准东北站区域计算机联锁系统解决方案

卡哈尔江

(新疆铁道勘察设计院有限公司，乌鲁木齐 830011)

随着近年来中国铁路干线网的不断建设和完善，铁路运输覆盖范围越来越大，运输能力也不断增加，随之而来的是各厂矿企业以及地方的专用铁路不断接入国铁正线。由于各铁路专用线通常是为厂矿企业服务，在线路长度、车站规模及运量上都较国铁大线较少，以及设备技术标准存在很大差异。随着铁路技术装备不断发展变化，如何在减少人员投入的基础上提高专用铁路各车站作业效率，便于运营单位对作业人员集中化管理及设备维护，从而达到减员增效的目的已经逐渐成为共识。以准东北站3条地方铁路专用线接入改扩建工程为例，为解决此类问题展开研究。

1 改建方案内容及特点

1.1 准东北接轨站概况

准东北站位于乌鲁木齐铁路局乌准线五彩湾至准东段，2010年建成投入使用。既有到发线4条(含正线)，预留6条，到发线有效长850 m，预留1 050 m。信号系统配备双机热备型计算机联锁系统、调度集中系统(CTC)、自动站间闭塞、微机监测系统、ZPW-2000A系列电码化设备、信号综合防雷系统等。

从地理位置属准东煤矿地区，主要为矿区煤炭运输及建设原材料运输服务。已有数家地方煤矿企业正建设地方铁路专用线，由准东北站接轨实现铁路运输。按照准东北站现有的车站接发车能力、信号系统的配置已不能满足多条地方铁路的接轨要求。

1.2 内容及特点

本次准东北站改建工程考虑由于神华专用线、顺天专用线、天池能源专用线，共3条专用线引入准东北站。对车站北咽喉(3条专用线接轨一端)进行相应改建:神华专用线的环形装车线自3道尾部引出，经神华工业广场，与工业广场专用线并肩接回4道尾部;顺天专用线自车站Ⅱ道尾部接轨;天池能源专用线自车站1道接轨。在车站南咽喉(准东端)1道尾部设置安全线1条，在车站北咽喉(顺天端)外方天池能源正线上设置安全线1条。

信号系统改造采用了区域联锁控制方式，以准东北站本站为控制中心构筑区域联锁控制，准东北站作为中心控制站，神华、顺天、天池能源3条专用线企业站作为被控站。准东北站计算机联锁系统改用容错型计算机联锁系统;神华企业站采用双机热备型计算机联锁;顺天、天池能源企业站采用容错型计算机联锁系统。中心控制站和各被控站计算机联锁系统执行部分采用全电子执行单元取代传统继电器，从而减少设备房屋面积、降低施工难度、缩短工期、减少维修，实现全电子化区域计算机联锁系统。这也是本次改建方案的最大亮点。

准东北站与神华专用线企业站采用场间照查电路，与其他两站采用计轴自动站间闭塞，各被控站站间联锁信息通过物理上独立的双光纤通道上传到准东北主控站联锁系统。按照区域控制模式，对既有调度集中系统(CTC)、自动站间闭塞、微机监测系统、电码化设备进行扩容改造。本文只对区域计算机联锁系统解决方案展开研究。

2 区域计算机联锁系统解决方案

区域计算机联锁控制模式作为车站集中控制模式的一种，是对有效距离范围内的多个车站实现远程联锁控制，它是集计算机联锁与网络、安全传输等技术于一体的新型计算机联锁技术，实现了一个中心站管理若干个车站，实现多个车站集中联锁。

根据投资、运营等多方、多方案比选，本次考虑计算机联锁系统采用容错和双机热备混搭型，网络采用冗余型高速以太网，传输层采用物理上独立的双通道保证区域联锁信息的安全传输。各站计算机联锁系统执行部分采用全电子模块，从而构建全电子区域计算机联锁系统。

2.1 系统组成

设计区域计算机联锁系统的联锁功能、系统可靠性、可维性，系统带载能力及系统抗干扰能力等均满足铁道部相关标准和现场的实际需要;系统的仿真测试接口、出厂测试接口和版本校验技术、防雷和防电磁干扰能力等通过测试，均达到铁道部的有关技术条件。

准东北中心控制站联锁系统由5个子系统组成:①联锁子系统(IPS)，②控制台子系统(MMI)，③值班员台子系统(GPC)，④电务维护子系统(SDM)，⑤网络子系统(RNET)，⑥电源子系统(PWR)。

其他3个企业被控站联锁系统由6个子系统组成:①联锁子系统(IPS)，②控制台子系统(MMI)，③电务维护子系统(SDM)，④网络子系统(RNET)，⑤电源子系统(PWR)。

区域计算机联锁系统网络结构见图1。

图1 区域计算机联锁系统网络结构

2.2 网络结构

区域计算机联锁系统采用基于高速交换机的以太网冗余网络结构，进一步加强了网络系统的可靠性。通过网络通信的各子系统均安装有2块以太网接口卡，将其接入冗余网络，一条网络故障，各子系统可以自动通过另一条网络通信，并在电务维护子系统中给出故障诊断信息，便于及时维护。

准东北中心控制站与各企业被控站站间安全信息传输通道采用2根4芯(其中2根备用)单模光纤，光纤采用不同物理路径独立敷设。

联锁系统之间通过车站故障安全现场总线(FSFB2)安全通信协议进行站间通信，保证通信安全可靠。区域计算机联锁站间通信网络方案见图2。

图2 区域计算机联锁站间通信网络方案

2.3 联锁执行部分解决方案

各站联锁系统执行部分采用全电子模块取代传统继电器，它是以电力电子开关技术为基础，采用计算机通信、自动检测等先进技术，实现全部电子化的铁路信号控制的计算机联锁设备。

根据各站车站规模，配置相应的道岔(四线制或六线制)、信号机(列车或调车)、轨道、电码化、零散、场间联系及计轴通信等执行模块，执行模块与联锁下位机通过工业CAN总线进行数据通信。并配置专用监测子系统，用于执行模块的实时维护监测和其他信号系统间的数据通信。

2.4 主要子系统解决方案

2.4.1 联锁子系统

准东北站既有联锁改用二乘二取二计算机联锁系统;神华的块煤场采用双机热备型计算机联锁;顺天、天池能源站暂定采用二乘二取二计算机联锁系统。

整个二乘二取二联锁系统的核心是IPS联锁子系统，它由2套“二取二组合故障安全”加“反应故障安全”的专用联锁机(IPSA和IPSB)组成。

准东北中心控制站IPS称为中央逻辑控制(CLC)，其他企业被控站IPS称为区域逻辑控制(ZLC)。

2.4.2 控制台子系统

控制台子系统(MMI)提供计算机联锁系统与用户之间的人机接口，它采用高分辨率的液晶显示器作为系统的表示设备，车站值班员用鼠标办理各种作业，系统给予简洁明了的表示和语音提示。

本次设计在中心控制站设置各被控站的独立显示终端，用于各被控站站场图形显示及控制，同时根据情况连接1～2套鼠标(被控站信号员使用)。此外根据中心站站场情况，配备液晶显示器1台，用于中心控制站站场图形显示，同时连接1套鼠标(中心站信号员使用)，并配备1套后台液晶显示器用于区域值班员监视站场情况。

MMI应工作于WIN 2000或更高版本的WINDOWS多任务操作系统，在中心控制准东北站运转室内，设置3台MMI(N+1热备结构，2台在用，1台备用)，其他企业被控站每站设置1台MMI。

MMI应采用高可靠的工业控制计算机，通过高速网口或串口与其他系统(子系统)交换信息。

MMI应具备以下功能:

(1)发送控制命令和接收现场表示信息;

(2)MMI之间、MMI与SDM子系统和仿真测试系统之间通过高速网络交换信息;

(3)完成非安全联锁逻辑功能(如选路判断、表示等);

(4)数字式道岔动作电流显示;

(5)通过串口或网络提供联锁系统与CTC系统交换信息的接口;

(6)用户所要求的其他表示与报警功能。

根据运营需要，整个联锁方案可提供两种控制方式:准东北站集中控制方式或其他各企业被控站独立控制方式。本次设计中心控制状态为区域联锁正常工作状态，当现场无特殊作业要求，区域计算机联锁系统、计轴系统无故障，联锁专用通信通道畅通的情况下，区域联锁系统所控制的区域内各车站可转为中心控制状态。当区域内某站场因改造等特殊作业需要也可以转为独立站控状态。

2.4.3 电务维护子系统

电务维护子系统(SDM)主要解决系统诊断维护及接口设备监测的功能。由工业控制计算机、彩色显示器、激光打印机、鼠标、键盘等组成。

在中心控制站设置1台SDM，用于对整个区域联锁系统的维护，在被控站设置1台SDM，用于对本站联锁系统的维护。

电务维护子系统应具备以下功能。

1)基本功能

(1)IPS的系统诊断:通过高速网络接收联锁处理子系统的诊断结果信息、输入/输出信息、全站简化参数信息、指定参数详细信息。

(2)通过网络接收来自MMI和联锁机的操作和表示信息，并记录关键操作和表示。

(3)站场显示、历史回放。

(4)网络管理。

(5)通过MODEM实现远程诊断接入。

(6)通过CAN总线或串口接收微机监测机的监测信息。

(7)根据需要，SDM可以与不同的中央维修中心接口。

2)诊断维护功能

(1)在线监测IPS的工作状态，诊断并记录1个月内的工作正常与故障信息。

(2)在线监测冗余网络的运行状态，包括双网和网上各节点的连接工作状态。当网络发生故障或某个网络节点不正常工作时，发出报警信息，并作记录。

(3)记录值班员对MMI的各种操作，记录始、终端及铅封按钮操作的时间和次数，并可以在1个月内按时间先后次序查询。

(4)记录MMI上的各种站场表示状态，并可以回放1个月内的MMI站场信息。

(5)在线显示并记录1个月内的输入、输出码位信息。

(6)对所测试数据随时储存，并可根据需要回放。

3 区域计算机联锁系统应急处理方案

3.1 中心控制站故障应急处理

准东北中心控制站因故故障时，如停电、联锁机故障无法运行等，其他企业被控站可以通过紧急站控方式，将联锁系统的操作控制权切换到本地，在本站的应急控制台子系统上对车站联锁系统进行操作控制。

3.2 被控站故障应急处理

各企业被控站因故故障时，如停电、联锁机故障无法运行等，此时被控站联锁系统倒向安全侧，在准东北中心控制站无法对该被控站进行操作控制，在本站也无法进行操作控制，车站行车应转入人工指挥模式。

4 配套通信系统的功能要求

通信系统是完成正常运输行车组织的重要基础，在本次设计方案中通信系统应具备以下的基本功能。

(1)准东北中心站值班人员、司机之间必须具有良好可靠的语音通信功能，该功能通过无线列调通信系统解决;被控站不设无线列调通话装置。

(2)中心站值班人员与被控站助理值班员或信号员具有良好可靠的语音通信功能，目前准东北站与块煤场、天池能源均间设有直通电话，顺天站则通过新设的数字调度分系统实现与准东北站语音通信。

由于行车调度将命令下达至准东北中心控制站后，不用再向被控站下达，因此，被控站可不具有与行调通话功能。

5 行车作业组织解决方案

5.1 行车定员配置及职责

本次设计考虑准东北站设区域值班员、助理值班员及信号员(2人)，其中信号员按中心站和被控站分设。负责办理中心站及被控站接发列车、调车作业。

中心站接收乌准线行调台下达的日班计划、阶段计划、有关行车凭证。发生设备故障时，应按规定办理登销记手续。

被控站信号员可通过联锁控制终端监视本站列车情况。也可与中心站通过“站遥切换”实现控制方式的切换。

准东北站与顺天、天池能源站采用计轴自动站间闭塞法行车，当计轴设备故障时采用电话闭塞。采用电话闭塞法行车，行车凭证为路票。

神华企业站由于采用场联方式且距离较近，企业站可不设行车人员，联锁显示终端可处于关闭状态，待使用时打开。

顺天、天池能源站由于采用计轴设备，若二站不设行车人员，计轴复零安全上存在隐患，这2站需设行车人员。

5.2 接发列车方式

5.2.1 正常接发列车作业

中心站接发列车:中心站设区域值班员、信号员。

(1)区域值班员

①接受列车调度员的调度命令，负责区域内列车运行的组织、指挥工作。确保安全正点和运输生产任务的完成。

②接受调度命令和区域联锁控制范围内各车站的列车运行计划和阶段计划。负责向调度员汇报区域内列车运行情况。

③按列车运行计划、阶段计划和列车运行情况，向相关信号员发出指令。

④向铁路局行调报告到达列车的编组情况。

⑤负责和邻站办理行车闭塞。

⑥向被控站信号员发出指令。

(2)各信号员

①接受相关值班员指令。

②在相应的控制操作台进行进路的排列、取消、信号重复开放，以及进路的人工解锁等作业办理。

③负责接发列车工作中的进路确认、立岗接发列车和调车作业计划的传达和布置。

5.2.2 非正常接发列车作业

1)中心站接发列车

(1)区域值班员

①接受调度命令和区域联锁控制范围内各车站的列车运行计划和阶段计划。负责向调度员汇报区域内列车运行情况。

②通过“站遥切换”授权被控站启用联锁。

③按列车运行计划、阶段计划和列车运行情况，通过站间电话向被控站信号员发出指令办理接发列车及调车作业。

④填写路票，外勤助理值班员检查核对无误并加盖站名章后方可送交司机。

⑤负责和邻站(含被控站)办理行车闭塞。

(2)中心站信号员

①在区域值班员授权下确认启动故障处理。

②接受区域值班员指令。

③故障情况下单操道岔，确认道岔位置，办理引导总锁闭，开放引导信号。

2)被控站接发列车

①在区域值班员授权下确认启动故障处理。

②接受相关值班员指令。

③故障情况下单操道岔，确认道岔位置，办理引导总锁闭，开放引导信号。

④通过站间电话负责和中心站办理行车闭塞。

5.3 调车作业

正常情况下由区域值班员组织区域内调车作业，编制调度命令及作业计划单送至被控站，由中心站信号员负责相应的控制操作台进行进路的排列、取消、信号重复开放，以及进路的人工解锁等作业办理。被控站信号员接受调度命令及作业计划单后负责车站调车作业的组织。非正常情况下由区域值班员编制调度命令及作业计划单送至被控站，由被控站信号员负责组织调车作业。

6 结论

区域计算机联锁控制模式，作为一种车站运输作业集中操控模式，给运输部门操作人员以及设备的集中管理提供了极大的便利，同时对于企业及地方专用铁路运输效率的提高有着积极意义。因此，采用何种集中操控模式，才能最大程度地满足地方铁路减员增效、集中化管理的需求尤为重要，以全电子区域联锁集中控制解决方案，为类似工程提供了一种与之相适应的信号设计解决方案。

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