束維京

編組站機(jī)車(chē)綜合安全控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

束維京*

機(jī)車(chē)綜合安全控制系統(tǒng)對(duì)編組站的所有調(diào)車(chē)機(jī)車(chē)進(jìn)行控制及實(shí)現(xiàn)作業(yè)中的安全防護(hù),提高了編組站的控制水平和解體效率,又保證了整個(gè)作業(yè)過(guò)程的安全,實(shí)現(xiàn)推峰及調(diào)車(chē)信息車(chē)-地雙向傳輸,是編組站綜合自動(dòng)化的重要組成部分。對(duì)該系統(tǒng)設(shè)計(jì)施工中的關(guān)鍵技術(shù)、現(xiàn)有資源的利用、系統(tǒng)配置及設(shè)計(jì)施工要求進(jìn)行了分析。

編組站;綜合自動(dòng)化;無(wú)線(xiàn)機(jī)車(chē)控制;安全防護(hù);系統(tǒng)設(shè)計(jì)

編組站機(jī)車(chē)綜合安全控制系統(tǒng)是編組站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的重要組成部分,它對(duì)編組站的所有調(diào)車(chē)機(jī)車(chē)進(jìn)行控制及實(shí)現(xiàn)作業(yè)中的安全防護(hù),并實(shí)現(xiàn)了編組站的調(diào)車(chē)機(jī)車(chē)的集中管理。它將我國(guó)已大面積推廣應(yīng)用的駝峰無(wú)線(xiàn)機(jī)車(chē)遙控系統(tǒng)與無(wú)線(xiàn)調(diào)車(chē)機(jī)車(chē)信號(hào)和監(jiān)控系統(tǒng)有機(jī)地結(jié)合起來(lái),實(shí)現(xiàn)編組站內(nèi)的調(diào)車(chē)及推峰作業(yè)遙控、自動(dòng)控制及安全防護(hù),對(duì)站場(chǎng)的全部調(diào)車(chē)機(jī)車(chē)進(jìn)行統(tǒng)一指揮控制及實(shí)時(shí)跟蹤,顯著地提高作業(yè)效率,確保站場(chǎng)調(diào)車(chē)作業(yè)的安全,并為綜合自動(dòng)化的智能決策和自動(dòng)執(zhí)行提供可靠的機(jī)車(chē)及車(chē)列的作業(yè)數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)同時(shí)還可應(yīng)用于駝峰自動(dòng)化編組站,充分利用現(xiàn)有設(shè)備,與駝峰自動(dòng)化系統(tǒng)及車(chē)站信息系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)控制,以較低的投資顯著地提高了駝峰自動(dòng)化編組站的效率。

1 編組站機(jī)車(chē)綜合安全控制系統(tǒng)

該系統(tǒng)是由地面設(shè)備及機(jī)車(chē)設(shè)備組成。地面設(shè)備有地面主機(jī)、接口設(shè)備、點(diǎn)式應(yīng)答器、電務(wù)維修終端及車(chē)務(wù)終端;機(jī)車(chē)設(shè)備由車(chē)載控制計(jì)算機(jī)、接口設(shè)備、司機(jī)顯示器、點(diǎn)式查詢(xún)器主機(jī)及查詢(xún)天線(xiàn)、LKJ2000監(jiān)控裝置及平調(diào)燈顯設(shè)備等構(gòu)成。駝峰樓、峰尾樓各設(shè)一套地面設(shè)備,地面設(shè)備通過(guò)光纜與編組站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)通信,接受編組站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的控制指令并向其發(fā)送相關(guān)調(diào)車(chē)作業(yè)數(shù)據(jù);通過(guò)無(wú)線(xiàn)信道可同時(shí)對(duì)到達(dá)場(chǎng)、調(diào)車(chē)場(chǎng)、峰尾作業(yè)、出發(fā)場(chǎng)、交換場(chǎng)的多臺(tái)調(diào)車(chē)機(jī)車(chē)的調(diào)車(chē)作業(yè)進(jìn)行安全防護(hù)及遙控,并對(duì)到達(dá)場(chǎng)的推峰機(jī)車(chē)進(jìn)行遙控及自動(dòng)控制。

1.1 系統(tǒng)作業(yè)范圍與控制方式

1.采用無(wú)線(xiàn)數(shù)傳控制方式,可同時(shí)對(duì)編組站的全部機(jī)車(chē)或作業(yè)車(chē)列實(shí)施控制。

2.對(duì)推峰機(jī)車(chē)實(shí)行變速推送控制,控制范圍為機(jī)車(chē)進(jìn)入推峰股道與列車(chē)連掛完畢、辦理了推峰進(jìn)路且司機(jī)授權(quán)后開(kāi)始,直到駝峰解體作業(yè)結(jié)束。

3.對(duì)各個(gè)車(chē)場(chǎng)調(diào)車(chē)機(jī)車(chē)進(jìn)行調(diào)車(chē)作業(yè)的安全防護(hù)及調(diào)車(chē)長(zhǎng)遙控機(jī)車(chē)進(jìn)行調(diào)車(chē)作業(yè)。

4.可應(yīng)用于電氣化區(qū)段與非電氣化區(qū)段的編組站。

1.2 平面調(diào)車(chē)監(jiān)控

當(dāng)車(chē)站進(jìn)行調(diào)車(chē)作業(yè)時(shí),在車(chē)站辦理好調(diào)車(chē)進(jìn)路或編組站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)車(chē)進(jìn)路預(yù)排后,在機(jī)車(chē)司機(jī)顯示屏上顯示出相關(guān)的調(diào)車(chē)進(jìn)路及防護(hù)信號(hào)。調(diào)車(chē)機(jī)車(chē)可實(shí)現(xiàn)調(diào)車(chē)長(zhǎng)對(duì)調(diào)車(chē)作業(yè)的遙控,同時(shí)系統(tǒng)對(duì)調(diào)車(chē)作業(yè)全過(guò)程實(shí)現(xiàn)安全防護(hù),并將作業(yè)過(guò)程顯示在站調(diào)及值班員的屏幕上。

1.3 推峰遙控

在駝峰推峰作業(yè)過(guò)程中,系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)駝峰推峰機(jī)車(chē)作業(yè)的全程遙控或自控,與駝峰自動(dòng)化系統(tǒng)形成閉環(huán)控制。推峰機(jī)車(chē)可由駝峰值班員遙控推峰,也可由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)根據(jù)駝峰解體作業(yè)的狀態(tài)給出推峰速度命令,實(shí)現(xiàn)推峰作業(yè)的自動(dòng)控制。同時(shí),編組站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)可根據(jù)駝峰自動(dòng)化作業(yè)過(guò)程,實(shí)現(xiàn)駝峰推峰作業(yè)與調(diào)車(chē)作業(yè)的無(wú)縫連接,進(jìn)一步提高駝峰的作業(yè)效率。

1.4 車(chē)-地?cái)?shù)據(jù)傳輸

采用無(wú)線(xiàn)傳輸信道,可選用專(zhuān)用數(shù)傳電臺(tái)或GSM-R數(shù)字無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)。采用GSM-R數(shù)字無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)方式時(shí),利用每臺(tái)機(jī)車(chē)的專(zhuān)用控制通道,實(shí)現(xiàn)車(chē)-地信息傳輸,對(duì)車(chē)站中的每一臺(tái)機(jī)車(chē)進(jìn)行控制;采用無(wú)線(xiàn)數(shù)傳電臺(tái)進(jìn)行車(chē)-地信息交換時(shí),通過(guò)設(shè)在駝峰樓及峰尾樓的數(shù)傳電臺(tái)與全站的調(diào)車(chē)機(jī)車(chē)進(jìn)行控制信息交換,實(shí)現(xiàn)對(duì)全站的調(diào)車(chē)機(jī)車(chē)控制。

2 系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)備配置

2.1.1 地面設(shè)備

地面設(shè)備包括地面主機(jī)柜、電務(wù)終端、車(chē)務(wù)終端、天線(xiàn)和應(yīng)答器。主機(jī)柜為雙機(jī)熱備;地面電臺(tái)的天線(xiàn)安裝在機(jī)房邊天線(xiàn)鐵塔上;設(shè)置專(zhuān)用通信接口裝置,完成本系統(tǒng)與其他子系統(tǒng)之間的信息交換;地面應(yīng)答器根據(jù)站場(chǎng)作業(yè)要求在站場(chǎng)相應(yīng)的位置設(shè)置;在維護(hù)中心設(shè)有全站的電務(wù)維修終端。

2.1.2 車(chē)載設(shè)備

車(chē)載設(shè)備包括控制主機(jī)箱、查詢(xún)器主機(jī)、車(chē)載天線(xiàn)、車(chē)載彩色顯示器、空氣制動(dòng)控制接口箱。其中控制主機(jī)箱及查詢(xún)器主機(jī)安裝于電器間;空氣制動(dòng)控制接口箱安裝于機(jī)械間。

2.1.3 軟件工程設(shè)計(jì)

遵循軟件工程自頂而下的層次化和結(jié)構(gòu)化的設(shè)計(jì)原則,以保證系統(tǒng)可靠性的要求。符合標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)要求,不會(huì)隨站場(chǎng)形狀和聯(lián)鎖條件的改變而造成數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和程序模塊的變化。采用積木式結(jié)構(gòu),增減相應(yīng)的模塊,即可滿(mǎn)足不同站場(chǎng)要求,而不必改變程序模塊的組織結(jié)構(gòu)。與安全聯(lián)鎖有關(guān)的采集、通信及聯(lián)鎖關(guān)系均采用多數(shù)判定的原則。

2.1.4 現(xiàn)場(chǎng)工程設(shè)計(jì)

1.地面安裝工程。地面控制機(jī)柜安放在信號(hào)樓的控制系統(tǒng)機(jī)房?jī)?nèi),使用電源屏交流220V穩(wěn)壓信號(hào)電源,設(shè)有安全防護(hù)地線(xiàn)和天線(xiàn)防雷地線(xiàn);通過(guò)與計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)或TDCS/CTC系統(tǒng)進(jìn)行通信取得控制條件,如果與計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)或TDCS/ CTC系統(tǒng)的通信接口不在同一個(gè)樓內(nèi),應(yīng)設(shè)防雷裝置;電臺(tái)天線(xiàn)安裝在地面機(jī)柜所在的信號(hào)樓旁的天線(xiàn)鐵塔上,地面機(jī)柜通過(guò)天線(xiàn)電纜與鐵塔上的天線(xiàn)連接,天線(xiàn)鐵塔需設(shè)避雷針連接防雷地;車(chē)務(wù)終端根據(jù)車(chē)站作業(yè)要求設(shè)置,如果與地面控制機(jī)柜不在一個(gè)樓內(nèi),須通過(guò)電纜連接,并設(shè)置防雷裝置;點(diǎn)式應(yīng)答器設(shè)備的地面識(shí)別點(diǎn),根據(jù)站場(chǎng)作業(yè)要求在站場(chǎng)相應(yīng)的位置設(shè)置。

2.機(jī)車(chē)設(shè)備安裝工程。機(jī)車(chē)設(shè)備主機(jī)及查詢(xún)器主機(jī)安裝在機(jī)車(chē)的電器間,天線(xiàn)安裝在機(jī)車(chē)頂部,使用機(jī)車(chē)110V直流電源;車(chē)載主機(jī)箱與列車(chē)運(yùn)行監(jiān)控記錄裝置、彩色顯示器、查詢(xún)器主機(jī)及天線(xiàn)等之間均由電纜相接;查詢(xún)器天線(xiàn)安裝于吊裝架后,懸吊于機(jī)車(chē)后部的軌道感應(yīng)器橫梁上,懸吊位置取機(jī)車(chē)縱軸線(xiàn)中心。

3.無(wú)線(xiàn)電臺(tái)的頻點(diǎn)。無(wú)線(xiàn)電臺(tái)的頻點(diǎn)需要向當(dāng)?shù)責(zé)o委會(huì)申請(qǐng)批準(zhǔn);通信頻點(diǎn)建議從鐵路頻段450 MHz～470 MHz中選用。

2.2 與其他子系統(tǒng)的接口配置

2.2.1 與計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的接口

它是與計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的通信平臺(tái),須是安全通信接口。由計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)提供其控制區(qū)域的信號(hào)顯示、軌道電路狀態(tài)、道岔位置及開(kāi)通進(jìn)路等碼位表?xiàng)l件,通信格式按照計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的通信格式,場(chǎng)間聯(lián)系室外電纜采用光纜。

2.2.2 與TDCS系統(tǒng)的接口

地面設(shè)備向TDCS系統(tǒng)提供其所需的相關(guān)機(jī)車(chē)車(chē)輛信息、推峰及調(diào)車(chē)作業(yè)信息,接收TDCS的調(diào)車(chē)作業(yè)單、自動(dòng)預(yù)排進(jìn)路等相關(guān)控制命令。場(chǎng)間聯(lián)系室外電纜采用光纜通信方式。

2.2.3 與LKJ2000機(jī)車(chē)監(jiān)控記錄裝置的接口

車(chē)載主機(jī)將接收的地面信號(hào)顯示信息、進(jìn)路條件、車(chē)列占用及出清進(jìn)路的狀態(tài)、點(diǎn)式應(yīng)答器信息、有關(guān)限速條件等,傳送給列車(chē)運(yùn)行監(jiān)控記錄裝置,作為系統(tǒng)安全防護(hù)時(shí)控制機(jī)車(chē)工作的數(shù)據(jù)及系統(tǒng)工作記錄。列車(chē)運(yùn)行監(jiān)控記錄裝置將車(chē)列在股道及存車(chē)線(xiàn)中的停車(chē)距離、機(jī)車(chē)實(shí)際走行速度、設(shè)備制動(dòng)控制時(shí)的控制模式、制動(dòng)減壓量、司機(jī)的有關(guān)操作等信息發(fā)送至地面設(shè)備,提供給編組站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)及駝峰自動(dòng)化系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。

2.3 需考慮的問(wèn)題

1.在設(shè)計(jì)選型時(shí),應(yīng)選用通過(guò)鐵道部技術(shù)鑒定并取得鐵道部鐵路運(yùn)輸安全產(chǎn)品認(rèn)定的成熟產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)調(diào)車(chē)機(jī)車(chē)無(wú)線(xiàn)綜合安全控制系統(tǒng)。

2.機(jī)車(chē)綜合安全控制系統(tǒng)由二部分組成,即駝峰機(jī)車(chē)推峰作業(yè)遙控及站場(chǎng)調(diào)車(chē)作業(yè)的控制與安全防護(hù)。目前這二個(gè)系統(tǒng)均是采用無(wú)線(xiàn)傳輸?shù)墓ぷ鞣绞?但其軟硬件及與相關(guān)系統(tǒng)接口有所區(qū)別,如采用二個(gè)系統(tǒng)的簡(jiǎn)單疊加,將造成系統(tǒng)的配置不合理及資源的浪費(fèi),因此在應(yīng)用中,應(yīng)通過(guò)對(duì)系統(tǒng)的軟硬件升級(jí)整合,選用統(tǒng)一的、兼容的硬件設(shè)備,實(shí)現(xiàn)一體化設(shè)計(jì),這樣才能保證工程設(shè)計(jì)合理及減少投資。

3.目前,在大部分未實(shí)現(xiàn)編組站綜合自動(dòng)化的大中型駝峰自動(dòng)化編組站均已安裝有駝峰推峰機(jī)車(chē)無(wú)線(xiàn)遙控系統(tǒng),因此在這些編組站設(shè)計(jì)編組站機(jī)車(chē)安全控制系統(tǒng)時(shí),應(yīng)有效地利用已有的駝峰推峰機(jī)車(chē)無(wú)線(xiàn)遙控系統(tǒng)設(shè)備,實(shí)現(xiàn)調(diào)車(chē)機(jī)車(chē)無(wú)線(xiàn)安全控制,這將顯著地減少工程投資,合理地利用設(shè)備資源,并為今后實(shí)現(xiàn)編組站綜合自動(dòng)化奠定基礎(chǔ)。

4.無(wú)線(xiàn)頻點(diǎn)選用要求。由于該系統(tǒng)為信號(hào)安全控制系統(tǒng),信息傳送通道須按專(zhuān)用安全信息通道設(shè)計(jì),無(wú)線(xiàn)通道的誤碼率或者抗干擾能力均差于有線(xiàn)通道,因此,作為信號(hào)安全系統(tǒng)的信息傳輸通道,無(wú)論是通道的可靠性、抗干擾性及安全性均需采取嚴(yán)格的控制措施,保證系統(tǒng)滿(mǎn)足信號(hào)安全的技術(shù)指標(biāo),同時(shí)有效合理地使用無(wú)線(xiàn)頻點(diǎn)。為此,系統(tǒng)應(yīng)考慮如下措施。

1)為保證系統(tǒng)安全,采用鐵路專(zhuān)用頻段。根據(jù)我國(guó)對(duì)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)及無(wú)線(xiàn)頻點(diǎn)使用的規(guī)定,劃分為公用網(wǎng)及專(zhuān)用網(wǎng)、公用頻點(diǎn)及專(zhuān)用頻點(diǎn)。公用網(wǎng)或公用頻點(diǎn)是對(duì)公眾開(kāi)放的,使用無(wú)需批準(zhǔn),無(wú)法控制無(wú)線(xiàn)干擾及其可靠性能。專(zhuān)用網(wǎng)或?qū)Ｓ妙l點(diǎn)是國(guó)家為特定的、高可靠性、安全性使用部門(mén)劃分設(shè)定的無(wú)線(xiàn)頻段,必須經(jīng)過(guò)相關(guān)部門(mén)的批準(zhǔn),在一個(gè)地區(qū)專(zhuān)頻專(zhuān)用。因此,作為信號(hào)安全系統(tǒng),應(yīng)當(dāng)使用專(zhuān)用無(wú)線(xiàn)網(wǎng)或?qū)Ｓ脽o(wú)線(xiàn)頻點(diǎn)作為控制信息的通道。系統(tǒng)采用的無(wú)線(xiàn)傳輸頻點(diǎn)或頻段應(yīng)嚴(yán)格按照《無(wú)線(xiàn)調(diào)車(chē)機(jī)車(chē)信號(hào)和監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)條件(暫行)》的通知(運(yùn)基信號(hào)[2004]73號(hào))的“8.3無(wú)線(xiàn)通信設(shè)備技術(shù)要求”設(shè)計(jì),確保系統(tǒng)無(wú)線(xiàn)傳輸?shù)陌踩院涂煽啃浴?/p>

2)選用專(zhuān)用的數(shù)傳電臺(tái)或GSM-R數(shù)字無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)通信方式。采用數(shù)傳電臺(tái)工作方式時(shí),無(wú)線(xiàn)電臺(tái)的頻點(diǎn)需要向當(dāng)?shù)責(zé)o委會(huì)申請(qǐng)批準(zhǔn)。通信頻點(diǎn)建議從鐵路頻段450MHz～470MHz中選用。系統(tǒng)選用高可靠性、高傳輸速率的專(zhuān)用數(shù)傳電臺(tái),其傳輸誤碼率應(yīng)達(dá)到完全滿(mǎn)足控制信息傳送的技術(shù)要求。在采用專(zhuān)用數(shù)傳電臺(tái)方式時(shí),為了能最有效地利用無(wú)線(xiàn)頻點(diǎn),系統(tǒng)在一個(gè)地面設(shè)備控制區(qū),采用一個(gè)無(wú)線(xiàn)頻點(diǎn)對(duì)多臺(tái)機(jī)車(chē)進(jìn)行控制。采用GSM-R數(shù)字無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)方式時(shí),應(yīng)滿(mǎn)足鐵道部制定的技術(shù)協(xié)議的要求,通過(guò)分配的專(zhuān)用數(shù)傳通道進(jìn)行控制信息的安全傳輸。利用每臺(tái)機(jī)車(chē)的專(zhuān)用控制通道,實(shí)現(xiàn)車(chē)-地信息傳輸,對(duì)車(chē)站中的每一臺(tái)機(jī)車(chē)進(jìn)行控制。

3 結(jié)束語(yǔ)

編組站機(jī)車(chē)綜合安全控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了編組站全站機(jī)車(chē)的統(tǒng)一管理及控制,為編組站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)提供了完善的調(diào)車(chē)機(jī)車(chē)及車(chē)列調(diào)車(chē)作業(yè)數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)了全站機(jī)車(chē)的實(shí)時(shí)跟蹤,使編組站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)時(shí)掌握機(jī)車(chē)及作業(yè)車(chē)列的狀態(tài),完善了編組站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的調(diào)車(chē)進(jìn)路預(yù)排及自動(dòng)選路功能,顯著提高了編組站的控制水平和解體效率,保證了整個(gè)作業(yè)過(guò)程的安全,實(shí)現(xiàn)了作業(yè)信息車(chē)-地雙向傳輸及共享,為我國(guó)新一代編組站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)提供了良好基礎(chǔ)。

編組站機(jī)車(chē)綜合安全控制系統(tǒng)在我國(guó)編組站具有廣闊的應(yīng)用前景,不僅可應(yīng)用于編組站綜合自動(dòng)化系統(tǒng),也可以在目前的大中型駝峰編組站,與現(xiàn)有編組站的駝峰自動(dòng)化系統(tǒng)及車(chē)站信息管理系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng),配套推廣運(yùn)用,將能以較少的投資取得顯著的作業(yè)效率及作業(yè)安全保證。

The locomotive integrated safety control system control all shunting locomotives in a marshalling yard and provide safety protection for shunting operation,notonly improving the level of controlling and the efficiency of vehicle dissembling,butalso ensuring the safety ofentire operation process,and realizing the bidirectional transm ission of humping and shunting data between shunting locomotive and ground control system.Asan importantpartof Synthetic Automation ofMarshalling yard,thewireless locomotive integrated safety control system can be applied in marshalling yards with automatic hump.For this reason,many aspects of design and construction of system,such as key technology,utilization of available resources,system configuration,and requirements of design and construction,are analyzed in this paper.

Marshalling yard;Synthetic automation;W ireless locomotive control;Safety protection; System design

*鐵道部鑒定中心 高級(jí)工程師,100844 北京

2011-01-21

(責(zé)任編輯:諸紅)