杜 成

編組站綜合集成自動化系統(tǒng) (簡稱編組站CIPS)是為提高編組站整體效率、縮短車輛在編組站作業(yè)周期,大幅度減輕車站作業(yè)人員的勞動強度而構(gòu)建的一個定位于管控一體化的自動化系統(tǒng)。該系統(tǒng)充分利用既有的信息系統(tǒng)及控制系統(tǒng)的成熟經(jīng)驗,通過系統(tǒng)集成優(yōu)化設(shè)計,形成一個以控制系統(tǒng)為基礎(chǔ),管理系統(tǒng)為核心的綜合系統(tǒng),全面實現(xiàn)調(diào)度決策指揮及過程控制的自動化,最終達(dá)到集中指揮、自動控制的現(xiàn)代化運營目標(biāo)。

1 CIPS體系結(jié)構(gòu)及功能

CIPS系統(tǒng)主要包括綜合管理系統(tǒng)及作業(yè)控制系統(tǒng) 2部分。其中,作業(yè)控制系統(tǒng)可分為聯(lián)鎖、駝峰自動化、調(diào)機自動化、尾部停車器自動控制、電務(wù)監(jiān)測,及環(huán)境監(jiān)控、綜合視頻監(jiān)控等 6個主要子系統(tǒng)。以一個三級七場規(guī)模的編組站為例,系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖 1所示。

1.1 綜合管理系統(tǒng)

綜合管理系統(tǒng)全面管理編組站運輸生產(chǎn)流程上的各個環(huán)節(jié),涵蓋站內(nèi)接發(fā)列車工作計劃、現(xiàn)車及調(diào)車工作計劃、本務(wù)機折返工作計劃、調(diào)車機工作計劃、站內(nèi)施工計劃、貨運工作計劃等。

綜合管理系統(tǒng)實現(xiàn)調(diào)度計劃分解與轉(zhuǎn)化、計劃指令自動觸發(fā)、執(zhí)行結(jié)果反饋信息收集與處理、過程信息全方位動態(tài)展現(xiàn)等功能。系統(tǒng)自動將列車進(jìn)路、調(diào)機進(jìn)路、本務(wù)機進(jìn)路、調(diào)車進(jìn)路、溜放進(jìn)路、停車器控制要求、駝峰股道封、列車預(yù)告、報點、發(fā)確報、車機聯(lián)控、抄車號、車輛安全檢測、技術(shù)作業(yè)通知與完成等調(diào)度計劃轉(zhuǎn)化為調(diào)度指令,通過對指令的觸發(fā)管理決定計劃是否同意被執(zhí)行,以及計劃正確無誤的執(zhí)行時機,并裁決不同的計劃執(zhí)行中爭搶進(jìn)路資源時的優(yōu)先權(quán)。系統(tǒng)利用友好的人機圖示界面向有關(guān)調(diào)度人員或執(zhí)行人員提供動態(tài)信息,實現(xiàn)對計劃執(zhí)行過程的監(jiān)督。系統(tǒng)保存所有在編組站作業(yè)中產(chǎn)生的計劃與過程信息,并通過信息分析提供情景再現(xiàn)、報表管理、統(tǒng)計分析、決策參數(shù)優(yōu)化、歸檔、電務(wù)信息與環(huán)境信息監(jiān)測等功能。

1.2 作業(yè)控制系統(tǒng)

1.聯(lián)鎖子系統(tǒng)。根據(jù)列車運行計劃、調(diào)車作業(yè)計劃等,自動控制進(jìn)路的辦理,實現(xiàn)進(jìn)路建立、進(jìn)路鎖閉、進(jìn)路正常解鎖、調(diào)車中途折返解鎖、取消進(jìn)路、人工延時解鎖、進(jìn)路故障解鎖、引導(dǎo)進(jìn)路解鎖、信號機控制、道岔控制等功能,并自動將計劃執(zhí)行結(jié)果反饋給信息管理系統(tǒng)。特殊情況下控制中心值班員可進(jìn)行進(jìn)路的人工控制。

2.駝峰自動化子系統(tǒng)。接收列車的到達(dá)計劃及解體計劃等信息,實現(xiàn)推送進(jìn)路、鉤車溜放進(jìn)路的排列、鎖閉進(jìn)路、開放信號、指揮調(diào)機作業(yè)及溜放速度自動控制;提供摘鉤計劃顯示及車列解編后的去向?qū)嶋H位置、調(diào)車場股道占用情況等信息,為編組站內(nèi)有關(guān)部門全面了解車流情況提供方便。

3.調(diào)機自動化子系統(tǒng)。通過無線綜合系統(tǒng),實現(xiàn)站場內(nèi)各種與調(diào)機相關(guān)的地面作業(yè)信息 (包括計劃 、指令 、信號、進(jìn)路等)的車上顯示 ;調(diào)機走行以及調(diào)機作業(yè)過程的監(jiān)控、跟蹤及安全防護(hù)等功能。對于駝峰推峰機車,完成推峰過程的推峰速度自動控制。

圖 1 編組站CIPS系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

4.尾部停車器自動控制子系統(tǒng)。由管理系統(tǒng)獲取尾部和頭部的調(diào)車計劃和執(zhí)行情況,并直接獲取是否越區(qū)及作業(yè)方法 (取送、單溜、連溜)等信息,通過解析計劃和確定計劃的執(zhí)行步驟來確定停車器輸出。通過頭部封鎖和尾部調(diào)車的時機與配合,使停車器的自動控制更加安全、高效和智能化。

5.電務(wù)監(jiān)測及環(huán)境監(jiān)控子系統(tǒng)。主要服務(wù)于現(xiàn)場電務(wù)維修檢修人員,負(fù)責(zé)完成信號設(shè)備、電源狀態(tài)及信號機房環(huán)境的集中監(jiān)控。

2 CIPS系統(tǒng)集成目標(biāo)

CIPS系統(tǒng)由綜合管理系統(tǒng)與作業(yè)控制系統(tǒng) 2個層面組成,兩者之間通過統(tǒng)一的高速數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)平臺集合為一個完整的一體化系統(tǒng)。CIPS系統(tǒng)通過整合現(xiàn)有的管理信息和過程控制命令,建立共享信息平臺,通過集成創(chuàng)新,實現(xiàn)編組站管理過程透明化、調(diào)度指揮智能化、作業(yè)自動化,從而提高運輸效率。系統(tǒng)集成總體目標(biāo)如下。

1.解決 “管控一體化 “技術(shù)難題,實現(xiàn)調(diào)度指揮、管理、作業(yè)計劃、運營決策等的智能化,提升運營管理水平。

2.解決編組站作業(yè)計劃自動執(zhí)行與集中控制的一致性技術(shù)難題,形成閉環(huán)控制與信息反饋,實現(xiàn)作業(yè)過程自動控制。

3.實現(xiàn)大站集中式管理和車站生產(chǎn)過程信息化,提高車站的自動化水平。

4.實現(xiàn)跨專業(yè)的信息共享,提高系統(tǒng)信息的共享度;實現(xiàn)作業(yè)的智能化、提高作業(yè)效率;實現(xiàn)完整準(zhǔn)確的統(tǒng)計分析。

5.減少工作崗位,實現(xiàn)減員增效目標(biāo)。

3 CIPS系統(tǒng)集成方案

3.1 構(gòu)建共享信息平臺

為實現(xiàn)編組站各控制子系統(tǒng)集中指揮、協(xié)調(diào)互動,CIPS系統(tǒng)在綜合管理層需要構(gòu)建共享信息平臺。信息平臺包括數(shù)據(jù)通信網(wǎng) (有線、無線)、網(wǎng)絡(luò)管理、數(shù)據(jù)庫、人機界面、與其他系統(tǒng)接口等。

1.有線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)。數(shù)據(jù)通信是編組站綜合集成自動化系統(tǒng)中信息管理系統(tǒng)與過程控制系統(tǒng)之間信息高速傳輸?shù)臉蛄?是信息管理系統(tǒng)的技術(shù)關(guān)鍵。數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)主要包括有線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)和無線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)。CIPS信息管理系統(tǒng)是由 CIPS綜合管理站調(diào)中心總系統(tǒng)和各場的節(jié)點工作站分系統(tǒng)組成,并通過多芯單模光纖,連接形成了以站調(diào)中心為中心各場為節(jié)點的星型廣域網(wǎng)絡(luò)。其結(jié)構(gòu)如圖 2所示。實現(xiàn) CIPS系統(tǒng)的人機交互。

2.無線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)。作為有線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)的延伸,無線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)主要負(fù)責(zé)解決編組站內(nèi)移動體與中心服務(wù)器之間信息交互的通道問題。采用無線局域網(wǎng) IEEE802.11b技術(shù)覆蓋全站,并與有線局域網(wǎng)無縫鏈接,為調(diào)機自動化系統(tǒng)提供可

圖 2 CIPS信息管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

信息管理系統(tǒng)采用千兆以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸局域網(wǎng)絡(luò),它在站調(diào)大樓控制中心設(shè)置骨干千兆局域網(wǎng)交換機,雙重冗余備份。整個主干網(wǎng)絡(luò)的傳輸媒質(zhì)采用單模光纖,并且同一個節(jié)點的雙重網(wǎng)采用不同的光纜和路徑。

區(qū)域聯(lián)鎖中心通過節(jié)點交換機與 CIPS核心交換機相連,實現(xiàn)進(jìn)路信息的管理與交換。調(diào)度大廳工作站通過節(jié)點交換機與 CIPS核心交換機相連,靠、高效的無線數(shù)據(jù)傳輸平臺。無線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)如圖 3所示。

圖 3 無線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

3.網(wǎng)絡(luò)管理。在站調(diào)樓控制中心設(shè)網(wǎng)管設(shè)備,完成對計算機網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的集中監(jiān)測、控制及故障管理等項任務(wù)。CIPS各種業(yè)務(wù)接口在一個網(wǎng)管中實現(xiàn),并由網(wǎng)管對各種工作方式設(shè)定、業(yè)務(wù)時隙資源分配、業(yè)務(wù)接口電平進(jìn)行控制和調(diào)整。

4.數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是編組站過程控制系統(tǒng)的信息倉庫,它為管理信息系統(tǒng)、調(diào)度指揮系統(tǒng)、運輸作業(yè)部門和實時過程控制系統(tǒng)提供服務(wù)。采用集中式數(shù)據(jù)庫及二級存儲技術(shù),支持并行數(shù)據(jù)庫處理,具有高度的可用性和可靠性,及良好的數(shù)據(jù)庫管理能力。

5.人機界面。人機界面設(shè)置充分考慮運輸組織特點,以提高編組站的運輸能力、保障車輛和列車的安全、實現(xiàn)減員增效為設(shè)計原則,在調(diào)度樓設(shè)置綜合表示墻、調(diào)度員工作站、值班員工作站、確報統(tǒng)計工作站、統(tǒng)計分析工作站、培訓(xùn)及系統(tǒng)維護(hù)工作站等。工作站配有多臺高分辨大屏幕顯示器。各工作站具有相互替換的功能,其調(diào)度大廳的“+1”備用工作站冗余終端可兼作培訓(xùn)終端。

6.與相關(guān)系統(tǒng)接口。CIPS信息管理系統(tǒng)提供與以下系統(tǒng)的相關(guān)接口:路局上層信息系統(tǒng) (包括 TMIS和 TDCS系統(tǒng))、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、機務(wù)段MIS系統(tǒng)、尾部牽出線等處車號識別設(shè)備、車輛安全 (列檢)系統(tǒng)、車站辦公自動化系統(tǒng)以及貨運系統(tǒng)等。所有接口具有完善的安全防護(hù)措施。

3.2 優(yōu)化作業(yè)控制系統(tǒng)

CIPS過程控制分系統(tǒng)各子系統(tǒng)均采用成熟可靠的設(shè)備,并根據(jù)綜合集成自動化系統(tǒng)的要求進(jìn)行相應(yīng)改造,與 CIPS信息管理分系統(tǒng)有機結(jié)合,完成編組站內(nèi)各到達(dá)場、出發(fā)場、編尾和駝峰場的自動控制與信息交換,實現(xiàn)編組站作業(yè)自動化。

1.聯(lián)鎖自動化子系統(tǒng)。計算機聯(lián)鎖采用高安全、高可靠、結(jié)構(gòu)上硬件冗余的 DS6-K5B型專用安全型計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)。通過增加進(jìn)路程序控制機(PRC),實現(xiàn)作業(yè)過程控制全面自動化的要求。PRC集中放置在站調(diào)樓,它通過以太網(wǎng)交換機與編組站信息系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng),接收根據(jù)列車運行計劃、調(diào)車作業(yè)計劃形成的調(diào)度指令集,對指令進(jìn)行識別、分析、轉(zhuǎn)換,通過安全局域網(wǎng)和聯(lián)鎖機直接連接,向聯(lián)鎖機發(fā)送進(jìn)路控制命令,并接收控制反饋和表示信息,同時將執(zhí)行情況向編組站信息系統(tǒng)報告。

2.駝峰自動化子系統(tǒng)。駝峰控制系統(tǒng)采用TW系列駝峰自動化設(shè)備,并對其功能進(jìn)行擴(kuò)展,軟件增加自動處理模塊,負(fù)責(zé)接收、分析與處理來自 CIPS管理系統(tǒng)的指令,使駝峰按照指令的要求作出正確的響應(yīng)。

3.調(diào)機自動化子系統(tǒng)。采用 DZ型編組站調(diào)機自動化系統(tǒng),除完成原有推峰機車信號、推峰機車遙控、無線平面調(diào)車燈顯、調(diào)車作業(yè)過程及機車走行安全監(jiān)控等諸多功能外,進(jìn)一步實現(xiàn)了全站調(diào)車作業(yè)過程的調(diào)機自動駕駛功能。調(diào)機自動化的控制對象擴(kuò)展到了包括頭部、尾部機車在內(nèi)的全站調(diào)機,控制范圍擴(kuò)展到了站內(nèi)所有進(jìn)路。

4.尾部停車器自動控制子系統(tǒng)。停車器采用 2+1配置,即每股道為 3臺,利用 CIPS管理系統(tǒng)信息共享平臺,取消了與聯(lián)鎖系統(tǒng)的電氣接口及駝峰系統(tǒng)專用數(shù)據(jù)通信接口,不再設(shè)獨立的人機界面,由聯(lián)鎖系統(tǒng)界面代理顯示停車器狀態(tài)與單操控制。

5.電務(wù)及環(huán)境監(jiān)測子系統(tǒng)。在上下行到達(dá)場、出發(fā)場、駝峰頭部、調(diào)車場尾部及交換場,分別設(shè)置 TJWX-2000型信號微機監(jiān)測和環(huán)境集中監(jiān)控采集系統(tǒng);在站調(diào)中心信號機房設(shè)置環(huán)境集中監(jiān)控采集系統(tǒng);在站調(diào)中心設(shè)置 1套微機監(jiān)測服務(wù)器,用于與編組站信息管理系統(tǒng)、監(jiān)控采集系統(tǒng)通信和數(shù)據(jù)庫的存儲。

6.配置輔助支撐系統(tǒng)。為加強對現(xiàn)場環(huán)境及設(shè)備運行狀況的監(jiān)控,提高設(shè)備的無人控制化率,充分降低工人勞動強度、提高工作效率,CIPS系統(tǒng)結(jié)合公安、行車、車輛等部門的管理運行要求,配置了一個涵蓋多部門、多系統(tǒng)要求的實時性綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)為 CIPS系統(tǒng)提供實時、準(zhǔn)確的現(xiàn)場信息,是編組站信息化建設(shè)不可缺少的環(huán)節(jié)。系統(tǒng)還配置了外勤移動信息系統(tǒng),將 CIPS系統(tǒng)生成的調(diào)車單、預(yù)確報單等,通過 GSM-R網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到外勤人員的手持臺上,外勤人員現(xiàn)場查驗結(jié)束后,可以通過對手持臺的操作,將檢查結(jié)果自動傳送到 CIPS系統(tǒng)中,減少了工作環(huán)節(jié),提高了外勤人員的工作效率和準(zhǔn)確率。

考慮到容災(zāi)的需要,CIPS系統(tǒng)設(shè)置了后備系統(tǒng),除客戶端計算機硬件外,其余服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、系統(tǒng)軟件及應(yīng)用軟件均獨立于CIPS主管理系統(tǒng),一旦主系統(tǒng)突發(fā)故障癱瘓時,應(yīng)能夠從當(dāng)前現(xiàn)車開始轉(zhuǎn)入后備工作,主系統(tǒng)恢復(fù)后,后備系統(tǒng)現(xiàn)車數(shù)據(jù)應(yīng)可同步到主系統(tǒng)中。

4 結(jié)束語

編組站 CIPS系統(tǒng)是集鐵路信號自動控制、計算機、通信、網(wǎng)絡(luò)、信息等先進(jìn)技術(shù)為一體的自動化系統(tǒng),它整合和發(fā)展了既有編組站信息系統(tǒng)和控制系統(tǒng),采用集成、完善、共享和融合的設(shè)計理念,在編組站信息化、自動化方面有較大創(chuàng)新,適應(yīng)編組站作業(yè)的實時性、復(fù)雜性,滿足安全性、可靠性要求。利用人工智能技術(shù)和現(xiàn)代化數(shù)學(xué)方法優(yōu)化調(diào)度指揮過程、計劃自動執(zhí)行過程,使編組站作業(yè)過程全面自動化,減少人工干預(yù)過程及操作的差錯率,提高作業(yè)質(zhì)量和效率。

目前 CIPS系統(tǒng)已在成都北、武漢北編組站開通使用,整個系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠、安全地運營至今。

[1] 丁昆.成都北編組站綜合集成自動化系統(tǒng)[J].中國鐵路,2008(8).

(責(zé)任編輯:張 利)