TW-2型駝峰自動控制系統(tǒng)升級研究

李茲生，胡衛(wèi)東

（北京全路通信信號研究設(shè)計院集團(tuán)有限公司，北京 100070）

1 概述

TW-2 型駝峰自動控制系統(tǒng)（簡稱TW-2 系統(tǒng)）1998 年開始上道使用，迄今已成功運(yùn)用于國內(nèi)100多個駝峰場，成為駝峰自動化市場的主流產(chǎn)品，期間對系統(tǒng)的控制軟件進(jìn)行過幾次局部的、漸進(jìn)式的升級。隨著編組站自動化系統(tǒng)的興起，用戶對控制功能和維護(hù)功能的需求愈加智能化和精細(xì)化。

1）編組站自動化系統(tǒng)尤其CIPS 系統(tǒng)提出的基于控制指令集的管控一體新要求，對駝峰自動控制系統(tǒng)的自動化程度提出新的更高要求。

2） 操作人員對控制功能甚至提出零人工干預(yù)的苛刻要求，控顯界面要求簡潔易操作。

3）維護(hù)人員對維護(hù)功能的需求不僅僅是查詢檢索能力的加強(qiáng)，更提出設(shè)備工況監(jiān)督、測量設(shè)備自動校準(zhǔn)等新課題。

4）與相關(guān)系統(tǒng)接口越來越多，個別站場多達(dá)6、7 個接口，統(tǒng)一管理外部接口、整合監(jiān)測接口信息勢在必行。

因此需要通過對TW-2 系統(tǒng)軟件進(jìn)行整體升級，來更好地滿足現(xiàn)場運(yùn)營和維護(hù)的要求。

2 研究目標(biāo)和內(nèi)容

為更好滿足用戶對系統(tǒng)功能的智能化和精細(xì)化需求，TW-2 型駝峰自動控制系統(tǒng)的升級研究（TW-2 升級系統(tǒng)）確定在不改變現(xiàn)有系統(tǒng)控制部分架構(gòu)的基礎(chǔ)上，在控顯部分增加綜合服務(wù)器，提升數(shù)據(jù)服務(wù)和接口服務(wù)能力。重新定義數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并在此基礎(chǔ)上重新編寫控制軟件、控顯軟件和信息檢索軟件等，新開發(fā)綜合服務(wù)器軟件。研究的主要內(nèi)容包括如下。

1）通過自上而下的方式重新定義數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的定義便于數(shù)據(jù)庫存儲、檢索和挖掘。

2）基于新的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)重新編寫核心的溜放進(jìn)路、溜放速度和調(diào)車進(jìn)路控制軟件；實現(xiàn)控制軟件與速度控制數(shù)據(jù)的分割，便于速度精調(diào)的現(xiàn)場實施。

3）配合控制軟件要求和新的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)重新編寫工作站控顯軟件，整合現(xiàn)有操作界面，控顯功能集中到圖形窗和調(diào)車單窗界面。

4）新增加綜合服務(wù)器，一是統(tǒng)一與外部系統(tǒng)的接口；二是基于SQL 數(shù)據(jù)庫技術(shù)，提升數(shù)據(jù)維護(hù)、存儲和檢索能力。

5）基于新的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)重新編寫信息檢索軟件，重新設(shè)計維護(hù)界面，提高統(tǒng)計分析功能，增強(qiáng)設(shè)備性能監(jiān)督功能。

6）基于新的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)開發(fā)單機(jī)版的仿真和培訓(xùn)系統(tǒng)；提升溜放進(jìn)路、減速器過程控制仿真功能。

7）配套開發(fā)數(shù)據(jù)配置工具，自動生成控制、維護(hù)、仿真和對外接口所需要的數(shù)據(jù)配置文件。

3 升級系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

TW-2 升級系統(tǒng)分為4 層：用戶操作層、綜合管理層、上層控制層和下層控制層。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

3.1 用戶操作層

用戶操作層采用工控機(jī)，按操作人員和操作權(quán)限一般分為調(diào)車長工作站、調(diào)速工作站和維護(hù)工作站；用戶操作層通過以太網(wǎng)實現(xiàn)與綜合管理層的通信。

3.2 綜合管理層

綜合管理層采用服務(wù)器，通過一路以太網(wǎng)實現(xiàn)與用戶操作層的通信，通過另一路以太網(wǎng)實現(xiàn)與上層控制層的通信，通過VLAN 技術(shù)將兩路以太網(wǎng)通信區(qū)域隔離。綜合管理層采用雙機(jī)溫備工作模式，保證存儲的記錄信息不丟失。新增綜合管理層是與TW-2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上的最大差別，主要實現(xiàn)以下3 個功能。

1）統(tǒng)一與外部系統(tǒng)接口

將原來分散在用戶操作層不同工作站的外部系統(tǒng)接口統(tǒng)一到綜合管理層中，便于接口信息的整合、記錄和檢索。通過串口轉(zhuǎn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備將外部系統(tǒng)接入綜合管理層與用戶操作層的VLAN 區(qū)域中，不改變外部系統(tǒng)接口的原物理位置。

2）數(shù)據(jù)庫服務(wù)器功能

作為數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，保存上層控制層的報警信息、變化記錄信息及鉤車詳細(xì)信息等各種信息，保存外部系統(tǒng)接口信息，保存用戶操作層的操作日志、調(diào)車單信息等；保存的上述信息供維護(hù)工作站查詢、檢索、統(tǒng)計和回放使用；保存和維護(hù)基礎(chǔ)字典類數(shù)據(jù)。用戶操作層的工作站采用C/S 方式實現(xiàn)與綜合管理層的服務(wù)器連接。

3）計劃管理功能

作為用戶操作層與上層控制層之間的橋梁，綜合管理層一方面接收來自用戶操作層的調(diào)車單作業(yè)計劃，圖形窗選路操作或股道封/解鎖操作，將其轉(zhuǎn)化為統(tǒng)一的駝峰指令發(fā)送到上層控制層；一方面接收來自上層控制層的指令執(zhí)行反饋和設(shè)備狀態(tài)信息，整合后發(fā)送到用戶操作層供顯示或外部系統(tǒng)接口。實現(xiàn)計劃管理和過程控制的分離。

3.3 上層控制層

上層控制層采用工控機(jī)，通過以太網(wǎng)實現(xiàn)與綜合管理層的通信；通過兩路CAN 網(wǎng)實現(xiàn)與下層控制層的通信，一路與聯(lián)鎖及進(jìn)路控制機(jī)箱相連，采用高通信速率；一路與調(diào)速及測長控制機(jī)箱相連，采用低通信速率。上層控制層采用雙機(jī)熱備工作模式。

3.4 下層控制層

下層控制機(jī)延用自主研制的專用嵌入式微機(jī)模塊系列。控制機(jī)箱分為聯(lián)鎖及進(jìn)路控制機(jī)箱和調(diào)速及測長控制機(jī)箱，每個機(jī)箱最大配置12 塊控制板件。

聯(lián)鎖及進(jìn)路控制機(jī)箱通過一路CAN 網(wǎng)實現(xiàn)與上層控制層的通信，調(diào)速及測長控制機(jī)箱通過另一路CAN 網(wǎng)實現(xiàn)與上層控制層的通信。

4 軟件設(shè)計

4.1 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

TW-2 升級系統(tǒng)采用Microsoft SQL Server 作為系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫，結(jié)合過程控制系統(tǒng)要求實時性強(qiáng)的特點，從功能上橫向把數(shù)據(jù)劃分為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、計劃管理模塊數(shù)據(jù)、控制模塊數(shù)據(jù)、日志報警類數(shù)據(jù)；根據(jù)執(zhí)行的狀態(tài)縱向又分為實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)。

升級系統(tǒng)采用的是關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫中的表都是二維的關(guān)系表。每張表對應(yīng)一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。控制軟件的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)庫中的表一一對應(yīng)。數(shù)據(jù)庫的表按照性質(zhì)分為4 類。

第一類為靜態(tài)表，表中的數(shù)據(jù)描述的是站場和人員崗位相關(guān)的不經(jīng)常變動的數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)庫中以DC_開頭。

第二類為動態(tài)表，表中的數(shù)據(jù)是跟控制和使用相關(guān)的動態(tài)變化的數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)庫中以DM_開頭。

第三類表為歷史表，歷史表和動態(tài)表是基本對應(yīng)，在數(shù)據(jù)庫中以DR_開頭。動態(tài)變化的數(shù)據(jù)會隨著時間變化越來越多，需要定期把動態(tài)表的數(shù)據(jù)歸到歷史表中。

第四類為回放表，以REP_開頭，供圖形回放使用。

4.2 軟件模塊設(shè)計

與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對應(yīng)，升級系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)也同樣分成4 層：用戶操作層軟件、綜合管理層軟件、上層控制層軟件和下層控制層軟件。每層軟件根據(jù)功能分工細(xì)化為不同功能模塊。

4.2.1 用戶操作層軟件模塊

用戶操作層軟件由圖形窗、調(diào)車單窗、歷史回放、數(shù)據(jù)查詢分析、數(shù)據(jù)配置、仿真及系統(tǒng)監(jiān)控等模塊組成。

圖形窗模塊：接收實時站場情況廣播并按站場形式展現(xiàn)出來，同時處理用戶的人工操作信息。

調(diào)車單窗模塊：實現(xiàn)人工編輯調(diào)車作業(yè)計劃并將計劃送往綜合管理層，同時顯示計劃的實時執(zhí)行情況。

歷史回放模塊：查看歷史站場顯示及同步的調(diào)車作業(yè)計劃執(zhí)行情況。

數(shù)據(jù)查詢分析模塊：以多種展示方式查看、分析、統(tǒng)計歷史數(shù)據(jù)，分析設(shè)備性能并預(yù)警。

系統(tǒng)監(jiān)控模塊：圖形化展現(xiàn)系統(tǒng)各設(shè)備的連接關(guān)系、運(yùn)行狀態(tài)、網(wǎng)絡(luò)連接或串口連接狀態(tài)等；與外部系統(tǒng)接口的連接關(guān)系，網(wǎng)絡(luò)連接或串口連接狀態(tài)等。

登錄窗口模塊：作用一是通過交接班將記錄轉(zhuǎn)歷史庫。二是通過登錄實現(xiàn)操作權(quán)限配置。

4.2.2 綜合管理層軟件

綜合管理層軟件包括數(shù)據(jù)庫管理模塊、計劃管理模塊和接口管理模塊。

數(shù)據(jù)庫管理模塊：負(fù)責(zé)管理和維護(hù)基礎(chǔ)字典類數(shù)據(jù)、計劃類數(shù)據(jù)、控制類數(shù)據(jù)（包括操作日志、報警記錄）和各系統(tǒng)接口類數(shù)據(jù)。實現(xiàn)數(shù)據(jù)載入、數(shù)據(jù)更新、數(shù)據(jù)保存、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)歷史、數(shù)據(jù)檢索等功能及數(shù)據(jù)庫自身維護(hù)。

計劃管理模塊：接收來自調(diào)車單的作業(yè)計劃，轉(zhuǎn)化為駝峰指令集發(fā)送到上層控制機(jī)，并根據(jù)作業(yè)計劃的變化及時調(diào)整駝峰指令集；接收來自圖形窗選路操作和股道封/解鎖操作，轉(zhuǎn)化為駝峰指令集發(fā)送到上層控制機(jī)；接收來自上層控制層的指令執(zhí)行反饋，整合后發(fā)送到調(diào)車單供顯示；接收來自上層控制層的設(shè)備狀態(tài)信息，整合后發(fā)送到圖形窗供顯示。

接口管理程序：接收來自上層控制層的指令執(zhí)行反饋和設(shè)備狀態(tài)信息，整合后發(fā)送到外部系統(tǒng)接口；接收并處理來自外部系統(tǒng)接口的輸入信息；保存與外部系統(tǒng)接口的通信日志。

4.2.3 上層控制層軟件

接收綜合管理層發(fā)來的駝峰指令集，轉(zhuǎn)化為進(jìn)路表和基本進(jìn)路表；在進(jìn)路表和基本進(jìn)路表的基礎(chǔ)上實現(xiàn)調(diào)車進(jìn)路、推送進(jìn)路、溜放進(jìn)路（包括手動單溜進(jìn)路）、股道封鎖和解鎖控制的控制。

峰上調(diào)車進(jìn)路模塊：實現(xiàn)進(jìn)路選排、進(jìn)路鎖閉、信號開放、進(jìn)路正常解鎖、進(jìn)路取消、重復(fù)開放信號及區(qū)段故障解鎖等功能。

機(jī)車上下峰進(jìn)路模塊：實現(xiàn)進(jìn)路選排、進(jìn)路鎖閉、信號開放、進(jìn)路正常解鎖、進(jìn)路取消、重復(fù)開放信號及進(jìn)路故障解鎖等功能。

推送進(jìn)路模塊：實現(xiàn)進(jìn)路選排、進(jìn)路鎖閉、駝峰信號機(jī)控制、進(jìn)路正常解鎖、進(jìn)路取消、禁溜線或迂回線推送進(jìn)路控制等功能。

溜放進(jìn)路模塊：實現(xiàn)溜放命令正常傳遞、溜放鉤車跟蹤、溜放異常處理等功能；整合原下層進(jìn)路控制板中的溜放進(jìn)路自動控制功能。

手動單溜進(jìn)路模塊：實現(xiàn)進(jìn)路選排、進(jìn)路鎖閉、進(jìn)路取消等功能。

間隔制動減速器模塊：實現(xiàn)一、二部位減速器自動定速計算、放頭攔尾計算、間隔控制計算等功能。

目的制動減速器模塊：實現(xiàn)三部位減速器自動定速計算、放頭攔尾計算、間隔控制計算等功能。

股道封鎖和解鎖模塊：實現(xiàn)分路道岔的自動升降級選排和鎖閉、編發(fā)線場間聯(lián)系等功能。

雙機(jī)同步模塊：實現(xiàn)主用機(jī)與后備機(jī)之間的同步狀態(tài)檢查、自動恢復(fù)同步等功能。

4.2.4 下層控制層軟件

進(jìn)路控制板軟件：實現(xiàn)調(diào)車進(jìn)路、推送進(jìn)路、溜放進(jìn)路控制相關(guān)的采集輸入和控制輸出，保留應(yīng)急控制處理。

輸入輸出擴(kuò)展板：實現(xiàn)調(diào)車進(jìn)路、推送進(jìn)路、溜放進(jìn)路控制相關(guān)的采集輸入和控制輸出。

減速器控制板：實現(xiàn)減速器閉環(huán)過程控制，包括溜放速度控制相關(guān)的采集輸入和控制輸出。

測長板：實現(xiàn)股道空閑長度的測量。

4.2.5 其他軟件

數(shù)據(jù)配置軟件：通過繪制站場圖形和設(shè)置設(shè)備屬性，自動生成字典類基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫的相應(yīng)表單。

仿真程序：采用站場顯示作為仿真界面，實現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)仿真，基于指令的自動走行仿真（包括溜放進(jìn)路、調(diào)車進(jìn)路和推送進(jìn)路），鉤車速度走行仿真，鉤車速度實時控制仿真；脫離下層控制板，實現(xiàn)單機(jī)仿真。

4.3 軟件模塊流程

以上層控制軟件中的推送進(jìn)路控制模塊為例，該模塊控制流程如圖2 所示。

圖2 推送進(jìn)路控制流程Fig.2 Pushing route control process

5 結(jié)論

TW-2 升級系統(tǒng)已經(jīng)順利通過第三方室內(nèi)測試驗證，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理，各軟件模塊功能完善，人機(jī)交互更加友好，系統(tǒng)維護(hù)功能極大提升，受到測試方的認(rèn)可和一致好評。