一种用于铁路货场作业的新型进路控制系统

陈安观

（中铁大桥勘测设计院集团有限公司，武汉 430070）

1 概述

集装箱多式联运具有产业链长、高效快捷、集约经济、安全可靠等运输优势，是国内铁路货物运输发展的重要方向。水铁联运、公铁联运已成为集装箱长距离“门到门”运输服务的主要形式，随着铁路集装箱运输量的增长，铁路集装箱列车中转及编组工作量显著增加。特别是铁水联运项目，为了适应铁路装卸线延伸至自动化（无人化）装卸码头的作业需要，将铁路调车作业和港口码头装卸作业二者协调统一，需要根据港口码头装卸的作业模式及习惯，提出一种新型的调车取送作业联锁控制系统和控制方法。

图2 码头装卸线向铁路货场取送作业示意Fig.2 Schematic diagram of taking and delivering operation from wharf loading and unloading line to railway freight yard

2 系统方案

为了适应集装箱水铁联运在铁路港湾站与港口码头栈桥上的铁路集装箱装卸线间的运输方式和特点，解决采用调车机车推送作业时，对调车机车的进路控制问题，本系统方案提出了一种新型的铁路集装箱货场利用调车机车推送作业的进路控制系统。该系统结构简单，易于实现，能兼容现有技术的调车机车作业，主要适用于港口码头栈桥上的铁路集装箱装卸线采用尽头线布置，调车机车在列车尾部将整列空车顶推至装卸线，并将整列装卸完成的车辆在列车头部牵引至货场的运输场景，其他运输作业场景下也可参照使用。如图1、2所示。

图1 铁路货场向码头装卸线取送作业示意Fig.1 Schematic diagram of taking and delivering operation from railway freight yard to wharf loading and unloading line

本系统将车站（车场、货场等）至码头栈桥上的铁路集装箱装卸线的铁路轨道线路，根据区间线路长度、运输效率、调车机车运行的最高允许速度、最大制动力、调车车列的最大长度等因素，划分为若干个连续的、固定长度的轨道控制分区（以下简称轨道分区）。

每个轨道分区都具有分区轨道占用检查，传递机车控制信息等功能；有分歧线路（道岔）的轨道分区，还具有道岔控制的功能。所有轨道分区具备联锁关系，形成一个有机整体控制系统。

在区间运输作业线路上，不设置地面信号，系统通过轨道占用检查设备检查轨道分区占用情况及定位列车位置，并根据轨道分区占用的顺序和逻辑关系，遵循联锁进路条件，自动判断运输作业的类型和方式，在保证作业安全的前提下，自动下达控制信息。调车机车接收地面控制信息，进行运输作业。整个运输作业过程中，调车机车持续不断地根据地面控制信息运行。

系统采用自动化控制，联锁关系检查及控制过程均无需人工参与，多项运输作业在保证安全的前提下，可以同时进行，提高运输作业效率。本系统可保证车站（车场、货场等）至码头栈桥上的铁路集装箱装卸线的铁路轨道线路区域的铁路运输安全，实现高效可靠的运输作业。

3 系统组成及功能

3.1 系统组成

调车机车推送作业控制系统由控制中心设备、轨旁控制装置、车载控制装置3部分组成。系统框图如图3所示。

图3 控制系统逻辑框Fig.3 Logic block diagram of the control system

3.2 控制中心设备功能

控制中心是本系统的人机交互界面，由计算机设备和通信传输设备组成。控制中心设备具有与港口自动化控制系统、装卸作业控制系统、接轨站信号联锁系统信息交互的接口功能，同时还具备控制范围内的地面设备信息采集、地面设备控制和地面设备状态监测的功能。

控制中心设备有独立的控制逻辑运算及处理功能，是本系统的核心控制装置，通过采集轨旁状态信息，可以获得列车的位置信息、运行方向，计算列车长度、判断作业类型、检查联锁关系，控制移频信息编码、控制分路道岔等。

3.3 轨旁控制装置及功能

轨旁控制装置主要有轨道占用检查装置（计轴装置）、分路道岔转辙装置及轨道控制信息发送装置。

每个轨道分区都有计轴装置和轨道控制信息发送装置，具有道岔的轨道分区还有道岔转辙机装置。所有轨旁装置都通过有线方式，连接至控制中心，由控制中心设备控制或者采集轨旁装置状态信息。

车辆计轴装置用于检查本轨道分区内车辆占用情况及车辆完整性检查；该装置能区分列车运行方向、完整占用本轨道分区的时机。

分路道岔转辙装置用于控制本轨道分区内分路道岔的运行方向转换。

轨道控制信息发送装置用于控制产生表示不同含义的低频调制的移频信号，并发送至调车机车上。各种移频信号根据作业内容和类型的需要进行自定义，调车机车司机根据收到的信息控制调车车列作业。

3.4 车载控制装置功能

车载装置由移频信息接收装置（机车信号）、自动停车装置以及列车速度监督装置组成，该装置兼容现有技术装备，适应国铁调车机车。

4 系统控制及作业方法

为了适应铁路集装箱货场利用调车机车推送车列至港口码头栈桥装卸线的新型铁路运输作业方式，提出一种新型的控制系统及控制方法，具体流程和步骤如下。

4.1 调车机车在车列尾部推送车列至港口码头栈桥装卸线作业

调车机车推送车列由车站（货场）进入本系统控制范围内第一个轨道分区后，通过计轴设备区分车列的运行方向，当车列完整进入轨道分区后（调车机车完全进入），系统根据车列的总计轴数计算出车列长度，并由此自动判定该作业是调车机车的尾部推送空车列作业。

判定作业类型后，系统根据本车列长度、前一车列尾部的当前位置，在考虑机车制动力、线路曲线等因素，在保证安全的前提下，在车列运行方向的轨道分区尾部（靠近推送调车机车侧）通过轨道控制信息发送装置向钢轨发送推送作业低频信息，调车机车司机根据车载设备的显示信息控制车列运行。推送信息包括允许推送作业、目的地减速、制动停车、线路道岔曲股减速等。

当车列完整进入下一个轨道分区后，由下一分区的轨道控制信息发送装置开始向钢轨发送信息，调车机车根据控制信息行车，在调车机车推送作业的过程中，将持续不断地收到控制信息。

系统根据车列的当前位置，在车列运行前方存在具有分路道岔的轨道分区时，及时控制道岔转辙装置运行至正确位置，并在提前一个轨道分区时发送预告信息。

系统根据车列的当前位置，在车列即将进入码头栈桥装卸线时，在提前一个轨道分区时发送目的地减速信息，在车列完成进入装卸线轨道分区时，发送停车制动信息。

为了保证行车安全，推送作业过程需持续不断的接收控制信息，当没有收到信息时，车列立即制动停车。

4.2 调车机车转线摘挂作业

调车机车在码头栈桥装卸线停稳后，控制系统通过外部接口获得栈桥装卸线作业信息，确认已经装卸完成的车列位置后，根据联锁关系，控制调车机车折返转线作业所需要的相关分路道岔运行至正确位置后，通过轨道控制信息发送装置向调车机车发送调车转线作业信息。折返转线信息包括：机车摘钩后退、机车停车制动、机车转线前进等。

4.3 调车机车在车列头部牵引车列至车站（货场）股道作业

调车机车通过转线作业进入已经完成装卸，准备返回车站（货场）车列所在的装卸线后，与车列连挂。控制系统通过外部接口获得车站（货场）同意接车的条件后，检查线路运行方向联锁关系，将相关分路道岔运行至正确位置后，通过轨道控制信息发送装置向装卸线轨道分区发送车列返回控制信息。调车车列根据控制信息运行至车站（货场）股道停车。

当车列调车机车驶出本系统控制范围后，本系统解除对本列车的控制，直到车列完整驶出本系统控制范围后，本系统解除联锁关系。

为了保证行车安全，本系统控制范围内，返回作业过程需持续不断地接收控制信息，当没有收到信息时，车列立即制动停车。

5 技术效果

本系统创新目的是根据集装箱水铁联运在铁路车站（货场）与港口码头栈桥装卸线运输作业方式的特点，利用先进的自动化、信息化技术，利用成熟可靠的现有技术设备，采用新的控制系统和控制方法，提高铁路装卸的运输效率。

本系统结构简单，设备改造难度小，可靠性高；控制方法技术成熟，兼容性强，灵活可靠，极大程度利用现有铁路和港口设备设施，适应运输需求，保证了作业安全。传统的控制系统和控制方式显然无法满足这些要求。

与传统铁路调车作业模式相比，本系统及作业方法具有以下有益效果。

1）提出了一种新型的用于铁路集装箱货场至港口码头利用调车机车取送作业的信号控制系统及方法。

2）提出了一种在车列运行方向的轨道分区末端发送移频控制信息的系统和方法，通过对控制信息发送时机的控制，可以有效保证运输安全。

3）将两个车站（车场、货场）间区间划分成若干个独立的轨道分区，组成一个系统集中控制，该系统结构简单，设备组成定型，技术成熟且可靠性高，易于实现。并且可以兼容现有调车机车的信号车载设备控制技术，工程实施难度小。

4）发送至调车机车上的各种不同含义的低频调制的移频信号，可以根据作业内容和类型的需要进行自定义，灵活可靠，适用于各种场景下不同的调车作业类型。

5）通过新型的信号控制系统及方法，可以实现调车机车推送作业的全过程控制，自动化程度高，安全性强，减少了调车作业人员，减少了集装箱中转作业时间，提高了作业效率。

6 结束语

目前，本文所述的控制系统及方法已获得发明专利，并在相关的铁水联运示范性工程中积极开展工程验证和实践应用。

铁水联运是国家大力倡导、快速发展的新型交通运输方式，具有广阔的发展空间。本文旨在打破传统思维和行业壁垒，提出适用于港口码头装卸作业效率的铁路调车作业新方式和自动控制系统，希望能够起到抛砖引玉的作用，促进铁水联运快速发展。