自动化驼峰溜放进路和速度安全控制的研究

胡卫东 钟卫红（北京全路通信信号研究设计院有限公司，北京 100073）

胡卫东，男，高级工程师，主要研究方向包括驼峰信号联锁和驼峰自动化的研究与实践；曾参与“TW-2型驼峰自动化系统”和TW系列驼峰自动化系统（含TWD型系统、CIPS下驼峰自动化分系统）等项目。曾获得2005年第七届詹天佑铁道科学技术奖（青年奖）、1998年“铁道部青年科技拔尖人才”、两次铁道部优秀工程设计三等级，两次中国铁道学会科学技术奖三等奖等荣誉。2004年“编组站联锁自动化系统”获得国家发明专利，编号ZL200410000939.4（排名第 2）。

溜放进路和速度的自动控制是自动化驼峰最核心的两大功能。溜放进路自动控制是根据待解列车解体计划的钩序、目的股道号，自动选排分路道岔，控制自由溜放的车组从峰顶到达要求的调车线股道；溜放速度自动控制是通过间隔制动实现溜放车组在驼峰溜放区保持合理的间隔，通过目的制动实现溜放车组在调车线股道与前方车组安全连挂。

1 溜放进路和速度控制的安全要求

自动化驼峰技术条件指出“尽管自动化驼峰不属于故障-安全系统，控制系统和单项设备的设计应贯彻故障-安全原则”，应从两方面理解该技术条件：

首先，该条件明确自动化驼峰不属于故障-安全系统，自动化驼峰控制系统也不属于故障-安全系统，这是由驼峰解体作业高效要求、动态控制和因素复杂的特点决定的。

自动化驼峰技术条件对溜放速度自动控制的安全性要求如下。

1）除抱闸车等特殊情况外，不应有车辆在减速器上被夹停的事故发生。

2）除特殊车辆、特殊气候条件，系统不能对车辆进行有效制动外，因严重超速冲撞引起的事故率应小于10-5。

上述技术要求点明了溜放速度控制的非安全性，车辆夹停可能导致后钩车冲撞本钩车，出口超速可能导致本钩车超速冲撞前钩车；控制系统对于溜放速度控制安全未要求也达不到100％。

3）系统应具有途停、侧撞、摘错钩、错溜、追钩、钓鱼、满线、堵门、道岔恢复、道岔封锁、轨道电路轻车跳动等的检测和相应的防护措施。

上述技术要求点明了溜放进路控制的复杂性，溜放过程中因车组走行、分路道岔控制的不正常情况可能出现钩车追钩、侧撞甚至脱线的风险，系统即使检测到并采取相应的防护措施，其防护的安全性未要求也达不到100％。

其次，尽管自动化驼峰不属于故障-安全系统，溜放进路和溜放速度的自动控制存在诸多不安全的因素，但是自动化驼峰控制系统在设计时仍应贯彻故障-安全原则，即通过分析自动化驼峰控制中可能存在的风险源和设备故障可能导致的危险侧，采取相应的风险防范措施和故障-安全手段，将控制的危险性降低到最小。

2 溜放进路和速度控制的风险分析

下面以TW-2型驼峰自动化系统为例，分析溜放进路和速度控制中存在的风险。

2.1 控制设备描述

大能力驼峰，在溜放区设有峰下一部位减速器和线束二部位减速器用于实现间隔制动，设有快动分路道岔用于实现溜放进路的选排；在调车线始端设有三部位减速器用于实现目的制动。此外，TW-2系统还安装了以下测量设备：

1）一分路道岔保护区段内装有两个踏板，用于计算溜放车组的摘钩辆数；

2）一分路道岔保护区段内装有测重设备，用于测量溜放车组的重量；

3）在减速器前装有一个踏板，用于计算溜放车组通过的轴数；

4）在减速器前或后装有雷达设备，用于测量溜放车组的速度；

5）三部位减速器出口处装有测长设备，用于测量调车线的空闲长度。

2.2 控制风险分析

溜放进路和速度控制中严重危害自动化驼峰作业安全的风险是钩车脱线及钩车高速冲撞，其风险来源于分路道岔、钩车间隔、减速器控制精度及测量设备故障等，其表现形式为途停、侧撞、追钩、满线、堵门、道岔恢复、轨道电路轻车跳动等。

溜放过程中出现摘错钩、错溜、钓鱼、道岔封锁等情况，其危害程度一般且可控，因此不在本文讨论范围。

2.2.1 分路道岔的风险

溜放进路与调车进路不一样，进路不是事先全部选排完毕后再使用，而是根据车组溜行逐级向分路道岔传递进路命令。溜放钩车占用上一级道岔时，才向下一级道岔发令转动；如果下一级道岔因故未转到位，钩车自由运动到该级道岔时就可能脱线。

溜放进路中的分路道岔仅采用区段锁闭，即轨道电路占用时不允许道岔操纵，一旦轨道电路出清即可执行下一钩命令；如果钩车在占用道岔区段过程中发生轻车跳动，而且下一钩命令的去向与本钩不一致，就可能造成道岔中途转换，钩车脱线。

2.2.2 钩车间隔的风险

钩车间隔是指前后溜放的两钩车之间的距离，由于溜放过程是连续的，可能同时有多组钩车在分路道岔控制区域内，钩车的速度有快、有慢。遇到前慢（低速甚至途停）后快的情况时，如果两钩车是经过道岔的同方向，可能发生追钩，严重的可能高速正面冲撞；如果两钩车是经过道岔的不同方向，可能发生侧冲，严重的可能高速侧面冲撞。

2.2.3 减速器控制精度的风险

减速器控制精度是指车组实际出口速度与计算速度的误差。间隔制动控制精度偏差较大时，如果超速可能造成与前钩车的间隔问题；如果夹停或速度严重偏低，可能造成与后钩车的间隔问题；这两个问题的后果都有可能造成追钩或侧冲，严重的造成正面高速冲撞或侧面高速冲撞。目的制动控制精度偏差较大时，如果超速可能与前钩车正面高速冲撞；如果夹停或速度严重偏低，可能造成后钩车与之正面高速冲撞。

2.2.4 测量设备故障的风险

1）雷达故障

雷达是减速器控制的眼睛，雷达故障时无法反馈钩车实际速度而使钩车在减速器上失控，无论夹停或不作为均可能造成风险。

2）踏板故障

踏板故障表现为不计轴或丢轴。减速器前的踏板作用之一是探测钩车进入减速器以实施控制的“开机”点，踏板故障影响减速器控制的时机，可能导致减速器出口速度偏高甚至失控；作用之二是作为大组车放头拦尾开始控制轴数的依据，如果因为计轴设备安装尺寸不符要求或电气特性等原因大量丢轴时，可能导致减速器出口速度偏高甚至失控。

3）测长故障

调车线空闲长度是计算三部位出口速度的重要参数，测长故障时无法获知调车线空闲长度，可能导致减速器出口偏高甚至失控。

4）测重故障

钩车重量信息对于减速器控制、减速器出口速度计算都很重要，测重故障时无法获知钩车的重量信息，可能导致减速器出口速度偏高甚至失控。

3 溜放进路和速度控制的安全设计

根据上述控制风险的分析，TW-2系统着重在分路道岔控制、钩车间隔控制、减速器控制精度提高和测量设备故障处理等4个方面采取相应的风险防范措施和故障-安全手段，以使控制风险降低到最小。

3.1 分路道岔的安全控制

3.1.1 “轨道电路轻车跳动”的防护

TW-2系统在分路道岔区段锁闭的基础上，增加了区段占用屏蔽时间的防护手段。

利用一分路踏板或解体计划中的辆数信息、分路道岔区段长度及钩车通过分路道岔的最高限制速度（一分路道岔区段为18.0 km/h、其他区段为21.6 km/h），计算钩车从占用到出清该道岔区段的最小时限，称为轨道电路区段占用屏蔽时间。

在区段屏蔽时间内发生的轨道电路瞬间跳动，系统将判定为 “轻车跳动”；一旦系统判定发生了轻车跳动，及时报警并在区段屏蔽时间内拒绝为后续钩车发出道岔控制指令；对于一分路道岔，一旦系统判定发生了轻车跳动，及时报警并拒绝为后续钩车发出道岔控制指令。

3.1.2 “道岔恢复”的防护

当溜放钩车占用上一级分路道岔时，向下一级分路道岔发令转动，下一级道岔因故不能在规定时间内（电动道岔1.2～1.4 s、风动道岔1.0～1.2 s）转换到底时，由系统控制道岔往回转；而后自动锁闭该道岔，避免新的转辙尝试，直至确认正常后人工解除锁闭。

3.1.3 “道岔挤岔”的防护

当分路道岔挤岔后，将上一级分路道岔锁向异向，防止后续钩车正面相撞，同时发出挤岔报警；一分路道岔发生挤岔后，将驼峰信号机锁定在关闭状态。

3.2 钩车间隔的安全控制

钩车间隔的安全控制是由溜放进路控制和溜放速度间隔控制共同实现的。溜放速度间隔控制由间隔制动位完成，能够调节位于间隔制动位两侧的钩车间隔；对于两钩车间无间隔制动位的情况，由溜放进路控制实施防护。

3.2.1 速度跟踪功能

实现间隔控制必须了解溜放区内各溜放车组的位置、走行速度情况，车组位置可以通过分路道岔轨道电路跟踪，车组走行速度情况通过简单的轨道电路跟踪无法准确提供。TW-2系统独辟蹊径，利用分路道岔区段设两个轨道电路的条件，动态地测量钩车在该道岔上的进入和出清速度，结合钩车在减速器上的雷达测速，可以测得每钩车走在不同地点的十多个速度，基本上实时掌握了钩车溜放速度，实现了钩车在溜放进路上的全线速度跟踪。基于速度跟踪功能，才能够实现以下控制和防护功能。

3.2.2 溜放速度间隔控制

以二部位间隔控制为例，其基本步骤如下。

第一步根据线路纵断面、三部位的制动能高、钩车重量等级等因素确定本钩车（进入二部位的钩车）的基本定速。

第二步检查钩车的目标股道径路上有无途停车、堵门车、满线车等特殊情况，若有，二部位出口速度直接设定到最低值，完成。

第三步检算本钩车与前钩车（已离开二部位去往三部位的钩车）的间隔。如果存在间隔问题，计算后直接降低二部位定速，跳过第四步，完成。

第四步检算本钩车与后钩车（离开一部位未进入二部位的钩车）的间隔，确定基本定速基础上的加速量，计算二部位定速，完成。

3.2.3 “途停”的检测和防护

TW-2系统认定溜放钩车走行速度低于8 km/h为途停；钩车走行在轨道区段上或死区段上时，如果占用时间超过了按最低走行速度8 km/h计算的时间限（根据解体计划中的辆数和站场区段距离参数表计算）时，也判为途停。

发生途停后，系统及时关闭驼峰信号机，将钩车刚出清的道岔锁闭至去往途停车的方向，预防钩车侧撞；进一步将刚出清道岔的上一级道岔锁闭至异向，预防钩车正面冲撞。

3.2.4 “堵门”的检测和防护

溜放钩车在警冲标区段发生途停，当解除途停锁闭时转为堵门防护；没有来由的警冲标区段占用（钩车倒溜或尾部调车侵入等），立即启动堵门防护。

发生堵门后，系统及时报警并且始终将对应的最后分路道岔锁闭到通往该股道的位置，防止邻线进入溜放钩车，直至警冲标区段出清为止。

3.2.5 “侧撞”的检测和防护

如果两钩车在某分路道岔上的间隔较紧（没有达到追钩），两钩车对该道岔方向要求不同，并且钩车速度前慢后快（前钩车速度大于8 km/h的途停判别限），当达到一定速度差时，就有可能在前钩车没有离开该道岔的警冲点时后钩车前部进入了警冲点，从而造成侧撞。

预计侧撞后，系统及时报警并且关闭驼峰信号机。

3.2.6 “追钩”的检测和防护

如果两钩车在某分路道岔上的间隔较紧，小于该道岔轨道电路区段长度时，将无法转辙道岔以控制钩车去往不同的股道，当两钩车占用同一个轨道电路区段时，称为追钩。

认定追钩后，系统及时合并和清除后钩车的溜放信息，防止后续钩车可能发生的逐钩错位、钩钩错道的严重后果。

3.2.7 “满线”的检测和防护

满线是指钩车在三部位减速器区段上途停（钩车在减速器上雷达测速连续4 s低于3 km/h），或警冲标区段与三部位减速器区段之间的死区段上发生途停（钩车离开警冲标区段，在减速器前死区段速度低于5 km/h）。两个条件满足其一，即启动满线防护。

发生满线后，系统及时报警并且自动封锁该股道，禁止后续钩车进入该股道，直至人工办理股道解锁。

3.3 减速器控制精度的提高

TW-2系统在减速器控制数学模型中引入了全新的制动量概念。制动量是溜放钩车当前速度、当前加速度、定速、控制距离、钩车重量、钩车轴数等变量的函数，反映的是在剩余控制距离内，减速器还必须消耗掉的钩车动能。制动量的引入有效地提高了减速器控制精度。

1）制动量随着速度的下降而减少，使钩车缓解前必然经过低级别制动，减缓了减速器缓解前钩车的实际减速度。

2）制动量反映了钩车不同重量情况下的动能不同，使减速器控制可以针对不同重量的钩车采取合理的控制策略。

3）对于长钩车，随着计轴的累进，制动量越能反映出钩车有较大动能的情况，使减速器控制可以针对不同辆数的钩车采取合理的控制策略。

4）当钩车实际速度大于给定速度时，随着钩车即将离去，制动量值剧增，使减速器能在钩车离开前进行最后的精调。

3.4 测量设备故障处理

3.4.1 雷达故障处理

无溜放钩车进入减速器时，通过采集雷达自检信号监控雷达是否处于工作状态，一旦雷达故障及时报警提示。

当溜放钩车进入雷达故障的减速器时，系统按钩车重量等级计算车辆的平均制动时间，对经过的每辆车按照固定时间进行制动，力图使钩车在不被夹停的情况下减速出口。

3.4.2 踏板故障处理

将减速器轨道电路作为探测钩车进入减速器以实施控制的冗余“开机”点，当踏板故障不计轴时以减速器轨道电路占用作为“开机”点。

对于需要放头拦尾的大组车，如果踏板不计轴，则认定踏板故障并停止放头拦尾功能；如果踏板丢轴严重，检查钩车第一个轴距离减速器入口开机点的雷达积分距离，当该距离大于放头拦尾轴数折算的距离时停止放头拦尾。

3.4.3 测长故障处理

当测长故障无法获知调车线空闲长度时，系统报警并对三部位自动给定速度采用相对保守6 km/h。

3.4.4 测重故障处理

解体计划中的重量状态信息可以通过车站现车系统获得，当测重故障无法获得溜放钩车的重量信息时，根据解体计划中该钩的重量状态信息进行减速器控制和减速器出口速度计算。

4 实践情况

本文研究的TW-2系统溜放进路和速度安全控制的原理和方法最早于1999年底在南京东驼峰场投入使用，并在其后推广的过程中不断总结、提高、完善，现已应用在全路几十个大、中能力驼峰场，包括郑州北下行驼峰、徐州北上下行驼峰、武汉北上下行驼峰等繁忙站场，多年现场实践证明：TW-2系统采用的溜放进路和速度安全控制技术，能够在满足国内大能力驼峰解体要求的基础上，提高溜放进路和速度控制的安全性。

[1] TB/T 2306-2006自动化驼峰技术条件[S].

[2]胡卫东.结合速度跟踪功能的驼峰溜放进路自动控制的研究[J].铁路通信信号工程技术，2007，4（4）：27-28.

[3]钟卫红.自动化驼峰溜放车组间隔控制的研究和实践[J].铁路通信信号工程技术，2010，7（3）：45-47.