轨道交通信号系统测试扩展板研究

朱浩兴 北京交通大学海滨学院

引言

伴随着城市化进程的不断推进，市内人口不断增长，城市规模也不断扩大，给城市公共交通带来了较大压力。在这一背景下，城市轨道交通系统得到了快速发展，用于解决市内人员出行难、车辆拥堵等问题。而城市轨道交通的运营，需要采用轨道交通信号系统这一关键设备，以满足轨道的高效运行和信号设备安全管理要求。但就目前来看，该系统测试较为复杂，为满足系统测试要求，还要完成测试扩展板的研发。

一、轨道交通信号系统测试问题分析

轨道交通信号系统包含正线信号系统、车辆段/停车场计算机联锁系统两部分，前者包含列车自动监控、列车自动防护、列车自动运行等子系统，后者包含独立的微机监测设备，能够实现对车辆段/停车场范围内各种信号设备的监测。而在正线设备信号监测方面，各种设备的采集信号和信息在不同系统中存储和传输，同时系统无法实现数据共享，所以各系统测试带来了较大难度。除了拥有结构复杂，输入节点多等特征，轨道交通信号系统为保证系统安全、稳定运行，采用了信号冗余设计方式，在信号输入方面会完成信号复制，以保证信号一致。受这些因素的影响，在系统测试方面，不仅需要完成系统对外部信号处理和反应能力的测试，还要确定系统在内部发生故障时能否正确进行信号传输。现阶段，系统测试主要采用两种方式，一种为利用仿真软件或真实软硬件环境对系统外部信号故障进行模拟，另一种就是利用专门的仿真软件对系统内部信号参数进行修改。采用前一种方式，需要耗费大量的时间和精力才能完成系统测试。而采用后一种方式，则要承担系统内部出现错误的风险。

二、轨道交通信号系统测试扩展板应用分析

（一）扩展板结构

针对轨道交通信号系统测试问题，可以完成系统测试扩展板的研发，以便对系统各种信号故障场景进行模拟，然后通过仿真分析完成系统信号测试。从结构上来看，扩展板由连接测试母板和母板插接的信号设备卡槽构成，卡槽分为第一卡槽和第二卡槽，分别有n位引脚和2n个卡槽接点，并且包含一个三选一开关，而n是整数，需要结合轨道交通信号系统连接的设备数量确定。在进行第一卡槽插接时，需要将其插接在测试母板应测试的信号设备的卡槽位置上，然后将测试母板插接在第二卡槽位置上，确保卡槽与引脚一一对应。将第一卡槽与第1-n个接点逐一连接，将第二个卡槽与第n-1到2n个接点逐一连接，并将需要模拟信号故障的卡槽接点去除，则能实现信号故障的模拟。针对A1信号，扩展板上完成了可模拟故障的三选一开关的配置。针对无需模拟开关的卡槽，可以将两个卡槽接点两两连接在一起，并将一引脚设定为高位常态，与第三输入端连接在一起，然后将一引脚设定为低位常态，与第一输入端连接在一起。通过将输出端和第二输入端分别连接2个处在A1位置的卡槽接点，则能从第二输入端获得实际输出状态。如果将A1设定为高位，将第三输入端连通，可以对高电位信号状态进行模拟。如果将A1设定为低位，将第一输入端连通，可以对低电位信号状态进行模拟。

（二）扩展板功能

该种扩展板最初是针对Seltrac CBTC信号系统基线而设计的，可用于进行系统信号设备外部处理单元等子系统的测试。从单元构成上来看，信号设备外部处理单元由外部通信控制接口、车辆接口模块和输入输出模块构成。在输入输出和外部通信控制接口上，分别存在128个输入输出节点，可以在单元对应的卡槽中分别插接。在单元输入外部信号后，需要利用接口模块进行信号采集，然后复制得到三份，分别利用不同输入输出模块进行传播，确保外部通信控制接口能够完成信号的正确接收[1]。利用输入输出模块，可以将三块外部通信控制接口接收到的信号汇聚成一路信号，然后利用接口模块向外部输出。针对该单元进行测试，只需要对输入信号对应的输出信号进行测试，可以结合常用信号输入输出比特位表完成几个选择开关的预先制作，利用不同的卡槽接点进行各开关的连接，然后扳动开关则能对信号位的输出进行控制。

（三）扩展板应用

为掌握扩展板的应用方法，可以2乘2取2的系统进行测试。在外部控制通信接口中，存在3个槽位，并只对其中1和3进行使用。在输入输出模板上，则只对1,3,4,6,7,9槽位进行使用，前后两个为一组，分别称之为slot1、slot2、slot3。在信号测试中，移除母板，并利用扩展板进行母板对应卡槽替代，然后将母板连接在卡槽另一端，则能完成测试。例如，测试右关门命令信号，结合输入输出比特位表得到比特位，然后结合引脚硬件图纸完成对应的C17引脚查找，将两块输入输出模板扩展板插入模板slot1的1和3卡槽，然后对开关6进行控制，则能完成故障模拟。开关向上，则能对信号“1”进行模拟，确认信号输出是否为高电位。开关向下，则能对信号“0”进行模拟，确认信号输出是否为低电位[2]。开关位于中间，即不改变信号内容，需要确定原本信号值是否发生改变。因此采用扩展板，能够对各种信号故障进行模拟，完成系统信号的全面测试。

三、结论

通过研究可以发现，作为轨道交通控车的中枢系统，轨道交通信号系统得到了广泛应用。而该系统测试有较高的要求，需要完成系统故障的全面测试，才能满足信号安全、可靠性分析要求。采用系统测试扩展板，则能对各种信号故障进行仿真，从而实现对系统的完整测试，因此能够保证系统硬件和软件可以得到正确集成，继而为轨道交通安全提供保障。