CTCS-2级列控系统数字化验证平台研究

2010-05-14张小舟张亚东

铁道通信信号 2010年12期

张小舟张亚东郭进

随着我国高速铁路和客运专线的大规模建设,CTCS-2级列车运行控制系统得到了广泛地应用与发展。列控系统的建设使铁路信号技术产生了巨大变化,原有的以地面信号为主的控制方式转换为以车载信号为主的控制方式,传统的继电逻辑、地面信号系统分散孤立,列车以人工控制为主的控制模式向数字化、车-地一体化、综合化、自动化模式发展。这些重大转变给信号系统的设计、验证带来了许多新课题,原有的铁路信号设计、审核、验证方法不能适用于现代以列控系统为核心的信号系统。因此,根据我国高速铁路和客运专线建设的实际情况,研究 CTCS-2级列车运行控制系统的设计、方案优化及验证、试验方法是十分必要的。本文根据中国列车运行控制系统 CTCS的分级、设计方案和相关技术规范等,研究列控系统工程数据和设计方案的数字化验证试验问题,利用先进的分布式计算机数字化仿真技术和工具,构建面向高速铁路 CTCS-2级列控系统工程设计的数字化验证试验平台,可以提高列控工程设计质量,缩短现场测试周期,降低测试成本。

1 数字化验证平台的总体架构

根据 CTCS-2级列控系统总体技术方案,结合列控工程数据和方案的数字化验证需求,利用分布式计算机数字化仿真技术,构建高速铁路 CTCS-2级列控系统数字化验证平台。数字化验证平台由五大子系统组成,分别为:控制中心仿真子系统、计算机联锁仿真子系统、列控中心仿真子系统、车载设备仿真子系统和数据库管理子系统。数字化验证平台总体架构如图 1所示。

2 数字化验证平台各子系统功能及数据交互

2.1 控制中心仿真子系统

控制中心仿真子系统主要由全线运行显示、仿真控制、统计分析等 3部分组成。该子系统实时读取数据库管理子系统的动、静态数据,完成整条线路和站场的图形显示和设备状态的动态显示。同时,该子系统实时接收车载设备仿真子系统的列车运行信息,完成列车运行显示。控制中心仿真子系统可以给列控中心、计算机联锁等地面设备仿真子系统发送故障设置、临时限速、进路控制等命令,完成系统仿真控制功能。还可以对试验数据进行统计、分析,并可回放,辅助设计人员进行方案评估。

图 1 CTCS-2级列控系统数字化验证平台总体架构

2.2 车载设备仿真子系统

车载设备仿真子系统主要由列车运行计算、ATP超速防护和司机驾驶 DMI等 3部分组成。该子系统实时与列控中心仿真子系统、控制中心仿真子系统和数据库管理子系统等进行通信,接收地面设备仿真子系统发送的轨道电路编码、临时限速和线路数据等;进行信息有效性检查并进行相关处理;结合动车组数据,计算并生成 ATP超速防护曲线 (包括紧急制动曲线、常用制动曲线、报警及允许缓解曲线),实时检查当前列车运行速度。当列车运行速度超出报警速度则触发声光报警,当速度超过 NBI则触发常用制动,当速度超过 EBI则触发紧急制动。该子系统可以对司机驾驶 DMI界面和 ATP各种工作模式进行仿真。

2.3 计算机联锁仿真子系统

计算机联锁仿真子系统主要由站场绘制、操作命令处理和已建进路处理等 3部分组成。该子系统与控制中心、车载设备等仿真子系统通信,获取进路控制命令和列车位置,完成车站进路锁闭与解锁等逻辑控制功能。

2.4 列控中心仿真子系统

列控中心仿真子系统主要由轨道电路编码、信号机点灯、有源应答器报文生成、区间运行方向控制等 4部分组成。该子系统实时与数据库管理子系统通信,根据列车位置、管辖内轨道区段状态、边界条件、进路条件等信息,完成区间轨道电路编码、站内轨道电路编码和区间信号机显示控制。该子系统还可以根据车站计算机联锁仿真子系统的改方请求,完成区间运行方向及闭塞控制功能。

2.5 数据库管理子系统

数据库管理子系统包含线路静态数据库服务器和线路动态数据库服务器。线路静态数据库服务器存放线路基本数据,这些基本数据主要通过导入列控地面设备,由计算机辅助设计软件生成用户数据表,包括信号点轨道区段表、应答器位置表、线路坡度表、线路速度表和列车进路数据表。数据库管理子系统将上述用户数据表初始化成线路静态数据。线路动态数据库服务器存放线路信号设备的状态信息和列车运行的动态信息,包括区间设备表、站内设备表、无源应答器报文表、有源应答器报文表。该子系统主要完成线路静态数据和地面信号状态动态数据的存储和管理功能,并作为数字化验证平台的数据交互中心。

3 数字化验证平台的实现

根据数字化验证平台总体架构和各子系统功能及数据交互,采用 VC++6.0开发平台和 TCP/IP通信协议,利用分布式计算机数字化仿真技术,实现 CTCS-2级列控系统数字化验证平台。并根据合宁线真实线路数据、列控工程数据和动车数据,进行数字化验证试验。车载设备仿真子系统 DMI,如图 2所示。

图2 车载设备仿真子系统 DMI

在数字化验证试验过程中,DMI实时显示目标距离、目标速度、允许速度和列车运行速度等信息,给出超速防护曲线,实时监控列车运行速度。车载设备仿真子系统可以对数字化验证试验过程中所接收到的地面线路数据和控车信息进行合理性检查,例如:检查区间无源应答器存储的线路坡度、线路速度和信号点轨道区段等数据的长度是否一致,如果发现有误,则给出报错信息,并将错误信息记录下来,为列控工程数据的核对提供依据。

CTCS-2级列控系统数字化验证平台多车追踪验证试验如图 3所示。数字化验证平台还可以进行各种故障设置试验,如:应答器故障、轨道电路故障和信号机故障等。通过 CTCS-2级列控系统数字化验证平台,可以对各种运行工况下的列控系统进行数字化试验,从而为列控系统设计方案的性能分析和优化提供丰富的实验数据。