鐵路樞紐車站信號集控設(shè)計方案研究

梁朝輝 聶 影 武長海 楊洪權(quán)

梁朝輝:鐵道第三勘察設(shè)計院集團有限公司電化電信處 工程師 300251 天津

聶 影:鐵道第三勘察設(shè)計院集團有限公司電化電信處 教授級高工 300251 天津

武長海:鐵道第三勘察設(shè)計院集團有限公司電化電信處 高級工程師 300251 天津

楊洪權(quán):中國鐵道科學(xué)研究院通信信號研究所 助理研究員 100081 北京

目前，國內(nèi)鐵路樞紐一般為各車站/場單設(shè)信號集中聯(lián)鎖系統(tǒng)，獨立分散辦理行車作業(yè)。通過站聯(lián)(或場聯(lián))條件實現(xiàn)跨場進路的辦理，并且需要調(diào)度所、站調(diào)樓及各車站/場行車人員的相互聯(lián)系、協(xié)調(diào)，作業(yè)辦理過程復(fù)雜，中間環(huán)節(jié)繁冗，運輸效率較低。為改變這種狀況，實現(xiàn)作業(yè)辦理安全、可靠、高效的目標(biāo)，本文結(jié)合樞紐站/場布置和運輸作業(yè)特點，以及行車指揮系統(tǒng)的使用方式，在聯(lián)鎖和行車指揮系統(tǒng)設(shè)計中，積極探索集中操控及顯示方式與運輸需求的適應(yīng)性和匹配性，并提出行之有效的技術(shù)解決方案，為樞紐內(nèi)相關(guān)信號系統(tǒng)工程設(shè)計提供借鑒參考。

1 樞紐車站行車作業(yè)辦理崗位設(shè)置情況及作業(yè)流程

目前，國內(nèi)大型鐵路樞紐車站一般設(shè)有車站值班員、車場值班員、助理值班員(根據(jù)需要設(shè)置，可設(shè)多個)等崗位，與站調(diào)、調(diào)度員等配合共同完成行車作業(yè)辦理。以北京西站為例，共有4個車場，并與機務(wù)段相鄰，車場的行車作業(yè)崗位設(shè)置及主要職責(zé)如下。

1．車站值班員。負(fù)責(zé)組織協(xié)調(diào)全體行車有關(guān)人員，完成接/發(fā)列車和調(diào)車作業(yè)任務(wù)。

2．高速場(客場的下行ⅡG—20G)值班員。承擔(dān)車站值班員在高速場的所有職責(zé)。

3．內(nèi)勤主務(wù)助理值班員。協(xié)助車站值班員做好行車組織工作;負(fù)責(zé)與機務(wù)段值班員聯(lián)系，組織本務(wù)機車出入庫及站內(nèi)換掛作業(yè)等。

4．操縱助理值班員。按車站值班員的命令排列接/發(fā)列車進路，完成接/發(fā)車工作。

5．錄入助理值班員。按接/發(fā)列車階段計劃和列車運行情況，錄入列車運行信息;掌握列車運行情況，按要求修改列車運行信息;接收階段計劃、調(diào)車作業(yè)計劃等，并分送各崗位。

6．車機聯(lián)控助理值班員。具體負(fù)責(zé)普速列車的車機聯(lián)控工作;負(fù)責(zé)與本務(wù)機車的車調(diào)聯(lián)控工作;協(xié)助車站值班員記錄有關(guān)安全速報。

7．行車室有關(guān)人員聯(lián)系范圍:①車站值班員與調(diào)度員、站調(diào)、客運值班站長等進行電話聯(lián)系，與行車室內(nèi)其他人員口頭聯(lián)系，與機車乘務(wù)員電臺聯(lián)系;②內(nèi)勤主務(wù)助理值班員與站調(diào)、機務(wù)段值班員等電話聯(lián)系，與行車室內(nèi)其他人員口頭聯(lián)系;③操縱助理值班員與道口值班員電話聯(lián)系;④車機聯(lián)控助理值班員與機車乘務(wù)員電臺聯(lián)系;⑤高速值班員與客專列調(diào)、動車調(diào)度等電話聯(lián)系，通過FAS或電臺與動車司機、機械師等聯(lián)系。

如上所述，樞紐內(nèi)各站/場均需配置完備的行車人員。各場之間、鄰站之間行車辦理崗位涉及人員眾多，作業(yè)流程復(fù)雜，勢必影響作業(yè)效率，與行車運營高效、快捷的目標(biāo)相悖。因此，樞紐車站急需行之有效的信號集中控制解決方案。

2 樞紐車站信號集中控制方案適用范圍及對比分析

樞紐車站信號集中控制方案適用于可以在同一站調(diào)樓或信號樓集中辦理車站接/發(fā)車、調(diào)車及其他作業(yè)的鐵路技術(shù)站(如:編組站、區(qū)段站)及周邊相關(guān)站。根據(jù)國內(nèi)鐵路信號技術(shù)裝備的現(xiàn)狀，樞紐車站信號集中控制有集中操控、遠(yuǎn)程控顯和區(qū)域聯(lián)鎖3種方案，方案研究及說明如下。

2.1 集中操控系統(tǒng)方案

2.1.1 系統(tǒng)構(gòu)成

集中操控系統(tǒng)是技術(shù)站集中操控系統(tǒng)的簡稱，是集成現(xiàn)有計算機聯(lián)鎖、信號安全數(shù)據(jù)網(wǎng)等成熟技術(shù)，在既有聯(lián)鎖設(shè)備的基礎(chǔ)上，增設(shè)安全集中操控終端，實現(xiàn)在一個技術(shù)站對周邊相關(guān)站/場聯(lián)鎖設(shè)備的遠(yuǎn)程集中控制。集中操控系統(tǒng)由集控中心設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組成。

1．集控中心設(shè)備。包括集控服務(wù)器、操控終端、電務(wù)維護終端、電源等。集控服務(wù)器負(fù)責(zé)將接收到的各站/場計算機聯(lián)鎖的表示信息分發(fā)給相應(yīng)的操控終端，并將操控終端產(chǎn)生的聯(lián)鎖辦理信息分發(fā)至對應(yīng)的計算機聯(lián)鎖;操控終端直接面向行車人員辦理各站/場的聯(lián)鎖作業(yè)，包括工業(yè)控制計算機、操作顯示設(shè)備等;電務(wù)維護終端用于系統(tǒng)設(shè)置、調(diào)試和日常維護;中心電源設(shè)備按冗余設(shè)置。

2．網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。中心設(shè)備與計算機聯(lián)鎖之間的通信通道，優(yōu)先采用不同物理路徑獨立單模光纖的封閉式冗余網(wǎng)絡(luò)，改用RSSP-Ⅰ型安全協(xié)議;受條件限制時，也可采用專用2Mb/s數(shù)據(jù)通道，傳輸協(xié)議采用RSSP-Ⅱ型安全協(xié)議，并配套相應(yīng)的協(xié)議轉(zhuǎn)換設(shè)備。網(wǎng)絡(luò)連接應(yīng)根據(jù)站/場的布置結(jié)構(gòu)選擇環(huán)形或星形模式。

與集中操控系統(tǒng)結(jié)合的計算機聯(lián)鎖機房內(nèi)，應(yīng)配置必要的交換機、協(xié)議轉(zhuǎn)換器、光轉(zhuǎn)換器等通信終端設(shè)備，實現(xiàn)與集中操控系統(tǒng)的結(jié)合。與計算機聯(lián)鎖操作表示層計算機的最終接口環(huán)節(jié)，采用RS-422通信方式。

2.1.2 系統(tǒng)主要功能

1．操控功能。集中操控系統(tǒng)具備在操作界面上由行車人員辦理集控范圍內(nèi)各計算機聯(lián)鎖界面上所有聯(lián)鎖作業(yè)的功能。原則上，各計算機聯(lián)鎖操作界面上的按鈕均應(yīng)納入集中操控系統(tǒng)界面，其布置、圖形繪制方式應(yīng)與鐵道部頒布的《計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)控制臺人機接口標(biāo)準(zhǔn)》相一致。操控按鈕命令采用具有完整意義的按鈕組合方式下達給各車站聯(lián)鎖終端，并在辦理作業(yè)形成有效作業(yè)命令時增加“確認(rèn)”的操作。

2．表示功能。各計算機聯(lián)鎖界面上的表示均納入集中操控系統(tǒng)，表示信息還包括集中操控系統(tǒng)當(dāng)前工作狀態(tài)的信息。

3．報警功能。系統(tǒng)具有對自身及集控范圍內(nèi)各計算機聯(lián)鎖設(shè)備運行狀態(tài)和故障進行記錄、提示和報警等功能。

4．封鎖功能。根據(jù)需要可設(shè)置區(qū)間封鎖、股道封鎖、按鈕封鎖等。

5．提示功能。根據(jù)需要可對分路不良區(qū)段、無網(wǎng)區(qū)域等進行提示。

6．跨站/場作業(yè)。具有在同一操控終端上辦理跨站/場聯(lián)鎖作業(yè)的功能，即在一組操作當(dāng)中執(zhí)行在原不同站/場計算機聯(lián)鎖界面上，需分別辦理的作業(yè)內(nèi)容，如:跨站/場組合列車進路功能;站/場間聯(lián)系辦理。

7．系統(tǒng)具有按指令序列經(jīng)人工確認(rèn)觸發(fā)后辦理列車進路的功能。該指令序列由其他系統(tǒng)提供或人工錄入，每條指令中必須包含進路辦理所對應(yīng)的按鈕和執(zhí)行時間等信息。

8．電務(wù)維護終端功能。包括操控終端上所有的操作記錄功能;現(xiàn)場行車設(shè)備運用情況、接收到的報警信息記錄功能;對系統(tǒng)運行狀況進行自我診斷、記錄運行日志等功能。

9．集中操控系統(tǒng)中心對應(yīng)各站/場圖形的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，具備獨立更新維護的能力。

2.1.3 操控方式轉(zhuǎn)換

集中操控系統(tǒng)的操控方式(集控或分控)在行車人員辦理并滿足一定條件時可以相互轉(zhuǎn)換。操控方式轉(zhuǎn)換時，不應(yīng)影響已辦理的列車進路和調(diào)車進路，并防止形成預(yù)排進路。

集中操控系統(tǒng)能保證在集控方式下，對應(yīng)站/場計算機聯(lián)鎖操作界面僅有顯示，不起控制作用;在分控方式下，集中控制系統(tǒng)終端上該站/場僅有顯示，不能辦理聯(lián)鎖作業(yè)。

集中操控系統(tǒng)允許集控范圍內(nèi)部分站/場處于集控，而其他站/場處于分控方式。

1．集控方式向分控方式轉(zhuǎn)換，不檢查任何條件。當(dāng)系統(tǒng)工作在集控方式時，站/場行了一個完整的軌道停電監(jiān)督電路。車人員按下“方式轉(zhuǎn)換”按鈕并正確輸入口令，相應(yīng)站/場即由集控方式轉(zhuǎn)換為分控方式。此時，在集控中心相應(yīng)的操控終端上應(yīng)有提示。

2．分控方式向集控方式轉(zhuǎn)換。當(dāng)系統(tǒng)工作在分控方式時，站/場行車人員按下“方式轉(zhuǎn)換”按鈕并正確輸入口令，集控中心系統(tǒng)行車人員按下相應(yīng)“同意轉(zhuǎn)換”按鈕后，相應(yīng)站/場由分控方式轉(zhuǎn)換為集控方式。此時系統(tǒng)還需檢查以下條件:集控設(shè)備工作正常;計算機聯(lián)鎖在分控方式下沒有正在執(zhí)行的按鈕操作。當(dāng)一個車站對應(yīng)多個操控終端時，需各個終端均同意轉(zhuǎn)換時才可轉(zhuǎn)換。

3．系統(tǒng)故障情況下的操控方式轉(zhuǎn)換。

1)計算機聯(lián)鎖故障時，計算機聯(lián)鎖非操作表示層計算機發(fā)生故障(包括聯(lián)鎖機單/雙機停機重啟)、操作表示層計算機單機發(fā)生故障(包括操作表示層計算機發(fā)生雙機切換)均不應(yīng)導(dǎo)致操控方式發(fā)生轉(zhuǎn)換。操作表示層計算機應(yīng)記錄當(dāng)前所處的操控方式。當(dāng)發(fā)生雙機停機并重啟后，應(yīng)根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)恢復(fù)停機前的操控方式，不導(dǎo)致操控方式發(fā)生轉(zhuǎn)換。操作表示層計算機初次上電時默認(rèn)分控方式。

2)集控中心設(shè)備或網(wǎng)絡(luò)設(shè)備故障時，當(dāng)中心集控服務(wù)器、對應(yīng)的操控終端或網(wǎng)絡(luò)設(shè)備發(fā)生故障并功能恢復(fù)之后，中心的操控方式應(yīng)轉(zhuǎn)為與各站/場計算機聯(lián)鎖一致。

2.1.4 與其他信號系統(tǒng)的結(jié)合

1．集控范圍內(nèi)各計算機聯(lián)鎖均有與TDCS/CTC、信號集中監(jiān)測系統(tǒng)的接口。

2．集控中心系統(tǒng)設(shè)備一般不與列控系統(tǒng)接口。需要時，應(yīng)將計算機聯(lián)鎖納入信號安全數(shù)據(jù)網(wǎng)。

3．集控中心系統(tǒng)設(shè)備具備與大屏顯示系統(tǒng)接口的條件，用于復(fù)示集控范圍內(nèi)的站場顯示信息。

2.2 遠(yuǎn)程控顯系統(tǒng)方案

2.2.1 系統(tǒng)構(gòu)成

計算機聯(lián)鎖遠(yuǎn)程控顯系統(tǒng)(以下簡稱遠(yuǎn)程控顯系統(tǒng))集成現(xiàn)有計算機聯(lián)鎖、信號安全數(shù)據(jù)網(wǎng)等成熟技術(shù)，在既有聯(lián)鎖設(shè)備的基礎(chǔ)上，對應(yīng)增設(shè)遠(yuǎn)程控顯終端，實現(xiàn)在一個技術(shù)站對周邊相關(guān)站/場聯(lián)鎖設(shè)備的遠(yuǎn)程集中控制(合署辦公)。比如北京西客站Ⅰ場集中設(shè)有相鄰各車場的控顯終端，行車人員集中一地操控作業(yè)，合署辦公，系統(tǒng)設(shè)備及通道設(shè)置如圖1所示。

1．系統(tǒng)設(shè)備。遠(yuǎn)程控顯系統(tǒng)由控顯機、通信服務(wù)器、顯示屏、電源轉(zhuǎn)換裝置和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組成，對應(yīng)各站/場計算機聯(lián)鎖需分別配置。

2．網(wǎng)絡(luò)通道。與集中操控系統(tǒng)設(shè)置方式一致。

2.2.2 系統(tǒng)功能

與計算機聯(lián)鎖功能完全一致。樞紐內(nèi)各站/場遠(yuǎn)程控顯終端集中設(shè)置，可優(yōu)化行車人員配置，簡化作業(yè)流程，方便跨站/場行車作業(yè)辦理的各種聯(lián)系。

圖1 遠(yuǎn)程控顯系統(tǒng)構(gòu)成示意圖

2.2.3 操控方式轉(zhuǎn)換

遠(yuǎn)程控顯與車站控顯操作權(quán)限需人工切換，不能同時操作。可通過專用的切換按鈕實現(xiàn)權(quán)限轉(zhuǎn)換，按鈕的操作需要鉛封記錄。非常站控模式下默認(rèn)遠(yuǎn)程控顯為主。各計算機聯(lián)鎖本地控顯終端為熱備狀態(tài)，當(dāng)遠(yuǎn)程控顯終端故障時可立即投入使用。

2.2.4 與其他信號系統(tǒng)的結(jié)合

與集中操控系統(tǒng)方案的接口方案一致。

2.3 區(qū)域計算機聯(lián)鎖方案

2.3.1 系統(tǒng)構(gòu)成

區(qū)域計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)(以下簡稱區(qū)域聯(lián)鎖)是指在多個車站/場區(qū)域內(nèi)，選取其中一個車站/場作為中心控制車站(集控站)，車務(wù)人員在中心控制車站/場對該區(qū)域內(nèi)的所有車站/場的計算機聯(lián)鎖設(shè)備(被控站)進行集中控制。

1．系統(tǒng)設(shè)備。集控站聯(lián)鎖機設(shè)有全部控制范圍內(nèi)車站/場聯(lián)鎖邏輯處理單元和操控顯示終端，并需增設(shè)光電轉(zhuǎn)換器;被控站設(shè)置執(zhí)表單元(I/O采集、驅(qū)動)、光轉(zhuǎn)換器、交換機等設(shè)備。

2．網(wǎng)絡(luò)通道。與集中操控系統(tǒng)設(shè)置方式一致。

2.3.2 系統(tǒng)功能

與獨立計算機聯(lián)鎖功能一致。各被控站可設(shè)置應(yīng)急盤，當(dāng)集控站聯(lián)鎖系統(tǒng)或安全傳輸通道故障時，各被控站值班員啟動應(yīng)急盤，控制各自車站的轉(zhuǎn)轍機，開放引導(dǎo)信號。

2.3.3 與其他信號系統(tǒng)的結(jié)合

1．僅集控站需要計算機聯(lián)鎖設(shè)備與TDCS/CTC系統(tǒng)接口。

2．各站分別設(shè)置信號集中監(jiān)測分機設(shè)備，與本地設(shè)備接口。

3．當(dāng)集控范圍內(nèi)任一車站/場需要與列控系統(tǒng)接口，均在集控站實現(xiàn)。

4．與大屏顯示系統(tǒng)的結(jié)合，同集中操控系統(tǒng)接口方案。

2.4 工程設(shè)計應(yīng)用分析

上述3種集控方案系統(tǒng)構(gòu)成、使用功能各有不同，在工程設(shè)計中可有針對性地進行選擇。下面針對3種方案的差異性及對房屋、用電等外部條件的需求進行對比分析，詳見表1。

3 小結(jié)

本文從運營需求出發(fā)，對樞紐車站信號集控設(shè)計的3種方案進行了逐一介紹，并對3種方案的差異性進行了對比分析，從功能實現(xiàn)方面滿足了集控的使用需求，從工程應(yīng)用方面可為工程設(shè)計提供參考和借鑒。區(qū)域計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)已在工程建設(shè)中有了較多的運用;遠(yuǎn)程控顯系統(tǒng)已經(jīng)在京滬高鐵濟南站及京石客專北京西站等樞紐車站得到了實際應(yīng)用，效果良好;集中操控系統(tǒng)設(shè)備已有成熟產(chǎn)品，存在廣闊的應(yīng)用前景。樞紐車站信號集中控制方案的實現(xiàn)，可優(yōu)化調(diào)度指揮與行車作業(yè)的銜接環(huán)節(jié)，簡化運輸指揮流程，優(yōu)化行車人員配置。

表1 3種集控方案工程設(shè)計應(yīng)用對比分析

［1］中華人民共和國鐵道部．集中操控系統(tǒng)技術(shù)原則(草稿 V2．0)［S］．2011．

［2］秦悅，劉智平．樞紐內(nèi)區(qū)域計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)構(gòu)成方案［J］．鐵道通信信號．2011(7):1－3．

［3］魏艷，李波．鐵路信號工程項目管理系統(tǒng)的實例設(shè)計［J］．鐵道通信信號．2005(12):27－29．

［4］張守利．鐵路信號維護監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)信息管理系統(tǒng)［J］．鐵道通信信號．2008(9):9－10．