一種用于鐵路貨場作業的新型進路控制系統

陳安觀

（中鐵大橋勘測設計院集團有限公司，武漢 430070）

1 概述

集裝箱多式聯運具有產業鏈長、高效快捷、集約經濟、安全可靠等運輸優勢，是國內鐵路貨物運輸發展的重要方向。水鐵聯運、公鐵聯運已成為集裝箱長距離“門到門”運輸服務的主要形式，隨著鐵路集裝箱運輸量的增長，鐵路集裝箱列車中轉及編組工作量顯著增加。特別是鐵水聯運項目，為了適應鐵路裝卸線延伸至自動化（無人化）裝卸碼頭的作業需要，將鐵路調車作業和港口碼頭裝卸作業二者協調統一，需要根據港口碼頭裝卸的作業模式及習慣，提出一種新型的調車取送作業聯鎖控制系統和控制方法。

圖2 碼頭裝卸線向鐵路貨場取送作業示意Fig.2 Schematic diagram of taking and delivering operation from wharf loading and unloading line to railway freight yard

2 系統方案

為了適應集裝箱水鐵聯運在鐵路港灣站與港口碼頭棧橋上的鐵路集裝箱裝卸線間的運輸方式和特點，解決采用調車機車推送作業時，對調車機車的進路控制問題，本系統方案提出了一種新型的鐵路集裝箱貨場利用調車機車推送作業的進路控制系統。該系統結構簡單，易于實現，能兼容現有技術的調車機車作業，主要適用于港口碼頭棧橋上的鐵路集裝箱裝卸線采用盡頭線布置，調車機車在列車尾部將整列空車頂推至裝卸線，并將整列裝卸完成的車輛在列車頭部牽引至貨場的運輸場景，其他運輸作業場景下也可參照使用。如圖1、2所示。

圖1 鐵路貨場向碼頭裝卸線取送作業示意Fig.1 Schematic diagram of taking and delivering operation from railway freight yard to wharf loading and unloading line

本系統將車站（車場、貨場等）至碼頭棧橋上的鐵路集裝箱裝卸線的鐵路軌道線路，根據區間線路長度、運輸效率、調車機車運行的最高允許速度、最大制動力、調車車列的最大長度等因素，劃分為若干個連續的、固定長度的軌道控制分區（以下簡稱軌道分區）。

每個軌道分區都具有分區軌道占用檢查，傳遞機車控制信息等功能；有分歧線路（道岔）的軌道分區，還具有道岔控制的功能。所有軌道分區具備聯鎖關系，形成一個有機整體控制系統。

在區間運輸作業線路上，不設置地面信號，系統通過軌道占用檢查設備檢查軌道分區占用情況及定位列車位置，并根據軌道分區占用的順序和邏輯關系，遵循聯鎖進路條件，自動判斷運輸作業的類型和方式，在保證作業安全的前提下，自動下達控制信息。調車機車接收地面控制信息，進行運輸作業。整個運輸作業過程中，調車機車持續不斷地根據地面控制信息運行。

系統采用自動化控制，聯鎖關系檢查及控制過程均無需人工參與，多項運輸作業在保證安全的前提下，可以同時進行，提高運輸作業效率。本系統可保證車站（車場、貨場等）至碼頭棧橋上的鐵路集裝箱裝卸線的鐵路軌道線路區域的鐵路運輸安全，實現高效可靠的運輸作業。

3 系統組成及功能

3.1 系統組成

調車機車推送作業控制系統由控制中心設備、軌旁控制裝置、車載控制裝置3部分組成。系統框圖如圖3所示。

圖3 控制系統邏輯框Fig.3 Logic block diagram of the control system

3.2 控制中心設備功能

控制中心是本系統的人機交互界面，由計算機設備和通信傳輸設備組成。控制中心設備具有與港口自動化控制系統、裝卸作業控制系統、接軌站信號聯鎖系統信息交互的接口功能，同時還具備控制范圍內的地面設備信息采集、地面設備控制和地面設備狀態監測的功能。

控制中心設備有獨立的控制邏輯運算及處理功能，是本系統的核心控制裝置，通過采集軌旁狀態信息，可以獲得列車的位置信息、運行方向，計算列車長度、判斷作業類型、檢查聯鎖關系，控制移頻信息編碼、控制分路道岔等。

3.3 軌旁控制裝置及功能

軌旁控制裝置主要有軌道占用檢查裝置（計軸裝置）、分路道岔轉轍裝置及軌道控制信息發送裝置。

每個軌道分區都有計軸裝置和軌道控制信息發送裝置，具有道岔的軌道分區還有道岔轉轍機裝置。所有軌旁裝置都通過有線方式，連接至控制中心，由控制中心設備控制或者采集軌旁裝置狀態信息。

車輛計軸裝置用于檢查本軌道分區內車輛占用情況及車輛完整性檢查；該裝置能區分列車運行方向、完整占用本軌道分區的時機。

分路道岔轉轍裝置用于控制本軌道分區內分路道岔的運行方向轉換。

軌道控制信息發送裝置用于控制產生表示不同含義的低頻調制的移頻信號，并發送至調車機車上。各種移頻信號根據作業內容和類型的需要進行自定義，調車機車司機根據收到的信息控制調車車列作業。

3.4 車載控制裝置功能

車載裝置由移頻信息接收裝置（機車信號）、自動停車裝置以及列車速度監督裝置組成，該裝置兼容現有技術裝備，適應國鐵調車機車。

4 系統控制及作業方法

為了適應鐵路集裝箱貨場利用調車機車推送車列至港口碼頭棧橋裝卸線的新型鐵路運輸作業方式，提出一種新型的控制系統及控制方法，具體流程和步驟如下。

4.1 調車機車在車列尾部推送車列至港口碼頭棧橋裝卸線作業

調車機車推送車列由車站（貨場）進入本系統控制范圍內第一個軌道分區后，通過計軸設備區分車列的運行方向，當車列完整進入軌道分區后（調車機車完全進入），系統根據車列的總計軸數計算出車列長度，并由此自動判定該作業是調車機車的尾部推送空車列作業。

判定作業類型后，系統根據本車列長度、前一車列尾部的當前位置，在考慮機車制動力、線路曲線等因素，在保證安全的前提下，在車列運行方向的軌道分區尾部（靠近推送調車機車側）通過軌道控制信息發送裝置向鋼軌發送推送作業低頻信息，調車機車司機根據車載設備的顯示信息控制車列運行。推送信息包括允許推送作業、目的地減速、制動停車、線路道岔曲股減速等。

當車列完整進入下一個軌道分區后，由下一分區的軌道控制信息發送裝置開始向鋼軌發送信息，調車機車根據控制信息行車，在調車機車推送作業的過程中，將持續不斷地收到控制信息。

系統根據車列的當前位置，在車列運行前方存在具有分路道岔的軌道分區時，及時控制道岔轉轍裝置運行至正確位置，并在提前一個軌道分區時發送預告信息。

系統根據車列的當前位置，在車列即將進入碼頭棧橋裝卸線時，在提前一個軌道分區時發送目的地減速信息，在車列完成進入裝卸線軌道分區時，發送停車制動信息。

為了保證行車安全，推送作業過程需持續不斷的接收控制信息，當沒有收到信息時，車列立即制動停車。

4.2 調車機車轉線摘掛作業

調車機車在碼頭棧橋裝卸線停穩后，控制系統通過外部接口獲得棧橋裝卸線作業信息，確認已經裝卸完成的車列位置后，根據聯鎖關系，控制調車機車折返轉線作業所需要的相關分路道岔運行至正確位置后，通過軌道控制信息發送裝置向調車機車發送調車轉線作業信息。折返轉線信息包括：機車摘鉤后退、機車停車制動、機車轉線前進等。

4.3 調車機車在車列頭部牽引車列至車站（貨場）股道作業

調車機車通過轉線作業進入已經完成裝卸，準備返回車站（貨場）車列所在的裝卸線后，與車列連掛。控制系統通過外部接口獲得車站（貨場）同意接車的條件后，檢查線路運行方向聯鎖關系，將相關分路道岔運行至正確位置后，通過軌道控制信息發送裝置向裝卸線軌道分區發送車列返回控制信息。調車車列根據控制信息運行至車站（貨場）股道停車。

當車列調車機車駛出本系統控制范圍后，本系統解除對本列車的控制，直到車列完整駛出本系統控制范圍后，本系統解除聯鎖關系。

為了保證行車安全，本系統控制范圍內，返回作業過程需持續不斷地接收控制信息，當沒有收到信息時，車列立即制動停車。

5 技術效果

本系統創新目的是根據集裝箱水鐵聯運在鐵路車站（貨場）與港口碼頭棧橋裝卸線運輸作業方式的特點，利用先進的自動化、信息化技術，利用成熟可靠的現有技術設備，采用新的控制系統和控制方法，提高鐵路裝卸的運輸效率。

本系統結構簡單，設備改造難度小，可靠性高；控制方法技術成熟，兼容性強，靈活可靠，極大程度利用現有鐵路和港口設備設施，適應運輸需求，保證了作業安全。傳統的控制系統和控制方式顯然無法滿足這些要求。

與傳統鐵路調車作業模式相比，本系統及作業方法具有以下有益效果。

1）提出了一種新型的用于鐵路集裝箱貨場至港口碼頭利用調車機車取送作業的信號控制系統及方法。

2）提出了一種在車列運行方向的軌道分區末端發送移頻控制信息的系統和方法，通過對控制信息發送時機的控制，可以有效保證運輸安全。

3）將兩個車站（車場、貨場）間區間劃分成若干個獨立的軌道分區，組成一個系統集中控制，該系統結構簡單，設備組成定型，技術成熟且可靠性高，易于實現。并且可以兼容現有調車機車的信號車載設備控制技術，工程實施難度小。

4）發送至調車機車上的各種不同含義的低頻調制的移頻信號，可以根據作業內容和類型的需要進行自定義，靈活可靠，適用于各種場景下不同的調車作業類型。

5）通過新型的信號控制系統及方法，可以實現調車機車推送作業的全過程控制，自動化程度高，安全性強，減少了調車作業人員，減少了集裝箱中轉作業時間，提高了作業效率。

6 結束語

目前，本文所述的控制系統及方法已獲得發明專利，并在相關的鐵水聯運示范性工程中積極開展工程驗證和實踐應用。

鐵水聯運是國家大力倡導、快速發展的新型交通運輸方式，具有廣闊的發展空間。本文旨在打破傳統思維和行業壁壘，提出適用于港口碼頭裝卸作業效率的鐵路調車作業新方式和自動控制系統，希望能夠起到拋磚引玉的作用，促進鐵水聯運快速發展。