牽引供電遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)安全閉鎖功能研究

劇斌 呼和浩特鐵路局調(diào)度所

技術(shù)交流

牽引供電遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)安全閉鎖功能研究

劇斌 呼和浩特鐵路局調(diào)度所

供電調(diào)度遠(yuǎn)動(dòng)裝置增加安全互鎖功能，可以同時(shí)對(duì)多條線路、多條供電臂進(jìn)行閉鎖檢測，能夠確保供電調(diào)度在執(zhí)行停送電作業(yè)過程中做到準(zhǔn)確記錄停送電作業(yè)，按序完成計(jì)劃，防止誤停、誤送電現(xiàn)象的發(fā)生。該軟件開發(fā)完成后可記錄單一供電臂對(duì)應(yīng)的作業(yè)組數(shù)，按照作業(yè)的先后完成順序，實(shí)現(xiàn)作業(yè)之間的相互閉鎖關(guān)系，待全部作業(yè)完成后，經(jīng)調(diào)度員消令確認(rèn)之后，方可解鎖送電，可最大限度的減少誤送電可能性，以此來保障現(xiàn)場作業(yè)人員的人身安全及設(shè)備安全。

遠(yuǎn)動(dòng)裝置 閉鎖檢測 閉鎖關(guān)系 誤送電

1 研制的目的與現(xiàn)狀

由于鐵路實(shí)行天窗作業(yè)的特殊性，加之鐵路牽引供電系統(tǒng)的停電作業(yè)對(duì)鐵路運(yùn)輸?shù)挠绊懨娲?，供電調(diào)度員除與現(xiàn)場人員的聯(lián)系外，還要與列車調(diào)度員對(duì)接，一個(gè)時(shí)間段內(nèi)又穿插有多項(xiàng)作業(yè)，特別是在多種作業(yè)方式交叉、嵌套時(shí)，會(huì)造成供電調(diào)度人員誤送電，誤送電一方面會(huì)對(duì)現(xiàn)場作業(yè)人員的人身安全構(gòu)成極大的威脅，另一方面極易造成對(duì)供電、電務(wù)等行車設(shè)備的損害，進(jìn)而影響鐵路的正常行車秩序，因此供電作業(yè)安全是目前鐵路部門面對(duì)的一大課題，在遠(yuǎn)動(dòng)操作系統(tǒng)增加功能以避免和防止誤操作成為供電調(diào)度的研究方向。

牽引供電操作，我局多年以來一直采用人工檢索執(zhí)行計(jì)劃方式。這種方式存在如下諸多問題：

1）采取人工檢索計(jì)劃，容易造成計(jì)劃遺漏。

2）采用人工直接進(jìn)行停送電作業(yè)，容易發(fā)生誤操作。

鑒于上述原因，急需研制一種方案、確保遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)能夠嚴(yán)格按照計(jì)劃有序進(jìn)行停送電作業(yè)。

研究主要內(nèi)容：

1）安全閉鎖方案整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和算法研究

2）閉鎖算法的選擇和研究

3）作業(yè)嵌套和作業(yè)疊加技術(shù)的研究

4）計(jì)劃的管理和操作的研究

5）供電臂管理的研究

6）供電臂和操作對(duì)象關(guān)聯(lián)的研究

2 牽引供電操作閉鎖功能的組成及各部分功能

硬件布局如圖1所示：

牽引供電操作閉鎖功能主要由計(jì)劃管理、供電臂管理、操作和閉鎖檢查四部分組成。如下圖2所示。

圖2 牽引供電遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)安全閉鎖功能結(jié)構(gòu)圖

2.1 計(jì)劃管理

計(jì)劃管理，是牽引供電安全閉鎖操作的核心，包括：計(jì)劃的制定，計(jì)劃的編號(hào)、標(biāo)題、涉及的線路和供電臂，計(jì)劃是否完成等內(nèi)容。

2.2 供電臂管理

包括供電臂的定義，供電臂的維護(hù)及和線路關(guān)系的維護(hù)，供電臂的增加，刪除，修改和查詢等功能。

2.3 供電臂和操作對(duì)象關(guān)聯(lián)關(guān)系管理

正常的遠(yuǎn)動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)中，都是以面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)思想而設(shè)計(jì)的，作業(yè)中，對(duì)開關(guān)或者刀閘的操作都是以開關(guān)和刀閘作為操作對(duì)象。但是在制定作業(yè)計(jì)劃時(shí)，是以線路為基礎(chǔ)進(jìn)行制定計(jì)劃的，包括多個(gè)操作對(duì)象，由于這種不同業(yè)務(wù)領(lǐng)域之間的關(guān)系的差異，因此必須定義供電臂和操作對(duì)象之間的關(guān)系，并且能夠?qū)@種關(guān)系進(jìn)行相應(yīng)的維護(hù)操作。

2.4 閉鎖關(guān)系檢查

對(duì)開關(guān)或者刀閘進(jìn)行操作時(shí)，必須進(jìn)行計(jì)劃的閉鎖檢查，對(duì)在計(jì)劃中的開關(guān)和刀閘進(jìn)行閉鎖控制。簡單的閉鎖檢查只要檢查該操作對(duì)象是否在計(jì)劃中被允許即可，對(duì)于計(jì)劃嵌套的計(jì)劃，除了檢查當(dāng)前計(jì)劃以外，還要檢查上一級(jí)計(jì)劃是否完成，對(duì)于處于交叉區(qū)域或者疊加區(qū)域的操作對(duì)象，還要檢查其他的計(jì)劃是否允許操作。

3 牽引供電操作閉鎖功能的設(shè)計(jì)

牽引供電安全閉鎖功能的主要目的就是為了確保安全性，算法關(guān)鍵在于保證閉鎖的準(zhǔn)確性、安全性，閉鎖算法的選擇對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)至關(guān)重要。因此，設(shè)計(jì)時(shí)我們著重對(duì)安全閉鎖關(guān)系的安全性和準(zhǔn)確性進(jìn)行考慮。

3.1 方案選擇

安全閉鎖方案的選擇是設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，我們?cè)O(shè)計(jì)是能夠準(zhǔn)確的定位每個(gè)操作對(duì)象和相應(yīng)的供電臂是否在計(jì)劃中，如果符合計(jì)劃，則允許執(zhí)行，否則禁止對(duì)相應(yīng)的對(duì)象進(jìn)行操作。

設(shè)計(jì)時(shí)需要綜合考慮計(jì)劃的嵌套，確保和操作對(duì)象相關(guān)的所有計(jì)劃都允許操作，才能夠進(jìn)行操作。

因此，本課題中采用了基于規(guī)則閉鎖系統(tǒng)的安全閉鎖算法。包括了對(duì)于規(guī)則的驗(yàn)證，規(guī)則的管理、規(guī)則的觸發(fā)和執(zhí)行。在應(yīng)用中，可以跟實(shí)際的系統(tǒng)結(jié)合，有效的根據(jù)事件觸發(fā)執(zhí)行規(guī)則中的動(dòng)作，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行閉鎖檢查。

本課題提出的規(guī)則閉鎖系統(tǒng)主要由以下幾部分組成，規(guī)則輸入、規(guī)則驗(yàn)證、規(guī)則管理和規(guī)則執(zhí)行部分。規(guī)則系統(tǒng)在系統(tǒng)的上層，規(guī)則輸入作為用戶接口，與用戶交互，規(guī)則驗(yàn)證和規(guī)則管理是規(guī)則內(nèi)部的處理邏輯，對(duì)規(guī)則進(jìn)行合法性驗(yàn)證和功能處理。規(guī)則的執(zhí)行與底層系統(tǒng)緊密相關(guān)，需要底層的支持。整個(gè)規(guī)則系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)如圖3所示：

圖3 安全閉鎖規(guī)則系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)

3.2 計(jì)劃管理的設(shè)計(jì)組成

3．2．1 數(shù)據(jù)庫模塊

在計(jì)劃的管理模塊中，內(nèi)容主要包括計(jì)劃號(hào)、線路、供電臂和相應(yīng)的操作對(duì)象。

3．2．2 數(shù)據(jù)庫管理和維護(hù)模塊

包括計(jì)劃的存檔、修改、刪除、查詢、打印等功能。

3.3 供電臂管理的設(shè)計(jì)組成

3．3．1 數(shù)據(jù)庫模塊

供電臂管理模塊內(nèi)容主要包括供電臂名稱、代碼、和線路等信息。

3．3．2 數(shù)據(jù)庫管理和維護(hù)模塊

供電臂數(shù)據(jù)庫維護(hù)和管理模塊包括，供電臂的輸入、存檔、修改、刪除、查詢、打印等功能。

3.4 安全閉鎖檢查功能的設(shè)計(jì)過程

1)開始操作，遙控操作程序把要操作的對(duì)象和相應(yīng)的操作發(fā)送到計(jì)劃管理服務(wù)器。

2)計(jì)劃管理服務(wù)器，接收到相應(yīng)的需要操作的對(duì)象和相應(yīng)的操作送到閉鎖規(guī)則檢查庫中進(jìn)行規(guī)則檢查，經(jīng)過各種規(guī)則的推理之后，規(guī)則系統(tǒng)給出推理結(jié)果。

3)計(jì)劃把閉鎖規(guī)則檢查系統(tǒng)的推理結(jié)果發(fā)回到調(diào)度員工作站。

4)操作員的工作站根據(jù)規(guī)則閉鎖系統(tǒng)的返回結(jié)果判定本次結(jié)果是否能滿足操作要求來決定是否能夠操作。

4 安全閉鎖功能的實(shí)施步驟

4.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的錄入

實(shí)施前，首先錄入和系統(tǒng)相關(guān)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，包括線路的定義，線路代碼、線路名稱，供電臂編號(hào)、名稱，線路和供電臂之間的關(guān)系，供電臂和操作對(duì)象之間的關(guān)系。

4.2 計(jì)劃的導(dǎo)入

首先要根據(jù)實(shí)際情況導(dǎo)入制作計(jì)劃，包括計(jì)劃的名稱，計(jì)劃涉及的線路和供電臂和相關(guān)班組。

4.3 計(jì)劃的執(zhí)行過程

1）開始操作，遙控操作程序在后臺(tái)把要操作的對(duì)象和相應(yīng)的操作發(fā)送到計(jì)劃管理服務(wù)器。

2）計(jì)劃管理服務(wù)器，接收到相應(yīng)的需要操作的對(duì)象和相應(yīng)的操作送到閉鎖規(guī)則檢查庫中進(jìn)行規(guī)則檢查，經(jīng)過各種規(guī)則的推理之后，規(guī)則系統(tǒng)給出推理結(jié)果。

3）計(jì)劃把閉鎖規(guī)則檢查系統(tǒng)的推理結(jié)果發(fā)回到工程師站。

4）閉鎖檢查結(jié)果滿足執(zhí)行條件，停電時(shí)系統(tǒng)會(huì)提示“本次操作在正常的計(jì)劃中，可以操作！”，如果不滿足執(zhí)行條件，系統(tǒng)會(huì)提示警告信息“警告，本次操作不在計(jì)劃之內(nèi)，是否強(qiáng)制執(zhí)行，并且這種執(zhí)行具有危險(xiǎn)性！”，來提示操作員本次操作的風(fēng)險(xiǎn)性，由操作員來決定是否執(zhí)行本次操作。執(zhí)行停電操作后系統(tǒng)會(huì)啟動(dòng)閉鎖條件，當(dāng)作業(yè)結(jié)束，所有閉鎖條件均解除，滿足送電條件時(shí)，方可執(zhí)行送電操作。當(dāng)調(diào)度員由于確認(rèn)不到位，執(zhí)行送電操作時(shí)系統(tǒng)會(huì)返校失敗拒絕操作，并會(huì)發(fā)出提示告警告信息“警告，本次操作危險(xiǎn)！”。

5 模擬實(shí)驗(yàn)

5.1 搭建模擬平臺(tái)

以含A供電臂和B供電臂有施工計(jì)劃為基準(zhǔn)，進(jìn)行相應(yīng)的施工計(jì)劃閉鎖實(shí)驗(yàn)，對(duì)功能進(jìn)行驗(yàn)證。

5.2 簡單施工計(jì)劃安全閉鎖

首先進(jìn)行簡單的單個(gè)施工計(jì)劃閉鎖。

1）不制定施工計(jì)劃，選擇一個(gè)開關(guān)進(jìn)行停電遙控，當(dāng)執(zhí)行遙控操作時(shí)，系統(tǒng)提示“警告，本次操作不在施工計(jì)劃之內(nèi)，是否強(qiáng)制執(zhí)行，并且這種執(zhí)行具有危險(xiǎn)性！”，點(diǎn)擊取消，遙控操作退出，點(diǎn)擊執(zhí)行，遙控強(qiáng)制執(zhí)行，遙控操作成功。

2）制定一個(gè)施工計(jì)劃，并且該計(jì)劃中包括該操作對(duì)象涉及到相應(yīng)的供電臂。當(dāng)執(zhí)行遙控操作時(shí)，系統(tǒng)提示“提示，本次操作在施工計(jì)劃之內(nèi)，是否執(zhí)行？”，點(diǎn)擊取消，遙控操作退出，點(diǎn)擊執(zhí)行，執(zhí)行正常遙控操作，停電遙控操作成功后加入閉鎖條件，執(zhí)行送電操作時(shí)，該供電臂上施工計(jì)劃結(jié)束解除閉鎖，點(diǎn)擊送電，遙控操作成功。該供電臂上施工計(jì)劃未結(jié)束，點(diǎn)擊送電，遙控操作失敗。

5.3 復(fù)雜施工計(jì)劃安全閉鎖對(duì)應(yīng)幾個(gè)施工計(jì)劃該供電臂上就添加幾個(gè)閉鎖條件

1）首先制定一個(gè)施工計(jì)劃A，然后制定一個(gè)該施工計(jì)劃的子計(jì)劃A1，啟動(dòng)A計(jì)劃和A1計(jì)劃都包含相應(yīng)操作對(duì)象的供電臂。

2）首先進(jìn)行開關(guān)操作，執(zhí)行時(shí)顯示，當(dāng)前操作在計(jì)劃中，能夠正常操作。

3）A計(jì)劃和A1計(jì)劃停電遙控操作成功后加入閉鎖條件，即對(duì)應(yīng)幾個(gè)施工計(jì)劃該供電臂上就添加幾個(gè)閉鎖條件，執(zhí)行送電操作時(shí)，該供電臂上施工計(jì)劃全部結(jié)束解除閉鎖，點(diǎn)擊送電，遙控操作成功。該供電臂上施工計(jì)劃未全部結(jié)束，點(diǎn)擊送電，遙控操作失敗。

6 施工計(jì)劃安全閉鎖功能的優(yōu)點(diǎn)

①閉鎖功能準(zhǔn)確，完全采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行閉鎖關(guān)系檢查

②檢測閉鎖時(shí)間短，工作效率大幅度提高

③可以同時(shí)對(duì)多條線路、多條供電臂進(jìn)行閉鎖檢測

④操作過程簡單、方便，減輕了工作人員的工作負(fù)擔(dān)

⑤檢測過程操作端完成，避免了人工檢查的弊端，安全性高

7 結(jié)束語

計(jì)劃閉鎖功能是我們經(jīng)過學(xué)習(xí)調(diào)研，吸取路內(nèi)其它單位失敗經(jīng)驗(yàn)并結(jié)合實(shí)際應(yīng)用需求提出的。該研究設(shè)計(jì)的計(jì)劃閉鎖功能，緊密結(jié)合實(shí)際，具有極高的推廣應(yīng)用價(jià)值。

[1]J.Bhasker.Verilog HDL硬件描述語言[M].徐振林.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2006:1~116.

[2]柳永智.電力系統(tǒng)遠(yuǎn)動(dòng).中國電力出版社，2006-10

[3]屈志堅(jiān)陳劍云分布式遠(yuǎn)動(dòng)調(diào)度系統(tǒng)中實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的研究與實(shí)現(xiàn)計(jì)算技術(shù)與自動(dòng)化2004年01期

[4]高速鐵路接觸網(wǎng)安全工作規(guī)則TG/GD108-2014

[5]普速鐵路接觸網(wǎng)安全工作規(guī)則TG/GD115-2017