智能鐵路運輸系統在三鋼鐵路的應用

游謝睿

摘 要：建立統一硬件平臺、統一軟件平臺和統一網絡平臺下的工礦企業(yè)智能鐵路運輸系統，打破傳統按專業(yè)建立的孤島式信息及控制系統。實現生產過程管理和生產過程控制的深度集成和統一，實現管控一體與協同控制。提高鐵路運輸生產效率，保障鐵路行車安全，減少人為因素造成的各種事故。

關鍵詞：協同控制;深度集成;管控一體;北斗/GPS;鐵路信號;TCP/IP

1 概述

近年來隨著我國經濟的騰飛，信息化技術、自動化技術、網絡通訊技術得到了前所未有的發(fā)展，大量先進的科技產品得到廣泛應用。各行各業(yè)根據自身需求在生產過程管理及生產過程控制中建立了基于現代信息化技術、自動控制技術和網絡技術的行業(yè)專用系統，這些系統極大地提高了生產效率。但是，隨著這些自動化、信息化、網絡化系統的深入應用問題也隨之而來，現有模式下架構的系統基本上都為“煙囪”式的信息孤島系統，系統與系統之間完全獨立架構，相互之間“死不往來”。系統信息化系統、控制系統之間無法實現系統控制，數據交互與協調完全由人工進行。網絡建設重復、復雜，網絡質量參差不齊。因此，在統一硬件平臺、統一軟件平臺和統一網絡平臺下重新構建信息化、自動化和網絡化的全新智慧生產系統勢在必行。

1.1 三鋼物流公司概況

三鋼物流公司鐵路運輸由物流調度，南站作業(yè)區(qū)、北站作業(yè)區(qū)、鐵區(qū)作業(yè)區(qū)組成。南站作業(yè)區(qū)域包括南站、原料站，北站作業(yè)區(qū)包括北站、軋區(qū)、焦區(qū)，鐵區(qū)作業(yè)區(qū)包括鐵區(qū)、6號高爐區(qū)域。物流調度負責全廠線路的總體協調和生產組織，南站區(qū)負責路局列車接發(fā)，局車編組發(fā)出、局車解體和區(qū)域內部分廠之間物資運輸，北站區(qū)域主要負責局車接車，局車解體和區(qū)域內分廠之間的物資運輸，鐵水區(qū)域主要負責廠內車包括煉鐵廠、煉鋼廠之間的鐵水運輸。目前三鋼物流公司所有鐵路車站都建立了傳統的集中式信號聯鎖系統，并以區(qū)域為單位分別在南站、北站、鐵區(qū)和物流調度設置服務器，并以區(qū)域為單位建立調度指揮系統。三鋼鐵路建立的信息化系統、集中式微機聯鎖系統運行至今也有10多年，部分設備接近20年。系統在建立之初采用計算機取代了原始的手工模式，在生產安全性、可靠性和效率方面與人工模式相比具有非常大的進步，滿足了當時運輸生產需要。但隨著三鋼生產規(guī)模擴大，鐵路運量翻倍增長，鐵路生產業(yè)務、鐵路調運模式、鐵路作業(yè)方式都發(fā)生了很大的變化，并且隨著原有信息化和信號系統設備的老化，原有系統和設備已無法滿足現有鐵路運輸作業(yè)要求，需對現有系統進行升級改造。

2 方案設計

2.1 方案總體設計

三鋼智能信息運輸系統是在統一硬件、軟件、網絡平臺下深度集成的綜合應用，系統涵蓋三鋼廠區(qū)的所有鐵路線路，并通過統一接口與集團公司鐵前MES系統共享數據及時正確了解鐵水及鐵運物流動態(tài)。各個子系統之間通過統一接口交換數據并實現協同控制。智能信息運輸系統總體規(guī)劃，分布實施。

2.2 智能物流調度系統設計

智能物流調度系統是運輸生產過程管理系統，系統通過計算機網絡接口為主、電話人工聯系為輔的方式獲取任務，采用多種方式編制調車作業(yè)計劃，調度人員確認無誤后，自動通過鐵路信號微機聯鎖系統進行協同控制，自動辦理聯鎖系統進路，實現多臺機車同時（并行）作業(yè)的運輸智能調度指揮系統。建立信息化系統服務器、建立包含全廠區(qū)域的調度指揮業(yè)務數據庫、線路數據庫等，將三鋼鐵路運輸的各個作業(yè)區(qū)域和處調作為一個整體考慮。通過北斗/GPS系統建立高精度機車定位系統實現作業(yè)過程的精確定位，實現行車過程的動態(tài)監(jiān)控。

2.3 聯鎖系統設計

聯鎖系統是鐵路信號控制的核心設備，是鐵路安全行車的基礎。根據三鋼鐵路站場分布特點和總體設計需要，聯鎖系統采用分布式網絡架構，采用TCP/IP網絡技術作為聯鎖系統的核心傳輸平臺，以網絡為基礎架構，綜合考慮站場室內室外需要。采用通信網絡取代了傳統的電纜，高度集成的功能模塊取代傳統的復雜繁瑣的電氣組合，模塊之間通過標準TCP/IP網絡通信。實現在統一平臺下和智能物流調度的深度集成和融合。聯鎖系統與運輸生產過程管理系統實現網際協同，與智能物流調度實現無縫集成。

2.4 協調控制設計

通過行車計劃、行車邏輯、聯鎖系統基本進路表、列車長度、機車起始位置等自動生成信號聯鎖系統行車進路控制命令。協同控制單元向信號聯鎖系統發(fā)送行車進路控制命令，并監(jiān)控信號聯鎖系統的命令執(zhí)行狀態(tài)，信號聯鎖系統成功執(zhí)行進路命令并辦理行車進路，機車行走完成進路，進路解鎖，機車停車后，協同控制單元發(fā)送下一進路命令。協同控制單元同時辦理站場上的所有機車行車進路，并保證進路符合安全聯鎖關系。

當信號聯鎖系統出現故障并影響到某列機車的行車進路辦理時，協同控制單元暫停受影響進路的自動辦理并報警，未受影響機車正常辦理執(zhí)行。值班人員在任何時候都能夠人工介入暫停、刪除、修改未辦理的行車進路命令。

2.5 車載設備設計

車載設備實現機車定位、機車速度及運行方向采集、聯鎖信號顯示，行車安全控制、作業(yè)計劃打印等功能。采用CPCI前出線的標準19英寸機箱，將電源、CPU、北斗/GPS定位、通訊、速度采集等設計為標準CPCI結構板卡，根據現場實際應用安裝不同板卡實現不同的應用。

3 系統軟件設計

在統一設計思路模式下，智能調度系統、協調控制軟件采用JAVA語言開發(fā)，數據庫采用MySQL開發(fā)。系統軟件主框圖如圖1：

3.1 智能調度軟件開發(fā)

智能調度軟件由調度業(yè)務模塊、通訊模塊、跟蹤定位模塊等構成。每個業(yè)務模塊在后臺建立一個主進程服務，每個服務中根據業(yè)務需要建立對應的工作線程，如果需要處理大量的實時數據，系統將為線程指定服務器核心。

軟件主處理單元：

public static void main（String[] args） {

SpringApplication.run（HzlxApplication.class， args）; ?// 開啟網絡服務

new Thread（udpGetRunnable）.start（）; // UDP報文解析線程

new Thread（udpReceiveRunnable）.start（）; // UDP報文接收線程

new Thread（udpSendRunnable）.start（）;// UDP報文發(fā)送線程

new Thread（genZongRunnable）.start（）; ?// 火車前方進路追蹤線程

new Thread（autoRouteRunnable）.start（）; // 自動進路線程

new Thread（gpsLocateRunnable）.start（）; // GPS定位線程

new Thread（trainRouteRunnable）.start（）; ?// 火車前方進路線程

new Thread（fastUdpGetRunnable）.start（）;// 快速直達UDP報文接收/解析線程

new Thread（lowSpeedRunnable）.start（）;// 低速處理線程

}

3.2 數據庫開發(fā)

以物流公司為基礎建立唯一的數據庫，根據功能和應用需要建立不同的數據表格，數據表格總設計為動態(tài)數據表、歷史數據表和基礎信息數據表。為了便于區(qū)分動態(tài)表采用_d結尾，歷史表采用_h結尾，信息表采用_i結尾。現車表、調度計劃表、主站表等屬于動態(tài)表格，現車表歷史數據表格屬于歷史記錄表，已完成了的調度計劃表屬于歷史表格。下表為現車表，表名：now_local_d。

3.3 線路數據開發(fā)

線路數據庫由基礎數據層，設備層和邏輯運算層等組成。基礎數據層由經緯度坐標點系和線路公里標構成的線路最基本和最小顆粒度信息，主要包含但不僅限于以下內容：坐標點經緯度、海拔高度，每坐標點對應的線路公里標，數據版本、測繪信息等基礎輔助信息等。設備層主要包括但不僅限于以下信息：道岔坐標（岔心坐標），信號機坐標，絕緣節(jié)坐標，道口范圍，關鍵設備坐標（高爐、轉爐），數據版本、測繪信息等基礎輔助信息。邏輯層根據基礎數據層、設備層并結合行車進路、聯鎖關系、站場限速等生成邏輯數據層，邏輯運算層為中間應用層，包含中間數據及一些基礎運算處理。

3.4 協同控制軟件開發(fā)

協同控制軟件運行在系統服務器，采用JAVA語言開發(fā)，協調控制軟件與智能調度軟件屬于同一系統中不同應用服務器。

協同控制主程序：

initDb（）; // 開始初始化調別

while （true） {

currTime = System.currentTimeMillis（）;

updateDcd（）; // 計劃數據同步

cleanExecutedDcd（）; // 已完成計劃清理

executeSendingDcd（）; // 發(fā)送分段發(fā)送的進路

judgeDcdExecuted（）; // 判斷執(zhí)行完成

updateFirstDcd（）; // 查找從列車位置到第一個計劃之間的進路

judgeBack（）; // 判斷原路返回

dcdSelect（）; // 計劃篩選 將所有待執(zhí)行的進路入池

selectByLiansuo（）; // 將所有不滿足聯鎖條件的進路剔除

setTrainPower（）; // 設置權限 并排序

getWaitPool（）; // 得到等待池中的

sendWaitPool（）; // 將等待池中所有的進路發(fā)送

}

3.5 車載軟件設計

車載軟件采用QT開發(fā)，車載軟件包含站場顯示單元、北斗GPS定位單元、通訊單元、IO處理單元、調車計劃顯示及打印單元、速度控制單元等構成。車載主程序如下：

Widget：：Widget（QWidget *parent）

： QWidget（parent）

， ui（new Ui：：Widget）

，timer（this）

{

ui->setupUi（this）;

instance = this;

initWidget（）;

readPointData（）; ? ? ? ? ? //讀取線路數據庫數據

readFromConfigFile（）; ? ? //讀取配置文件

readDevice（）; ? ? ? ? ? ?//讀取站場設備文件

displayDevice（）;

initUtils（）;

startTimer（）; ? ? ? ?//開啟刷新界面的計時器

startCommThread（）; ? //開啟接收線程

startIOThread（）; ? ? //開啟讀io線程

startGpsThread（）; ? ? ?//開啟GPS處理線程

onBoot（）;

player.setPlaylist（&play_list）;

}

4 結束語

三鋼鐵路智能信息運輸系統是在統一硬件、軟件、網絡平臺下深度集成的綜合應用，系統涵蓋三鋼廠區(qū)的所有鐵路線路，并通過統一接口與集團公司鐵前MES系統共享數據及時正確了解鐵水及鐵路運輸物流動態(tài)。各個子系統之間通過統一接口交換數據并實現協同控制。系統首期在三鋼鐵路原料站、北站區(qū)域、6#高爐區(qū)域得到應用。目前系統運行良好，系統開通運行至今穩(wěn)定安全可靠，達到了預期結果。

參考文獻：

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