分散自律调度集中与计算机联锁的结合

闫贝贝

（兰州交通大学光电技术与智能控制教育部重点实验室，硕士研究生，甘肃 兰州 730070）

调度集中系统的英文简称为CTC（Centralized Traffic Control System）。新一代的CTC即分散自律调度集中系统，是综合了计算机技术、网络通信技术和现代控制技术，采用智能化自律分散设计原则，以列车运行调整计划控制为中心，兼顾列车与调车作业的高度自动化的调度指挥系统。它实现了调度智能决策、实时遥控、故障安全和信息安全技术的一体化。计算机联锁系统是用微型计算机和其它一些电子、继电器件组成的具有“故障—安全”性能的实时控制系统。计算机联锁安全可靠，处理速度快，在安全性、可靠性、经济性等方面，都具有独特的、无法比拟的优点，而且设计、施工、维修和使用大为方便。车站计算机联锁系统的站场状态信息是分散自律调度集中系统进行逻辑运算的基础数据之一，同时它又是分散自律调度集中系统将运算结果付诸实施的主要对象。而目前两系统各自独立，在车站仅靠车站自律机与联锁机的通信接口及约定的通信协议互相联系。因此，有必要通过建立统一的软硬件通讯标准，将二者有机地结合来起来，以提高两系统的工作效率和可靠性。

1 系统结构

1.1 原系统结构分散自律调度集中系统的控制中心主要由数据库服务器、CTC服务器、通信前置服务器、行调工作站、助调工作站、维修工作站、值班主任工作站等设备组成，负责控制整个调度区段列车的运行〔1〕。分散自律调度集中系统在车站的主要计算机设备包括：双机热备的自律机、车务终端和电务维修终端。计算机联锁系统由双机热备或二乘二取二的联锁机、双机热备的操作表示机及电务维修机构成。

1.2 两系统结合后的结构由两系统各自的结构设备可知，分散自律调度集中系统的车站部分，在操作表示功能上与计算机联锁系统是互相重叠的，因而两系统完全可以统筹安排。这样既可以使系统的整体效益充分发挥，又在一定程度上减少系统的故障点，使系统趋于稳定。从车站系统化的角度出发，考虑到对联锁系统的影响和运营维护的方便以及通讯信息的完整性、可靠性、及时性，可以通过建立统一的软硬件通讯标准，将分散自律调度集中系统和车站计算机联锁系统有机地结合起来，使它们形成一个新的系统。与结合前不同，车站不再单独设自律机及车务终端，计算机联锁系统也不单独设操作表示机，而是采用标准的、带光电隔离的RS-422串行通讯接口将4台计算机（调度集中车站子系统的车站自律机主机A、备机B，计算机联锁系统的操作表示机主机A、备机B）交叉互连，构成新的双机热备机。其既担当自律机及车务终端，同时又承担操作表示机的任务，称为车站自律及操作表示机（如图1）。这样就可以保证其中任何一台计算机发生故障时不会影响通讯的正常进行，实现了硬件连接的冗余设计。除此之外，原先的调度集中与联锁系统的外部接口被去掉，用机器内部模块之间的内部接口来代替，从而车站值班员就不必面临那么多的终端，使操作更加简单、便捷，有利于实现行车调度自动化。

图1 车站自律机与操作表示机的连接简图

两系统结合后，在硬件设备构成上保留了分散自律调度集中系统在控制中心的数据库服务器、CTC服务器、通信前置服务器、行调工作站、助调工作站、值班主任工作站等设备，以及计算机联锁系统的车站联锁机。在车站部分，车站自律及操作表示机就是调度集中车站子系统的自律机和联锁系统的操作表示机结合后形成的设备，电务维修终端是将调度集中的电务维修终端、车务终端与联锁系统的电务维修机进行功能集成后形成的。两系统结合后的硬件设备构成如图2所示。

图2 两系统结合后的设备构成

2 两系统结合后的信息交换

分散自律调度集中系统与车站计算机联锁系统结合后的最主要功能是，它们之间可靠地进行信息交换。只有实现了可靠的信息交换，才能保证系统的正常通信和运转。

2.1 信息交换的内容站场表示信息和控制命令是自律机与操作表示机信息交换的最重要内容〔2〕。在分散自律调度集中系统与车站计算机联锁系统结合所形成的车站自律及操作表示机内部，进行这2种信息的交换。

站场表示信息是指车站主要信号设备（如信号机、道岔、区段等）的当前状态，它是自律机运算的基础数据。联锁系统向自律机传送的表示信息有站场的接发车情况、调车情况、轨道占用与空闲状态、道岔状况和信号机表示等，具体如下。

进站信号机：绿、黄、绿黄、双黄、黄闪黄、引导、红、断丝；

进路信号机：绿、黄、绿黄、黄闪黄、引导、红、白、断丝；

出站信号机：绿、绿绿、黄、绿黄、红、白、白闪、断丝；

调车信号机：白、白闪、蓝、断丝；

轨道区段：锁闭、占用、空闲；

道岔：定表、反表、四开、单锁、单解、单封、解封、总锁；

闭塞：各种表示灯；

其它：熔丝、主灯丝等各类报警灯、股道封锁、区间封锁及联锁设备运行状态表示。

控制命令是以按钮信息为主要内容的指令数据，操作机在收到控制命令后模拟相应的按钮动作实现联锁控制。自律机向联锁系统发送一条完整的进路控制命令，以编码方式实现。控制命令有：选路、取消进路、人工解锁、重复开放、道岔定位、道岔反位、道岔单锁、道岔单解、引导进路、区段解锁、道岔封闭、道岔解封、按钮单封、按钮解封、坡道解锁、引导总锁闭、轨道电路停电恢复、溜放功能等。

此外，由于自律机和操作表示机均为双机主备工作方式，为减少信息传输量，保证单一的信息来源，只有主机才能发送站场表示信息和控制命令，备机则始终处于监听状态，随时准备在主机发生故障后替代主机运行。自律机与操作表示机双方还应相互报告当前运行状态，包括主备机运行状态、是否以自律模式运行，以便对方作出相应处理。

2.2 信息交换的技术信息交换的技术是分散自律调度集中系统与计算机联锁系统结合的关键，要求其具有高可靠性，这样才能满足铁路信号设备高安全性的要求。信息交换的技术包括串行通信的统一的帧格式和字符转义技术、心跳帧技术、CRC校验技术以及主备冗余技术〔3〕。

2.2.1 统一的帧格式和字符转义技术 串行通信是一种简单的比特流通讯，除了硬件传送中增加的起始位、停止位等处理以外，没有对数据包进行任何封装，数据接收方必须对接收到的字节流进行分帧，然后才能对数据帧进行运算处理。在自律机和操作表示机的通讯协议中采用了统一的帧格式，明确规定了帧头和帧尾字节，对帧中出现的与帧头或帧尾相同的字节按照固定的对应关系进行转义操作，使接收方能够完全按照帧头和帧尾进行分帧。

2.2.2 心跳帧技术 通讯双方在经过握手建立连接后并不能保证连接的持续可靠，应定时发送心跳帧，接收方超过规定的时间仍没有接收到任何信息则表明连接出现异常。发现异常后迅速进行故障报警、主备切换等处理，以保证信息通过其它连接正常传送。

2.2.3 CRC校验技术 串行通讯由于受到外界信号干扰等原因可能导致信号偏移，从而使比特流发生变化导致数据传输错误。而采用CRC校验技术是检测这种传输错误、防止通讯传输干扰的有效手段。协议要求通讯的每一帧都要进行CRC校验，即发送方在发送数据前对帧内容按照CCITT多项式计算CRC校验值，并随帧一同发送，接收方在收到数据帧后再次计算CRC值并比较，发现不一致则要求发送方重传。

2.2.4 主备冗余技术 将通讯连接状态纳入主备切换逻辑中，实现故障的迅速恢复。自律机或操作表示机主机在发生通讯故障后，应及时进行主备切换，使系统不至于处于失控状态。

3 两系统结合后的工作流程

两系统结合后，车站自律及操作表示机就成为分散自律调度集中系统在车站的主要设备。它能够依据调度中心下达的列车调整计划和由计算机联锁系统取得的站场表示信息进行自律运算，并将运算生成的控制命令传送给计算机联锁系统执行，从而实现列车运行调度指挥的自动化。联锁系统能够实现自律模式和非常站控模式的转换，在非常站控模式下不接收自律机的控制命令而改由人工操作。车站自律及操作表示机的控制模式有2种，即分散自律控制模式和非常站控模式〔4〕。

3.1 自律分散控制模式自律分散控制的基本模式是用列车运行调整计划自动控制列车运行进路。在自律分散条件下，调度中心可人工办理列车、调车进路。调度中心通过人工按按钮将计划及时发送到车站，由车站值班员在车务终端操作按钮进行控制，人工办理进路。如果为列车作业，进路命令需要指定车次；如果为调车作业，进路命令需要指定调车作业时刻，以避免在时间和空间上与列车调整计划及实际运行发生冲突。车站系统将这些操作送至自律运算环节，将运行计划变成进路控制命令，进而驱动计算机联锁系统设备执行。如图3所示。对于调车作业，除上述人工办理外，亦可输入调车作业计划由自律机自动办理。此时必须将钩挂作业转化为指令，并为每钩自动推算一个作业预计时分，根据该时分参与自律运算。

图3 车站自律及操作表示机的工作流程图

当车站与调度中心通信发生故障时，如果车站系统仍能正常运行，则在一定时间内，车站仍可继续自动控制列车进路。因为车站把列车与调车作业控制权集中在车站控制装置（车站自律及操作表示机）处，可以不依赖调度中心的指令而独立地处理列车与调车作业。

3.2 非常站控模式当分散自律调度集中系统发生故障或其它紧急情况时，在计算机联锁系统的操作界面上进入非常站控。此时计算机联锁系统不再执行任何分散自律调度集中系统的控制指令，由操作员操作按钮进行控制，自律不起作用。

计算机联锁系统采集现场的状态信息、实际列车运行信息及调车运行信息，由车站值班员填写行车日志，发送给中心的调度员工作站来描绘实际运行图。

4 结束语

将分散自律调度集中系统与车站计算机联锁系统有机结合起来，二者完成相互间的信息交换后，实现了计算机联锁系统向分散自律调度集中系统传递站场基本状态信息、分散自律调度集中系统向计算机联锁系统发送控制信息的功能。这不仅减少两系统的设备数量，简化系统结构，降低铁路运营成本，而且可以提高二者的运行效率和系统的可靠性。它还体现了铁路控制设备一体化的趋势，符合铁路信号新的发展需要。

〔1〕刘晓娟.远程控制系统理论及应用〔M〕.成都：西南交通大学出版社，2006.

〔2〕林瑜筠，李鹏.铁路信号新技术概论〔M〕.北京：中国铁道出版社，2007.

〔3〕吴江娇，单东.调度集中系统与车站计算机联锁系统的通讯研究〔J〕.铁道运输与经济，2004（13）：44-45.

〔4〕王秀娟.基于车站子系统一体化配置的分散自律调度集中系统研究〔J〕.铁道通信信号，2007（4）：21-22.