孟令韜 盧佩玲 郝 韜 管偉軍

1 CTCS-2與車站列控中心

客運專線CTCS-2級列控系統(tǒng)基于軌道電路和點式應答器傳輸列車運行許可信息，并采用目標-距離模式監(jiān)控列車安全運行。該系統(tǒng)由地面設備和車載設備構成。列控中心是地面設備的重要組成部分，它控制軌道電路向列控車載設備傳輸列控連續(xù)信息，為列車提供運行前方的閉塞分區(qū)空閑數(shù)量、道岔側向進路等信息;它還控制應答器設備向列控車載設備傳輸點式信息，為列車提供運行前方的進路信息，線路參數(shù)、限速命令等信息。

列控中心必須實現(xiàn)與軌道電路、計算機聯(lián)鎖(CBI)、臨時限速服務器 (TSRS)、相鄰車站列控中心、地面電子單元 (LEU)、信號集中監(jiān)測和調(diào)度集中 (CTC)設備的通信，其具體的接口配置如圖1所示。

2 LKD2-YH型車站列控中心的系統(tǒng)結構

2.1 硬件結構

LKD2-YH列控中心的各組成部分根據(jù)功能不同可以劃分為列控中心邏輯處理主機、電源系統(tǒng)、工作狀態(tài)控制系統(tǒng)、智能IO系統(tǒng)、LEU及切換系統(tǒng)、軌道電路通信盤、維護終端、通信輔助系統(tǒng)等子系統(tǒng)。

2.2 邏輯處理主機

LKD2-YH列控中心邏輯處理主機采用“二乘二取二”的可靠性和安全性冗余結構，如圖2所示。

圖1 列控中心接口配置

圖2 列控中心邏輯處理主機結構

列控中心邏輯處理主機A、B兩系結構完全相同，互為備用;主備之間采用工控專用ARCNET網(wǎng)連接。每系采用雙子系的二取二安全冗余結構，由專用的高性能計算機系統(tǒng)構成，雙CPU獨立運算，使用各自獨立的2個雙口RAM實現(xiàn)大容量信息快速交換，同步運行。采用軟、硬件比較相結合的方式提高系統(tǒng)的安全性，2個CPU分別對運算結果進行軟件比對，只當比較一致時形成軟件輸出命令，同時又分別將獨立運算的結果發(fā)送給獨立設置的硬件比較板，比較板對雙CPU的輸入信息進行比對，僅當比較一致時控制相應的故障繼電器(GZJ)吸起，故障繼電器落下時將切斷對外的所有輸出命令，因此只有在軟、硬件均比較一致時才對外輸出控制命令，確保系統(tǒng)安全。

2.3 車站列控中心的兩系狀態(tài)轉換

LKD2-YH列控中心設置有3個系統(tǒng)繼電器，分別為主控繼電器 (ZKJ)、A機狀態(tài)繼電器 (AZTJ)和B機狀態(tài)繼電器 (BZTJ)。列控中心兩系開機后，在沒有故障的前提下，根據(jù)兩系通信狀態(tài)及繼電器狀態(tài)確定自己的運行方式。

LKD2-YH列控中心設置有切換手柄，當手柄切換到A機位置時，若A機主從CPU運算結果比較一致，則A機升為主控狀態(tài)，B機轉為離線狀態(tài);當手柄切換到B機位置時，若B機主從CPU運算結果比較一致，則B機升為主控狀態(tài)，A機轉為離線狀態(tài);當手柄在自動位置且兩系處于同步狀態(tài)時，如果工作系發(fā)生故障，則工作系立即脫機，備用系轉變?yōu)楣ぷ飨?，故障的一系?jīng)修復后，可以重新進入雙系同步的狀態(tài)。圖3為兩系狀態(tài)轉換示意圖。

圖3 列控中心兩系的狀態(tài)轉換圖

2.4 LKD2-YH列控中心智能IO系統(tǒng)

智能IO系統(tǒng)由IO機籠、智能驅動板 (FIMO)、智能采集板 (FIMI)組成，負責列控中心對外的繼電接口。每臺列控中心主機都配有自己的智能IO系統(tǒng)，2臺主機的智能IO系統(tǒng)間相互獨立。列控中心主機與智能IO系統(tǒng)間由2條CAN總線連接，2條總線上的控制命令相互校核一致時，智能IO系統(tǒng)才能正常工作。

2.5 LKD2-YH列控中心維護終端

維護終端由1臺1U的工控機 (使用WIN-DOWS 2000操作系統(tǒng))及配套的顯示器/鍵盤/鼠標組匣組成，主要用于監(jiān)控并記錄列控中心的運行狀態(tài)。維護終端通過RS-422串口同時與2臺列控中心主機相連，并實時記錄2臺主機的工作狀態(tài)、與外部系統(tǒng)的連接狀態(tài)、與外部系統(tǒng)的通信數(shù)據(jù)、驅動/采集數(shù)據(jù)、錯誤信息等重要數(shù)據(jù)，并在30天之內(nèi)保留這些數(shù)據(jù)以備查詢。

對使用者而言，維護終端是列控中心唯一的人機界面，通過維護終端使用者能夠對列控中心30天之內(nèi)的工作狀態(tài)進行監(jiān)控，并為故障的排查與分析提供幫助。

3 LKD2-YH列控中心的主要功能

3.1 有源應答器報文發(fā)送功能

列控中心給LEU發(fā)送的信息必須采用報文的形式，這些報文是用符合一定規(guī)范的初始用戶數(shù)據(jù)，經(jīng)過信道編碼算法產(chǎn)生的。對用戶數(shù)據(jù)進行信道編碼的目的，是提高應答器與車載設備間的無線信道傳輸?shù)陌踩?。列控中心從車站?lián)鎖系統(tǒng)獲取車站接發(fā)車進路信息，從臨時限速服務器獲取臨時限速命令，根據(jù)臨時限速區(qū)段位置、限速等級，選擇或實時生成應答器報文，通過通信接口傳送給控制該應答器的軌旁電子單元 (LEU)，為列車提供運行前方的進路信息及限速信息。

3.2 有源應答器報文的實時組幀和多處限速功能

為滿足運營維護管理的需求，列控中心有源應答器管轄范圍內(nèi)可同時設置多處臨時限速，臨時限速的起點、終點、限速值可以任意設置，最多可以同時設置3處限速。為實現(xiàn)多處限速的功能，列控中心預先存儲所有應答器報文的方案是無法實現(xiàn)的，列控中心具備實時生成報文的功能。列控中心按照UNISIG SUBSET-036標準對應答器用戶報文進行實時組幀，為避免出現(xiàn)共模故障，列控中心對輸出結果進行比較，確保所編制的應答器報文的正確。為了保證應答器報文編碼的實時性，列控中心設置了最大編碼超時時間，編碼超時后由列控中心向安全側修改原始編碼數(shù)據(jù)并重新嘗試，3次重新編碼均失敗后向LEU發(fā)送列控中心默認報文。

3.3 臨時限速命令的處理

當TSRS下達臨時限速命令時，列控中心首先對接收的臨時限速命令進行驗證，若可執(zhí)行，返回相應的可執(zhí)行限速狀態(tài)，TSRS接收到此限速狀態(tài)反饋后，提醒值班員可正式批準執(zhí)行該臨時限速命令。若不可執(zhí)行，TCC返回不可執(zhí)行限速狀態(tài)，TSRS接收到此限速狀態(tài)反饋后，撤銷該限速命令。

若值班員確認并批準該限速執(zhí)行，可下達執(zhí)行命令，列控中心接收到此命令后，再次對該命令進行驗證，若驗證通過，立即執(zhí)行該限速命令，返回限速命令執(zhí)行回執(zhí)，并視相關進路的情況更新應答器的報文輸出;若驗證未通過，則拒絕執(zhí)行，返回執(zhí)行限速失敗回執(zhí)。TSRS在收到回執(zhí)后即終止命令的重發(fā)。

3.4 軌道電路編碼控制

3.4.1 軌道電路狀態(tài)判斷

列控中心設備通過直接采集軌道繼電器接點狀態(tài)及接收軌道電路通信盤數(shù)據(jù)2種途徑，獲取軌道電路的狀態(tài)。當兩者均為空閑時，認為對應軌道區(qū)段空閑，否則認為占用，當兩者狀態(tài)不一致時，向監(jiān)測系統(tǒng)報警。

3.4.2 軌道電路編碼

列控中心依據(jù)計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)發(fā)送的進路信息、區(qū)間及站內(nèi)軌道電路提供的占用/出清信息，站間安全信息傳輸提供的鄰站所管轄相關區(qū)段的狀態(tài)及其他編碼所需的信息，結合區(qū)間運行方向等條件，按照《機車信號信息定義及分配 (TB/T3060)》標準及相關的技術規(guī)范，計算區(qū)間及站內(nèi)各軌道區(qū)段的低頻碼，并將軌道電路的低頻和載頻信息發(fā)送至軌道電路通信盤，為列車提供運行前方空閑的閉塞分區(qū)數(shù)量。

當采用全進路發(fā)碼方式的車站存在有轉頻的列車進路時，列控中心控制轉頻碼的發(fā)送時機，咽喉區(qū)發(fā)檢測碼，股道發(fā)正常碼;當列車占用上下行載頻分界的絕緣節(jié)前方軌道區(qū)段時，上下行載頻分界的絕緣節(jié)后方軌道區(qū)段開始預發(fā)送轉頻碼，該軌道區(qū)段解鎖或前方閉塞分區(qū)占用后，恢復發(fā)檢測碼。

采用正線和股道發(fā)碼方式的車站，列控中心依據(jù)聯(lián)鎖的進路條件、區(qū)間狀態(tài)計算股道電碼化的低頻碼。若車站存在轉頻的列車進路，列控中心控制轉頻碼的發(fā)送時機為:對接車進路僅當列車占用股道后發(fā)送轉頻碼，2 s后恢復發(fā)送正常碼;對發(fā)車進路的最后一個軌道區(qū)段發(fā)轉頻碼，該區(qū)段解鎖后恢復發(fā)檢測碼。

3.5 軌道電路發(fā)碼方向控制

3.5.1 站內(nèi)軌道電路方向控制

站內(nèi)每個軌道區(qū)段設置1個方向切換繼電器(FQJ)，控制站內(nèi)軌道電路的發(fā)碼方向。列控中心根據(jù)進路方向，驅動進路上相應軌道電路的方向繼電器，控制軌道電路迎著列車運行方向發(fā)碼。

列控中心采集軌道電路方向繼電器的狀態(tài)，當FQJ狀態(tài)由于某種原因與進路方向不符時，列控中心維持原編、發(fā)碼條件并發(fā)送報警信息。

站內(nèi)軌道電路區(qū)段的缺省方向為正向運行方向;列控中心設備初始化時，站內(nèi)區(qū)段發(fā)碼方向置為缺省方向;股道由多個軌道區(qū)段組成時，當列車占用前方軌道區(qū)段時，占用區(qū)段后方的軌道區(qū)段發(fā)碼轉為向另一方向發(fā)碼。

3.5.2 區(qū)間軌道電路方向控制

每段區(qū)間軌道電路設置1個方向切換繼電器(FQJ)，用于改變軌道電路的發(fā)碼方向。區(qū)間軌道區(qū)段的缺省方向為正向運行方向。

車站的每個發(fā)車口 (含反向)設置1個極性保持方向繼電器 (FJ)，用于區(qū)間方向的切換和保持，方向繼電器吸起時表示正向，落下表示反向。由方向繼電器控制本方向管轄范圍內(nèi)每個區(qū)間軌道電路的方向切換繼電器 (FQJ)的方向切換。每個方向繼電器由1個ZGFJ繼電器和1個FGFJ繼電器來控制，列控中心通過控制ZGFJ和FGFJ繼電器來改變發(fā)車口軌道電路的發(fā)碼方向。

當站間通信故障時或列控中心設備故障時，保持區(qū)間方向切換繼電器的狀態(tài)不變。

3.6 區(qū)間運行方向與閉塞控制

列控中心具備控制區(qū)間運行方向的功能，防止雙方向同一區(qū)間發(fā)車，以保證列車的安全運行。

區(qū)間空閑時，區(qū)間運行方向的改變隨原接車站辦理發(fā)車進路而自動實現(xiàn)，當接車站聯(lián)鎖系統(tǒng)發(fā)送正常改方請求信息時，列控中心在確認整個區(qū)間空閑且鄰站沒有辦理發(fā)車進路的情況下，驅動相應的繼電器，完成區(qū)間方向的改變。當區(qū)間軌道電路故障時，可通過輔助辦理方式實現(xiàn)區(qū)間運行方向的改變。

3.7 區(qū)間信號機點燈控制

列控中心根據(jù)區(qū)間的運行方向，列車占用出清狀態(tài)、區(qū)間軌道電路的故障情況，站內(nèi)接、發(fā)車進路的辦理情況等條件，通過輸出LJ、UJ、HJ、LUJ繼電器，直接控制區(qū)間信號的點燈，同時實現(xiàn)紅燈轉移功能。

3.8 站間安全信息的傳輸功能

列控中心間通過冗余雙環(huán)網(wǎng)實現(xiàn)站間安全信息的傳輸，為實現(xiàn)區(qū)間方向控制、臨時限速命令的接收處理、車站聯(lián)鎖辦理發(fā)車進路等提供條件，保證列車在區(qū)間的連續(xù)、安全運行。

站間安全信息的傳輸內(nèi)容主要包括:邊界區(qū)段的占用/出清、邊界信號的燈絲狀態(tài)、閉塞分區(qū)的狀態(tài)及低頻信息、線路改方及臨時限速等信息。

3.9 控制正線有源應答器的LEU切換功能

為提高系統(tǒng)的可靠性，控制正線有源應答器的LEU冗余配置并可實現(xiàn)自動切換，為同一個有源應答器配置2臺LEU，平時2臺LEU同時工作，有源應答器與LEU A相連，在LEU A故障時有源應答器自動切換為與LEU B相連。

為實現(xiàn)此功能設計了LEU切換組匣，為每組冗余配置的LEU配置一個切換組匣，LEU與應答器的連接關系受LEU切換組匣控制。LEU切換組匣中設有4個切換繼電器，分別控制LEU的4個輸出口。切換繼電器吸起時，LEU A的輸出口與應答器相連;切換繼電器落下時，LEU B的輸出口與應答器相連。LEU切換原理如圖4所示，其中LEUQHJ1由列控中心驅動，R1為終端電阻。

3.10 遠程LEU控制功能

有源應答器電纜長度超過2.5 km時，應將LEU設備放置在室外。列控中心通過專用冗余光纖通道與LEU連接通信，實現(xiàn)應答器報文的發(fā)送、LEU狀態(tài)和應答器狀態(tài)數(shù)據(jù)的接收。列控中心配置相應的驅動和采集設備，實現(xiàn)遠程LEU自動冗余切換控制。

3.11 異物侵限防護控制功能

列控中心通過采集異物侵限繼電器 (YWJ)接點，獲取異物侵限信息。當發(fā)生異物侵限災害時，列控中心控制相應區(qū)段的軌道電路無條件發(fā)送H碼，并將異物侵限信息發(fā)送給計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)和集中監(jiān)測設備。H碼，并將異物侵限信息發(fā)送給計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)和集中監(jiān)測設備。

圖4 LEU切換原理圖

4 總結

LKD2-YH型列控中心系統(tǒng)經(jīng)過幾年的研制開發(fā)及多次變更和完善，最終形成了目前較為合理的系統(tǒng)結構。系統(tǒng)借鑒LKD1-YH型列控中心及計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的開發(fā)研制經(jīng)驗，采用自主開發(fā)的軟硬件平臺，具有完全的自主知識產(chǎn)權。LKD2-YH型列控中心目前已經(jīng)在昌九城際、龍漳線安全運行多年，衡柳線、柳南線、南黎線及廣西沿海鐵路等工程正在實施過程中，創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟效益，同時也為我國高速鐵路的發(fā)展做出了貢獻。

［1］ 中華人民共和國鐵道部科技運［2004］14號.CTCS技術規(guī)范總則［S］.2004.

［2］ 中華人民共和國鐵道部科技運［2010］138號.列控中心技術規(guī)范［S］.2010.