聯(lián)鎖列控系統(tǒng)一體化方案探討

馬書元

（中鐵第一勘察設計院集團有限公司通號處，陜西 西安 710000）

國內(nèi)已開通的CTCS-2級和CTCS-3級客運專線中，列控系統(tǒng)和計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)均采用單獨分離設置的方案。由于系統(tǒng)獨立設置，導致諸多不利。

首先，使信號分離控制。計算機聯(lián)鎖完成進路、道岔和站內(nèi)信號的控制，車站列控中心作為列控系統(tǒng)地面設備完成軌道電路編碼和控制、自動閉塞和方向控制、區(qū)間信號控制以及臨時限速處理等功能。各設備均與列車運行密切相關，由此造成聯(lián)鎖系統(tǒng)與列控系統(tǒng)間產(chǎn)生大量信息通信和信息交換。計算機聯(lián)鎖向車站列控中心發(fā)送如下信息：區(qū)間方向控制命令、進路信息、信號機燈絲斷絲信息、調(diào)車信號機狀態(tài)；車站列控中心向計算機聯(lián)鎖發(fā)送如下信息：區(qū)間方向表示信息、閉塞分區(qū)狀態(tài)、信號降級信息、離去區(qū)段防護信號機紅燈斷絲信息和災害防護信息。其次，計算機聯(lián)鎖與車站列控中心之間交互的應用數(shù)據(jù)量會受到傳輸媒介、通信協(xié)議、系統(tǒng)處理能力的限制。系統(tǒng)間若出現(xiàn)通信故障或延遲，將對列車運行和系統(tǒng)性能產(chǎn)生很大影響。由此對分設系統(tǒng)的時鐘一致性和通信實時性、可靠性、各系統(tǒng)處理能力要求較高。再次，當計算機聯(lián)鎖與車站列控中心的接口協(xié)議發(fā)生變化時，需要同時修改兩套系統(tǒng)的軟件，增加了系統(tǒng)的維護工作量和系統(tǒng)開通的測試和驗證工作量。第四，故障點增多，兩個設備中的任一設備發(fā)生故障均會影響列車的正常運行。第五，分設系統(tǒng)造成資源的較大浪費。

下面對聯(lián)鎖列控一體化系統(tǒng)的可行性進行分析。

1、功能分析。計算機聯(lián)鎖主要完成站內(nèi)信號控制，車站列控中心主要完成臨時限速和區(qū)間信號設備的控制。兩個設備通過交互信息相互配合完成地面信號設備的一致操作和同步控制實現(xiàn)列車的高速和安全運行。兩個設備中的任一設備發(fā)生故障、設備間的通信發(fā)生故障或者通信延遲都會影響列車的正常運行。因此，從功能的角度，列控-聯(lián)鎖系統(tǒng)一體化能更好的保證列車高速、安全運行以及信號設備可靠、安全、高效工作的本質要求。

2、系統(tǒng)結構分析。計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)一般由聯(lián)鎖處理子系統(tǒng)(下位機)、人機界面子系統(tǒng)(控顯機)和診斷維護子系統(tǒng)構成。其中，聯(lián)鎖處理子系統(tǒng)通常采用硬件冗余結構，設計的安全電路必須符合故障-安全原則。車站列控中心一般由列控處理子系統(tǒng)(下位機)和診斷維護子系統(tǒng)構成。列控中心采用2乘2取2硬件冗余結構，設備本身、與安全相關的接口和通道的設計應符合故障—安全原則。

從上述系統(tǒng)結構分析可知，計算機聯(lián)鎖和車站列控中心下位機具有相似的系統(tǒng)結構要求，對于下位機的硬件體系結構和設計要求也是相同的。因此，從系統(tǒng)結構的角度，列控-聯(lián)鎖一體化是可行的。

3、設備接口分析

聯(lián)鎖系統(tǒng)和列控系統(tǒng)與不同的系統(tǒng)/設備有不同的接口，具體分析如表1、表2、表3：

表1 接口數(shù)量對比表

表2 接口方式對比表

表3 設備接口通信協(xié)議對比表

從上表可知，車站列控中心比計算機聯(lián)鎖外部接口多，計算機聯(lián)鎖與車站列控中心與外部設備的接口在連接方式、傳輸介質、和安全通信協(xié)議方面基本相同，僅是交互的應用數(shù)據(jù)存在差異。聯(lián)鎖列控-一體化系統(tǒng)在通信接口、數(shù)據(jù)傳輸和處理能力方面可以完成。

綜上分析，考慮將信息通信較多的聯(lián)鎖系統(tǒng)與列控系統(tǒng)進行集成，實現(xiàn)一體化的方案是可行的?，F(xiàn)就聯(lián)鎖列控一體化系統(tǒng)設計方案進行分析。

1、功能與設計原則。（1）一體化系統(tǒng)應具備現(xiàn)有計算機聯(lián)鎖和車站列控中心的功能，并滿足相關技術條件的要求；（2）一體化系統(tǒng)應采用硬件冗余結構，系統(tǒng)設計應符合故障-安全原則；（3）一體化系統(tǒng)應實現(xiàn)車站和區(qū)間信號控制的一體化；（4）一體化系統(tǒng)應管轄其范圍內(nèi)的中繼站列控中心和無配線車站列控中心；（5）一體化系統(tǒng)應采用模塊化設計，當與列控中心相關處理出現(xiàn)故障時，能保證聯(lián)鎖功能的正常運行。

2、設計方案。聯(lián)鎖列控一體化系統(tǒng)主要由人機界面子系統(tǒng)(控顯機)、聯(lián)鎖列控處理子系統(tǒng)(下位機)和診斷維護子系統(tǒng)組成，同時配置維護終端、通信接口設備和電源設備。集中設于信號樓計算機房內(nèi)。聯(lián)鎖列控一體化系統(tǒng)基本構成如下圖所示。

（1）聯(lián)鎖列控處理子系統(tǒng)：聯(lián)鎖列控處理子系統(tǒng)是整個聯(lián)鎖列控一體化系統(tǒng)的核心，由兩套“2取2組合故障安全”專用處理單元組成。處理單元的運算核心部由以下幾種印制電路板組成：安全邏輯運算板（VLE）；安全校驗板（VPS）；輸入輸出總線接口板（I/OBUS2）；輸入輸出總線擴展板（I/OBE2）；安全型雙采輸入板（VIIB）；安全型雙斷輸出板（VOOB）；母板（MB）；安全通訊板（DVCOM）。

在“2*2取2”系統(tǒng)中，單系的VLE板采用“2取2”結構，軟件采用雙CPU獨立運算，兩個CPU運算采用的數(shù)據(jù)互不相同，這些數(shù)據(jù)包括安全采集數(shù)據(jù)，安全輸出數(shù)據(jù)，安全通信數(shù)據(jù)和中間數(shù)據(jù)，它們都是通過冗余編碼選擇而得。兩個CPU分別進行一個通道的運算，兩個CPU之間具有數(shù)據(jù)比較、同步比較、結果比較等聯(lián)系。只有兩個CPU運算結果相同時，才允許輸出。2取2系統(tǒng)結構如圖1所示。兩個CPU安全采集數(shù)據(jù)通過每個主周期采集得到，安全輸出數(shù)據(jù)由布爾表達式運算得到。DVCOM板完成與外部接口系統(tǒng)通訊。

圖2：2取2系統(tǒng)結構圖

（2）人機界面子系統(tǒng)（MMI）：人機界面子系統(tǒng)（MMI）提供聯(lián)鎖列控一體化系統(tǒng)與用戶之間的人機接口，通常由工控機、顯示器、鼠標、鍵盤等設備組成，也可根據(jù)采用控制臺、大顯示屏、數(shù)字化儀等。MMI采用“N+1”的系統(tǒng)結構，“N”套設備為主用設備，“1”套為備用設備。通常，MMI顯示器上顯示車站和區(qū)間，值班員用鼠標和鍵盤進行有關操作，系統(tǒng)會給予簡潔明了的文字表示和語音提示。

人機界面子系統(tǒng)主要是兼容計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的功能，同時提供臨時限速命令、區(qū)間信號設備的狀態(tài)顯示。系統(tǒng)采用多窗口界面，正常運行狀態(tài)下主窗口顯示站場圖，下方是命令工具條，上方是設備狀態(tài)欄，中間有可以移動的操作信息框。

（3）診斷維護子系統(tǒng)：主要完成聯(lián)鎖列控一體化系統(tǒng)的診斷維護及接口設備的在線監(jiān)測的功能。診斷維護子系統(tǒng)還可具備與微機監(jiān)測站機構成二合一系統(tǒng)（微機監(jiān)測與診斷維護系統(tǒng)）的功能，以提高整個系統(tǒng)的綜合化水平，減少用戶的硬件配置和維護工作。

診斷維護子系統(tǒng)（SDM）完成的主要功能有：聯(lián)鎖列控處理子系統(tǒng)(IPS)的診斷與維護。通過高速網(wǎng)口接收IPS的診斷結果信息、輸入/輸出信息、全站簡化參數(shù)信息、指定參數(shù)詳細信息。系統(tǒng)正常工作時，不需要查詢，SDM自動接收IPS的工作信息，當SDM故障修復后、或者與列控-聯(lián)鎖處理子系統(tǒng)通信恢復后，SDM仍能接收到IPS記錄的一天內(nèi)的報警和錯誤信息；通過網(wǎng)絡接收來自MMI的操作和表示，并記錄關鍵操作和表示；網(wǎng)絡管理；通過MODEM實現(xiàn)遠程診斷接入；通過以太網(wǎng)為其它管理系統(tǒng)與列控-聯(lián)鎖一體化系統(tǒng)通信提供接口。

3、接口設計

采用CTCS-2的區(qū)段，車站的聯(lián)鎖列控一體化系統(tǒng)與CTC、ZPW2000軌道電路和CSM存在接口，同時與鄰站的聯(lián)鎖列控一體化系統(tǒng)或CBI和TCC系統(tǒng)存在接口。圖2是CTCS-2區(qū)段聯(lián)鎖列控一體化系統(tǒng)的接口示意圖。

圖2：CTCS-2區(qū)段聯(lián)鎖列控一體化系統(tǒng)接口示意圖

（1）與CTC接口：聯(lián)鎖列控一體化系統(tǒng)通過控顯機與CTC的自律機連接，連接方式采用串口，采用《RSSP-I鐵路信號安全協(xié)議》；CTC向聯(lián)鎖列控一體化系統(tǒng)發(fā)送時鐘信息，自律機控制狀態(tài)信息，控制命令信息，線路限速初始化命令，臨時限速命令信息；聯(lián)鎖列控一體化系統(tǒng)應向CTC發(fā)送站場和區(qū)間表示信息、設備工作狀態(tài)信息、控制模式轉換信息、臨時限速命令的狀態(tài)信息、線路限速狀態(tài)初始化信息、區(qū)間方向信息。（2）與軌道電路接口：聯(lián)鎖列控一體化系統(tǒng)與軌道電路通過CAN總線連接；聯(lián)鎖列控一體化系統(tǒng)向軌道電路發(fā)送主軌道和小軌道載頻編碼信息、主軌道和小軌道低頻編碼信息；軌道電路向聯(lián)鎖列控一體化系統(tǒng)發(fā)送軌道區(qū)段主軌道和小軌道狀態(tài)信息。（3）與CSM接口：聯(lián)鎖列控一體化系統(tǒng)通過維護終端與CSM接口，向CSM系統(tǒng)發(fā)送聯(lián)鎖列控一體化系統(tǒng)工作狀態(tài)信息、報警信息、外部系統(tǒng)應用交互信息等；CSM向聯(lián)鎖列控一體化系統(tǒng)發(fā)送指定狀態(tài)數(shù)據(jù)的請求命令信息。（4）聯(lián)鎖列控一體化系統(tǒng)間接口(兼容與鄰站TCC或CBI接口)：聯(lián)鎖列控一體化系統(tǒng)間采用《RSSP-I鐵路信號安全協(xié)議》,聯(lián)鎖列控一體化系統(tǒng)間通過以太網(wǎng)連接；聯(lián)鎖列控一體化系統(tǒng)間數(shù)據(jù)傳輸采用UDP方式。聯(lián)鎖列控一體化系統(tǒng)間交互信息包括：線路邊界信息、線路改方信息、線路限速初始化信息、中繼站信號機顯示狀態(tài)信息、中繼站閉塞分區(qū)狀態(tài)和低頻數(shù)據(jù)、中繼站防災信息、系統(tǒng)狀態(tài)及外設連接狀態(tài)數(shù)據(jù)和聯(lián)鎖站間信息。CTCS-3線路中，聯(lián)鎖列控一體化系統(tǒng)除以上接口外，增加與RBC、與限速服務器的接口，接口示意如圖3所示。接口方式與CTCS-2級類似，不再詳述。

圖3.CTCS-3區(qū)段聯(lián)鎖列控一體化系統(tǒng)接口示意圖

集成為聯(lián)鎖列控一體化系統(tǒng)后較目前分設聯(lián)鎖、列控系統(tǒng)有較大優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在以下幾方面：1、信號系統(tǒng)的安全性和可靠性得到有效提高。系統(tǒng)均需要的車站區(qū)間軌道電路狀態(tài)信息、信號機信息、道岔信息等完全出自同一地址，同類由控制命令同一運算器形成，保證了信息、運算及傳輸?shù)囊恢滦裕瑥亩岣吡讼到y(tǒng)的安全性和可靠性。由于沒有系統(tǒng)間交互信息的生成、傳輸、校驗、處理等環(huán)節(jié)，消除了數(shù)據(jù)在通信過程中發(fā)生變化的危險，信息傳輸延遲而導致的命令失效等問題消除，從而極大地提高了系統(tǒng)的安全性和可靠性。2、系統(tǒng)處理能力大大提高。采用聯(lián)鎖列控一體化系統(tǒng)，車站與區(qū)間的控制信息無需通過外部接口進行交互，原來由通信處理能力限制而導致系統(tǒng)處理能力下降的問題被消除，從而大大提高了系統(tǒng)的處理能力和反應速度，能更好的滿足鐵路高速發(fā)展的需要。 3、完全實現(xiàn)車站和區(qū)間信號的一致和同步控制，使信號系統(tǒng)更具整體性。4、減少系統(tǒng)維護工作量。采用聯(lián)鎖列控一體化系統(tǒng)后，需要維護的系統(tǒng)減少了，需要維護的系統(tǒng)間通信通道和故障環(huán)節(jié)也相應減少，總維護工作量比采用兩個系統(tǒng)大幅下降。5、聯(lián)鎖列控一體化系統(tǒng)采用一套處理器、一套存儲器、統(tǒng)一對外接口，實現(xiàn)信息與設備的真正意義的共享。6、減少工程投資和施工時間。如今各項目建設工期都很有限，往往導致信號開通調(diào)試時間非常緊張。聯(lián)鎖列控一體化系統(tǒng)減少了信號系統(tǒng)中最重要的聯(lián)鎖系統(tǒng)與列控系統(tǒng)間的調(diào)試環(huán)節(jié)，為工程順利開通節(jié)省了時間。7、為整個信號系統(tǒng)的進一步整合提供了可能。在聯(lián)鎖列控一體化系統(tǒng)的基礎上，未來可以進一步整合CTC系統(tǒng)的車站自律分機。這樣將有助于提高整個地面信號系統(tǒng)的集成度、安全性和可靠性，改善運行能力和運輸效率。聯(lián)鎖系統(tǒng)、列控系統(tǒng)作為獨立系統(tǒng)均以在普速、高速線路應用，技術成熟。法國等國家在開通的客專中已采用了聯(lián)鎖列控一體化設計。聯(lián)鎖列控一體化乃至信號系統(tǒng)的一體化是我國鐵路信號系統(tǒng)裝備現(xiàn)代化發(fā)展的目標和方向。

[1]《計算機聯(lián)鎖技術條件》TB/T3027-2002.

[2]《客運專線ctcs-2級列控系統(tǒng)配置及運用技術原則（暫行）》鐵集成[2007]124號.

[3]《列控中心優(yōu)化技術方案專家評審意見》運基信號[2008]332號.

[4]《客運專線CTCS-2級列控系統(tǒng)列控中心技術規(guī)范》.

[5]《CTCS-3 級列控系統(tǒng)總體技術方案（V1.1）》科技運 [2008]34號.

[6]《高速鐵路設計規(guī)范（試行）》TB10020-2009.