编组站机车综合控制仿真与测试平台的研究与应用

曹桂均

编组站机车综合控制仿真与测试平台的研究与应用

曹桂均*

编组站机车综合控制系统是新一代编组站综合自动化系统的重要子系统,在研制及推广过程中,针对既有编组站综合自动化改造的需求,在实验室进行了全面的系统仿真及综合测试,以保证系统在不影响站场现有作业的条件下开通应用。通过新丰镇SAM系统的推广应用,开发了一套编组站机车综合控制系统的仿真及测试平台,对编组站机车综合控制系统的研发及推广应用起到极大的作用,保证系统在现场的安全应用和快速推广。

现场仿真;测试平台;机车综合控制;编组站综合自动化

目前,新一代编组站综合自动化系统已在新丰镇编组站安装使用。编组站机车综合控制系统作为该系统的重要子系统,保障了调车作业安全,提高了调车及推峰作业效率,并且通过对调车机车及车列的作业信息统一管理,实现了编组站信息共享,将机车准确位置、计划作业执行及控制情况实时上报给编组站综合自动化系统进行智能判断,实现计划实时调整及自动执行,发挥了重要的作用。在研制推广过程中,为满足生产的系统设备在实验室进行全面仿真、模拟调试及综合测试的要求,更好地对现场人员进行系统培训,对编组站机车综合控制系统的仿真技术进行了深入的研究,研发了一套完备的机车综合控制仿真系统,以确保系统在现场顺利开通应用。

机车综合控制仿真与测试系统可以实现控制系统的计算机辅助设计功能、自动生成现场相关数据和控制条件;实现系统设备自动测试,使得设备在发货之前就可检测现场的功能要求,显著压缩了开通时间。该仿真系统既能用于编组站机车综合控制系统在编组站的应用研发,又可应用于编组站、区段站、中间站等各类车站的无线机车信号和监控系统的推广,降低系统推广及改造费用。

1 编组站机车综合控制系统

1.1 系统概述

编组站机车综合控制系统是将成熟的驼峰无线机车遥控系统与无线调车机车信号和监控系统的技术有机结合在一起,将编组站中的所有调车机车进行联网控制,完成编组站内的推峰作业遥控、自动控制,站场调车作业安全防护的综合控制系统。它全方位地对编组站的所有调车机车进行控制及实现作业中的安全防护。控制范围为编组站的到达场、调车场、出发场、交换场及编组站调车作业的相关区域,并可实现编组站的调车机车的集中管理。在编组站采用本系统对站场的全部调车机车进行控制及实现安全防护,将显著地提高作业效率及确保站场调车作业的安全。

1.2 系统基本功能

图1 系统的工作示意框图

系统采用无线数传技术及机车安全防护控制技术,将站内调车机车进行的作业与地面信号联锁,实现机车在推峰作业及车站调车作业时的遥控功能,并在机车上实时显示推峰进路及信号、调车进路及信号、作业单等,确保站内调车作业的安全,提高调车作业效率。该系统不仅能有效地防止调车作业中的冒进信号和超速造成的事故,还可以通过系统记录的历史数据,分析事故原因,给安全管理提供可靠依据。

系统在进行推峰作业时,能自动起车、调速、停车,推峰速度准确平稳。预推时自动实现定距离停车,主推时实现自动变速推送,显著提高推峰的平均速度。与驼峰自动化系统联网控制可实现推峰速度自动控制,比人工操作提高解体效率9%～15%左右,该系统将彻底改变雾、雨、雪等不良天气中,司机无法瞭望信号,人工操作作业效率往往达不到日常50%的状况。

系统在进行调车作业时,通过站场平面调车机车信号对机车进行安全防护,避免了调车作业中由于司机与调车组配合不好影响作业效率及危及作业安全的问题。同时,还将调车作业中的有关数据传送到编组站综合自动化系统,显著地提高了调车作业效率。

编组站机车综合控制系统既满足编组站驼峰推峰机车遥控及自动控制作业的各项技术指标要求,又能使机车在调车作业时实现安全防护及遥控,并且在推峰和调车作业之间可靠转换,大大减少调车对列车的影响。该系统既可以提高编组站的控制水平和解体效率,又能保证整个作业过程的安全,而且可实现推峰及调车信息车-地双向传输,是编组站综合自动化的重要基础设备。

1.3 系统设备组成

系统是由几个车场的地面设备及每台机车上的车载设备组成。地面设备采取分布设置,如图1所示,由地面主机、有关接口设备、应答器、电务维修终端及车务终端组成。车载设备由车载控制计算机、有关接口设备、司机显示器、查询器主机及查询天线、LKJ2000监控装置及平调灯显设备等构成。

2 编组站机车综合控制仿真与测试平台

编组站机车综合控制仿真与测试平台的研究,是结合DJK无线调车机车信号和监控系统工程化研究的成果,综合不同站场的作业特点,特别是编组站驼峰场,研发出的为编组站机车综合控制系统用的仿真与测试平台,其中包括辅助设计软件,控制仿真软件和仿真测试平台的系统硬件。

2.1 仿真测试平台的系统硬件

仿真测试平台的系统硬件由车站联锁及驼峰自动化控制系统模拟仿真装置、LKJ2000监控装置及机车控制模拟仿真系统、编组站机车综合控制系统地面机柜、天线,编组站机车综合控制系统车载主机箱及彩色显示器构成。其硬件配置如图2所示。

图2 仿真测试平台硬件配置图

车站联锁模拟控制装置可将不同的车站联锁系统通信协议自动转换为平台的标准格式发送给地面控制机柜,实现系统的模拟仿真控制。LKJ2000车载及机车控制模拟设备是模拟LKJ2000监控装置工作状态和机车走行过程,以及与车载主机通信,同时将机车运行的工况发送到车站联锁模拟装置,作为其对车列运行自动模拟仿真的依据。控制系统的地面机柜、车载主机箱既作为系统的测试设备又作为系统测试对象,通过系统的仿真测试,将对系统的所有硬件及软件进行全面地测试考核。

2.2 辅助设计软件

计算机辅助设计画图及站场自动生成软件包含画图软件、站场数据自动生成软件、控制数据自动生成软件和自动站场码位装换软件。采用面向对象的设计方法,具有很好的对象封装特性、对象的继承性和多态性,以及运行时自动识别对象等特性,使功能模块间的依赖性大大减少,从而易于扩展软件的功能和后期的维护。

2.2.1 计算机辅助设计画图及站场数据自动生成软件

画图的CAD软件是专为编组站机车综合控制系统测试和推广而设计开发的,除具有通用CAD应用软件的特点外,还具有专业化的特点。图形的绘制采用矢量绘图方法,矢量图形具有易于存储和转换等特点,可以在此基础上进行二次开发。人机界面采用通用图形操作界面,以需求为主的设计,简单、易操作。软件具有灵活的设置方法,并无需任何附加控件或者动态库等组件即可在Windows 2000、Windows XP下独立运行。对图形的存储提供2种方式,一种是无冗余的二进制格式图形文件,另一种为可读的文本格式文件。

站场数据自动生成软件是在站场图形基础上进行加载,根据不同的站场图形输入现场调研及测量取得的站场数据后,即可自动生成站场与控制相关联的基本数据及参数。该软件使用方便,只要完成现场测量、站场图形绘制工作,输入相关的配置参数即可自动生成系统各相关软件所需的标准站场数据。如图3所示。

2.2.2 控制数据自动生成软件

控制数据自动生成软件是在自动生成的站场图形基础上进行加载,按照控制所需自动生成系统软件编制中的各种有关的基本控制数据及控制参数。采用这套自动生成软件将能大幅度减少软件开发在现场的工作量,并使各个控制软件编制更加标准及规范。

图3 设备配置界面

控制数据自动生成软件操作简单易用,有良好的人机界面,在生成数据时具有可视化的帮助向导,它可以带领操作者一步一步进行数据生成,因此,软件的使用者只需按照帮助提示即可自如地应用此软件,如图4所示。此软件生成数据安全准确,在数据的输入、以及生成中的每一步都进行数据的安全性检查处理;对非法数据将给出报错,对冗余的数据进行处理,很好的避免了人员手工编制可能造成的错误。应用自动生成软件实现了软件标准化、模块化,提高了软件的编制水平。

图4 数据生成界面

2.2.3 联锁及驼峰码位自动转换软件

联锁及驼峰码位转换软件可以自动完成联锁码位表、CTC码位表及驼峰控制系统码位表到编组站机车综合控制系统内部码位表的转换。具有手动修改功能,并将转换结果存入编组站机车综合控制系统码位文件,编组站机车综合控制系统控制机将自动依据此文件来处理地面系统的信息。

此软件可用文本、Excel、数据库等不同文件格式读入各种原始码位定义文件和编组站机车综合控制系统码位定义文件,也可以在用户界面中手动输入。在用户选择联锁类型之后,进行自动格式转换。输入窗口如图5。作效率,控制机软件不需修改就可以在不同站场与不同的联锁系统实现连接。

图5 码位转化界面

2.3 控制仿真软件

2.3.1 联锁和驼峰自动化自动模拟调试软件

联锁和驼峰自动化自动模拟调试软件是仿真测试平台的核心软件,当完成站场图形的制作、控制数据生成及联锁码位格式标准化转换之后,仿真测试平台将通过运行此软件实现在室内对现场环境的模拟仿真。

编组站机车综合控制系统及调车机车无线机车信号和监控系统,在进行软硬件总调安装、室内综合测试时,必须根据实际车站的作业要求进行模拟仿真调试。根据不同的站场图形,输入必要的参数,自动生成所需的各种仿真条件,在PC机上直接运行,对设备进行仿真调试。PC机的人机界面完全按照车站常规操作方法,利用PC机的彩显及鼠标模拟联锁设备操作方式,实现进路办理及取消、信号开放及关闭,道岔定反位转换操作,联锁设备故障仿真等相关功能。如图6所示。

图6 仿真界面

模拟软件分为2个基本部分:站场联锁部分和模拟仿真部分。联锁部分涉及站场联锁逻辑和联锁命令执行,实现进路办理与取消、信号的开放及关闭等功能。模拟部分涉及设备的状态模拟,实现道岔定反位、区段占用出清、车列的自动走行、机车通过应答器时的报点、车列的自动生成及机车的入退网的模拟仿真等功能。该软件的研发,完善了系统的检测、模拟及仿真手段,为系统的生产、开通及维护创造了有利条件。

2.3.2 LKJ2000监控装置模拟系统软件

监控装置模拟系统是机车综合控制仿真与测试平台的一部分,仿真设备通过CAN总线与车载设备、LKJ2000列车运行监控记录系统或显示器通信,模拟机车实际走行中LKJ监控装置的工作状态,模拟运算结果或监控装置的实际输出数据,并转发给联锁模拟系统,实现系统的闭环模拟控制。操作界面如图7所示。

图7 LKJ模拟

系统软件具备2种工作模式:模拟模式和转发模式。通过图7中选择“转发”复选框就可以切换选择2种模式。在模拟模式下,程序模拟LKJ2000列车运行监控系统在调车监控模式下的功能,在编组站机车综合控制系统及调车机车无线机车信号和监控系统测试中,可以替代LKJ2000监控装置进行仿真测试,能够根据进路信息自动控制速度,实现自动防护模拟。在转发模式下,LKJ2000监控装置模拟系统直接接收LKJ2000监控装置数据,并转发给联锁模拟系统,并将LKJ2000监控装置数据信息复示在相应的信息栏中。此模式下, LKJ2000监控装置模拟系统完全复示现场车载系统的应用状态及机车运行过程,并将机车运行数据发送到联锁模拟系统。这2种工作模式可实现系统单独调试机车综合控制系统和联通LKJ2000联合调试的全面仿真。

3 仿真及测试平台的应用和发展

编组站机车综合控制仿真与测试平台研制完成,使编组站机车综合控制系统具备了完善的、先进的仿真及测试手段,保证了编组站机车综合控制系统科研、开发的质量及工作进度。特别是在新丰镇编组站的机车综合控制系统的研发工作中发挥了巨大的作用。通过应用机车综合控制仿真测试系统进行系统的软硬件仿真测试,在实验室中解决了绝大多数技术问题,大大压缩了现场调试的工作,并对现场出现的技术问题,通过在室内仿真测试得到及时处理,使系统在现场开通应用后受到了好评。

在大量推广应用的调车机车无线机车信号和监控系统中,由于应用编组站机车综合控制仿真与测试平台作为系统总调的仿真及测试手段,显著节约了调试时间及人力,保证了系统软件的出厂质量,大大提高了生产能力及效率。现场发生的设备问题,大部分均可通过机车综合控制仿真与测试平台在实验室进行仿真测试解决,并指导现场人员处理。显著提高了故障处理的效率,节约了现场处理故障的人员差旅费用及人力,使编组站机车综合控制系统和STP-yh(原DJK)无线调车机车信号和监控系统具备完善测试手段和大量推广应用的条件,实现了提高铁路车站作业效率和保障行车安全的目标。

机车综合控制系统在新丰镇编组站成功应用基础上,已在宝鸡东站、宝鸡站、安康东站推广应用,并同时在短短几个月之内开通了陇海线8个站及其他路局的十几个站的STP-yh(原DJK)无线调车机车信号和监控系统。因此,编组站机车综合控制仿真与测试平台,无论是对机车综合控制系统的研制和推广,还是对STP-yh(原DJK)无线调车机车信号和监控系统的推广应用均发挥了重要作用。

我们将辅助设计及模拟仿真技术进一步扩展到动车基地调度集中系统仿真环境中,使得动车基地系统在实验室可以得到与现场相同的环境,对于系统功能开发和联调试验发挥了重要作用。同时将继续完善编组站综合自动化SAM系统的实验室仿真环境,使得这项技术在更多的项目中进一步发扬光大。

[1] 中国铁科院通号所,广铁集团公司,株洲电力机车研究所.调车机车监控记录系统方案研究报告[R].北京,2002

[2] 中国铁科院通号所.编组站机车综合控制仿真与测试平台的研究[R].北京,2007,(3).

[3] 曹桂均,林通源.DJK调车机车监控系统的研究与试验.铁道学报[J].2004.

[4] 林通源.保证车站调车作业安全的DJK型调车机车监控记录系统.铁道通信信号[J].2005,(4).

Comprehensive locomotive control system atmarshalling yard is one critical subsystem in the new generation of Synthetic Automation ofMarshalling yard.During the development and promotion stages of the system,it is required that full system simulation and integration testbe conducted in laboratory to ensure the system openingwithout affecting existing field operations.Through the application of Xinfengzhen station SAM system,a suite of comprehensive control system simulation and testing platform for comprehensive locomotive control system atmarshalling yard was developed.This platform has played a significant role in facilitating the developmentand app lication popularization of comprehensive locomotive control system atmarshalling yard,ensuring safe application and rapid popularization of the system.

Field simulation;Testing platform;Comprehensive locomotive control;Synthetic Automation ofMarshalling yard

*中国铁道科学研究院通信信号研究所 研究员,100081 北京

2011-01-21

(责任编辑:张 利)