全電子化區(qū)域計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)技術(shù)方案研究

許 麗 栗少卿

*蘭州交通大學(xué)自動(dòng)化與電氣工程學(xué)院 助教，730070 蘭州

**山西省長(zhǎng)治市潞安集團(tuán) 高工，046200 山西長(zhǎng)治

區(qū)域計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)是在車站計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖基礎(chǔ)上，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)安全傳輸?shù)燃夹g(shù)發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)化、智能化、集成化的信號(hào)控制系統(tǒng)。它將整個(gè)控制區(qū)域視為一個(gè)車站，利用一套監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)地理位置不同的多個(gè)車站的集中控制，達(dá)到節(jié)省工程投資，提高車站和區(qū)間通過能力的目的。

從崗位設(shè)置上看，相比車站計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖，區(qū)域計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)只在主控車站設(shè)置值班人員，而被控站實(shí)現(xiàn)無人值守。

1 區(qū)域計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)控制方式

1.1 集中控制方式

集中控制方式下，整個(gè)控制區(qū)域視為一個(gè)車站，在各個(gè)車站設(shè)置聯(lián)鎖系統(tǒng)的全電子化執(zhí)行設(shè)備，使用一套聯(lián)鎖機(jī)完成地理位置不同的多個(gè)車站的聯(lián)鎖邏輯運(yùn)算和集中控制，實(shí)現(xiàn)車站聯(lián)鎖、區(qū)間閉塞和站間聯(lián)系的一體化。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)化站 (場(chǎng))間聯(lián)系，取消站 (場(chǎng))間聯(lián)系電路和聯(lián)系電纜;缺點(diǎn)是單點(diǎn)故障影響系統(tǒng)正常工作，一旦中心聯(lián)鎖機(jī)故障，則整個(gè)系統(tǒng)就會(huì)癱瘓。

1.2 分散控制方式

分散控制方式下，既可實(shí)現(xiàn)集中控制，又可實(shí)現(xiàn)車站控制 (本地控制)。在控制區(qū)域中的每個(gè)車站設(shè)置一套聯(lián)鎖系統(tǒng)和相應(yīng)的全電子化執(zhí)行設(shè)備，各站聯(lián)鎖邏輯運(yùn)算由本站聯(lián)鎖系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)通過安全網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)，實(shí)時(shí)傳輸各個(gè)車站的表示信息，在中心控制站進(jìn)行實(shí)時(shí)集中監(jiān)控，既可由中心控制站向指定車站下發(fā)實(shí)時(shí)控制命令，又可在特殊情況下在本站進(jìn)行操作控制。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)靈活，避免出現(xiàn)集中控制方式的缺點(diǎn)。

2 系統(tǒng)技術(shù)方案

2.1 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的主要功能

系統(tǒng)中各車站的聯(lián)鎖邏輯運(yùn)算和控制輸出、狀態(tài)采集由本站聯(lián)鎖系統(tǒng)完成，其安全性、可靠性由既有的車站計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)來保證，方案中不再考慮相關(guān)內(nèi)容。除此之外，分散控制方式下區(qū)域計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)以下功能。

1．集中監(jiān)控各被控車站的計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)，將各個(gè)車站計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)采集的實(shí)時(shí)信息，如表示信息、聯(lián)鎖系統(tǒng)工作狀態(tài)等集中顯示。

2．在主控站控制臺(tái)向被控站下達(dá)實(shí)時(shí)操作控制命令，被控站聯(lián)鎖系統(tǒng)在接收到相關(guān)控制命令后，執(zhí)行對(duì)應(yīng)操作，并將結(jié)果返回至主控站上位機(jī)。

3．在特殊條件下，如主控站與被控站之間通信鏈路中斷，可實(shí)現(xiàn)在車站進(jìn)行本地操作來控制聯(lián)鎖系統(tǒng)工作。

4．各類信息可實(shí)時(shí)、可靠、安全地在主控站和各被控站之間傳輸。

5．從用戶使用角度來考慮，區(qū)域計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)相對(duì)于車站計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)，只是在同一個(gè)界面上能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)多個(gè)車站計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視和操控，無其他不同。

2.2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

各車站之間采用雙環(huán)冗余網(wǎng)絡(luò)完成可靠通信，在各個(gè)車站，將聯(lián)鎖系統(tǒng)雙局域網(wǎng)絡(luò)分別與雙光環(huán)網(wǎng)的一個(gè)環(huán)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)互聯(lián);在軟件上，將各車站的上位機(jī)通過TCP/IP模式實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，利用上位機(jī)之間相互通信來實(shí)現(xiàn)控制指令、狀態(tài)顯示等各類信息的交換。系統(tǒng)主要由車站聯(lián)鎖機(jī)、安全傳輸網(wǎng)、電子終端執(zhí)行單元組成，其總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 區(qū)域計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

2.3 系統(tǒng)配置

相比車站計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)，在硬件上，區(qū)域計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)在每個(gè)車站增加2臺(tái)以太網(wǎng)光交換機(jī)(支持環(huán)網(wǎng)連接)，或以太網(wǎng)轉(zhuǎn)2 Mb/s光通道設(shè)備(支持環(huán)網(wǎng)連接)，或者利用以太網(wǎng)光交換機(jī)替代車站計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)中既有的以太網(wǎng)交換機(jī)，用來實(shí)現(xiàn)站間數(shù)據(jù)交換，車站其他設(shè)備及配置保持不變。站與站之間配置4芯的單模光纖，實(shí)現(xiàn)站間信息傳輸。

區(qū)域計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)中各車站上位機(jī)、聯(lián)鎖機(jī)等的IP地址需統(tǒng)一分配，不再像單站計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖的IP地址那樣各車站保持一致。同時(shí)需要對(duì)主控站上位機(jī)軟件進(jìn)行改制，使其能夠同時(shí)完成對(duì)多個(gè)車站聯(lián)鎖系統(tǒng)的集中監(jiān)控任務(wù)。

2.4 系統(tǒng)工作模式

1．區(qū)域計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)在分散控制方式下，有2種工作模式:一種是正常情況下的集中控制模式，另一種是特殊情況下的站控模式。

2．被控站在選擇站控模式時(shí)，利用鉛封按鈕，不需要經(jīng)過主控站確認(rèn)。在與主控站鏈路連通的情況下，需要將切換后的運(yùn)行狀態(tài)上報(bào)主控站。

3．被控車站計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)在初始啟動(dòng)時(shí)，被設(shè)定為站控模式。在無人值守車站，當(dāng)上位機(jī)檢測(cè)到本地聯(lián)鎖系統(tǒng)各項(xiàng)狀態(tài)正常，將自動(dòng)申請(qǐng)轉(zhuǎn)為集中控制模式;有人值守車站由人工按壓按鈕申請(qǐng)轉(zhuǎn)為集中控制模式。

4．被控站由站控模式轉(zhuǎn)為集中控制模式時(shí)，需由該被控車站聯(lián)鎖系統(tǒng)向主控站聯(lián)鎖系統(tǒng)發(fā)送模式轉(zhuǎn)換請(qǐng)求，只有得到主控站回送的允許集中控制命令后，被控站請(qǐng)求集中控制的要求才能被接受。主控站同意被控站集中控制請(qǐng)求的條件是:被控站上位機(jī)向主控站報(bào)告過上位機(jī)運(yùn)行狀態(tài);被控站上位機(jī)主機(jī)向主控站發(fā)送過全包表示信息;被控站至少有1臺(tái)上位機(jī)作為主機(jī)運(yùn)行;被控站沒有正在排列的進(jìn)路。

5．在集中控制模式下，各車站計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的操作命令來源于主控站上位機(jī)，被控站上位機(jī)操作界面被鎖定，不允許被控站上位機(jī)下發(fā)操作命令;在站控模式下，由本站上位機(jī)下發(fā)聯(lián)鎖操作命令，主控站上位機(jī)不能向被控站下發(fā)操作命令，或被控站接收到操作命令但丟棄該命令數(shù)據(jù)。

6．集中控制模式下，操作命令通過上位機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)，即主控站上位機(jī)下發(fā)至被控站的操作命令由被控站上位機(jī)接收，再轉(zhuǎn)發(fā)至聯(lián)鎖機(jī)執(zhí)行。被控站上位機(jī)為雙機(jī)時(shí)，必須是熱備系統(tǒng) (即上位機(jī)必須有主、備之分)，只有主機(jī)接收到的操作命令才有效。

7．主控站上位機(jī)可雙機(jī)冗余，不做主、備之分，即2臺(tái)上位機(jī)操作命令都有效。

2.5 網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)可靠性和安全性實(shí)現(xiàn)的重要保證之一就是車站間數(shù)據(jù)通信的實(shí)時(shí)、安全、可靠傳輸。硬件上主要采用雙環(huán)冗余網(wǎng)絡(luò)。下面主要介紹軟件方面保證數(shù)據(jù)傳輸實(shí)時(shí)、可靠的措施。

1．主控站與被控站之間通信采用TCP/IP方式，主控站上位機(jī)作為Server端，被控站上位機(jī)作為Client端，流程圖如圖2所示。

圖2 主控站與被控站通信流程

表1 區(qū)域計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)站間通信幀格式

2．系統(tǒng)中通信的雙方要利用定時(shí)心跳信息來檢查通信鏈路的連通性，心跳超時(shí)后要中斷鏈路并重新發(fā)起鏈接。

3．?dāng)?shù)據(jù)傳輸?shù)陌l(fā)送方在發(fā)送出數(shù)據(jù)后要確保接收方接收到數(shù)據(jù)后，才發(fā)送下一包數(shù)據(jù)，接收方接收到數(shù)據(jù)后，要發(fā)回執(zhí)信息;發(fā)送方在發(fā)送出數(shù)據(jù)后，在指定時(shí)間內(nèi)未收到回執(zhí)信息時(shí)重發(fā)數(shù)據(jù)。

4．嚴(yán)格保證系統(tǒng)中各計(jì)算機(jī)之間時(shí)鐘的同步，丟棄超時(shí)接收數(shù)據(jù)。由于站間數(shù)據(jù)在廣域網(wǎng)絡(luò)上傳輸，數(shù)據(jù)發(fā)送方發(fā)送的數(shù)據(jù)，接收方可能在很久以后才接收到，為避免引起對(duì)系統(tǒng)不安全的操作，對(duì)這類數(shù)據(jù)應(yīng)該丟棄。如果系統(tǒng)各計(jì)算機(jī)之間時(shí)鐘不同步，則無法判斷這類超時(shí)信息。

5．保證站間可靠通信需設(shè)置的各種定時(shí)信息。系統(tǒng)站間心跳信息發(fā)送的周期為2 s;發(fā)送超時(shí)的重發(fā)周期為2 s;站間通信超時(shí)的中斷時(shí)間為6 s;數(shù)據(jù)接收的超時(shí)時(shí)間為3 s;被控站上位機(jī)與主控站通信中斷時(shí)主備切換的時(shí)間為3 s。

6．區(qū)域計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)站間通信協(xié)議參照運(yùn)基信號(hào) ［2006］ 312號(hào)《調(diào)度集中車站自律機(jī)與計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖接口通信協(xié)議 (V1.1)》制定，協(xié)議格式如表1所示。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，基于分散控制方式的全電子化區(qū)域計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)相對(duì)于車站計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)而言，主要工作是進(jìn)行上位機(jī)軟件的改進(jìn)和完善。改進(jìn)主要針對(duì)2個(gè)方面:一是站間上位機(jī)接口的設(shè)計(jì);二是主控站上位機(jī)多站集中監(jiān)控功能的完善。

目前，改進(jìn)后的全電子化區(qū)域計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)已在鄂爾多斯市東勝物流園中4個(gè)車站正式投入運(yùn)營(yíng)，所有的設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定可靠。

［1］ 謝利民．基于全電子設(shè)計(jì)方案的區(qū)域計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)［J］ ．自動(dòng)化與儀器儀表，2009(1).

［2］ 高鵬．淺談區(qū)域性計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)及其在國(guó)內(nèi)的實(shí)際應(yīng)用情況［J］ ．科技信息，2009(6)．