車站多設備終端集中操控的研究與實現(xiàn)

趙秀全

（北京全路通信信號研究設計院有限公司，北京 100073）

1 概述

編組站綜合集成自動化系統(tǒng)（簡稱CIPS）是我國第一個面向編組站業(yè)務管控一體化的綜合信息系統(tǒng)。系統(tǒng)控制部分是通過指令集的方式與各控制子系統(tǒng)（聯(lián)鎖系統(tǒng)、駝峰自動化系統(tǒng)、停車器系統(tǒng)、調機自動化系統(tǒng)）進行信息交互，實現(xiàn)各子系統(tǒng)自動控制功能。作為完全的新建項目在成都北、武漢北、貴陽南等編組站CIPS系統(tǒng)與DS6-K5B聯(lián)鎖系統(tǒng)、TW-2駝峰自動化系統(tǒng)等都成功實現(xiàn)了自動控制功能，取得了良好的效果。但對于既有站改造特別是各控制子系統(tǒng)利舊且沒有與CIPS接口的軟件，CIPS系統(tǒng)的管控一體會由于接口限制而無法實現(xiàn)。

由于鐵路編組站的控制系統(tǒng)準備已經(jīng)基本完畢，在對既有站進行綜合自動化改造時不會替換既有的控制系統(tǒng)，因此開發(fā)一套基于CIPS環(huán)境下的能夠與各聯(lián)鎖系統(tǒng)、駝峰控制系統(tǒng)通用的接口成為迫切需要。結合CIPS系統(tǒng)特點對于以上功能分解為集控系統(tǒng)和通用PRC系統(tǒng)2個模塊，其中集控系統(tǒng)負責與各控制系統(tǒng)接口以及處理各類操作命令、PRC系統(tǒng)負責解析管理系統(tǒng)的指令集轉換為操作命令下發(fā)給集控系統(tǒng)。

2 集中操控系統(tǒng)

CIPS集控系統(tǒng)包括人機界面、操作命令處理、子系統(tǒng)接口和綜合站場表示服務4部分。根據(jù)業(yè)務需要通過數(shù)據(jù)集成方式把聯(lián)鎖、駝峰、停車器等不同控制系統(tǒng)的顯示與操作統(tǒng)一集成在一個站場表示界面上，由一個操作人員完成操作。既可以是一個站內的不同系統(tǒng)間集成，也可以是不同站的不同系統(tǒng)集成。還可以根據(jù)業(yè)務需求把一個系統(tǒng)拆分為不同模塊獨立實現(xiàn)界面顯示與操作。

2.1 集控系統(tǒng)功能

1）與各控制子系統(tǒng)接口：集控系統(tǒng)與各子系統(tǒng)的接口根據(jù)子系統(tǒng)類型不同采用不同的協(xié)議，與聯(lián)鎖系統(tǒng)采用通用的CTC接口協(xié)議，與駝峰系統(tǒng)、停車器系統(tǒng)采用各子系統(tǒng)的協(xié)議。

2）站場表示信息處理：從各子系統(tǒng)接收站場表示信息并發(fā)送給站場表示服務系統(tǒng)。

子系統(tǒng)狀態(tài)處理：通過接口協(xié)議診斷各子系統(tǒng)的工作狀態(tài)和模式，確定集控的工作模式。

3）處理站場表示客戶端和PRC的操作命令，按照各子系統(tǒng)的協(xié)議要求轉換為對應的格式發(fā)送給各控制系統(tǒng)。

報警信息處理：接收各控制系統(tǒng)的報警信息在客戶端顯示，并對重要報警進行語音報警。

2.2 集控系統(tǒng)結構

集控系統(tǒng)結構如圖1所示。

2.3 與聯(lián)鎖比較的特點

與傳統(tǒng)的聯(lián)鎖系統(tǒng)控顯界面相比較，CIPS集控界面具有以下顯著優(yōu)點。

1）綜合表示功能：集成聯(lián)鎖系統(tǒng)、駝峰系統(tǒng)、停車器系統(tǒng)、TDCS系統(tǒng)、調機系統(tǒng)、脫軌器系統(tǒng)、現(xiàn)車系統(tǒng)等綜合表示集成顯示。

2）取消輔助按鈕顯示：對于“總取消”、“總人解”等輔助操作按鈕在屏幕上取消顯示，代之用右鍵菜單的方式實現(xiàn)，避免了過多按鈕引起的混亂，提高了站場表示視覺效果。

3）進路預排顯示：在CIPS集控界面上選定始端后，隨著鼠標的移動界面提供將要辦理的進路軌跡，通過所見即所得功能能夠預先告知操作人員進路的信息，幫助操作人員更直觀掌握進路情況。

4）組合進路一次性選排：對于聯(lián)鎖中不包含的長進路，在聯(lián)鎖界面上需要分段多次辦理，在CIPS集控界面上可實現(xiàn)一次辦理分別執(zhí)行。無論是調車進路還是列車進路，由集控系統(tǒng)根據(jù)聯(lián)鎖表拆分為聯(lián)鎖可以執(zhí)行的最小數(shù)量進路集，原則上調車進路按照由遠及近的方式分段給聯(lián)鎖系統(tǒng)發(fā)送執(zhí)行命令，在遠端進路信號開放后再辦理近端進路；列車進路按照由近及遠順序執(zhí)行。

5）長調車進路一次性取消：對于要取消的長調車進路可從進路的始端一次操作，集控系統(tǒng)會自動按照由近及遠的方式依次取消整條長進路，避免連續(xù)操作。

6）變更進路辦理方式靈活：進路辦理特別是長進路不再局限于聯(lián)鎖提供的具體辦理中要求的始端、終端、變更點，不要求操作人員記憶各進路的關鍵按鈕。在CIPS集控界面上，任何一個道岔或無岔區(qū)段都可以作為進路的變更點，在需要變更情況下，操作人員可以根據(jù)需要的進路軌跡任意選定變更點，并且變更點的數(shù)量也不受限制。

7）區(qū)段分路不良管理：對于道岔區(qū)段分路不良，以虛線顯示。對于標記分路不良的道岔區(qū)段，在有進路選排時，會自動對該道岔實施單鎖，避免由于分路不良造成的道岔誤動情況，保證作業(yè)安全。

8）按鈕封閉管理：由于一般聯(lián)鎖系統(tǒng)不具備調車、列車、引導按鈕分別封閉的功能，應用中不靈活。采用調車、列車、引導按鈕各自獨立的按鈕封閉管理，提高操作按鈕封閉的靈活性。

9）站間、系統(tǒng)間透明顯示：在CIPS集控界面上把不同系統(tǒng)的信息集成在一起，操作人員能夠完全掌握相鄰站、相鄰場的表示信息。

10）信息共享：用戶可以在任何一臺接入CIPS網(wǎng)絡（過防火墻）的機器上通過遠程桌面方式登錄后顯示站場表示界面，?實現(xiàn)信息共享。

11）標簽功能：在界面上能夠通過提供的標簽采用人工拖動方式標記調機、本務機等在站場中的任意位置，也可以標記其他信息。

2.4 命令處理邏輯

1）操作命令接收任務：接收來自客戶端或PRC的操作命令，放置在命令隊列Queue_Cmd中。

2）操作命令預處理任務：從命令隊列中提取數(shù)據(jù)判斷如下。

a.集控內部命令（如分路不良、停用）則執(zhí)行內部命令處理，不與其他系統(tǒng)發(fā)生關系；

b.跨控制系統(tǒng)的操作命令：判斷是否所有有關的控制系統(tǒng)都工作正常且所有操作條件都滿足，如果不滿足則返回失敗報警，滿足則把命令按照控制系統(tǒng)管理范圍分解為不同的控制命令，放置在跨系統(tǒng)命令隊列Queue_MultiSys中；

c.單一控制系統(tǒng)的操作命令：判斷系統(tǒng)工作是否正常且操作條件滿足，如果不滿足則返回失敗報警。滿足則把命令放置到該控制系統(tǒng)的命令隊列Queue_Sys中；

3）命令解析任務：對于所有命令隊列中的數(shù)據(jù)解析為對應控制系統(tǒng)能夠執(zhí)行的命令。

a.單系統(tǒng)命令解析：

*單操命令解析：根據(jù)各控制系統(tǒng)的協(xié)議，轉換后放置到接口隊列Queue_IO中；

*選排進路解析：首先按照要求的進路始終端和道岔位置檢查聯(lián)鎖表中進路是否存在，如果存在則轉換后放置到接口隊列Queue_IO中；如果不存在則對進路進行拆分，拆分原則是聯(lián)鎖表中存在（可執(zhí)行性）且數(shù)量最?。▓?zhí)行效率最高）的組合，把組合的進路轉換后放置到接口隊列Queue_IO中。

b.跨系統(tǒng)命令解析：跨系統(tǒng)命令是各對應控制系統(tǒng)按照單系統(tǒng)情況的組合處理。

4）命令執(zhí)行任務：把已經(jīng)解析完畢存儲在Queue_IO中的命令按照順序和執(zhí)行規(guī)則依次發(fā)送給控制系統(tǒng)，并把對應命令從隊列中刪除。

a.單系統(tǒng)命令執(zhí)行：

*單操命令執(zhí)行：直接執(zhí)行發(fā)送；

*單段進路命令執(zhí)行：直接執(zhí)行發(fā)送；

*組合進路命令執(zhí)行：按照由遠及近的原則，先執(zhí)行遠端進路辦理,在遠端信號開放后，再執(zhí)行近端進路辦理。如果遠端信號沒有開放，則近端進路不會執(zhí)行。根據(jù)進路道岔深度的不同在達到最大時間遠端信號仍然沒有開放的情況下，從隊列中刪除所有的與此組合進路有關的命令。

b.跨系統(tǒng)命令執(zhí)行：各控制系統(tǒng)內部的執(zhí)行順序按照單系統(tǒng)命令執(zhí)行的邏輯執(zhí)行，不同控制系統(tǒng)間按照遠端控制系統(tǒng)命令先執(zhí)行成功后，近端控制系統(tǒng)命令再執(zhí)行的原則處理。

5）命令狀態(tài)跟蹤任務：通過控制系統(tǒng)反饋的站場表示信息，追蹤集控內有關的進路狀態(tài)，用于控制組合進路辦理時機。

3 通用PRC系統(tǒng)

CIPS的通用PRC系統(tǒng)是為CIPS自動執(zhí)行提供的介于管理系統(tǒng)和控制系統(tǒng)之間的一個指令解析模塊，它的入口點是CIPS管理系統(tǒng)產(chǎn)生的指令集，輸出是始終端等控制命令，每個控制系統(tǒng)一個PRC模塊。

3.1 PRC功能

PRC功能如示意圖2所示。

1）指令集接收，接收CIPS管理系統(tǒng)產(chǎn)生的指令集；

2）指令集執(zhí)行，根據(jù)指令出發(fā)標志與指令狀態(tài)把能夠執(zhí)行的指令通過算法得到長進路以及進路控制命令，在滿足控制時機情況下給集控系統(tǒng)發(fā)送控制命令；

3）指令執(zhí)行跟蹤與反饋，根據(jù)站場表示的變化信息，跟蹤指令狀態(tài)變化并反饋給CIPS管理系統(tǒng)。

3.2 PRC核心邏輯

3.2.1?指令執(zhí)行規(guī)則

指令的執(zhí)行規(guī)則是PRC判斷指令能否執(zhí)行以及執(zhí)行順序的重要條件。CIPS管理系統(tǒng)的指令是以作業(yè)報點為基礎決定觸發(fā)時機，但觸發(fā)不考慮進路的相擾性以及指令間進路的執(zhí)行順序。在該規(guī)則中對于觸發(fā)的指令結合站場表示信息實現(xiàn)指令的串行、并行執(zhí)行，以及指令的合并、拆分執(zhí)行。

1）流程間指令：不同流程間指令采用并行處理規(guī)則，同一調機的不同流程間指令采用串行處理規(guī)則；

2）同一流程內指令：采用串行處理規(guī)則，原則是前面指令執(zhí)行成功后，后面指令再執(zhí)行，但是根據(jù)業(yè)務需要不同情況不同處理。

a.對于折返情況按照自上而下的串行規(guī)則執(zhí)行，折返指令B在上條前進指令A未執(zhí)行成功的情況下，指令B不能執(zhí)行；

b.對于同一方向的已經(jīng)觸發(fā)情況下的指令，按照信號由遠及近的開放原則，把后續(xù)指令B放在前面先執(zhí)行，在執(zhí)行中如果遠端指令B不具備執(zhí)行條件，近端指令A也不能執(zhí)行。

c.如果有指令A狀態(tài)為[啟用]、[故障]或[結束]，則指令A前的所有指令都不再執(zhí)行。

3）單一指令：按照聯(lián)鎖的基本要求必須在軌道、鎖閉、信號、照查等所有條件都具備的情況下，才能夠執(zhí)行；已經(jīng)發(fā)送過控制命令的指令也不再執(zhí)行。

3.2.2?指令進路處理

指令進路的執(zhí)行是把能夠執(zhí)行的指令按照順序組織，根據(jù)指令中進路的內容得到進路的始終端以及進路上的道岔下發(fā)給集控系統(tǒng)執(zhí)行。

1）對于調車、列車、推送指令，根據(jù)路徑方案號從路徑方案表中得到該指令所經(jīng)過的道岔順序及位置，利用設備表及聯(lián)鎖表可得到該指令對應的長進路及其基本進路；對于單操指令（股道封鎖、解鎖）可以得到指令所處理的設備及控制命令。

2）為了執(zhí)行中滿足信號由遠及近開放的原則，對于同方向的指令間進路，如果都滿足進路選排條件，則把指令間的進路進行合并產(chǎn)生一條組合進路提交給集控系統(tǒng)執(zhí)行。

3）對于單條指令內部進路，如果全部滿足執(zhí)行條件則發(fā)送整條進路的命令；考慮到折返條件下經(jīng)常不能滿足全部進路都具備選排的情況，如果只有部分滿足，則按照由遠及近的原則，把遠端進路滿足執(zhí)行條件的部分產(chǎn)生控制命令提交給集控系統(tǒng)執(zhí)行；剩余的近端進路根據(jù)時機選擇執(zhí)行，也可以不再執(zhí)行。

4）對于折返情況，考慮到有可能機車退過道岔但又不具備基本進路選排的條件，為了行車安全，需要對該道岔進行單鎖處理（即退路鎖），在進路解鎖后再自動單解。

5）所有發(fā)送的命令要處理集控系統(tǒng)的操作回執(zhí)，如果由于執(zhí)行條件不滿足集控不受理，則在下次巡測中繼續(xù)處理；如果集控系統(tǒng)已經(jīng)受理，則認為該指令的操作命令已經(jīng)發(fā)送成功，后續(xù)不再進行處理。

3.2.3?指令狀態(tài)跟蹤

指令狀態(tài)的跟蹤是以站場表示變化為線索，根據(jù)指令中進路的內容分別得到指令的[受理]、[成功]、[啟用]、[故障]、[結束]狀態(tài)，反饋給CIPS管理系統(tǒng)。除了基本的進路狀態(tài)跟蹤外，最主要的是利用指令間的關系，對由于中途折返等情況造成的不能正常完成選路、占用、出清、解鎖過程的進路所對應的指令，實現(xiàn)指令狀態(tài)的跟蹤。

1）指令基本狀態(tài)判斷

a.指令控制命令發(fā)出后，如果超時沒有始端信號開放，則認為指令執(zhí)行失敗，或進路設備發(fā)生故障（如道岔位置不對或信號故障關閉等）認為指令執(zhí)行中出錯，反饋[故障]，故障后的指令通過“強制重復”可以再次執(zhí)行，指令啟用后，則不再有故障的判斷；

b.通過采集始終端按鈕的閃爍，判斷控制系統(tǒng)已經(jīng)受理開始執(zhí)行控制命令，反饋[受理]；

c.通過采集信號開放，判斷指令執(zhí)行[成功]；

d.通過軌道電路的占用，判斷指令執(zhí)行[啟用]；

e.通過軌道電路出清與進路解鎖，判斷指令執(zhí)行 [結束 ]。

2）指令狀態(tài)的高級判斷

a.對于同向指令A、B，如果遠端指令B已結束且近端指令A的進路已經(jīng)啟用過，則認為發(fā)生了折返，近端指令A置[結束]；

b.對于同向指令，如果遠端指令B啟用且近端指令A沒有成功，則認為是機車未走到位的折返，近端指令A也置[啟用]；

c.對于折返指令，如果前進的指令A已結束且后續(xù)折返指令B的進路處于占用狀態(tài)，那么該折返指令B沒有再次選排的時機，該折返指令B置[啟用]；

d.對于同向指令，在近端指令A結束情況下，遠端指令B進路的接近、進路上區(qū)段、離去都沒有占用時，認為連續(xù)折返而機車根本不使用本指令B的進路，遠端指令B置[結束]；

e.對于折返指令，如果前指令A已經(jīng)結束，折返指令B沒有成功但進路已經(jīng)解鎖，且B的后續(xù)指令C也沒有成功但進路處于占用狀態(tài)，認為指令B屬于折返進路且執(zhí)行完畢置[結束]。

4 總結與展望

CIPS的集控與通用PRC已經(jīng)在蘇家屯編組站、路外企業(yè)站鲅魚圈和西昌攀鋼CIPS系統(tǒng)中得到應用，得到用戶的高度認可，是CIPS系統(tǒng)在既有站實施的重要保證。目前存在大量類似于徐州北、沈陽西等既有編組站需要實現(xiàn)管控一體但又不進行基礎控制系統(tǒng)改造的情況，因此穩(wěn)定的通用的集控與PRC系統(tǒng)有很大的應用前途。