TW-2型驼峰自动控制系统升级研究

2022-07-25李兹生胡卫东

铁路通信信号工程技术 2022年7期

李兹生，胡卫东

（北京全路通信信号研究设计院集团有限公司，北京 100070）

1 概述

TW-2 型驼峰自动控制系统（简称TW-2 系统）1998 年开始上道使用，迄今已成功运用于国内100多个驼峰场，成为驼峰自动化市场的主流产品，期间对系统的控制软件进行过几次局部的、渐进式的升级。随着编组站自动化系统的兴起，用户对控制功能和维护功能的需求愈加智能化和精细化。

1）编组站自动化系统尤其CIPS 系统提出的基于控制指令集的管控一体新要求，对驼峰自动控制系统的自动化程度提出新的更高要求。

2）操作人员对控制功能甚至提出零人工干预的苛刻要求，控显界面要求简洁易操作。

3）维护人员对维护功能的需求不仅仅是查询检索能力的加强，更提出设备工况监督、测量设备自动校准等新课题。

4）与相关系统接口越来越多，个别站场多达6、7 个接口，统一管理外部接口、整合监测接口信息势在必行。

因此需要通过对TW-2 系统软件进行整体升级，来更好地满足现场运营和维护的要求。

2 研究目标和内容

为更好满足用户对系统功能的智能化和精细化需求，TW-2 型驼峰自动控制系统的升级研究（TW-2 升级系统）确定在不改变现有系统控制部分架构的基础上，在控显部分增加综合服务器，提升数据服务和接口服务能力。重新定义数据结构，并在此基础上重新编写控制软件、控显软件和信息检索软件等，新开发综合服务器软件。研究的主要内容包括如下。

1）通过自上而下的方式重新定义数据结构，数据结构的定义便于数据库存储、检索和挖掘。

2）基于新的数据结构重新编写核心的溜放进路、溜放速度和调车进路控制软件；实现控制软件与速度控制数据的分割，便于速度精调的现场实施。

3）配合控制软件要求和新的数据结构重新编写工作站控显软件，整合现有操作界面，控显功能集中到图形窗和调车单窗界面。

4）新增加综合服务器，一是统一与外部系统的接口；二是基于SQL 数据库技术，提升数据维护、存储和检索能力。

5）基于新的数据结构重新编写信息检索软件，重新设计维护界面，提高统计分析功能，增强设备性能监督功能。

6）基于新的数据结构开发单机版的仿真和培训系统；提升溜放进路、减速器过程控制仿真功能。

7）配套开发数据配置工具，自动生成控制、维护、仿真和对外接口所需要的数据配置文件。

3 升级系统结构

TW-2 升级系统分为4 层：用户操作层、综合管理层、上层控制层和下层控制层。其系统结构如图1 所示。

3.1 用户操作层

用户操作层采用工控机，按操作人员和操作权限一般分为调车长工作站、调速工作站和维护工作站；用户操作层通过以太网实现与综合管理层的通信。

3.2 综合管理层

综合管理层采用服务器，通过一路以太网实现与用户操作层的通信，通过另一路以太网实现与上层控制层的通信，通过VLAN 技术将两路以太网通信区域隔离。综合管理层采用双机温备工作模式，保证存储的记录信息不丢失。新增综合管理层是与TW-2 系统结构上的最大差别，主要实现以下3 个功能。

1）统一与外部系统接口

将原来分散在用户操作层不同工作站的外部系统接口统一到综合管理层中，便于接口信息的整合、记录和检索。通过串口转网络设备将外部系统接入综合管理层与用户操作层的VLAN 区域中，不改变外部系统接口的原物理位置。

2）数据库服务器功能

作为数据库服务器，保存上层控制层的报警信息、变化记录信息及钩车详细信息等各种信息，保存外部系统接口信息，保存用户操作层的操作日志、调车单信息等；保存的上述信息供维护工作站查询、检索、统计和回放使用；保存和维护基础字典类数据。用户操作层的工作站采用C/S 方式实现与综合管理层的服务器连接。

3）计划管理功能

作为用户操作层与上层控制层之间的桥梁，综合管理层一方面接收来自用户操作层的调车单作业计划，图形窗选路操作或股道封/解锁操作，将其转化为统一的驼峰指令发送到上层控制层；一方面接收来自上层控制层的指令执行反馈和设备状态信息，整合后发送到用户操作层供显示或外部系统接口。实现计划管理和过程控制的分离。

3.3 上层控制层

上层控制层采用工控机，通过以太网实现与综合管理层的通信；通过两路CAN 网实现与下层控制层的通信，一路与联锁及进路控制机箱相连，采用高通信速率；一路与调速及测长控制机箱相连，采用低通信速率。上层控制层采用双机热备工作模式。

3.4 下层控制层

下层控制机延用自主研制的专用嵌入式微机模块系列。控制机箱分为联锁及进路控制机箱和调速及测长控制机箱，每个机箱最大配置12 块控制板件。

联锁及进路控制机箱通过一路CAN 网实现与上层控制层的通信，调速及测长控制机箱通过另一路CAN 网实现与上层控制层的通信。

4 软件设计

4.1 数据库设计

TW-2 升级系统采用Microsoft SQL Server 作为系统的数据库，结合过程控制系统要求实时性强的特点，从功能上横向把数据划分为基础数据、计划管理模块数据、控制模块数据、日志报警类数据；根据执行的状态纵向又分为实时数据和历史数据。

升级系统采用的是关系型数据库，数据库中的表都是二维的关系表。每张表对应一种数据结构。控制软件的数据结构和数据库中的表一一对应。数据库的表按照性质分为4 类。

第一类为静态表，表中的数据描述的是站场和人员岗位相关的不经常变动的数据，在数据库中以DC_开头。

第二类为动态表，表中的数据是跟控制和使用相关的动态变化的数据，在数据库中以DM_开头。

第三类表为历史表，历史表和动态表是基本对应，在数据库中以DR_开头。动态变化的数据会随着时间变化越来越多，需要定期把动态表的数据归到历史表中。

第四类为回放表，以REP_开头，供图形回放使用。

4.2 软件模块设计

与系统结构相对应，升级系统软件结构也同样分成4 层：用户操作层软件、综合管理层软件、上层控制层软件和下层控制层软件。每层软件根据功能分工细化为不同功能模块。

4.2.1 用户操作层软件模块

用户操作层软件由图形窗、调车单窗、历史回放、数据查询分析、数据配置、仿真及系统监控等模块组成。

图形窗模块：接收实时站场情况广播并按站场形式展现出来，同时处理用户的人工操作信息。

调车单窗模块：实现人工编辑调车作业计划并将计划送往综合管理层，同时显示计划的实时执行情况。

历史回放模块：查看历史站场显示及同步的调车作业计划执行情况。

数据查询分析模块：以多种展示方式查看、分析、统计历史数据，分析设备性能并预警。

系统监控模块：图形化展现系统各设备的连接关系、运行状态、网络连接或串口连接状态等；与外部系统接口的连接关系，网络连接或串口连接状态等。

登录窗口模块：作用一是通过交接班将记录转历史库。二是通过登录实现操作权限配置。

4.2.2 综合管理层软件

综合管理层软件包括数据库管理模块、计划管理模块和接口管理模块。

数据库管理模块：负责管理和维护基础字典类数据、计划类数据、控制类数据（包括操作日志、报警记录）和各系统接口类数据。实现数据载入、数据更新、数据保存、数据转历史、数据检索等功能及数据库自身维护。

计划管理模块：接收来自调车单的作业计划，转化为驼峰指令集发送到上层控制机，并根据作业计划的变化及时调整驼峰指令集；接收来自图形窗选路操作和股道封/解锁操作，转化为驼峰指令集发送到上层控制机；接收来自上层控制层的指令执行反馈，整合后发送到调车单供显示；接收来自上层控制层的设备状态信息，整合后发送到图形窗供显示。

接口管理程序：接收来自上层控制层的指令执行反馈和设备状态信息，整合后发送到外部系统接口；接收并处理来自外部系统接口的输入信息；保存与外部系统接口的通信日志。

4.2.3 上层控制层软件

接收综合管理层发来的驼峰指令集，转化为进路表和基本进路表；在进路表和基本进路表的基础上实现调车进路、推送进路、溜放进路（包括手动单溜进路）、股道封锁和解锁控制的控制。

峰上调车进路模块：实现进路选排、进路锁闭、信号开放、进路正常解锁、进路取消、重复开放信号及区段故障解锁等功能。

机车上下峰进路模块：实现进路选排、进路锁闭、信号开放、进路正常解锁、进路取消、重复开放信号及进路故障解锁等功能。

推送进路模块：实现进路选排、进路锁闭、驼峰信号机控制、进路正常解锁、进路取消、禁溜线或迂回线推送进路控制等功能。

溜放进路模块：实现溜放命令正常传递、溜放钩车跟踪、溜放异常处理等功能；整合原下层进路控制板中的溜放进路自动控制功能。

手动单溜进路模块：实现进路选排、进路锁闭、进路取消等功能。

间隔制动减速器模块：实现一、二部位减速器自动定速计算、放头拦尾计算、间隔控制计算等功能。

目的制动减速器模块：实现三部位减速器自动定速计算、放头拦尾计算、间隔控制计算等功能。

股道封锁和解锁模块：实现分路道岔的自动升降级选排和锁闭、编发线场间联系等功能。

双机同步模块：实现主用机与后备机之间的同步状态检查、自动恢复同步等功能。