TW-2型駝峰自動控制系統升級研究

李茲生，胡衛東

（北京全路通信信號研究設計院集團有限公司，北京 100070）

1 概述

TW-2 型駝峰自動控制系統（簡稱TW-2 系統）1998 年開始上道使用，迄今已成功運用于國內100多個駝峰場，成為駝峰自動化市場的主流產品，期間對系統的控制軟件進行過幾次局部的、漸進式的升級。隨著編組站自動化系統的興起，用戶對控制功能和維護功能的需求愈加智能化和精細化。

1）編組站自動化系統尤其CIPS 系統提出的基于控制指令集的管控一體新要求，對駝峰自動控制系統的自動化程度提出新的更高要求。

2） 操作人員對控制功能甚至提出零人工干預的苛刻要求，控顯界面要求簡潔易操作。

3）維護人員對維護功能的需求不僅僅是查詢檢索能力的加強，更提出設備工況監督、測量設備自動校準等新課題。

4）與相關系統接口越來越多，個別站場多達6、7 個接口，統一管理外部接口、整合監測接口信息勢在必行。

因此需要通過對TW-2 系統軟件進行整體升級，來更好地滿足現場運營和維護的要求。

2 研究目標和內容

為更好滿足用戶對系統功能的智能化和精細化需求，TW-2 型駝峰自動控制系統的升級研究（TW-2 升級系統）確定在不改變現有系統控制部分架構的基礎上，在控顯部分增加綜合服務器，提升數據服務和接口服務能力。重新定義數據結構，并在此基礎上重新編寫控制軟件、控顯軟件和信息檢索軟件等，新開發綜合服務器軟件。研究的主要內容包括如下。

1）通過自上而下的方式重新定義數據結構，數據結構的定義便于數據庫存儲、檢索和挖掘。

2）基于新的數據結構重新編寫核心的溜放進路、溜放速度和調車進路控制軟件；實現控制軟件與速度控制數據的分割，便于速度精調的現場實施。

3）配合控制軟件要求和新的數據結構重新編寫工作站控顯軟件，整合現有操作界面，控顯功能集中到圖形窗和調車單窗界面。

4）新增加綜合服務器，一是統一與外部系統的接口；二是基于SQL 數據庫技術，提升數據維護、存儲和檢索能力。

5）基于新的數據結構重新編寫信息檢索軟件，重新設計維護界面，提高統計分析功能，增強設備性能監督功能。

6）基于新的數據結構開發單機版的仿真和培訓系統；提升溜放進路、減速器過程控制仿真功能。

7）配套開發數據配置工具，自動生成控制、維護、仿真和對外接口所需要的數據配置文件。

3 升級系統結構

TW-2 升級系統分為4 層：用戶操作層、綜合管理層、上層控制層和下層控制層。其系統結構如圖1 所示。

3.1 用戶操作層

用戶操作層采用工控機，按操作人員和操作權限一般分為調車長工作站、調速工作站和維護工作站；用戶操作層通過以太網實現與綜合管理層的通信。

3.2 綜合管理層

綜合管理層采用服務器，通過一路以太網實現與用戶操作層的通信，通過另一路以太網實現與上層控制層的通信，通過VLAN 技術將兩路以太網通信區域隔離。綜合管理層采用雙機溫備工作模式，保證存儲的記錄信息不丟失。新增綜合管理層是與TW-2 系統結構上的最大差別，主要實現以下3 個功能。

1）統一與外部系統接口

將原來分散在用戶操作層不同工作站的外部系統接口統一到綜合管理層中，便于接口信息的整合、記錄和檢索。通過串口轉網絡設備將外部系統接入綜合管理層與用戶操作層的VLAN 區域中，不改變外部系統接口的原物理位置。

2）數據庫服務器功能

作為數據庫服務器，保存上層控制層的報警信息、變化記錄信息及鉤車詳細信息等各種信息，保存外部系統接口信息，保存用戶操作層的操作日志、調車單信息等；保存的上述信息供維護工作站查詢、檢索、統計和回放使用；保存和維護基礎字典類數據。用戶操作層的工作站采用C/S 方式實現與綜合管理層的服務器連接。

3）計劃管理功能

作為用戶操作層與上層控制層之間的橋梁，綜合管理層一方面接收來自用戶操作層的調車單作業計劃，圖形窗選路操作或股道封/解鎖操作，將其轉化為統一的駝峰指令發送到上層控制層；一方面接收來自上層控制層的指令執行反饋和設備狀態信息，整合后發送到用戶操作層供顯示或外部系統接口。實現計劃管理和過程控制的分離。

3.3 上層控制層

上層控制層采用工控機，通過以太網實現與綜合管理層的通信；通過兩路CAN 網實現與下層控制層的通信，一路與聯鎖及進路控制機箱相連，采用高通信速率；一路與調速及測長控制機箱相連，采用低通信速率。上層控制層采用雙機熱備工作模式。

3.4 下層控制層

下層控制機延用自主研制的專用嵌入式微機模塊系列。控制機箱分為聯鎖及進路控制機箱和調速及測長控制機箱，每個機箱最大配置12 塊控制板件。

聯鎖及進路控制機箱通過一路CAN 網實現與上層控制層的通信，調速及測長控制機箱通過另一路CAN 網實現與上層控制層的通信。

4 軟件設計

4.1 數據庫設計

TW-2 升級系統采用Microsoft SQL Server 作為系統的數據庫，結合過程控制系統要求實時性強的特點，從功能上橫向把數據劃分為基礎數據、計劃管理模塊數據、控制模塊數據、日志報警類數據；根據執行的狀態縱向又分為實時數據和歷史數據。

升級系統采用的是關系型數據庫，數據庫中的表都是二維的關系表。每張表對應一種數據結構。控制軟件的數據結構和數據庫中的表一一對應。數據庫的表按照性質分為4 類。

第一類為靜態表，表中的數據描述的是站場和人員崗位相關的不經常變動的數據，在數據庫中以DC_開頭。

第二類為動態表，表中的數據是跟控制和使用相關的動態變化的數據，在數據庫中以DM_開頭。

第三類表為歷史表，歷史表和動態表是基本對應，在數據庫中以DR_開頭。動態變化的數據會隨著時間變化越來越多，需要定期把動態表的數據歸到歷史表中。

第四類為回放表，以REP_開頭，供圖形回放使用。

4.2 軟件模塊設計

與系統結構相對應，升級系統軟件結構也同樣分成4 層：用戶操作層軟件、綜合管理層軟件、上層控制層軟件和下層控制層軟件。每層軟件根據功能分工細化為不同功能模塊。

4.2.1 用戶操作層軟件模塊

用戶操作層軟件由圖形窗、調車單窗、歷史回放、數據查詢分析、數據配置、仿真及系統監控等模塊組成。

圖形窗模塊：接收實時站場情況廣播并按站場形式展現出來，同時處理用戶的人工操作信息。

調車單窗模塊：實現人工編輯調車作業計劃并將計劃送往綜合管理層，同時顯示計劃的實時執行情況。

歷史回放模塊：查看歷史站場顯示及同步的調車作業計劃執行情況。

數據查詢分析模塊：以多種展示方式查看、分析、統計歷史數據，分析設備性能并預警。

系統監控模塊：圖形化展現系統各設備的連接關系、運行狀態、網絡連接或串口連接狀態等；與外部系統接口的連接關系，網絡連接或串口連接狀態等。

登錄窗口模塊：作用一是通過交接班將記錄轉歷史庫。二是通過登錄實現操作權限配置。

4.2.2 綜合管理層軟件

綜合管理層軟件包括數據庫管理模塊、計劃管理模塊和接口管理模塊。

數據庫管理模塊：負責管理和維護基礎字典類數據、計劃類數據、控制類數據（包括操作日志、報警記錄）和各系統接口類數據。實現數據載入、數據更新、數據保存、數據轉歷史、數據檢索等功能及數據庫自身維護。

計劃管理模塊：接收來自調車單的作業計劃，轉化為駝峰指令集發送到上層控制機，并根據作業計劃的變化及時調整駝峰指令集；接收來自圖形窗選路操作和股道封/解鎖操作，轉化為駝峰指令集發送到上層控制機；接收來自上層控制層的指令執行反饋，整合后發送到調車單供顯示；接收來自上層控制層的設備狀態信息，整合后發送到圖形窗供顯示。

接口管理程序：接收來自上層控制層的指令執行反饋和設備狀態信息，整合后發送到外部系統接口；接收并處理來自外部系統接口的輸入信息；保存與外部系統接口的通信日志。

4.2.3 上層控制層軟件

接收綜合管理層發來的駝峰指令集，轉化為進路表和基本進路表；在進路表和基本進路表的基礎上實現調車進路、推送進路、溜放進路（包括手動單溜進路）、股道封鎖和解鎖控制的控制。

峰上調車進路模塊：實現進路選排、進路鎖閉、信號開放、進路正常解鎖、進路取消、重復開放信號及區段故障解鎖等功能。

機車上下峰進路模塊：實現進路選排、進路鎖閉、信號開放、進路正常解鎖、進路取消、重復開放信號及進路故障解鎖等功能。

推送進路模塊：實現進路選排、進路鎖閉、駝峰信號機控制、進路正常解鎖、進路取消、禁溜線或迂回線推送進路控制等功能。

溜放進路模塊：實現溜放命令正常傳遞、溜放鉤車跟蹤、溜放異常處理等功能；整合原下層進路控制板中的溜放進路自動控制功能。

手動單溜進路模塊：實現進路選排、進路鎖閉、進路取消等功能。

間隔制動減速器模塊：實現一、二部位減速器自動定速計算、放頭攔尾計算、間隔控制計算等功能。

目的制動減速器模塊：實現三部位減速器自動定速計算、放頭攔尾計算、間隔控制計算等功能。

股道封鎖和解鎖模塊：實現分路道岔的自動升降級選排和鎖閉、編發線場間聯系等功能。

雙機同步模塊：實現主用機與后備機之間的同步狀態檢查、自動恢復同步等功能。

4.2.4 下層控制層軟件

進路控制板軟件：實現調車進路、推送進路、溜放進路控制相關的采集輸入和控制輸出，保留應急控制處理。

輸入輸出擴展板：實現調車進路、推送進路、溜放進路控制相關的采集輸入和控制輸出。

減速器控制板：實現減速器閉環過程控制，包括溜放速度控制相關的采集輸入和控制輸出。

測長板：實現股道空閑長度的測量。

4.2.5 其他軟件

數據配置軟件：通過繪制站場圖形和設置設備屬性，自動生成字典類基礎數據庫的相應表單。

仿真程序：采用站場顯示作為仿真界面，實現設備狀態仿真，基于指令的自動走行仿真（包括溜放進路、調車進路和推送進路），鉤車速度走行仿真，鉤車速度實時控制仿真；脫離下層控制板，實現單機仿真。

4.3 軟件模塊流程

以上層控制軟件中的推送進路控制模塊為例，該模塊控制流程如圖2 所示。

圖2 推送進路控制流程Fig.2 Pushing route control process

5 結論

TW-2 升級系統已經順利通過第三方室內測試驗證，系統結構合理，各軟件模塊功能完善，人機交互更加友好，系統維護功能極大提升，受到測試方的認可和一致好評。