兖矿集团矿区远程集中控制改造方案研究

周 恒 蒋 平 楼向东 杨 兴

兖矿集团矿区铁路线路共计260 km，跨越兖州、曲阜、济宁、邹城和任城3市2区，连接7矿2厂，北进凫村站与国铁兖石线接轨，东入邹县站与京沪干线相连，设有14个车站，东西跨度近50 km，形成了以大东章集配站为中心，年运输能力3000万吨的矿区专用铁路运输网络。

济二站、济三站、常营站简称济东三站。其中，济二站、济三站分别为济宁二号、三号井煤矿装车站，常营站为连接两站的集配车站。随着济东地区煤炭资源的逐步萎缩，再加上地销、河运运量日渐增长，济东三站铁路年运量有大幅度减少，行车密度大幅降低。目前常营站仅起到行车会让的作用，已不再进行调车作业。

矿区铁路行车的特点是点多、线长、车站分散、业务量小、专业众多。但即使作业量很小，也配备了车站值班员、调车员、连接员等各工种，造成人员的极大浪费。因此，实现济东三站的区域联锁远程集中控制，可以减少车站值班员、调车员、连接员、信号人员的配备，优化作业模式，达到“系统优化、瘦身强体、减员增效”的目的;同时将三车站控制权集中于中心车站，实现了远距离、集中控制，便于行车组织管理及安全监管。在经充分调研的基础上，拟将济东三站实现区域联锁控制列为首批改造项目。

1 既有设备区域联锁控制可行性分析

在联锁设备层进行区域联锁远程集中控制，技术实现上目前主要有2种方案:一是在联锁系统的联锁逻辑关系处理层面实现，即在中心车站的联锁机上，对区域内的多个远程车站的设备进行联锁关系集成，只在控制中心站设置联锁机，在远程车站设置执表机系统，由网络通信实现中心站与被控站的联锁关系数据同步，从而使得中心站人机交互终端可以间接地对远端联锁设备进行操作;二是在联锁系统的人机交互层面直接实现集中控制，即将被控站的上位机终端通过网络延伸到中心站，从而在中心站可以直接对远端联锁设备进行控制。前一种方案技术相对复杂，可实现的功能较多，适合有特殊系统功能需求的地方，目前在国铁上使用较多，其安装、调试乃至维护都相对困难。因此，选择了后一种方案，它结构简单明了，维护方便，施工难度低、影响小、尤其适合已开通运行了计算机联锁的车站。

结合济东三站既有设备现状，要实现区域联锁远程集中控制，需要在控制中心站信号机械室设置待控站的操作机C、操作机D，利用光纤将中心站操作机与对应待控站操作机进行组网连接，在控制中心行车室设置对应的控显设备。所以，车站既有设备需具备2个条件:①车站采用信号计算机联锁系统设备;②站间有满足要求的通信通道。

1.1 车站信号计算机联锁系统设备

济二站、济三站及常营站为VPI型计算机联锁系统，其系统结构图如图1所示。

图1 VPI型计算机联锁系统结构图

济二站、济三站及常营站每个站各配置了2台MMI操作机，根据站场大小及实际需求情况，可以适当增加MMI操作机冗余配置的数量。若有远端操控的需求，还可以将冗余的操作机通过网络延伸而设置在远端。联锁机作为下位机处理与现场硬件设备接口，操作机作为上位机用于人机接口交互，上、下位机间的通信至关重要，因此，采用工业以太网络，其网络本身具有可大可小、可近可远的属性，不受地域空间限制。设置远程操作机，只要将上、下位机间的专用网络架设好，联锁系统架构本身对此没有限制。从联锁下位机的角度看，上位机不管是设在近端还是远端，功能和效果都是一样的。联锁网络系统自身固有的功能特点，可通过将联锁以太网络拉伸到远端，然后在远端增设MMI操作机，来实现远程集中控制的功能。只需提供相应光纤通道，专用以太网络的站间沟通就顺理成章。为保障既有计算机联锁系统及新增区域联锁控制系统设备工作的稳定性，可将区域控制中心新增终端设备的供电采用独立供电方式，与车站本身联锁系统的供电独立开来，互不影响。

1.2 济东三站通信通道情况

在常营站—济二站、常营站—济三站之间均设有12芯光缆，且有光纤余量可用，具备区域联锁远程控制的通道条件。因此，可采用光缆 (控制中心设置在济二站)将济三站、常营站的联锁系统网络拉伸到济二站，以实现在济二站远程控制济三、常营两站。

2 区域联锁控制中心站设置分析

从技术角度考虑，只要满足联锁设备硬件和通道条件，区域联锁远程控制中心设置在任一车站均可，主要体现在以下三方面。

1.行车组织分析。常营站作为集配站没有装车作业，且不再进行调车作业，主要功能为行车会让，作业量少、内容简单，从作业量分析不适于作为区域联锁控制中心。济二站装车量较济三站多，行车作业较济三、常营复杂，更需及时全面掌握矿方装车信息。从行车组织分析，在济二站建立区域联锁控制中心，由该站值班员负责常营站、济三站的行车闭塞办理、进路布置、道岔操作和领导调车作业较为合理。

2.车站分布位置。济二站—常营站距离约5 km，济二站—济三站距离约10.5 km，常营站—济三间站距离约12 km，济二站与常营、济三两站相对距离较近，出现突发情况容易处置。从车站分布位置分析，区域联锁控制中心设置在济二站较为合理。

3.人员配置分析。在常营、济三、济二任一车站设置控制中心，均可将另外两车站值班员相应减少。同时由于常营站已无调车作业，可减少常营站连接员5人。

综上所述，无论是从行车组织、车站分布位置及人员配置，将区域联锁远程集中控制中心设置在济二站是最为合理的选择。

3 改造方案

在济二站增设济三站和常营站的远程MMI操作机，通过切换操作机控制权，来实现在济二站远程集中控制济三站和常营站的联锁设备，其网络连接见图2所示。

图2 远程MMI操作机 (上位机)网络连接图

3.1 本次区域联锁控制改造主要工作

1.硬件方面:在济二车站微机室增设1套机柜用于安放网络、电源及操作终端设备，济三站、常营站需增设交换机、光端机等。主要设备需求如下:机柜1套、光纤交换机8台、UPS主机及电池2套、工控机4台、显示器4台、电源配电箱及切换箱各1套等。

2.软件方面:需修改济三站及常营站控显机数据，增加远程控制终端 (操作C机及操作D机)的故障报警提示，并同步修改维修机控显数据。

3.光纤通信通道:需提供济三站至常营站6芯光缆 (A网2芯，B网2芯、备用2芯)，常营站至济二站6芯光缆 (A网2芯，B网2芯，备用2芯)，用于贯通济三、常营至济二站联锁间的网络通道。

4.设备电源:需在济二站智能电源屏增加电源模块，以提供两路独立的220V电源用于新增设备的供电。

3.2 改造方案特点分析

1.投资额度不大。在既有设备的基础上实现系统装备自动化、信息化、智能化，不仅节省了资金和人员，还降低了劳动强度、提升了铁路运输效率，提高了装备技术水平，是典型的投资小、收益大的改造项目，经济效益、社会效益显著。

2.系统安全性及可靠性增加。在济二站分别设置2套济三站远程控制终端和2套常营站远程控制终端，在任意一套远程控制终端故障的情况下，都可以切换至另一套备用终端。另外，即使济三至济二、常营至济二的冗余通信通道全部发生故障，仍然可以将控制权切换至济三站、常营站本地操作终端进行应急操作，待通道故障排除后，再切换回济二站的远程控制终端。改造后保留既有的操作终端配置，济三和常营两站新增的远程操作终端也是按照N+1冗余设置的。就济三站或者常营站新的整体来看，操作终端由之前的N+1冗余提高到N+3冗余，在联锁机不变的情况下，将上位机部分的冗余度增加，使得整个系统的安全性和可靠性大幅提高。

3.网络独立。拟采用将济三至济二站的数据网及常营至济二站的数据网相互独立设置，通过新增交换机，在硬件上对网络进行彻底隔离，三站网络封闭独立，互不干涉，能避免单一站网络设备故障影响到其他站的通信，保持了联锁系统网络的可靠性。

4.改造施工影响范围小。硬件方面，新增的设备独立，便于前期现场的设备安装施工，对现场在用设备影响小;软件方面，对于济二、济三及常营站的联锁下位机软件是不做任何修改的，避免了此次改造升级对于济二、济三站及常营站既有设备的影响。

5.电源独立。设置独立的供电及UPS设备，能确保济二站联锁配电与济三、常营站的远程控制终端相互独立，单独故障时不会相互影响。

4 推广应用价值

济东三站区域联锁控制改造方案实施后，可优化、减少常营、济三两站车站值班员10人;同时由于常营站长期没有调车作业，可优化常营站5名调车连接员到其他站工作;年节省费用共约100万元。通过此次改造，对济东三站行车组织、设备检维修、应急抢险、工程施工等工作方式及管理制度进一步优化改进，逐步形成以济二站为中心的大工区管理制度，实现扁平化管理模式，统一调度指挥。这样不仅节省了费用和人员，由于采用系统冗余的工作模式，还提高了计算机联锁设备的安全性、可靠性，提升了信号技术装备的智能化、信息化、自动化程度，提高了行车指挥系统的效率及技术水平。此种改造模式具备在矿区铁路推广使用的较高价值，就兖矿集团矿区铁路来说，鲍店站与兴隆站，南屯站与孟楼站、北宿站、电厂站，大东站与北宿站、东滩站、跃进河站都可依据情况改造，从而提高运输效率、节约大量资源，区域联锁控制也必将成为矿区铁路今后建设、改造中优先发展的联锁模式。

［1］ 中华人民共和国铁道部.计算机联锁技术条件［S］.2002.

［2］ 徐德龙.集中控制形式的计算机联锁系统冗余和切换技术研究［J］.铁道通信信号，2013(10)5-8.