準東北站區域計算機聯鎖系統解決方案

卡哈爾江

(新疆鐵道勘察設計院有限公司，烏魯木齊 830011)

隨著近年來中國鐵路干線網的不斷建設和完善，鐵路運輸覆蓋范圍越來越大，運輸能力也不斷增加，隨之而來的是各廠礦企業以及地方的專用鐵路不斷接入國鐵正線。由于各鐵路專用線通常是為廠礦企業服務，在線路長度、車站規模及運量上都較國鐵大線較少，以及設備技術標準存在很大差異。隨著鐵路技術裝備不斷發展變化，如何在減少人員投入的基礎上提高專用鐵路各車站作業效率，便于運營單位對作業人員集中化管理及設備維護，從而達到減員增效的目的已經逐漸成為共識。以準東北站3條地方鐵路專用線接入改擴建工程為例，為解決此類問題展開研究。

1 改建方案內容及特點

1.1 準東北接軌站概況

準東北站位于烏魯木齊鐵路局烏準線五彩灣至準東段，2010年建成投入使用。既有到發線4條(含正線)，預留6條，到發線有效長850 m，預留1 050 m。信號系統配備雙機熱備型計算機聯鎖系統、調度集中系統(CTC)、自動站間閉塞、微機監測系統、ZPW-2000A系列電碼化設備、信號綜合防雷系統等。

從地理位置屬準東煤礦地區，主要為礦區煤炭運輸及建設原材料運輸服務。已有數家地方煤礦企業正建設地方鐵路專用線，由準東北站接軌實現鐵路運輸。按照準東北站現有的車站接發車能力、信號系統的配置已不能滿足多條地方鐵路的接軌要求。

1.2 內容及特點

本次準東北站改建工程考慮由于神華專用線、順天專用線、天池能源專用線，共3條專用線引入準東北站。對車站北咽喉(3條專用線接軌一端)進行相應改建:神華專用線的環形裝車線自3道尾部引出，經神華工業廣場，與工業廣場專用線并肩接回4道尾部;順天專用線自車站Ⅱ道尾部接軌;天池能源專用線自車站1道接軌。在車站南咽喉(準東端)1道尾部設置安全線1條，在車站北咽喉(順天端)外方天池能源正線上設置安全線1條。

信號系統改造采用了區域聯鎖控制方式，以準東北站本站為控制中心構筑區域聯鎖控制，準東北站作為中心控制站，神華、順天、天池能源3條專用線企業站作為被控站。準東北站計算機聯鎖系統改用容錯型計算機聯鎖系統;神華企業站采用雙機熱備型計算機聯鎖;順天、天池能源企業站采用容錯型計算機聯鎖系統。中心控制站和各被控站計算機聯鎖系統執行部分采用全電子執行單元取代傳統繼電器，從而減少設備房屋面積、降低施工難度、縮短工期、減少維修，實現全電子化區域計算機聯鎖系統。這也是本次改建方案的最大亮點。

準東北站與神華專用線企業站采用場間照查電路，與其他兩站采用計軸自動站間閉塞，各被控站站間聯鎖信息通過物理上獨立的雙光纖通道上傳到準東北主控站聯鎖系統。按照區域控制模式，對既有調度集中系統(CTC)、自動站間閉塞、微機監測系統、電碼化設備進行擴容改造。本文只對區域計算機聯鎖系統解決方案展開研究。

2 區域計算機聯鎖系統解決方案

區域計算機聯鎖控制模式作為車站集中控制模式的一種，是對有效距離范圍內的多個車站實現遠程聯鎖控制，它是集計算機聯鎖與網絡、安全傳輸等技術于一體的新型計算機聯鎖技術，實現了一個中心站管理若干個車站，實現多個車站集中聯鎖。

根據投資、運營等多方、多方案比選，本次考慮計算機聯鎖系統采用容錯和雙機熱備混搭型，網絡采用冗余型高速以太網，傳輸層采用物理上獨立的雙通道保證區域聯鎖信息的安全傳輸。各站計算機聯鎖系統執行部分采用全電子模塊，從而構建全電子區域計算機聯鎖系統。

2.1 系統組成

設計區域計算機聯鎖系統的聯鎖功能、系統可靠性、可維性，系統帶載能力及系統抗干擾能力等均滿足鐵道部相關標準和現場的實際需要;系統的仿真測試接口、出廠測試接口和版本校驗技術、防雷和防電磁干擾能力等通過測試，均達到鐵道部的有關技術條件。

準東北中心控制站聯鎖系統由5個子系統組成:①聯鎖子系統(IPS)，②控制臺子系統(MMI)，③值班員臺子系統(GPC)，④電務維護子系統(SDM)，⑤網絡子系統(RNET)，⑥電源子系統(PWR)。

其他3個企業被控站聯鎖系統由6個子系統組成:①聯鎖子系統(IPS)，②控制臺子系統(MMI)，③電務維護子系統(SDM)，④網絡子系統(RNET)，⑤電源子系統(PWR)。

區域計算機聯鎖系統網絡結構見圖1。

圖1 區域計算機聯鎖系統網絡結構

2.2 網絡結構

區域計算機聯鎖系統采用基于高速交換機的以太網冗余網絡結構，進一步加強了網絡系統的可靠性。通過網絡通信的各子系統均安裝有2塊以太網接口卡，將其接入冗余網絡，一條網絡故障，各子系統可以自動通過另一條網絡通信，并在電務維護子系統中給出故障診斷信息，便于及時維護。

準東北中心控制站與各企業被控站站間安全信息傳輸通道采用2根4芯(其中2根備用)單模光纖，光纖采用不同物理路徑獨立敷設。

聯鎖系統之間通過車站故障安全現場總線(FSFB2)安全通信協議進行站間通信，保證通信安全可靠。區域計算機聯鎖站間通信網絡方案見圖2。

圖2 區域計算機聯鎖站間通信網絡方案

2.3 聯鎖執行部分解決方案

各站聯鎖系統執行部分采用全電子模塊取代傳統繼電器，它是以電力電子開關技術為基礎，采用計算機通信、自動檢測等先進技術，實現全部電子化的鐵路信號控制的計算機聯鎖設備。

根據各站車站規模，配置相應的道岔(四線制或六線制)、信號機(列車或調車)、軌道、電碼化、零散、場間聯系及計軸通信等執行模塊，執行模塊與聯鎖下位機通過工業CAN總線進行數據通信。并配置專用監測子系統，用于執行模塊的實時維護監測和其他信號系統間的數據通信。

2.4 主要子系統解決方案

2.4.1 聯鎖子系統

準東北站既有聯鎖改用二乘二取二計算機聯鎖系統;神華的塊煤場采用雙機熱備型計算機聯鎖;順天、天池能源站暫定采用二乘二取二計算機聯鎖系統。

整個二乘二取二聯鎖系統的核心是IPS聯鎖子系統，它由2套“二取二組合故障安全”加“反應故障安全”的專用聯鎖機(IPSA和IPSB)組成。

準東北中心控制站IPS稱為中央邏輯控制(CLC)，其他企業被控站IPS稱為區域邏輯控制(ZLC)。

2.4.2 控制臺子系統

控制臺子系統(MMI)提供計算機聯鎖系統與用戶之間的人機接口，它采用高分辨率的液晶顯示器作為系統的表示設備，車站值班員用鼠標辦理各種作業，系統給予簡潔明了的表示和語音提示。

本次設計在中心控制站設置各被控站的獨立顯示終端，用于各被控站站場圖形顯示及控制，同時根據情況連接1～2套鼠標(被控站信號員使用)。此外根據中心站站場情況，配備液晶顯示器1臺，用于中心控制站站場圖形顯示，同時連接1套鼠標(中心站信號員使用)，并配備1套后臺液晶顯示器用于區域值班員監視站場情況。

MMI應工作于WIN 2000或更高版本的WINDOWS多任務操作系統，在中心控制準東北站運轉室內，設置3臺MMI(N+1熱備結構，2臺在用，1臺備用)，其他企業被控站每站設置1臺MMI。

MMI應采用高可靠的工業控制計算機，通過高速網口或串口與其他系統(子系統)交換信息。

MMI應具備以下功能:

(1)發送控制命令和接收現場表示信息;

(2)MMI之間、MMI與SDM子系統和仿真測試系統之間通過高速網絡交換信息;

(3)完成非安全聯鎖邏輯功能(如選路判斷、表示等);

(4)數字式道岔動作電流顯示;

(5)通過串口或網絡提供聯鎖系統與CTC系統交換信息的接口;

(6)用戶所要求的其他表示與報警功能。

根據運營需要，整個聯鎖方案可提供兩種控制方式:準東北站集中控制方式或其他各企業被控站獨立控制方式。本次設計中心控制狀態為區域聯鎖正常工作狀態，當現場無特殊作業要求，區域計算機聯鎖系統、計軸系統無故障，聯鎖專用通信通道暢通的情況下，區域聯鎖系統所控制的區域內各車站可轉為中心控制狀態。當區域內某站場因改造等特殊作業需要也可以轉為獨立站控狀態。

2.4.3 電務維護子系統

電務維護子系統(SDM)主要解決系統診斷維護及接口設備監測的功能。由工業控制計算機、彩色顯示器、激光打印機、鼠標、鍵盤等組成。

在中心控制站設置1臺SDM，用于對整個區域聯鎖系統的維護，在被控站設置1臺SDM，用于對本站聯鎖系統的維護。

電務維護子系統應具備以下功能。

1)基本功能

(1)IPS的系統診斷:通過高速網絡接收聯鎖處理子系統的診斷結果信息、輸入/輸出信息、全站簡化參數信息、指定參數詳細信息。

(2)通過網絡接收來自MMI和聯鎖機的操作和表示信息，并記錄關鍵操作和表示。

(3)站場顯示、歷史回放。

(4)網絡管理。

(5)通過MODEM實現遠程診斷接入。

(6)通過CAN總線或串口接收微機監測機的監測信息。

(7)根據需要，SDM可以與不同的中央維修中心接口。

2)診斷維護功能

(1)在線監測IPS的工作狀態，診斷并記錄1個月內的工作正常與故障信息。

(2)在線監測冗余網絡的運行狀態，包括雙網和網上各節點的連接工作狀態。當網絡發生故障或某個網絡節點不正常工作時，發出報警信息，并作記錄。

(3)記錄值班員對MMI的各種操作，記錄始、終端及鉛封按鈕操作的時間和次數，并可以在1個月內按時間先后次序查詢。

(4)記錄MMI上的各種站場表示狀態，并可以回放1個月內的MMI站場信息。

(5)在線顯示并記錄1個月內的輸入、輸出碼位信息。

(6)對所測試數據隨時儲存，并可根據需要回放。

3 區域計算機聯鎖系統應急處理方案

3.1 中心控制站故障應急處理

準東北中心控制站因故故障時，如停電、聯鎖機故障無法運行等，其他企業被控站可以通過緊急站控方式，將聯鎖系統的操作控制權切換到本地，在本站的應急控制臺子系統上對車站聯鎖系統進行操作控制。

3.2 被控站故障應急處理

各企業被控站因故故障時，如停電、聯鎖機故障無法運行等，此時被控站聯鎖系統倒向安全側，在準東北中心控制站無法對該被控站進行操作控制，在本站也無法進行操作控制，車站行車應轉入人工指揮模式。

4 配套通信系統的功能要求

通信系統是完成正常運輸行車組織的重要基礎，在本次設計方案中通信系統應具備以下的基本功能。

(1)準東北中心站值班人員、司機之間必須具有良好可靠的語音通信功能，該功能通過無線列調通信系統解決;被控站不設無線列調通話裝置。

(2)中心站值班人員與被控站助理值班員或信號員具有良好可靠的語音通信功能，目前準東北站與塊煤場、天池能源均間設有直通電話，順天站則通過新設的數字調度分系統實現與準東北站語音通信。

由于行車調度將命令下達至準東北中心控制站后，不用再向被控站下達，因此，被控站可不具有與行調通話功能。

5 行車作業組織解決方案

5.1 行車定員配置及職責

本次設計考慮準東北站設區域值班員、助理值班員及信號員(2人)，其中信號員按中心站和被控站分設。負責辦理中心站及被控站接發列車、調車作業。

中心站接收烏準線行調臺下達的日班計劃、階段計劃、有關行車憑證。發生設備故障時，應按規定辦理登銷記手續。

被控站信號員可通過聯鎖控制終端監視本站列車情況。也可與中心站通過“站遙切換”實現控制方式的切換。

準東北站與順天、天池能源站采用計軸自動站間閉塞法行車，當計軸設備故障時采用電話閉塞。采用電話閉塞法行車，行車憑證為路票。

神華企業站由于采用場聯方式且距離較近，企業站可不設行車人員，聯鎖顯示終端可處于關閉狀態，待使用時打開。

順天、天池能源站由于采用計軸設備，若二站不設行車人員，計軸復零安全上存在隱患，這2站需設行車人員。

5.2 接發列車方式

5.2.1 正常接發列車作業

中心站接發列車:中心站設區域值班員、信號員。

(1)區域值班員

①接受列車調度員的調度命令，負責區域內列車運行的組織、指揮工作。確保安全正點和運輸生產任務的完成。

②接受調度命令和區域聯鎖控制范圍內各車站的列車運行計劃和階段計劃。負責向調度員匯報區域內列車運行情況。

③按列車運行計劃、階段計劃和列車運行情況，向相關信號員發出指令。

④向鐵路局行調報告到達列車的編組情況。

⑤負責和鄰站辦理行車閉塞。

⑥向被控站信號員發出指令。

(2)各信號員

①接受相關值班員指令。

②在相應的控制操作臺進行進路的排列、取消、信號重復開放，以及進路的人工解鎖等作業辦理。

③負責接發列車工作中的進路確認、立崗接發列車和調車作業計劃的傳達和布置。

5.2.2 非正常接發列車作業

1)中心站接發列車

(1)區域值班員

①接受調度命令和區域聯鎖控制范圍內各車站的列車運行計劃和階段計劃。負責向調度員匯報區域內列車運行情況。

②通過“站遙切換”授權被控站啟用聯鎖。

③按列車運行計劃、階段計劃和列車運行情況，通過站間電話向被控站信號員發出指令辦理接發列車及調車作業。

④填寫路票，外勤助理值班員檢查核對無誤并加蓋站名章后方可送交司機。

⑤負責和鄰站(含被控站)辦理行車閉塞。

(2)中心站信號員

①在區域值班員授權下確認啟動故障處理。

②接受區域值班員指令。

③故障情況下單操道岔，確認道岔位置，辦理引導總鎖閉，開放引導信號。

2)被控站接發列車

①在區域值班員授權下確認啟動故障處理。

②接受相關值班員指令。

③故障情況下單操道岔，確認道岔位置，辦理引導總鎖閉，開放引導信號。

④通過站間電話負責和中心站辦理行車閉塞。

5.3 調車作業

正常情況下由區域值班員組織區域內調車作業，編制調度命令及作業計劃單送至被控站，由中心站信號員負責相應的控制操作臺進行進路的排列、取消、信號重復開放，以及進路的人工解鎖等作業辦理。被控站信號員接受調度命令及作業計劃單后負責車站調車作業的組織。非正常情況下由區域值班員編制調度命令及作業計劃單送至被控站，由被控站信號員負責組織調車作業。

6 結論

區域計算機聯鎖控制模式，作為一種車站運輸作業集中操控模式，給運輸部門操作人員以及設備的集中管理提供了極大的便利，同時對于企業及地方專用鐵路運輸效率的提高有著積極意義。因此，采用何種集中操控模式，才能最大程度地滿足地方鐵路減員增效、集中化管理的需求尤為重要，以全電子區域聯鎖集中控制解決方案，為類似工程提供了一種與之相適應的信號設計解決方案。

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