LKD2-YH型车站列控中心系统的研究

孟令韬 卢佩玲 郝 韬 管伟军

1 CTCS-2与车站列控中心

客运专线CTCS-2级列控系统基于轨道电路和点式应答器传输列车运行许可信息，并采用目标-距离模式监控列车安全运行。该系统由地面设备和车载设备构成。列控中心是地面设备的重要组成部分，它控制轨道电路向列控车载设备传输列控连续信息，为列车提供运行前方的闭塞分区空闲数量、道岔侧向进路等信息;它还控制应答器设备向列控车载设备传输点式信息，为列车提供运行前方的进路信息，线路参数、限速命令等信息。

列控中心必须实现与轨道电路、计算机联锁(CBI)、临时限速服务器 (TSRS)、相邻车站列控中心、地面电子单元 (LEU)、信号集中监测和调度集中 (CTC)设备的通信，其具体的接口配置如图1所示。

2 LKD2-YH型车站列控中心的系统结构

2.1 硬件结构

LKD2-YH列控中心的各组成部分根据功能不同可以划分为列控中心逻辑处理主机、电源系统、工作状态控制系统、智能IO系统、LEU及切换系统、轨道电路通信盘、维护终端、通信辅助系统等子系统。

2.2 逻辑处理主机

LKD2-YH列控中心逻辑处理主机采用“二乘二取二”的可靠性和安全性冗余结构，如图2所示。

图1 列控中心接口配置

图2 列控中心逻辑处理主机结构

列控中心逻辑处理主机A、B两系结构完全相同，互为备用;主备之间采用工控专用ARCNET网连接。每系采用双子系的二取二安全冗余结构，由专用的高性能计算机系统构成，双CPU独立运算，使用各自独立的2个双口RAM实现大容量信息快速交换，同步运行。采用软、硬件比较相结合的方式提高系统的安全性，2个CPU分别对运算结果进行软件比对，只当比较一致时形成软件输出命令，同时又分别将独立运算的结果发送给独立设置的硬件比较板，比较板对双CPU的输入信息进行比对，仅当比较一致时控制相应的故障继电器(GZJ)吸起，故障继电器落下时将切断对外的所有输出命令，因此只有在软、硬件均比较一致时才对外输出控制命令，确保系统安全。

2.3 车站列控中心的两系状态转换

LKD2-YH列控中心设置有3个系统继电器，分别为主控继电器 (ZKJ)、A机状态继电器 (AZTJ)和B机状态继电器 (BZTJ)。列控中心两系开机后，在没有故障的前提下，根据两系通信状态及继电器状态确定自己的运行方式。

LKD2-YH列控中心设置有切换手柄，当手柄切换到A机位置时，若A机主从CPU运算结果比较一致，则A机升为主控状态，B机转为离线状态;当手柄切换到B机位置时，若B机主从CPU运算结果比较一致，则B机升为主控状态，A机转为离线状态;当手柄在自动位置且两系处于同步状态时，如果工作系发生故障，则工作系立即脱机，备用系转变为工作系，故障的一系经修复后，可以重新进入双系同步的状态。图3为两系状态转换示意图。

图3 列控中心两系的状态转换图

2.4 LKD2-YH列控中心智能IO系统

智能IO系统由IO机笼、智能驱动板 (FIMO)、智能采集板 (FIMI)组成，负责列控中心对外的继电接口。每台列控中心主机都配有自己的智能IO系统，2台主机的智能IO系统间相互独立。列控中心主机与智能IO系统间由2条CAN总线连接，2条总线上的控制命令相互校核一致时，智能IO系统才能正常工作。

2.5 LKD2-YH列控中心维护终端

维护终端由1台1U的工控机 (使用WIN-DOWS 2000操作系统)及配套的显示器/键盘/鼠标组匣组成，主要用于监控并记录列控中心的运行状态。维护终端通过RS-422串口同时与2台列控中心主机相连，并实时记录2台主机的工作状态、与外部系统的连接状态、与外部系统的通信数据、驱动/采集数据、错误信息等重要数据，并在30天之内保留这些数据以备查询。

对使用者而言，维护终端是列控中心唯一的人机界面，通过维护终端使用者能够对列控中心30天之内的工作状态进行监控，并为故障的排查与分析提供帮助。

3 LKD2-YH列控中心的主要功能

3.1 有源应答器报文发送功能

列控中心给LEU发送的信息必须采用报文的形式，这些报文是用符合一定规范的初始用户数据，经过信道编码算法产生的。对用户数据进行信道编码的目的，是提高应答器与车载设备间的无线信道传输的安全性。列控中心从车站联锁系统获取车站接发车进路信息，从临时限速服务器获取临时限速命令，根据临时限速区段位置、限速等级，选择或实时生成应答器报文，通过通信接口传送给控制该应答器的轨旁电子单元 (LEU)，为列车提供运行前方的进路信息及限速信息。

3.2 有源应答器报文的实时组帧和多处限速功能

为满足运营维护管理的需求，列控中心有源应答器管辖范围内可同时设置多处临时限速，临时限速的起点、终点、限速值可以任意设置，最多可以同时设置3处限速。为实现多处限速的功能，列控中心预先存储所有应答器报文的方案是无法实现的，列控中心具备实时生成报文的功能。列控中心按照UNISIG SUBSET-036标准对应答器用户报文进行实时组帧，为避免出现共模故障，列控中心对输出结果进行比较，确保所编制的应答器报文的正确。为了保证应答器报文编码的实时性，列控中心设置了最大编码超时时间，编码超时后由列控中心向安全侧修改原始编码数据并重新尝试，3次重新编码均失败后向LEU发送列控中心默认报文。

3.3 临时限速命令的处理

当TSRS下达临时限速命令时，列控中心首先对接收的临时限速命令进行验证，若可执行，返回相应的可执行限速状态，TSRS接收到此限速状态反馈后，提醒值班员可正式批准执行该临时限速命令。若不可执行，TCC返回不可执行限速状态，TSRS接收到此限速状态反馈后，撤销该限速命令。

若值班员确认并批准该限速执行，可下达执行命令，列控中心接收到此命令后，再次对该命令进行验证，若验证通过，立即执行该限速命令，返回限速命令执行回执，并视相关进路的情况更新应答器的报文输出;若验证未通过，则拒绝执行，返回执行限速失败回执。TSRS在收到回执后即终止命令的重发。

3.4 轨道电路编码控制

3.4.1 轨道电路状态判断

列控中心设备通过直接采集轨道继电器接点状态及接收轨道电路通信盘数据2种途径，获取轨道电路的状态。当两者均为空闲时，认为对应轨道区段空闲，否则认为占用，当两者状态不一致时，向监测系统报警。

3.4.2 轨道电路编码

列控中心依据计算机联锁系统发送的进路信息、区间及站内轨道电路提供的占用/出清信息，站间安全信息传输提供的邻站所管辖相关区段的状态及其他编码所需的信息，结合区间运行方向等条件，按照《机车信号信息定义及分配 (TB/T3060)》标准及相关的技术规范，计算区间及站内各轨道区段的低频码，并将轨道电路的低频和载频信息发送至轨道电路通信盘，为列车提供运行前方空闲的闭塞分区数量。

当采用全进路发码方式的车站存在有转频的列车进路时，列控中心控制转频码的发送时机，咽喉区发检测码，股道发正常码;当列车占用上下行载频分界的绝缘节前方轨道区段时，上下行载频分界的绝缘节后方轨道区段开始预发送转频码，该轨道区段解锁或前方闭塞分区占用后，恢复发检测码。

采用正线和股道发码方式的车站，列控中心依据联锁的进路条件、区间状态计算股道电码化的低频码。若车站存在转频的列车进路，列控中心控制转频码的发送时机为:对接车进路仅当列车占用股道后发送转频码，2 s后恢复发送正常码;对发车进路的最后一个轨道区段发转频码，该区段解锁后恢复发检测码。

3.5 轨道电路发码方向控制

3.5.1 站内轨道电路方向控制

站内每个轨道区段设置1个方向切换继电器(FQJ)，控制站内轨道电路的发码方向。列控中心根据进路方向，驱动进路上相应轨道电路的方向继电器，控制轨道电路迎着列车运行方向发码。

列控中心采集轨道电路方向继电器的状态，当FQJ状态由于某种原因与进路方向不符时，列控中心维持原编、发码条件并发送报警信息。

站内轨道电路区段的缺省方向为正向运行方向;列控中心设备初始化时，站内区段发码方向置为缺省方向;股道由多个轨道区段组成时，当列车占用前方轨道区段时，占用区段后方的轨道区段发码转为向另一方向发码。

3.5.2 区间轨道电路方向控制

每段区间轨道电路设置1个方向切换继电器(FQJ)，用于改变轨道电路的发码方向。区间轨道区段的缺省方向为正向运行方向。

车站的每个发车口 (含反向)设置1个极性保持方向继电器 (FJ)，用于区间方向的切换和保持，方向继电器吸起时表示正向，落下表示反向。由方向继电器控制本方向管辖范围内每个区间轨道电路的方向切换继电器 (FQJ)的方向切换。每个方向继电器由1个ZGFJ继电器和1个FGFJ继电器来控制，列控中心通过控制ZGFJ和FGFJ继电器来改变发车口轨道电路的发码方向。

当站间通信故障时或列控中心设备故障时，保持区间方向切换继电器的状态不变。

3.6 区间运行方向与闭塞控制

列控中心具备控制区间运行方向的功能，防止双方向同一区间发车，以保证列车的安全运行。

区间空闲时，区间运行方向的改变随原接车站办理发车进路而自动实现，当接车站联锁系统发送正常改方请求信息时，列控中心在确认整个区间空闲且邻站没有办理发车进路的情况下，驱动相应的继电器，完成区间方向的改变。当区间轨道电路故障时，可通过辅助办理方式实现区间运行方向的改变。

3.7 区间信号机点灯控制

列控中心根据区间的运行方向，列车占用出清状态、区间轨道电路的故障情况，站内接、发车进路的办理情况等条件，通过输出LJ、UJ、HJ、LUJ继电器，直接控制区间信号的点灯，同时实现红灯转移功能。

3.8 站间安全信息的传输功能

列控中心间通过冗余双环网实现站间安全信息的传输，为实现区间方向控制、临时限速命令的接收处理、车站联锁办理发车进路等提供条件，保证列车在区间的连续、安全运行。

站间安全信息的传输内容主要包括:边界区段的占用/出清、边界信号的灯丝状态、闭塞分区的状态及低频信息、线路改方及临时限速等信息。

3.9 控制正线有源应答器的LEU切换功能

为提高系统的可靠性，控制正线有源应答器的LEU冗余配置并可实现自动切换，为同一个有源应答器配置2台LEU，平时2台LEU同时工作，有源应答器与LEU A相连，在LEU A故障时有源应答器自动切换为与LEU B相连。

为实现此功能设计了LEU切换组匣，为每组冗余配置的LEU配置一个切换组匣，LEU与应答器的连接关系受LEU切换组匣控制。LEU切换组匣中设有4个切换继电器，分别控制LEU的4个输出口。切换继电器吸起时，LEU A的输出口与应答器相连;切换继电器落下时，LEU B的输出口与应答器相连。LEU切换原理如图4所示，其中LEUQHJ1由列控中心驱动，R1为终端电阻。

3.10 远程LEU控制功能

有源应答器电缆长度超过2.5 km时，应将LEU设备放置在室外。列控中心通过专用冗余光纤通道与LEU连接通信，实现应答器报文的发送、LEU状态和应答器状态数据的接收。列控中心配置相应的驱动和采集设备，实现远程LEU自动冗余切换控制。

3.11 异物侵限防护控制功能

列控中心通过采集异物侵限继电器 (YWJ)接点，获取异物侵限信息。当发生异物侵限灾害时，列控中心控制相应区段的轨道电路无条件发送H码，并将异物侵限信息发送给计算机联锁系统和集中监测设备。H码，并将异物侵限信息发送给计算机联锁系统和集中监测设备。

图4 LEU切换原理图

4 总结

LKD2-YH型列控中心系统经过几年的研制开发及多次变更和完善，最终形成了目前较为合理的系统结构。系统借鉴LKD1-YH型列控中心及计算机联锁系统的开发研制经验，采用自主开发的软硬件平台，具有完全的自主知识产权。LKD2-YH型列控中心目前已经在昌九城际、龙漳线安全运行多年，衡柳线、柳南线、南黎线及广西沿海铁路等工程正在实施过程中，创造了良好的经济效益，同时也为我国高速铁路的发展做出了贡献。

［1］ 中华人民共和国铁道部科技运［2004］14号.CTCS技术规范总则［S］.2004.

［2］ 中华人民共和国铁道部科技运［2010］138号.列控中心技术规范［S］.2010.