閆貝貝

（蘭州交通大學(xué)光電技術(shù)與智能控制教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，碩士研究生，甘肅 蘭州 730070）

調(diào)度集中系統(tǒng)的英文簡(jiǎn)稱為CTC（Centralized Traffic Control System）。新一代的CTC即分散自律調(diào)度集中系統(tǒng)，是綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)，采用智能化自律分散設(shè)計(jì)原則，以列車運(yùn)行調(diào)整計(jì)劃控制為中心，兼顧列車與調(diào)車作業(yè)的高度自動(dòng)化的調(diào)度指揮系統(tǒng)。它實(shí)現(xiàn)了調(diào)度智能決策、實(shí)時(shí)遙控、故障安全和信息安全技術(shù)的一體化。計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)是用微型計(jì)算機(jī)和其它一些電子、繼電器件組成的具有“故障—安全”性能的實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖安全可靠，處理速度快，在安全性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性等方面，都具有獨(dú)特的、無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，而且設(shè)計(jì)、施工、維修和使用大為方便。車站計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的站場(chǎng)狀態(tài)信息是分散自律調(diào)度集中系統(tǒng)進(jìn)行邏輯運(yùn)算的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)之一，同時(shí)它又是分散自律調(diào)度集中系統(tǒng)將運(yùn)算結(jié)果付諸實(shí)施的主要對(duì)象。而目前兩系統(tǒng)各自獨(dú)立，在車站僅靠車站自律機(jī)與聯(lián)鎖機(jī)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(guò)建立統(tǒng)一的軟硬件通訊標(biāo)準(zhǔn)，將二者有機(jī)地結(jié)合來(lái)起來(lái)，以提高兩系統(tǒng)的工作效率和可靠性。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.1 原系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分散自律調(diào)度集中系統(tǒng)的控制中心主要由數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、CTC服務(wù)器、通信前置服務(wù)器、行調(diào)工作站、助調(diào)工作站、維修工作站、值班主任工作站等設(shè)備組成，負(fù)責(zé)控制整個(gè)調(diào)度區(qū)段列車的運(yùn)行〔1〕。分散自律調(diào)度集中系統(tǒng)在車站的主要計(jì)算機(jī)設(shè)備包括：雙機(jī)熱備的自律機(jī)、車務(wù)終端和電務(wù)維修終端。計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)由雙機(jī)熱備或二乘二取二的聯(lián)鎖機(jī)、雙機(jī)熱備的操作表示機(jī)及電務(wù)維修機(jī)構(gòu)成。

1.2 兩系統(tǒng)結(jié)合后的結(jié)構(gòu)由兩系統(tǒng)各自的結(jié)構(gòu)設(shè)備可知，分散自律調(diào)度集中系統(tǒng)的車站部分，在操作表示功能上與計(jì)算機(jī)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(diǎn)，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(duì)聯(lián)鎖系統(tǒng)的影響和運(yùn)營(yíng)維護(hù)的方便以及通訊信息的完整性、可靠性、及時(shí)性，可以通過(guò)建立統(tǒng)一的軟硬件通訊標(biāo)準(zhǔn)，將分散自律調(diào)度集中系統(tǒng)和車站計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，使它們形成一個(gè)新的系統(tǒng)。與結(jié)合前不同，車站不再單獨(dú)設(shè)自律機(jī)及車務(wù)終端，計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)也不單獨(dú)設(shè)操作表示機(jī)，而是采用標(biāo)準(zhǔn)的、帶光電隔離的RS-422串行通訊接口將4臺(tái)計(jì)算機(jī)（調(diào)度集中車站子系統(tǒng)的車站自律機(jī)主機(jī)A、備機(jī)B，計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的操作表示機(jī)主機(jī)A、備機(jī)B）交叉互連，構(gòu)成新的雙機(jī)熱備機(jī)。其既擔(dān)當(dāng)自律機(jī)及車務(wù)終端，同時(shí)又承擔(dān)操作表示機(jī)的任務(wù)，稱為車站自律及操作表示機(jī)（如圖1）。這樣就可以保證其中任何一臺(tái)計(jì)算機(jī)發(fā)生故障時(shí)不會(huì)影響通訊的正常進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)了硬件連接的冗余設(shè)計(jì)。除此之外，原先的調(diào)度集中與聯(lián)鎖系統(tǒng)的外部接口被去掉，用機(jī)器內(nèi)部模塊之間的內(nèi)部接口來(lái)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(jiǎn)單、便捷，有利于實(shí)現(xiàn)行車調(diào)度自動(dòng)化。

圖1 車站自律機(jī)與操作表示機(jī)的連接簡(jiǎn)圖

兩系統(tǒng)結(jié)合后，在硬件設(shè)備構(gòu)成上保留了分散自律調(diào)度集中系統(tǒng)在控制中心的數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、CTC服務(wù)器、通信前置服務(wù)器、行調(diào)工作站、助調(diào)工作站、值班主任工作站等設(shè)備，以及計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的車站聯(lián)鎖機(jī)。在車站部分，車站自律及操作表示機(jī)就是調(diào)度集中車站子系統(tǒng)的自律機(jī)和聯(lián)鎖系統(tǒng)的操作表示機(jī)結(jié)合后形成的設(shè)備，電務(wù)維修終端是將調(diào)度集中的電務(wù)維修終端、車務(wù)終端與聯(lián)鎖系統(tǒng)的電務(wù)維修機(jī)進(jìn)行功能集成后形成的。兩系統(tǒng)結(jié)合后的硬件設(shè)備構(gòu)成如圖2所示。

圖2 兩系統(tǒng)結(jié)合后的設(shè)備構(gòu)成

2 兩系統(tǒng)結(jié)合后的信息交換

分散自律調(diào)度集中系統(tǒng)與車站計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)結(jié)合后的最主要功能是，它們之間可靠地進(jìn)行信息交換。只有實(shí)現(xiàn)了可靠的信息交換，才能保證系統(tǒng)的正常通信和運(yùn)轉(zhuǎn)。

2.1 信息交換的內(nèi)容站場(chǎng)表示信息和控制命令是自律機(jī)與操作表示機(jī)信息交換的最重要內(nèi)容〔2〕。在分散自律調(diào)度集中系統(tǒng)與車站計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)結(jié)合所形成的車站自律及操作表示機(jī)內(nèi)部，進(jìn)行這2種信息的交換。

站場(chǎng)表示信息是指車站主要信號(hào)設(shè)備（如信號(hào)機(jī)、道岔、區(qū)段等）的當(dāng)前狀態(tài)，它是自律機(jī)運(yùn)算的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。聯(lián)鎖系統(tǒng)向自律機(jī)傳送的表示信息有站場(chǎng)的接發(fā)車情況、調(diào)車情況、軌道占用與空閑狀態(tài)、道岔狀況和信號(hào)機(jī)表示等，具體如下。

進(jìn)站信號(hào)機(jī)：綠、黃、綠黃、雙黃、黃閃黃、引導(dǎo)、紅、斷絲；

進(jìn)路信號(hào)機(jī)：綠、黃、綠黃、黃閃黃、引導(dǎo)、紅、白、斷絲；

出站信號(hào)機(jī)：綠、綠綠、黃、綠黃、紅、白、白閃、斷絲；

調(diào)車信號(hào)機(jī)：白、白閃、藍(lán)、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(bào)警燈、股道封鎖、區(qū)間封鎖及聯(lián)鎖設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)表示。

控制命令是以按鈕信息為主要內(nèi)容的指令數(shù)據(jù)，操作機(jī)在收到控制命令后模擬相應(yīng)的按鈕動(dòng)作實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖控制。自律機(jī)向聯(lián)鎖系統(tǒng)發(fā)送一條完整的進(jìn)路控制命令，以編碼方式實(shí)現(xiàn)?？刂泼钣校哼x路、取消進(jìn)路、人工解鎖、重復(fù)開放、道岔定位、道岔反位、道岔單鎖、道岔單解、引導(dǎo)進(jìn)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(dǎo)總鎖閉、軌道電路停電恢復(fù)、溜放功能等。

此外，由于自律機(jī)和操作表示機(jī)均為雙機(jī)主備工作方式，為減少信息傳輸量，保證單一的信息來(lái)源，只有主機(jī)才能發(fā)送站場(chǎng)表示信息和控制命令，備機(jī)則始終處于監(jiān)聽狀態(tài)，隨時(shí)準(zhǔn)備在主機(jī)發(fā)生故障后替代主機(jī)運(yùn)行。自律機(jī)與操作表示機(jī)雙方還應(yīng)相互報(bào)告當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)，包括主備機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、是否以自律模式運(yùn)行，以便對(duì)方作出相應(yīng)處理。

2.2 信息交換的技術(shù)信息交換的技術(shù)是分散自律調(diào)度集中系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)結(jié)合的關(guān)鍵，要求其具有高可靠性，這樣才能滿足鐵路信號(hào)設(shè)備高安全性的要求。信息交換的技術(shù)包括串行通信的統(tǒng)一的幀格式和字符轉(zhuǎn)義技術(shù)、心跳幀技術(shù)、CRC校驗(yàn)技術(shù)以及主備冗余技術(shù)〔3〕。

2.2.1 統(tǒng)一的幀格式和字符轉(zhuǎn)義技術(shù) 串行通信是一種簡(jiǎn)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(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行任何封裝，數(shù)據(jù)接收方必須對(duì)接收到的字節(jié)流進(jìn)行分幀，然后才能對(duì)數(shù)據(jù)幀進(jìn)行運(yùn)算處理。在自律機(jī)和操作表示機(jī)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(duì)幀中出現(xiàn)的與幀頭或幀尾相同的字節(jié)按照固定的對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)行轉(zhuǎn)義操作，使接收方能夠完全按照幀頭和幀尾進(jìn)行分幀。

2.2.2 心跳幀技術(shù) 通訊雙方在經(jīng)過(guò)握手建立連接后并不能保證連接的持續(xù)可靠，應(yīng)定時(shí)發(fā)送心跳幀，接收方超過(guò)規(guī)定的時(shí)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(jìn)行故障報(bào)警、主備切換等處理，以保證信息通過(guò)其它連接正常傳送。

2.2.3 CRC校驗(yàn)技術(shù) 串行通訊由于受到外界信號(hào)干擾等原因可能導(dǎo)致信號(hào)偏移，從而使比特流發(fā)生變化導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤。而采用CRC校驗(yàn)技術(shù)是檢測(cè)這種傳輸錯(cuò)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(jìn)行CRC校驗(yàn)，即發(fā)送方在發(fā)送數(shù)據(jù)前對(duì)幀內(nèi)容按照CCITT多項(xiàng)式計(jì)算CRC校驗(yàn)值，并隨幀一同發(fā)送，接收方在收到數(shù)據(jù)幀后再次計(jì)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(shù) 將通訊連接狀態(tài)納入主備切換邏輯中，實(shí)現(xiàn)故障的迅速恢復(fù)。自律機(jī)或操作表示機(jī)主機(jī)在發(fā)生通訊故障后，應(yīng)及時(shí)進(jìn)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(jié)合后的工作流程

兩系統(tǒng)結(jié)合后，車站自律及操作表示機(jī)就成為分散自律調(diào)度集中系統(tǒng)在車站的主要設(shè)備。它能夠依據(jù)調(diào)度中心下達(dá)的列車調(diào)整計(jì)劃和由計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)取得的站場(chǎng)表示信息進(jìn)行自律運(yùn)算，并將運(yùn)算生成的控制命令傳送給計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)執(zhí)行，從而實(shí)現(xiàn)列車運(yùn)行調(diào)度指揮的自動(dòng)化。聯(lián)鎖系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)自律模式和非常站控模式的轉(zhuǎn)換，在非常站控模式下不接收自律機(jī)的控制命令而改由人工操作。車站自律及操作表示機(jī)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(yùn)行調(diào)整計(jì)劃自動(dòng)控制列車運(yùn)行進(jìn)路。在自律分散條件下，調(diào)度中心可人工辦理列車、調(diào)車進(jìn)路。調(diào)度中心通過(guò)人工按按鈕將計(jì)劃及時(shí)發(fā)送到車站，由車站值班員在車務(wù)終端操作按鈕進(jìn)行控制，人工辦理進(jìn)路。如果為列車作業(yè)，進(jìn)路命令需要指定車次；如果為調(diào)車作業(yè)，進(jìn)路命令需要指定調(diào)車作業(yè)時(shí)刻，以避免在時(shí)間和空間上與列車調(diào)整計(jì)劃及實(shí)際運(yùn)行發(fā)生沖突。車站系統(tǒng)將這些操作送至自律運(yùn)算環(huán)節(jié)，將運(yùn)行計(jì)劃變成進(jìn)路控制命令，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)設(shè)備執(zhí)行。如圖3所示。對(duì)于調(diào)車作業(yè)，除上述人工辦理外，亦可輸入調(diào)車作業(yè)計(jì)劃由自律機(jī)自動(dòng)辦理。此時(shí)必須將鉤掛作業(yè)轉(zhuǎn)化為指令，并為每鉤自動(dòng)推算一個(gè)作業(yè)預(yù)計(jì)時(shí)分，根據(jù)該時(shí)分參與自律運(yùn)算。

圖3 車站自律及操作表示機(jī)的工作流程圖

當(dāng)車站與調(diào)度中心通信發(fā)生故障時(shí)，如果車站系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行，則在一定時(shí)間內(nèi)，車站仍可繼續(xù)自動(dòng)控制列車進(jìn)路。因?yàn)檐囌景蚜熊嚺c調(diào)車作業(yè)控制權(quán)集中在車站控制裝置（車站自律及操作表示機(jī)）處，可以不依賴調(diào)度中心的指令而獨(dú)立地處理列車與調(diào)車作業(yè)。

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

計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)采集現(xiàn)場(chǎng)的狀態(tài)信息、實(shí)際列車運(yùn)行信息及調(diào)車運(yùn)行信息，由車站值班員填寫行車日志，發(fā)送給中心的調(diào)度員工作站來(lái)描繪實(shí)際運(yùn)行圖。

4 結(jié)束語(yǔ)

將分散自律調(diào)度集中系統(tǒng)與車站計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合起來(lái)，二者完成相互間的信息交換后，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)向分散自律調(diào)度集中系統(tǒng)傳遞站場(chǎng)基本狀態(tài)信息、分散自律調(diào)度集中系統(tǒng)向計(jì)算機(jī)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(shè)備數(shù)量，簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，降低鐵路運(yùn)營(yíng)成本，而且可以提高二者的運(yùn)行效率和系統(tǒng)的可靠性。它還體現(xiàn)了鐵路控制設(shè)備一體化的趨勢(shì)，符合鐵路信號(hào)新的發(fā)展需要。

〔1〕劉曉娟.遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)理論及應(yīng)用〔M〕.成都：西南交通大學(xué)出版社，2006.

〔2〕林瑜筠，李鵬.鐵路信號(hào)新技術(shù)概論〔M〕.北京：中國(guó)鐵道出版社，2007.

〔3〕吳江嬌，單東.調(diào)度集中系統(tǒng)與車站計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的通訊研究〔J〕.鐵道運(yùn)輸與經(jīng)濟(jì)，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(diào)度集中系統(tǒng)研究〔J〕.鐵道通信信號(hào)，2007（4）：21-22.