现代有轨电车道岔控制系统研究*

2018-09-27段宏伟

城市轨道交通研究 2018年9期

段宏伟

(中国铁道科学研究院通信信号研究所，100081，北京//助理研究员)

现代有轨电车道岔控制系统是运行控制系统的核心组成部分，是基于信号故障导向安全原则的计算机控制系统，是保障行车安全、保证运输效率的关键[4]。

1 道岔控制系统功能分析

道岔控制系统属于计算机联锁的一种，但其部分功能又超出了传统计算机联锁的范围。道岔控制系统确保有轨电车的运行安全，处理来自运营调度管理系统的自动进路控制指令或车载人工道岔控制指令，完成道岔的自动转换，实现安全联锁；可在满足安全的前提下开放进路，并且最大程度地提高有轨电车的运行效率。

道岔控制系统主要具有以下功能：

(1) 进路管理。根据不同车次的计划，通过操作进路上的道岔，排列不同的进路；在车地通信故障或者没有安装车载设备的情况下，具有地面人工办理进路功能。

(2) 路口信号管理。设置在路口的道岔控制系统，根据车次计划办理相应的进路，进路锁闭后，开放相应的允许信号。

(3) 解锁管理。列车通过路口或者通过道岔后，自动解锁相应的进路；故障后不能解锁时，可以在人工保证安全的情况下人工办理解锁。

(4) 车次号管理。由运营中心的进路管理服务器对车次号进行集中管理。进路管理服务器接收运行调度管理系统的车次计划，形成对应的进路信息，下发到各个路口的道岔控制系统子系统，并进行校核。

(5) 状态监督功能。各个路口的进路情况由道岔控制子系统发到进路管理单元，并上传到运营中心的进路管理服务器，再通过进路管理服务器上传到运行调度管理系统进行集中显示。

(6) 诊断和记录功能。道岔控制系统的工作状态、故障和错误信息发送到进路管理单元，进路管理单元将信息上传到进路管理服务器，再通过进路管理服务器发送到维护终端，由维护终端进行信息的储存和查询显示。

道岔控制系统实现了地面道岔及信号机等设备的控制,保证其控制范围内的有轨电车运行进路安全,实现进路上轨道区段、道岔和信号机之间的正确联锁关系。道岔控制系统可实现自动和人工两种模式下办理有轨电车通过进路。此外，道岔控制系统还可实现自身、有轨电车占用检测设备(如计轴)、信号机、转辙机等设备工作状态检测报警。

2 道岔控制系统的组成及设计

按照现代有轨电车道岔控制系统的功能需求，采用模块化的设计方法，将道岔控制系统的主要功能明确划分为对应的模块。这种高内聚低耦合的设计方式，极大降低了各功能间的依赖性，有利于道岔控制系统的维护和后续开发。现代有轨电车道岔控制系统可以划分为联锁逻辑、进路管理、输入输出及通信接口等4个子系统。

2.1 联锁逻辑子系统

联锁逻辑子系统能实现对控制范围内设备的控制，能实现道岔区段内道岔、信号机、轨道区段之间正确的联锁关系，能保障进路控制的安全。该子系统对于计算结果的准确性和高效性都有很高要求，是道岔控制系统逻辑处理的核心部分。

联锁逻辑子系统持续检查进路上的道岔、信号机、区段、敌对进路及侧面冲突等联锁条件。当判断联锁条件不满足时，道岔控制系统禁止进路开通或及时关闭相应的信号。当列车正常运行时，道岔控制系统按照“三点检查”原则，自动逐段解锁进路。在列车的折返作业中，联锁逻辑子系统可设置折返线的折入和折出进路。

联锁逻辑子系统是道岔控制系统的逻辑运算单元，在完成联锁逻辑的同时，还需完成整个系统自检功能、初始化功能、设备状态数据的监测功能、对设备中断或数据异常情况的预警功能等。其工作流程如图1所示。

图1 联锁逻辑子系统工作流程图

2.2 进路管理子系统

进路管理子系统主要完成将进路信息转换为道岔控制信息的功能，在解析进路管理服务器发送的进路信息后，实时计算出有轨电车对应的进路方向和道岔位置。道岔控制系统的进路控制模式包括自动转换控制模式、车载人工控制模式、现地人工控制模式等。进路管理子系统完成对进路控制模式的管理。

自动控制模式下，道岔控制系统通过接收进路服务器下发的进路信息，结合进入控制区域的有轨电车信息，可在有机电车接近信号机时自动触发设置电车进路，自动转换道岔，并按联锁条件自动点亮轨旁信号机；有机电车出清该进路后，该进路解锁。

车载人工控制模式下，当有轨电车接近控制区域时，由司机在有机电车上通过车载设备遥控道岔，办理相应的进路；有机电车出清该进路后，进路解锁。

现地人工控制模式下，由司机或轨旁工作人员在现地道岔控制柜中人工排列进路；有轨电车出清该进路后，进路解锁。

自动控制模式下，进路管理子系统按照“先入先出”的原则自动为有轨电车排列相应的进路。当多列有轨电车同时需要排列进路时，进路管理子系统按照队列模式依次为有轨电车办理进路。与公共交通信号灯存在接口时，进路管理子系统可智能地优先办理与交通信号相一致的有轨电车进路，提高有轨电车通过的效率。此外，进路管理子系统还支持进路的优先抢权，可为取得优先通过权的有轨电车优先办理进路。

2.3 输入输出子系统

输入输出子系统是道岔控制系统运行的基础，主要实现对外围设备(包括道岔、信号机、轨道区段等)的数据采集和控制。输入输出子系统通过CAN(现场总线)与联锁逻辑子系统连接，具有故障-安全功能。为了适用于多种场合，增强实用性，有轨电车道岔控制系统采用了具有智能化的全电子执行单元。全电子执行单元采用全电子电路,由具有不同功能的各种模块组成。电子模块根据道岔、信号机、轨道区段等不同类型的控制与采集对象，按照完全独立的单元模块结构研究设计，使每个模块相对独立[7-8]。电子模块将基础数据中的元素相应划分为不同类别，并包含获取相应元素信息的驱动采集函数。采用智能输入输出子系统可减少继电器的使用量，便于维护与维修。

2.4 通信接口子系统

现代有轨电车道岔控制系统需同车载控制系统及进路管理服务器进行信息交互，以满足其业务需求。由于进路信息相关数据数量庞大、信息复杂、对信息传输实时性的要求高，故道岔控制系统使用UDP(用户数据包)协议的数据通信方式与进路管理服务器建立通信通道。通信数据为双向传输。道岔控制子系统向进路管理服务器发送的信息包括道岔控制系统工作状态、信号机显示状态、信号机报警信息、道岔状态、道岔报警信息及其他报警信息。进路管理服务器向道岔控制子系统发送的信息包括路径ID、列车ID及进路信息。

车地采用开放式通信时，交互信息较少，但对传输可靠性要求高。道岔控制系统使用CAN(控制器局域网)协议的数据通信方式建立与车载控制系统的通信通道，通信数据为双向传输。道岔控制子系统向车载控制系统发送的信息包括列车运行前方信号机显示状态(左转、右转、直行)、进路状态。车载控制系统向道岔控制子系统发送的信息包括进路控制模式、列车ID、路径号、进路方向及操作命令。