信息联锁技术

2010-05-08丁昆

铁路通信信号工程技术 2010年5期

丁昆

（北京全路通信信号研究设计院，北京 100073）

编组站综合自动化系统（CIPS）已在成都北、武汉北、贵阳南编组站投入使用，其标志性功能是所有列车、调车进路均按计划自动办理执行，不再需要值班员/信号员人工操作或确认，最大创新点是进路办理的自动择机/择路，使列车/调车共存的进路全自动办理达到了实用化程度，其中信息联锁技术发挥了关键作用。

1 信息联锁概念

信息联锁的概念从车站联锁技术延伸而来。

车站联锁的思想可理解为一种算法：以进路操作办理为激励，以车站的道岔、信号机和轨道电路表示信息作为开关量采集输入，通过严谨、约束的逻辑运算，按进路规则形成相应的开关量输出，驱动转辙机并锁闭在正确位置，驱动信号机开放指挥行车，保障机制贯穿于选路、进路锁闭和进路解锁的全过程。车站联锁的算法常用二进制组合/时序逻辑，或布尔代数逻辑运算，或逻辑运算语言，因此可称为逻辑联锁。

同理，信息联锁技术是一种算法：以调度计划为激励，以进路状态信息和生产状态信息为输入，通过严谨、约束的数学运算，按照生产的客观规律输出进路的操纵（始终端按钮），驱动联锁装置控制行车，保障机制贯穿于计划创建、执行和完成的全过程。信息联锁在逻辑联锁之上提供更高级、更智能和更广泛的功能和安全架构，参与运算的数值有时间、地点、资源、机车、现车和因果逻辑等信息，超出了以逻辑运算为主的传统联锁。由于参与运算的数据量较大，运算更为复杂，通常需要一定规模的数据平台和性能更高的信息处理平台支撑。逻辑联锁属于典型的工业自动化技术，信息联锁不仅需要过程控制技术的支撑，还需要结合信息处理技术的支持。

2 信息联锁实现

逻辑联锁中，进路是将站场零散孤立的道岔、轨道区段和信号机组织成严密、确切制约关系的逻辑链和主脉络，通过这条关系链，联锁逻辑驾驭从进路诞生到消失的全过程。以6502继电式联锁为例，选择/执行组的多条站场型网络线，以进路为单位将相关的逻辑组合在一起，构成链接关系。

同理，信息联锁也需要以某种规律、确切的链路形式固化相关的制约。以编组站为例，将信息联锁的实现可归纳为7条关系链，共同作用构成约束网，进路按计划自动执行的全过程均受到来自不同链路的规范和限制。

2.1 生产流程

车站有不同的生产环节，各个环节之间按照特定的生产工艺被联系和组织在一起，这就是生产流程链。以编组站有调中转为例，生产流程如图1所示，每个环节还可展开和细化，例如其中接车环节的分层流程如图2所示。此外还有无调中转、货运、车辆站/段修等其他生产工艺，构成编组站生产工艺集合。生产流程反映了生产的规律，通常是必须严格执行的刚性标准。生产流程链所要求的工艺顺序和生产约束是信息联锁所要保障的第一链，从计划创建开始直到执行结束都必须受到管制。

流程链接的信息要素包括地点、时间、因果、机车和车辆，必须从这些信息的角度保障上下游工序对接，流程图中体现的生产顺序和串/并联要求，是信息联锁控制执行的重要依据。受信息联锁严管下的进路自动办理，不应该出现择路或/和择机不当而背离生产流程的冒险行为。

计划创建、修改、取消、优化和下达，以及计划由人工决策或自动决策不属于信息联锁范围，但是从头至尾保障不得安排和实施违背生产规律的计划是信息联锁的重要职责。计划是自动执行的信息源头，如果计划阶段没有工作流程链保障，执行阶段将无法履行。

按照生产流程和工艺编制调度计划是硬道理，但是没有信息联锁参与的传统调度计划信息处理没有强制手段，尤其按生产环节分平台管理不同调度计划模式也不具备流程链接核查条件，完全靠人在平台之外遥相呼应维持计划不违背生产流程，因此计划间不同步、相互矛盾很常见。信息联锁的流程链约束机制保障了计划的一致、完整和合规，使计划间的间接关联关系直接用流程链接绑在一起，这是计划能够按生产流程自动执行的必要条件。

2.2 计划排队

同一个生产对象在不同生产环节的加工处理顺序为流程链，不同生产对象在相同生产环节的处理顺序为计划排队链。

同环节的加工排队根据资源可利用情况分为串行、平行和混合型，例如解体环节的单推单溜为串行，双推单溜为并串行——并行预推串行溜放，双推双溜为平行，当具备并行条件时尽量采取并行作业，显然可以提高工效。

无论串、并行均存在顺序管理问题，计划排队的次序选择属于决策优化问题，但是信息联锁必须按照计划链管理其顺序，并限制如下。

（1）始终保持执行顺序与计划排队顺序相一致，不得违背。任何自动择路或/和择机不当而背离计划排队顺序，均为信息联锁要阻止的冒险行为。

（2）作为可事先安排的排队顺序，可以根据需要在计划层面随时调整，但临界点在未执行前，一旦进入执行程序，进入不可逆转状态，必须限制计划排队顺序的再调整。

2.3 车流链接

图1中解体环节与集结环节之间属多对多关系，即每个解体对应多个集结，每个集结又对应多个解体，其间没有简单直接的因果关系，其内涵是车辆交接，称为车流链接。类似情况还有图中未表述的解体与取送（编组站取送环节有交流、货场、站/段修车等地点取送车作业）、取送与编组、取送与取送、无调中转列车的减轴/补轴与发车等，这些生产环节之间均存在现车交接而发生因果关系。

信息联锁抓住这个客观规律，形成这样一个机制：进路的办理与使用自然伴随现车的移动，凡是改变现车分布的计划在被执行前，均必须以当前实时现车为基础，检查执行后所形成的现车与计划现车绝对一致。如果不一致，说明其他生产环节尚未完成，需等待直至一致后才可执行，由此解决了流程链和计划链无法表述的隐性工序链接问题。

更有意义的是，现车是各生产工序的产物，流通在各生产环节之间，从物流的角度，与流程链接和排队链接暗中吻合；执行过程中若违背流程链或排队链，同时会导致车流链断裂；车流链检查作为通例构成自动执行的安全保障底线，可起到重复检查和多重约束的作用。

传统上计划现车信息是调度计划的组成部分，但是为了车流链检查的需要，信息联锁需根据每一步执行结果反馈，动态地维护实时现车信息，倘若实时现车更新不及时会影响其他环节的及时执行。

2.4 机车链接

机车资源的合理运用是计划决策的一部分，同一台机车在不同生产环节的生产是串联的，以推峰调车机为例，机车按调度计划的顺序安排周而复始地执行推峰任务。信息联锁充分利用机车链接提供以下限制和安全保障。

（1）按机车链保障执行顺序与计划顺序相一致。

（2）保障同机车链的执行过程为串行，上一个工序执行结束，下一个工序才能开始。

（3）机车链接顺序作为计划可任意调整，但必须限制在未进入执行程序之前。

（4）同机车链接下的进路保持物理上连续。

2.5 规章链接

为生产制定的一系列规章制度是保障生产安全和生产质量的大纲，传统上这些规章制度常以书面形式表述在各种标准和站细文本，用于规范运营人员的行为达到安全生产的目的。信息联锁中的规章链接,则是将这些规定变成算法中的约束规则，从技术上限制在计划创建、调整和执行中的违规行为。以编组站为例，常见的规章链接如下。

（1）隔离规则：危险品货物在现车和列车编组中的限制。

（2）调车规则：特殊车辆/货物的调车限制。

（3）编组规则：货物列车编组的车流组织要求。

（4）编挂要求：列车牵引定数和车辆编组状态的限制。

规章是调度计划应遵守的“游戏规则”，信息联锁以规章链接构成调度计划的限制门槛和强制规范。如果没有信息联锁的规章链接约束，调度计划及其执行过程中是否违章，只能凭借调度人员/运转人员的责任心，其阴影总是挥之不去。

2.6 优先顺序

所谓计划离不开生产进度的要求，即时间坐标。信息联锁参与规划不同计划在不同生产环节的时间对接，然而执行进度仅仅是合理安排计划的参考信息，并不构成约束和制衡，尤其不允许在无联锁保障的情况下，简单地按预定进度要求办理进路和执行计划，但是在优先顺序链的算法中，时间坐标将发挥重要作用。

不同计划、用不同机车、在不同生产环节、无车流交接的生产通常为平行作业，构成没有强制顺序的平行高效生产，但仍旧会因争抢站场的共用资源发生交集，表现为进路上相互影响，于是存在择路避让和避不开时优先顺序的裁决问题。

发现相扰的方法是判别不同计划的进路在时间与空间上同时相交，为了路权裁决的目的，信息联锁唯有以进路为单位更加精细地测算生产进度，才能真实客观地发现相扰，继而作出正确的优先顺序裁定，其测算方法如下。

（1）按调程（调车）或行程（列车）以及不同的走行速度计算进路走行的起止时间，要计入列车/调车所牵引车辆的在途长度。

（2）若调车进路有折返，应按折返点计算调程。

（3）动态地根据进路的实际反馈，随时重新调整后面进路的进度预期，包括根据实际开始调整预计结束。

已知相扰，信息联锁的优先原则是急用先行，具体方法例如列车优先、先到先走（按开始时刻优先）、占用期短优先（按结束时刻优先）等，相扰情况下的平行进路算法和裁决算法充分体现了信息联锁也是智能联锁。

在计划将要执行前和执行中发现相扰，通过选择不同的路避开或减少相扰，避不开时决定优先顺序，按先走先触发控制路权，这是信息联锁为计划的执行动态建立的优先顺序制约链，不在调度计划的内容之列。

2.7 进路链接

进路是信息联锁最终要解决的问题，但是“进路”词汇和概念在信息联锁中已显贫乏，补充定义及其对应关系如下。

经路—路径—长进路—基本进路—区段

经路指完成一个生产工序所走进路的总和，允许跨场和折返，经路的不同选择称为径路方案；经路分解到车场咽喉的进路称为路径，由逻辑联锁中熟知的长进路或/和基本进路组合而成，路径的不同选择称为进路变更。

信息联锁按经路/路径构成的进路链接关系管理和控制进路。

（1）客观上构不成进路链接的调度计划，通过信息联锁检查机制应严令禁止。

（2）分段表述的单元进路在走行轨迹上必须首尾相接，始终保持进路的贯通和连续。

（3）路径层面上的调车进路参照逻辑联锁的长调车进路原则，由远至近分段办理进路，且由远至近开放信号。

（4）路径层面上，当调车越过折返点后办理折返进路，并根据实际调车方向和实际折返点确定是否延办折返进路。

（5）经路层面上，无负荷的单机调车（本务机单机走行或调车机折返）按照走一段办一段的原则由近至远办理路径。

（6）经路层面上，有在途现车的调车按照由远至近原则办理路径。

（7）经路层面上，跨场列车按照一次性由近至远原则办理路径。

进路链接是信息联锁为计划的自动执行所建立的链接关系，以调度计划为依据，不属于传统调度计划的内容。从进路链接的角度选择合理的径路方案和进路变更属于智能联锁。

3 信息联锁与调度计划

调度计划是调度人员指挥生产的规划和安排，传统上调度计划满足于生产人员阅读，根据调度分工，不同生产环节的计划往往分开表述，例如行车计划和调车计划。

调度计划是信息联锁的信息源，信息联锁负责调度计划的自动执行。科学调度和按照计划执行分属两个不同的自动化方向，信息联锁显然重在后者。信息联锁并不取代调度计划，然而信息联锁深深地植入调度计划的处理中，与调度计划形影不离，计划的创建、调整、修改到执行均严格受到信息联锁的监护，受到限制和约束；否则，计划会因无法执行使生产停摆，从这个角度，计划的可持续操作性保障机制比计划的决策优化更为重要。

人的智慧在调度计划的决策优化中十分重要，然而信息联锁有责任过滤和防止出现违背生产规律的人为低级错误，是信号联锁安全理念的重要体现。

在一个连续生产环境中，满足生产人员阅读需求的调度计划可按生产环节分离、分而治之，但是满足过程控制系统自动执行需要的调度计划因信息联锁技术的参与，只能选择统一的数据平台和信息处理平台，即信息集成是信息联锁的必要条件，否则调度信息将失去联锁，或达不到应有的严谨程度。

为了满足计划自动执行的需要，信息联锁围绕调度计划新创建和维护了上述7条链中的流程链、实时现车链、规章链、优先链和进路链，余下的计划链、计划现车链和机车链取自调度计划，属调度计划的成分。