编组站综合集成自动化系统设计

杜 成

编组站综合集成自动化系统 (简称编组站CIPS)是为提高编组站整体效率、缩短车辆在编组站作业周期,大幅度减轻车站作业人员的劳动强度而构建的一个定位于管控一体化的自动化系统。该系统充分利用既有的信息系统及控制系统的成熟经验,通过系统集成优化设计,形成一个以控制系统为基础,管理系统为核心的综合系统,全面实现调度决策指挥及过程控制的自动化,最终达到集中指挥、自动控制的现代化运营目标。

1 CIPS体系结构及功能

CIPS系统主要包括综合管理系统及作业控制系统 2部分。其中,作业控制系统可分为联锁、驼峰自动化、调机自动化、尾部停车器自动控制、电务监测,及环境监控、综合视频监控等 6个主要子系统。以一个三级七场规模的编组站为例,系统总体结构如图 1所示。

1.1 综合管理系统

综合管理系统全面管理编组站运输生产流程上的各个环节,涵盖站内接发列车工作计划、现车及调车工作计划、本务机折返工作计划、调车机工作计划、站内施工计划、货运工作计划等。

综合管理系统实现调度计划分解与转化、计划指令自动触发、执行结果反馈信息收集与处理、过程信息全方位动态展现等功能。系统自动将列车进路、调机进路、本务机进路、调车进路、溜放进路、停车器控制要求、驼峰股道封、列车预告、报点、发确报、车机联控、抄车号、车辆安全检测、技术作业通知与完成等调度计划转化为调度指令,通过对指令的触发管理决定计划是否同意被执行,以及计划正确无误的执行时机,并裁决不同的计划执行中争抢进路资源时的优先权。系统利用友好的人机图示界面向有关调度人员或执行人员提供动态信息,实现对计划执行过程的监督。系统保存所有在编组站作业中产生的计划与过程信息,并通过信息分析提供情景再现、报表管理、统计分析、决策参数优化、归档、电务信息与环境信息监测等功能。

1.2 作业控制系统

1.联锁子系统。根据列车运行计划、调车作业计划等,自动控制进路的办理,实现进路建立、进路锁闭、进路正常解锁、调车中途折返解锁、取消进路、人工延时解锁、进路故障解锁、引导进路解锁、信号机控制、道岔控制等功能,并自动将计划执行结果反馈给信息管理系统。特殊情况下控制中心值班员可进行进路的人工控制。

2.驼峰自动化子系统。接收列车的到达计划及解体计划等信息,实现推送进路、钩车溜放进路的排列、锁闭进路、开放信号、指挥调机作业及溜放速度自动控制;提供摘钩计划显示及车列解编后的去向实际位置、调车场股道占用情况等信息,为编组站内有关部门全面了解车流情况提供方便。

3.调机自动化子系统。通过无线综合系统,实现站场内各种与调机相关的地面作业信息 (包括计划 、指令 、信号、进路等)的车上显示 ;调机走行以及调机作业过程的监控、跟踪及安全防护等功能。对于驼峰推峰机车,完成推峰过程的推峰速度自动控制。

图 1 编组站CIPS系统总体结构图

4.尾部停车器自动控制子系统。由管理系统获取尾部和头部的调车计划和执行情况,并直接获取是否越区及作业方法 (取送、单溜、连溜)等信息,通过解析计划和确定计划的执行步骤来确定停车器输出。通过头部封锁和尾部调车的时机与配合,使停车器的自动控制更加安全、高效和智能化。

5.电务监测及环境监控子系统。主要服务于现场电务维修检修人员,负责完成信号设备、电源状态及信号机房环境的集中监控。

2 CIPS系统集成目标

CIPS系统由综合管理系统与作业控制系统 2个层面组成,两者之间通过统一的高速数据网络平台集合为一个完整的一体化系统。CIPS系统通过整合现有的管理信息和过程控制命令,建立共享信息平台,通过集成创新,实现编组站管理过程透明化、调度指挥智能化、作业自动化,从而提高运输效率。系统集成总体目标如下。

1.解决 “管控一体化 “技术难题,实现调度指挥、管理、作业计划、运营决策等的智能化,提升运营管理水平。

2.解决编组站作业计划自动执行与集中控制的一致性技术难题,形成闭环控制与信息反馈,实现作业过程自动控制。

3.实现大站集中式管理和车站生产过程信息化,提高车站的自动化水平。

4.实现跨专业的信息共享,提高系统信息的共享度;实现作业的智能化、提高作业效率;实现完整准确的统计分析。

5.减少工作岗位,实现减员增效目标。

3 CIPS系统集成方案

3.1 构建共享信息平台

为实现编组站各控制子系统集中指挥、协调互动,CIPS系统在综合管理层需要构建共享信息平台。信息平台包括数据通信网 (有线、无线)、网络管理、数据库、人机界面、与其他系统接口等。

1.有线数据通信网。数据通信是编组站综合集成自动化系统中信息管理系统与过程控制系统之间信息高速传输的桥梁,是信息管理系统的技术关键。数据通信网络主要包括有线数据通信网和无线数据通信网。CIPS信息管理系统是由 CIPS综合管理站调中心总系统和各场的节点工作站分系统组成,并通过多芯单模光纤,连接形成了以站调中心为中心各场为节点的星型广域网络。其结构如图 2所示。实现 CIPS系统的人机交互。

2.无线数据通信网络。作为有线数据通信网络的延伸,无线数据通信网络主要负责解决编组站内移动体与中心服务器之间信息交互的通道问题。采用无线局域网 IEEE802.11b技术覆盖全站,并与有线局域网无缝链接,为调机自动化系统提供可

图 2 CIPS信息管理系统网络结构图

信息管理系统采用千兆以太网数据传输局域网络,它在站调大楼控制中心设置骨干千兆局域网交换机,双重冗余备份。整个主干网络的传输媒质采用单模光纤,并且同一个节点的双重网采用不同的光缆和路径。

区域联锁中心通过节点交换机与 CIPS核心交换机相连,实现进路信息的管理与交换。调度大厅工作站通过节点交换机与 CIPS核心交换机相连,靠、高效的无线数据传输平台。无线数据通信网络的结构如图 3所示。

图 3 无线数据通信网络结构图

3.网络管理。在站调楼控制中心设网管设备,完成对计算机网络设备的集中监测、控制及故障管理等项任务。CIPS各种业务接口在一个网管中实现,并由网管对各种工作方式设定、业务时隙资源分配、业务接口电平进行控制和调整。

4.数据库。数据库系统是编组站过程控制系统的信息仓库,它为管理信息系统、调度指挥系统、运输作业部门和实时过程控制系统提供服务。采用集中式数据库及二级存储技术,支持并行数据库处理,具有高度的可用性和可靠性,及良好的数据库管理能力。

5.人机界面。人机界面设置充分考虑运输组织特点,以提高编组站的运输能力、保障车辆和列车的安全、实现减员增效为设计原则,在调度楼设置综合表示墙、调度员工作站、值班员工作站、确报统计工作站、统计分析工作站、培训及系统维护工作站等。工作站配有多台高分辨大屏幕显示器。各工作站具有相互替换的功能,其调度大厅的“+1”备用工作站冗余终端可兼作培训终端。

6.与相关系统接口。CIPS信息管理系统提供与以下系统的相关接口:路局上层信息系统 (包括 TMIS和 TDCS系统)、视频监控系统、机务段MIS系统、尾部牵出线等处车号识别设备、车辆安全 (列检)系统、车站办公自动化系统以及货运系统等。所有接口具有完善的安全防护措施。

3.2 优化作业控制系统

CIPS过程控制分系统各子系统均采用成熟可靠的设备,并根据综合集成自动化系统的要求进行相应改造,与 CIPS信息管理分系统有机结合,完成编组站内各到达场、出发场、编尾和驼峰场的自动控制与信息交换,实现编组站作业自动化。

1.联锁自动化子系统。计算机联锁采用高安全、高可靠、结构上硬件冗余的 DS6-K5B型专用安全型计算机联锁系统。通过增加进路程序控制机(PRC),实现作业过程控制全面自动化的要求。PRC集中放置在站调楼,它通过以太网交换机与编组站信息系统联网,接收根据列车运行计划、调车作业计划形成的调度指令集,对指令进行识别、分析、转换,通过安全局域网和联锁机直接连接,向联锁机发送进路控制命令,并接收控制反馈和表示信息,同时将执行情况向编组站信息系统报告。

2.驼峰自动化子系统。驼峰控制系统采用TW系列驼峰自动化设备,并对其功能进行扩展,软件增加自动处理模块,负责接收、分析与处理来自 CIPS管理系统的指令,使驼峰按照指令的要求作出正确的响应。

3.调机自动化子系统。采用 DZ型编组站调机自动化系统,除完成原有推峰机车信号、推峰机车遥控、无线平面调车灯显、调车作业过程及机车走行安全监控等诸多功能外,进一步实现了全站调车作业过程的调机自动驾驶功能。调机自动化的控制对象扩展到了包括头部、尾部机车在内的全站调机,控制范围扩展到了站内所有进路。

4.尾部停车器自动控制子系统。停车器采用 2+1配置,即每股道为 3台,利用 CIPS管理系统信息共享平台,取消了与联锁系统的电气接口及驼峰系统专用数据通信接口,不再设独立的人机界面,由联锁系统界面代理显示停车器状态与单操控制。

5.电务及环境监测子系统。在上下行到达场、出发场、驼峰头部、调车场尾部及交换场,分别设置 TJWX-2000型信号微机监测和环境集中监控采集系统;在站调中心信号机房设置环境集中监控采集系统;在站调中心设置 1套微机监测服务器,用于与编组站信息管理系统、监控采集系统通信和数据库的存储。

6.配置辅助支撑系统。为加强对现场环境及设备运行状况的监控,提高设备的无人控制化率,充分降低工人劳动强度、提高工作效率,CIPS系统结合公安、行车、车辆等部门的管理运行要求,配置了一个涵盖多部门、多系统要求的实时性综合视频监控系统。该系统为 CIPS系统提供实时、准确的现场信息,是编组站信息化建设不可缺少的环节。系统还配置了外勤移动信息系统,将 CIPS系统生成的调车单、预确报单等,通过 GSM-R网络发送到外勤人员的手持台上,外勤人员现场查验结束后,可以通过对手持台的操作,将检查结果自动传送到 CIPS系统中,减少了工作环节,提高了外勤人员的工作效率和准确率。

考虑到容灾的需要,CIPS系统设置了后备系统,除客户端计算机硬件外,其余服务器、数据库、网络设备、系统软件及应用软件均独立于CIPS主管理系统,一旦主系统突发故障瘫痪时,应能够从当前现车开始转入后备工作,主系统恢复后,后备系统现车数据应可同步到主系统中。

4 结束语

编组站 CIPS系统是集铁路信号自动控制、计算机、通信、网络、信息等先进技术为一体的自动化系统,它整合和发展了既有编组站信息系统和控制系统,采用集成、完善、共享和融合的设计理念,在编组站信息化、自动化方面有较大创新,适应编组站作业的实时性、复杂性,满足安全性、可靠性要求。利用人工智能技术和现代化数学方法优化调度指挥过程、计划自动执行过程,使编组站作业过程全面自动化,减少人工干预过程及操作的差错率,提高作业质量和效率。

目前 CIPS系统已在成都北、武汉北编组站开通使用,整个系统稳定、可靠、安全地运营至今。

[1] 丁昆.成都北编组站综合集成自动化系统[J].中国铁路,2008(8).

(责任编辑:张 利)