分散自律調度集中與計算機聯(lián)鎖的結合

閆貝貝

（蘭州交通大學光電技術與智能控制教育部重點實驗室，碩士研究生，甘肅 蘭州 730070）

調度集中系統(tǒng)的英文簡稱為CTC（Centralized Traffic Control System）。新一代的CTC即分散自律調度集中系統(tǒng)，是綜合了計算機技術、網(wǎng)絡通信技術和現(xiàn)代控制技術，采用智能化自律分散設計原則，以列車運行調整計劃控制為中心，兼顧列車與調車作業(yè)的高度自動化的調度指揮系統(tǒng)。它實現(xiàn)了調度智能決策、實時遙控、故障安全和信息安全技術的一體化。計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)是用微型計算機和其它一些電子、繼電器件組成的具有“故障—安全”性能的實時控制系統(tǒng)。計算機聯(lián)鎖安全可靠，處理速度快，在安全性、可靠性、經(jīng)濟性等方面，都具有獨特的、無法比擬的優(yōu)點，而且設計、施工、維修和使用大為方便。車站計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的站場狀態(tài)信息是分散自律調度集中系統(tǒng)進行邏輯運算的基礎數(shù)據(jù)之一，同時它又是分散自律調度集中系統(tǒng)將運算結果付諸實施的主要對象。而目前兩系統(tǒng)各自獨立，在車站僅靠車站自律機與聯(lián)鎖機的通信接口及約定的通信協(xié)議互相聯(lián)系。因此，有必要通過建立統(tǒng)一的軟硬件通訊標準，將二者有機地結合來起來，以提高兩系統(tǒng)的工作效率和可靠性。

1 系統(tǒng)結構

1.1 原系統(tǒng)結構分散自律調度集中系統(tǒng)的控制中心主要由數(shù)據(jù)庫服務器、CTC服務器、通信前置服務器、行調工作站、助調工作站、維修工作站、值班主任工作站等設備組成，負責控制整個調度區(qū)段列車的運行〔1〕。分散自律調度集中系統(tǒng)在車站的主要計算機設備包括：雙機熱備的自律機、車務終端和電務維修終端。計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)由雙機熱備或二乘二取二的聯(lián)鎖機、雙機熱備的操作表示機及電務維修機構成。

1.2 兩系統(tǒng)結合后的結構由兩系統(tǒng)各自的結構設備可知，分散自律調度集中系統(tǒng)的車站部分，在操作表示功能上與計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)是互相重疊的，因而兩系統(tǒng)完全可以統(tǒng)籌安排。這樣既可以使系統(tǒng)的整體效益充分發(fā)揮，又在一定程度上減少系統(tǒng)的故障點，使系統(tǒng)趨于穩(wěn)定。從車站系統(tǒng)化的角度出發(fā)，考慮到對聯(lián)鎖系統(tǒng)的影響和運營維護的方便以及通訊信息的完整性、可靠性、及時性，可以通過建立統(tǒng)一的軟硬件通訊標準，將分散自律調度集中系統(tǒng)和車站計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)有機地結合起來，使它們形成一個新的系統(tǒng)。與結合前不同，車站不再單獨設自律機及車務終端，計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)也不單獨設操作表示機，而是采用標準的、帶光電隔離的RS-422串行通訊接口將4臺計算機（調度集中車站子系統(tǒng)的車站自律機主機A、備機B，計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的操作表示機主機A、備機B）交叉互連，構成新的雙機熱備機。其既擔當自律機及車務終端，同時又承擔操作表示機的任務，稱為車站自律及操作表示機（如圖1）。這樣就可以保證其中任何一臺計算機發(fā)生故障時不會影響通訊的正常進行，實現(xiàn)了硬件連接的冗余設計。除此之外，原先的調度集中與聯(lián)鎖系統(tǒng)的外部接口被去掉，用機器內部模塊之間的內部接口來代替，從而車站值班員就不必面臨那么多的終端，使操作更加簡單、便捷，有利于實現(xiàn)行車調度自動化。

圖1 車站自律機與操作表示機的連接簡圖

兩系統(tǒng)結合后，在硬件設備構成上保留了分散自律調度集中系統(tǒng)在控制中心的數(shù)據(jù)庫服務器、CTC服務器、通信前置服務器、行調工作站、助調工作站、值班主任工作站等設備，以及計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的車站聯(lián)鎖機。在車站部分，車站自律及操作表示機就是調度集中車站子系統(tǒng)的自律機和聯(lián)鎖系統(tǒng)的操作表示機結合后形成的設備，電務維修終端是將調度集中的電務維修終端、車務終端與聯(lián)鎖系統(tǒng)的電務維修機進行功能集成后形成的。兩系統(tǒng)結合后的硬件設備構成如圖2所示。

圖2 兩系統(tǒng)結合后的設備構成

2 兩系統(tǒng)結合后的信息交換

分散自律調度集中系統(tǒng)與車站計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)結合后的最主要功能是，它們之間可靠地進行信息交換。只有實現(xiàn)了可靠的信息交換，才能保證系統(tǒng)的正常通信和運轉。

2.1 信息交換的內容站場表示信息和控制命令是自律機與操作表示機信息交換的最重要內容〔2〕。在分散自律調度集中系統(tǒng)與車站計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)結合所形成的車站自律及操作表示機內部，進行這2種信息的交換。

站場表示信息是指車站主要信號設備（如信號機、道岔、區(qū)段等）的當前狀態(tài)，它是自律機運算的基礎數(shù)據(jù)。聯(lián)鎖系統(tǒng)向自律機傳送的表示信息有站場的接發(fā)車情況、調車情況、軌道占用與空閑狀態(tài)、道岔狀況和信號機表示等，具體如下。

進站信號機：綠、黃、綠黃、雙黃、黃閃黃、引導、紅、斷絲；

進路信號機：綠、黃、綠黃、黃閃黃、引導、紅、白、斷絲；

出站信號機：綠、綠綠、黃、綠黃、紅、白、白閃、斷絲；

調車信號機：白、白閃、藍、斷絲；

軌道區(qū)段：鎖閉、占用、空閑；

道岔：定表、反表、四開、單鎖、單解、單封、解封、總鎖；

閉塞：各種表示燈；

其它：熔絲、主燈絲等各類報警燈、股道封鎖、區(qū)間封鎖及聯(lián)鎖設備運行狀態(tài)表示。

控制命令是以按鈕信息為主要內容的指令數(shù)據(jù)，操作機在收到控制命令后模擬相應的按鈕動作實現(xiàn)聯(lián)鎖控制。自律機向聯(lián)鎖系統(tǒng)發(fā)送一條完整的進路控制命令，以編碼方式實現(xiàn)?？刂泼钣校哼x路、取消進路、人工解鎖、重復開放、道岔定位、道岔反位、道岔單鎖、道岔單解、引導進路、區(qū)段解鎖、道岔封閉、道岔解封、按鈕單封、按鈕解封、坡道解鎖、引導總鎖閉、軌道電路停電恢復、溜放功能等。

此外，由于自律機和操作表示機均為雙機主備工作方式，為減少信息傳輸量，保證單一的信息來源，只有主機才能發(fā)送站場表示信息和控制命令，備機則始終處于監(jiān)聽狀態(tài)，隨時準備在主機發(fā)生故障后替代主機運行。自律機與操作表示機雙方還應相互報告當前運行狀態(tài)，包括主備機運行狀態(tài)、是否以自律模式運行，以便對方作出相應處理。

2.2 信息交換的技術信息交換的技術是分散自律調度集中系統(tǒng)與計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)結合的關鍵，要求其具有高可靠性，這樣才能滿足鐵路信號設備高安全性的要求。信息交換的技術包括串行通信的統(tǒng)一的幀格式和字符轉義技術、心跳幀技術、CRC校驗技術以及主備冗余技術〔3〕。

2.2.1 統(tǒng)一的幀格式和字符轉義技術 串行通信是一種簡單的比特流通訊，除了硬件傳送中增加的起始位、停止位等處理以外，沒有對數(shù)據(jù)包進行任何封裝，數(shù)據(jù)接收方必須對接收到的字節(jié)流進行分幀，然后才能對數(shù)據(jù)幀進行運算處理。在自律機和操作表示機的通訊協(xié)議中采用了統(tǒng)一的幀格式，明確規(guī)定了幀頭和幀尾字節(jié)，對幀中出現(xiàn)的與幀頭或幀尾相同的字節(jié)按照固定的對應關系進行轉義操作，使接收方能夠完全按照幀頭和幀尾進行分幀。

2.2.2 心跳幀技術 通訊雙方在經(jīng)過握手建立連接后并不能保證連接的持續(xù)可靠，應定時發(fā)送心跳幀，接收方超過規(guī)定的時間仍沒有接收到任何信息則表明連接出現(xiàn)異常。發(fā)現(xiàn)異常后迅速進行故障報警、主備切換等處理，以保證信息通過其它連接正常傳送。

2.2.3 CRC校驗技術 串行通訊由于受到外界信號干擾等原因可能導致信號偏移，從而使比特流發(fā)生變化導致數(shù)據(jù)傳輸錯誤。而采用CRC校驗技術是檢測這種傳輸錯誤、防止通訊傳輸干擾的有效手段。協(xié)議要求通訊的每一幀都要進行CRC校驗，即發(fā)送方在發(fā)送數(shù)據(jù)前對幀內容按照CCITT多項式計算CRC校驗值，并隨幀一同發(fā)送，接收方在收到數(shù)據(jù)幀后再次計算CRC值并比較，發(fā)現(xiàn)不一致則要求發(fā)送方重傳。

2.2.4 主備冗余技術 將通訊連接狀態(tài)納入主備切換邏輯中，實現(xiàn)故障的迅速恢復。自律機或操作表示機主機在發(fā)生通訊故障后，應及時進行主備切換，使系統(tǒng)不至于處于失控狀態(tài)。

3 兩系統(tǒng)結合后的工作流程

兩系統(tǒng)結合后，車站自律及操作表示機就成為分散自律調度集中系統(tǒng)在車站的主要設備。它能夠依據(jù)調度中心下達的列車調整計劃和由計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)取得的站場表示信息進行自律運算，并將運算生成的控制命令傳送給計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)執(zhí)行，從而實現(xiàn)列車運行調度指揮的自動化。聯(lián)鎖系統(tǒng)能夠實現(xiàn)自律模式和非常站控模式的轉換，在非常站控模式下不接收自律機的控制命令而改由人工操作。車站自律及操作表示機的控制模式有2種，即分散自律控制模式和非常站控模式〔4〕。

3.1 自律分散控制模式自律分散控制的基本模式是用列車運行調整計劃自動控制列車運行進路。在自律分散條件下，調度中心可人工辦理列車、調車進路。調度中心通過人工按按鈕將計劃及時發(fā)送到車站，由車站值班員在車務終端操作按鈕進行控制，人工辦理進路。如果為列車作業(yè)，進路命令需要指定車次；如果為調車作業(yè)，進路命令需要指定調車作業(yè)時刻，以避免在時間和空間上與列車調整計劃及實際運行發(fā)生沖突。車站系統(tǒng)將這些操作送至自律運算環(huán)節(jié)，將運行計劃變成進路控制命令，進而驅動計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)設備執(zhí)行。如圖3所示。對于調車作業(yè)，除上述人工辦理外，亦可輸入調車作業(yè)計劃由自律機自動辦理。此時必須將鉤掛作業(yè)轉化為指令，并為每鉤自動推算一個作業(yè)預計時分，根據(jù)該時分參與自律運算。

圖3 車站自律及操作表示機的工作流程圖

當車站與調度中心通信發(fā)生故障時，如果車站系統(tǒng)仍能正常運行，則在一定時間內，車站仍可繼續(xù)自動控制列車進路。因為車站把列車與調車作業(yè)控制權集中在車站控制裝置（車站自律及操作表示機）處，可以不依賴調度中心的指令而獨立地處理列車與調車作業(yè)。

3.2 非常站控模式當分散自律調度集中系統(tǒng)發(fā)生故障或其它緊急情況時，在計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的操作界面上進入非常站控。此時計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)不再執(zhí)行任何分散自律調度集中系統(tǒng)的控制指令，由操作員操作按鈕進行控制，自律不起作用。

計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)采集現(xiàn)場的狀態(tài)信息、實際列車運行信息及調車運行信息，由車站值班員填寫行車日志，發(fā)送給中心的調度員工作站來描繪實際運行圖。

4 結束語

將分散自律調度集中系統(tǒng)與車站計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)有機結合起來，二者完成相互間的信息交換后，實現(xiàn)了計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)向分散自律調度集中系統(tǒng)傳遞站場基本狀態(tài)信息、分散自律調度集中系統(tǒng)向計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)發(fā)送控制信息的功能。這不僅減少兩系統(tǒng)的設備數(shù)量，簡化系統(tǒng)結構，降低鐵路運營成本，而且可以提高二者的運行效率和系統(tǒng)的可靠性。它還體現(xiàn)了鐵路控制設備一體化的趨勢，符合鐵路信號新的發(fā)展需要。

〔1〕劉曉娟.遠程控制系統(tǒng)理論及應用〔M〕.成都：西南交通大學出版社，2006.

〔2〕林瑜筠，李鵬.鐵路信號新技術概論〔M〕.北京：中國鐵道出版社，2007.

〔3〕吳江嬌，單東.調度集中系統(tǒng)與車站計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的通訊研究〔J〕.鐵道運輸與經(jīng)濟，2004（13）：44-45.

〔4〕王秀娟.基于車站子系統(tǒng)一體化配置的分散自律調度集中系統(tǒng)研究〔J〕.鐵道通信信號，2007（4）：21-22.