功能進行測試驗證，針對不同功能電路建立不同的測試工裝。

根據行業維修要求，一般情況下分為下列3個等級。

一線維修：當設備發生故障后，通過替代模塊和配件的方法，使系統在最短時間內恢復至有效運營。

二線維修：包括在一線維修中拆除下來可替代模塊和配件的修理和維修程序。

三線維修：包括對從二線維修中得到的模塊和配件的修理和維修程序。

根據地鐵運營高密度、高準點的特點，要達到一線維修的時間要求必須做到在出現故障時，很快判斷出故障的模塊并用備用模塊快速替換。模塊判斷需要維護人員的長期積累和設備報警系統的完善；備用模塊的快速替換，一方面要求做到備用模塊的存放等標準化管理，另一方面要保證備用模塊在硬件、軟件上時時完好，并與在用模塊完全兼容。但備用模塊長時間不使用，會造成整個模塊性能下降或不能使用。地鐵設備一般要求使用壽命為25年，隨著元器件升級換代，新模塊在版本、性能上與老設備可能不兼容。綜上原因造成備用模塊替換上去不能使用，故障處理不及時從而影響整個設備的運行。

總之，為了掌握備用模塊狀態，需要設計一套測試工裝是十分必要的。本文針對現有通用的設備進行分析做出測試工裝，對設備測試內容和方法進行闡述。

2.2 CBI系統總體架構

地鐵CBI子系統主要有北京全路通信信號研究設計院有限公司、卡斯柯、鐵科院和交大微聯的設備在使用。系統的硬件都為國外的安全計算機平臺，如交大微聯平臺為日本信號產品，CBI邏輯軟件為國產自主的產品。本文的測試工裝是以交大微聯的EI32-JD系統為例，對系統硬件進行測試，從而為其他系統的工裝研究做一個樣例。

如圖1所示，操作表示機、采集電路、驅動電路和組合架都為國內設備；聯鎖機和驅采機為國外設備。國內設備維修方便、購買周期短；國外設備維修復雜、購買周期長。國外設備的備件好壞，直接決定維護時間。EI32-JD聯鎖系統核心國外設備清單如表1所示。

表1 EI32-JD聯鎖系統核心國外設備表

2.3 工裝構成

如圖2所示，工裝硬件包括工控機、聯鎖機籠和驅采和擴展機籠。聯鎖機籠配有電源模塊、聯鎖CPU模塊、串口模塊、LAN通信板、LAN接口板、系統控制板、以太網模塊；驅采機籠配有電源模塊、驅采CPU模塊、系統控制板、LAN通信板、LAN接口板、總線擴展板；擴展機籠配有采集板、驅動板、總線擴展板；采集、驅動和仿真模擬電路通過直流24 V小型繼電器搭建而成。

在軟件上，工裝的工控機裝有標準聯鎖站的顯示測試軟件、聯鎖程序、CPU下載和評估軟件、串口測試軟件、以太網數據測試軟件。

2.4 工裝功能

工裝可以完成如下測試。

1）測試CPU與聯鎖軟件的兼容性。通過工控機把聯鎖程序下載到聯鎖CPU中，啟動顯示測試軟件與聯鎖CPU進行連接。顯示測試軟件自動排列事先設置的進路，自動模擬列車運行等功能；顯示測試軟件根據下載命令、CPU執行結果和執行速度，判定聯鎖CPU是否滿足要求。

2）檢查CPU的配置。通過CPU評估軟件，可以查詢到聯鎖、驅采CPU的內存、速度、版本和指令掃描時間等參數，從而判定CPU的狀態。

3）測試聯鎖串口的性能。串口測試軟件既可與聯鎖CPU通信，也可與串口板交換數據。測試軟件把測試數據發送給串口板端口，從聯鎖CPU獲取數據，依據發送和接收數據的正確性、丟包性和實時性確定串口板的性能。

4）測試聯鎖以太網端口的性能。網口測試軟件可以與以太網板進行交換數據，測試軟件把測試數據發送給以太網板的端口，并從本端口接收數據。測試軟件根據發送和接收數據的正確性、丟包性和實時性確定以太網板的性能。

5）測試采集板的性能。采集板測試軟件向聯鎖CPU下達測試命令，聯鎖CPU通過LAN通信板、LAN接口板和系統控制板，向驅采CPU下達采集命令，驅采CPU通過系統擴展板、驅動輸出板給被測采集板通上24 V直流電，并把被采集板的數據，通過聯鎖CPU發送給測試軟件。測試軟件根據采集結果和驅動命令，確定采集板的好壞和指出故障的采集點。

6）測試驅動板的性能。驅動測試軟件向聯鎖CPU下達測試命令，聯鎖CPU通過LAN通信板、LAN接口板和系統控制板，向驅采CPU下達驅動命令，驅采CPU通過系統擴展板、驅動被測輸出板驅動外圍繼電器，驅采CPU采集繼電器吸起的狀態，并通過聯鎖CPU發送給測試軟件。測試軟件根據采集結果和驅動命令，確定驅動板的好壞和指出故障的驅動點。

通過測試采集、驅動板時，可以通過更換LAN通信板、LAN接口板、系統控制板、驅采CPU板、系統擴展板來確定相應模塊的好壞。

2.5 測試方法

在測試之前，應檢查工裝的完好性。通過測試軟件對工裝完好做一個整體的測試，在得到完好性測試報告后，把要測試的模塊與工裝對應的替換。根據被測模塊種類，啟動相應的測試軟件進行測試。測試軟件根據測試結果和測試命令判斷模塊的性能與好壞，并提供測試報告。

3 總結分析

CBI測試工裝為了達到一線維修的要求，實現模板級測試。工裝實現了備品備件好壞的鑒定和新模塊性能和兼容性的測試；實現了模塊狀態實時掌握。在現場維修中，測試工裝減少在更換模塊出現的不確定現象，做到替換上就可以用，為整條線路的安全、準時、可靠運行打下一個很好的技術平臺；另外，也為地面ATP、車載ATP/ATO、ATS、DCS的測試工裝提供了一個樣板。

[1]趙志熙.計算機聯鎖系統技術[M].北京：中國鐵道出版社，1999.

[2]趙志熙.車站信號控制系統[M].北京：中國鐵道出版社，1999.

[3] TB/T 3027—2002 計算機聯鎖技術條件[S].北京：中國鐵道出版社，2005.

[4] GB/T 12758-2004 城市軌道交通信號系統通用技術條件[S].北京：中國標準出版社，2004.