TW-2型驼峰培训系统的研究

汪明好 胡卫东 许鸿飞

(北京全路通信信号研究设计院集团有限公司，北京 100070)

TW-2型驼峰自动控制系统（简称TW-2系统）是目前国内在用驼峰控制设备的主流型号，已在国内100多个大、中、小驼峰场投入使用。TW-2型驼峰培训系统(简称TW-2培训系统）以TW-2系统为基础，增加各种仿真工具，实现软件模拟控制设备状态及驼峰作业过程。既能满足车站操作人员掌握TW-2系统正常操作流程和异常处理办法的培训，又能够满足电务维护人员进行联锁试验、溜放功能试验和系统维护实操的培训。该培训系统也可用于辅助院校驼峰信号控制技术的教学与实践。

1 系统的功能需求

面向TW-2系统的驼峰培训系统既要满足车站人员操作培训需要，又要满足电务人员试验、维护需要，培训系统应能够满足条件。

1) 向车站人员提供TW-2系统正常操作场景，并能仿真异常情况的场景。

2) 向电务人员提供联锁试验和溜放功能试验需要的仿真环境。

3) 向电务人员提供TW-2系统维护实操需要的通用硬件环境和典型接口电路。

TW-2培训系统根据《自动化驼峰技术条件》TB/T 2306—2006规定，实现自动化驼峰的基本功能。

1) 推送、调车进路的集中联锁控制；

2) 与到达场和编发线尾部等相关车场联锁和照查；

3) 溜放进路和溜放速度的自动控制。

2 系统的功能设计

TW-2培训系统的操作界面和维护界面与TW-2系统完全一致，关键控制设备采用TW-2系统使用的设备，保证受训者现场环境的真实感以及培训效果的实用性。

TW-2培训系统增加各种仿真工具，实现软件模拟控制设备状态及驼峰作业过程，主要仿真功能如下。

1) 设置两种模拟模式。一是纯软件模拟模式：甩开模拟手动应急台和继电器组合条件，由软件实现全仿真；一是模拟盘模拟模式：除获取模拟手动应急台和继电器组合真实条件外，其他条件仍由软件仿真。

2) 可在不接外部控制设备条件下，将操纵设备的控制命令输出自动模拟为对应的控制设备状态。

3) 设计灵活的仿真工具，可在不接外部控制设备条件下，通过仿真工具改变控制设备状态：

a.对于轨道电路，模拟轨道电路占用/出清；

b.对于信号机，模拟灯丝断丝/恢复；

c.对于道岔，模拟道岔处于定位、反位和断表示状态；

d.对于场间联系，模拟场间联系对方场继电条件；

e.对于基础测量设备，如峰上踏板、测重设备、测长设备，模拟设备状态故障/正常状态及数值。

4) 在实现软件模拟控制设备状态的基础上，通过设备组合模拟来仿真驼峰作业过程：

a.模拟调车进路调车走行过程；

b.模拟溜放钩车溜放走行过程；

c.减速器实时控制特定场景。

3 系统的结构设计

TW-2培训系统是按照TW-2系统的系统架构设计的，系统具体组成可根据用户需求，考虑培训场地条件和资金投入情况进行特定设计。本文讨论的系统设计方案，兼顾培训效果和资金投入，具有一定的代表性。

3.1 典型培训站场

TW-2培训系统通常选取目前国内具有代表意义的大、中型驼峰场作为培训站场，其基本特征包括：至少24股道以上，纵列式站场，双峰位双推送线，具有禁溜线、迂回线，具有一、二部位间隔调速位和三部位目的调速位，至少四个溜放线束；与到达场采用允许推送和预先推送联系，与驼峰尾部编发线联系。当然也可根据用户需求，针对特定站场进行设计；或一套培训系统针对多个驼峰站场，满足一个站段管理多个驼峰场的需求。

3.2 典型继电接口电路及室外设备

TW-2培训系统选取驼峰信号控制技术中的典型室外设备，通过TW-2系统继电接口电路与培训系统连接，实现控制。以下典型继电接口电路和室外设备可各选取一个。

1) 驼峰信号机及点灯电路

接口继电器包括：USJ、LSJ、LJ、BSJ、BJ、HTJ、SNJ和 DJ。

2) 调车信号机及点灯电路

接口继电器包括：DXJ、DJ。

3) 自动集中道岔控制电路

可根据培训站场要求，选取电动道岔控制电路或电空道岔控制电路。

电动道岔接口继电器包括：1DQJ、2DQJ、DBJ、FBJ、JDJ、JFJ、DGJ、DGJ1、FDGJ1、SJ和 SZJ。

电空道岔接口继电器包括：DCJ、DBJ、FBJ、JDJ、JFJ、DGJ、DGJ1、FDGJ1、SJ和 SZJ。

4) 减速器控制电路（单台减速器）

接口继电器包括：ZBJ、HBJ、ZJ、HJ、SCJ和JGJ。

5) 警冲标区段轨道电路

接口继电器包括：GJ。

3.3 典型系统构成

TW-2系统包括：控制机柜、下层控制机箱（内插进路控制板KB-L，与KB-L配套的输入输出板IOB、减速器控制板KB-JA和测长板CB）、上层管理机、操作工作站、维护工作站、手动应急台、接口电源、网络交换机、继电接口电路（组合架、组合）、室外设备等。

TW-2培训系统在控制系统基础上进行简化，力求做到功能完整、设备简化。采用控制系统使用的关键设备，如控制机箱、下层控制板、上层管理机、工作站等；选取典型继电接口电路和室外设备，如自动集中电动道岔、驼峰信号机、轨道电路等。

TW-2培训系统保留调车长工作站和维护工作站，增加培训工作站，不设调速工作站；系统采用单机运行，不设双机热备；进路控制板KB-L，输入输出板IOB、减速器控制板KB-JA和测长板CB按单套系统、最小规模配置。典型的系统结构示意如图1所示。

图1 TW-2培训系统结构图Fig.1 TW-2 training system structure

3.4 典型人机接口设备

TW-2培训系统人机接口设备包括：操作工作站、维护工作站、模拟手动应急台和增设的培训工作站。

1) 操作工作站

该工作站可以兼容TW-2系统调车长工作站和调速工作站，供车站人员学习TW-2系统正常操作流程和异常处理办法。

2) 维护工作站

该工作站与TW-2系统维护工作站完全一样，供电务人员进行联锁试验和溜放功能试验，学习系统维护功能。

3) 模拟手动应急台

模拟TW-2系统的手动应急台，设置一个分路道岔的道岔手柄，一台三部位减速器的制动、缓解按钮，可对分路道岔、减速器实施手动控制。

4) 培训工作站

通过培训工作站的仿真工具可以模拟控制设备状态及驼峰作业过程，为车站人员操作和电务人员试验、维护提供需要的场景。该工作站的仿真工具也可以直接安装在维护工作站上运行。

4 仿真功能的实现

TW-2培训系统要实现向车站人员提供正常操作和异常情况的场景，向电务人员提供联锁试验和溜放功能试验的仿真环境，归根到底是要根据需改变控制设备（道岔、信号机、减速器、轨道电路和场间联系等）的设备状态。除了上述典型继电接口电路涉及的室外设备可以改变真实的设备状态外，其他控制设备只能通过软件模拟方式改变设备状态。

系统仿真功能是培训系统研究的核心部分，首先要实现单项控制设备状态的软件模拟，在此基础上可通过设备组合模拟来仿真驼峰作业过程。

4.1 软件模拟的原理

TW-2培训系统是通过软件模拟方式改变控制设备的设备状态，以实现设备的仿真，软件模拟改变设备状态的方法有2种。

一是通过仿真工具，在培训工作站上通过仿真工具产生控制设备的模拟状态要求，该要求由工作站发送到上层管理机，上层管理机确定控制设备所属的下层控制板，并向该下层控制板发送模拟状态要求；下层控制板确定模拟状态的输入位置，并在该输入位置产生对应的电平变化；该电平变化引起的输入变化处理与接真实设备发生状态变化引起的输入处理是一样的。在培训工作站设计了两种仿真工具，一种是列表方式，一种是图形方式。

二是通过控制命令，在操作工作站实施的设备单项操作、进路选排操作等命令发送到上层管理机，上层管理机产生相应的设备控制命令，并将该控制命令发送到所属的下层控制板；下层控制板将控制命令转化为模拟状态要求，确定模拟状态的输入位置，并在该输入位置产生对应的电平变化。如操纵道岔自动反馈道岔表示，控制信号机自动反馈信号机表示等。

TW-2培训系统通过仿真工具或控制命令来改变控制设备的状态是从TW-2系统控制软件的最底层展开的，因此能够从最底层开始检查控制软件的整个执行过程。

4.2 仿真工具的实现

TW-2培训系统在培训工作站设计了两种仿真工具，一种是列表方式，一种是图形方式。

1)列表方式

I/O仿真窗口用表格形式直观反映进路控制输入开关量（地址为RD-）的状态：吸起状态为↑、落下状态为↓。点击某个输入条件，可由吸起状态改为落下状态，或由落下状态改为吸起状态，如图2所示。

图2 列表方式的仿真工具Fig.2 Simulation tools in list mode

2)图形方式

TW-2系统图形窗是以图形方式显示信号机、道岔、减速器、无岔区段、场间联系等控制设备的平面示意图，图形窗不仅用于显示，还可供操作，其操作是以控制设备为对象，点击鼠标右键弹出菜单，根据不同性质的设备弹出不同的操作菜单。

TW-2培训系统仿真图形窗借用TW-2系统图形窗，只是将弹出的操作菜单改为仿真菜单，不同性质的设备弹出不同的仿真菜单，用于模拟选中设备的不同状态。

4.3 控制设备的状态仿真

仿真图形窗将控制设备分为不同性质的设备，包括峰上联锁道岔、溜放分路道岔、驼峰信号机、调车信号机、警冲标无岔区段、一般无岔区段、场间无岔区段、间隔位减速器、目的位减速器等。不同性质的设备弹出不同的仿真菜单，可改变不同的设备状态。

1) 峰上联锁道岔，仿真菜单包括轨道模拟、断表示、模拟定位、模拟反位。

2) 溜放分路道岔，仿真菜单包括断表示、模拟定位、模拟反位，轨道模拟细分内容如下。

a. 正常占用：模拟分路道岔区段正常占用，先占用DG1后占用DG。

b. 正常出清：模拟分路道岔区段正常出清，先出清DG1，后出清DG。

c. 钓鱼出清：模拟分路道岔区段反向出清，先出清DG，后出清DG1。

d.岔前轨道：模拟DG1占用/出清。

e.轨道模拟：模拟DG占用/出清。

3）信号机，仿真菜单包括断灯丝。

4）无岔区段，仿真菜单包括轨道模拟。

对于警冲标无岔区段，还包括与驼峰尾部编发线的场联仿真菜单。

a.发车锁闭：模拟驼峰尾部编发线正在发车。

b.发车解锁：模拟驼峰尾部编发线发车结束。

对于场间无岔区段，还包括与到达场的场联仿真菜单。

a. 断照查：模拟对方照查条件落下/吸起。

b. 推送占用：模拟纵列式站场，车列占用到达场推送进路。

c. 推送股道：模拟纵列式站场，到达场排列推送进路对应的股道号。

5) 减速器，仿真菜单包括轨道模拟。

6) 基础测量设备，如峰上踏板、测重设备、测长设备，模拟设备状态故障/正常状态及数值。

a. 踏板故障：屏蔽/打开峰上踏板故障报警。

b. 踏板计轴：模拟峰上踏板进轴，点击一次进一个轴。

c. 测重设置：可设置溜放钩车的重量信息或屏蔽/打开测重设备故障报警。

d. 测长设置：可设置调车线的停长数值或模拟测长设备故障。

e. 测长鉴停：调车线处于动长状态时，可直接将动长值鉴停成停长值。

4.4 驼峰作业的过程仿真

驼峰作业过程主要包括驼峰调车作业、驼峰溜放作业和减速器实时控制，在实现控制设备状态的软件模拟基础上，通过设备组合模拟来仿真驼峰作业过程。

1) 驼峰调车作业仿真

模拟调车进路调车走行过程。在调车进路始端信号机开放后，通过信号机仿真菜单中的“作业启动”选项，开始模拟车列从调车进路接近区段开始，顺序占用、出清调车进路相关区段，直到出清调车进路的离去区段。

通过“调车步径”选项设置步径数，系统根据步径数连续顺序占用一个或多个轨道电路。

通过“作业暂停”选项暂停启动的调车作业，区段占用和出清状态保持不变；通过“作业取消”选项取消启动的调车作业。

2) 驼峰溜放作业仿真

模拟溜放钩车溜放走行过程。办理溜放开始后，通过驼峰信号机仿真菜单中的“作业启动”选项，开始按调车作业计划要求，模拟当前溜放钩车从一分路道岔开始，顺序占用、出清溜放区的分路道岔区段、减速器区段，直到出清三部位减速器。

系统通过调车作业计划中的钩车辆数，估算钩车长度，并根据系统储存的溜放区各轨道电路区段长度，确定溜放钩车占用、出清轨道电路的顺序，更真实反映钩车的溜放情况。

通过“作业暂停”选项，暂停启动的溜放作业，区段占用和出清状态保持不变；通过“作业取消”选项，取消启动的溜放作业。

通过“钩车正常”选项，设定溜放钩车以正常的速度溜放，系统不会报警“途停”。

通过“钩车低速”选项，设定溜放钩车以低于正常的溜放速度溜放，系统报警“途停”。

3) 减速器实时控制仿真

系统设置正常控制、雷达故障、踏板故障、途停及追钩等5个特定场景，覆盖减速器基本控制要求，并开发场景脚本编辑器，可按需要编辑不同的减速器控制场景。

a. 正常控制：设置正常控制特定场景，模拟单钩车经过减速器的实时控制过程。

b. 雷达故障：设置雷达故障特定场景，模拟雷达故障情况下单钩车经过减速器的实时控制过程。

c. 踏板故障：设置踏板故障特定场景，模拟踏板故障情况下，单钩车经过减速器的实时控制过程。

d. 途停：设置钩车途停特定场景，模拟单钩车经过减速器发生途停时的实时控制过程。

e. 追钩：设置钩车追钩特定场景，模拟两个单钩车经过减速器发生追钩的实时控制过程。

5 应用情况

TW-2驼峰培训系统已在哈尔滨铁路局培训中心、沈阳电务段培训基地投入使用，通过培训系统的学习，车站操作人员更容易掌握TW-2系统正常操作流程，对仿真的异常情况做到心里有数，提高上岗适应能力；电务维护人员能够对TW-2系统的结构组成、软件功能更进一步了解，掌握继电接口电路，有助于快速定位现场设备故障并及时处理，提高系统维护水平。