浅谈自动化装车系统和全电子计算机联锁系统在铁路运输处智慧站场建设中的应用与研究

浅谈自动化装车系统和全电子计算机联锁系统在铁路运输处智慧站场建设中的应用与研究

贠翰福          ,王慧锋

华亭煤业集团有限责任公司铁路运输处    甘肃华亭 744100

车站的微机联锁装置,是由微型电子计算机代替部分传统继电器电路的联锁机系统,它的设计和安装随着微电子的发展和微电子电路的国产化已成为车站的必要控制装置。而装车系统是铁路运输效率的具体体现,建设一种集装车、平煤、抑尘、防冻液喷洒等多种智能系统为一体的新型技术铁路装车系统尤为重要。它们的核心特征都是以人为本、智能高效、深度互联和智能应用。

1.存在问题

华亭煤业集团铁路自动化建设一直缺乏长远规划,尤其在近几年中,铁路运输业务不断增加，铁路装运密度越来越大,不仅对铁路运行信号和车站信号控制的准确性有了更高的要求，也不断考验着企业管理人员的调度能力与职工的业务能力。华亭煤业集团铁路运输处至今还在沿用的6502型电气集中联锁设备和旧式手工装车平煤设备，不仅无法提供足够的安全保障,也影响了铁路的正常运输生产。

2.建设目标

2.1建设完善智能装车系统

因车辆速度、智能化设备响应速度和智能化设备建设维护成本间存在正比关系,故综合考虑性价比,建议将装车、平煤、抑尘、防冻液喷洒等多种智能系统集中建设,统一智控,利用装车时较低的车速降低智能系统的建设维护成本。

2.1.1安装智能装车系统

因同型车体不等高、车辆标签错误、煤质变化影响客户实际吨位等原因,致使装车存在车体变化影响,故使用三维扫描车体建模与X轴长标尺建设对每辆车的数据进行重构,以消除该影响;装车时在定量仓内进行体积测定,可预测装车平整位,超装时提前预知并进行退补;调整装车口样式与引流模式以增加装车平整度,从根源上改善煤质平整度;利用AI运算服务器、伺服电机、PLC控制系统、光、电、雷达、声呐等传感设备,构建全数字孪生、虚拟与现实统一的智能装车系统。

2.1.2智能平煤、抑尘、防冻液喷洒系统

平煤时,可与装车系统进行联动,使用异构刮板对装车平整度进行二次整形。喷洒时,按双路供液要求,将喷洒设备安装至装车系统进车侧与装车出煤口上方,实现夏季出煤口单喷用以抑尘,冬季双喷抑尘防冻。所有喷淋设备设计成桥架式,便于实现入箱式喷淋、钩档停喷,最大化减少对道床的污染。

另建议设计半封闭式一体化厂房(可建设为双层,将制液等设备设施装入二层,液压类设备也可放入二层便于检修),将暖气装入厂房内,冬季可防冻。可设计流水槽与高压水枪冲洗设施、工业化吸尘器、防尘防水电源、滤尘通风系统等。

2.2建设全电子计算机联锁系统

2.2.1全电子计算机联锁系统与微机联锁系统和传统6502电气集中控制联锁系统的区别

6502电气路集中连锁控制器是以安全继电器开关为主体的监控器件,由继电回路来完成信息、道岔故障与改革进路相互之间的连锁问题。他的主要缺陷是功用并不齐全,尤其是对人机的通信功能不足,比较难于提高或扩充其它功用,也不便与现代化的CTC信息处理系统相连接。微机联锁控制器的好处是可以降低继电器开关检测难度;降低了信息系统的规划、实施和维护方面的难度;通过降低了建筑应用面积,信息系统的可靠性和安全性得以提高,并易于更新和扩大新功用;最重要的是,计算机联锁控制系统为铁路信号向智能和联网方式发展提供了必要条件。

近年来，由于铁路车站自动控制技术发展迅猛，构成微机联锁控制系统的联锁运算计算机、联锁软件逻辑和驱动执行电路等核心部件有了很大的发展和提升。运行核心联锁软件的计算机不再是通用工业计算机，已升级到具有“故障-安全”特性的专用计算机平台，其主流制式为二乘二取二冗余架构，信号联锁逻辑也有了相应的提升，铁道部软件测试中心的标准站规则也从第一版升级到了第二版。因此全电子计算机联锁系统正逐步取缔微机联锁系统。

全电子计算机联锁系统的安全性、可靠性在继电器式联锁的基础上得到了很大的提高，其具有智能化程度高、维护性能好（维护简单、平均维修时间短）、系统集成度高、占地面积小、标准化程度高、施工周期短、可靠性高以及功能扩展性强等优点。

2.2.2全电子计算机联锁系统的组成

该系统的整体结构由计算机联锁设备（包括控显机、全电子联锁主机、显示器、联锁操作台、光纤交换机、双系切换装置、安全计算机软件）、电务维修系统（包括电务维修主机、显示器、打印机、监测软件）、接口柜设备（包括全电子主机柜、全电子综合柜、全电子轨道柜、防雷分线轨）、电源设备（包括智能电源屏、在线式UPS）组成。

计算机联锁控显机采用铁道部计算机联锁系统统一标准设计、研发。界面突出特性为显示对象清晰、缩放无失真等。主要用于显示车站信号设备的拓扑结构和状态信息、操作按钮的设置与分布、站场名和相关提示与报警信息，并提供计算机联锁操作手段。包括以下功能：一是按钮命令的处理。包括进路按钮、控制命令操作按钮等；二是画面历史操作记录回放。三是实时记录站场对象状态变化，通过回放以画面播放形式查询历史状态数据；四是与联锁系统数据交互；对进路、区段、信号机、道岔等信号设备的状态实时显示；五是各报警界面以及语音提示、虚拟机操作、故障记录、操作回放等功能。

联锁运算子系统是联锁系统的核心，由两台二取二（二乘二取二模式）安全计算机构成（即联锁控制器），全热备工作制式，可通过双系切换器（主备转换装置）进行主备切换。联锁控制器接收来自控显机的联锁操作信息和联锁设备的状态信息，根据以上信息通过安全逻辑运算产生相应的控制命令。联锁控制器采用双CPU同步运行结构，在系统启动时会进行ROM/RAM诊断和内存保护诊断，在运算过程当中每一个处理器都会采集控显机和电子单元的信息（输入输出管理）以进行联锁逻辑运算，并通过双CPU和双系之间的同步操作（同步管理）完成二取二逻辑，当同步不一致时，根据主备系及主从CPU进行相应的容错或故障处理（故障管理），另外系统通过软件方式实现联锁周期的管理与监控（运行周期监控），以确保实时性和安全性。

双系切换装置：主备转换设备主要用于完成联锁机两系之间的切换功能，主备转换设备用于实现主备系之间的切换。一般有三种主备切换方式，系统自动切换、控显机发送命令切换以及手动按压主备切换按钮切换。不论那一种切换方式均不导致联锁信息丢失，更不会影响到信号设备显示及道岔的动作。

安全计算机软件：具备严密的联锁安全逻辑，实现进路上道岔、信号机和轨道电路的正确联锁逻辑，确保列车运行安全。主要完成进路的建立和解锁、道岔单操、信号重复开放、引总锁闭等联锁功能，并实时采集道岔、信号机和轨道电路等室外设备的状态以及根据值班员的操作意图驱动室外设备动作。

电务维修系统：该系统主要实现以下功能：联锁画面复示设备对象实时数据和历史数据处理：历史画面回放：硬件设备状态实时显示：电务维修子系统使用帮助：界面快捷操作。

接口柜设备：主机柜用于放置联锁机、控显机等其他设备。综合柜用于放置全电子道岔执行单元、全电子信号执行单元、子零散执行单元断路器及零层电源等其他设备。轨道柜用于放置全电子轨道执行单元、轨道测试盘、零层电源等其他设备。防雷分线柜用于放置分线端子和防雷模块，主要对信号、轨道及联系电路的外线电缆防雷。

智能电源屏：电源屏采用铁道部指定厂家生产的计算机联锁智能电源屏。该电源屏中的稳压、调压输入模块接收两路三相380V的外电网电源，选择其中一路供电，另一路备用，两路电源的主备用状态可以通过人工手动互相转换。供电的电源如果发生故障，也能自动转换到备用电源供电，切换时间低于0.15S。对供电电源，可进行手动或自动调整，使电气设备的供电不受电网波动的影响。

在线式UPS：冗余不间断电源子系统另配置两台冗余UPS作为联锁计算机的工作电源，热备工作模式。主要提供联锁机、控显机、电子执行单元以及通信子系统工作所需要的各种类型电源。具备自动、手动切换方式，以及特殊情况下的单设备独立供电的功能。

2.2.3安装全电子计算机联锁系统

目前,全电子计算机连锁设备已实现车间化生产,由厂商负责电子计算机即时网络通信系统硬件部分设备的装配,联接和测试工作,并负责把设备运送到现场上施工和配线接口,由信号厂商在完成了计算机系统硬件设备的装配之后,对整套系统各部分的计算机硬件设备实施了全面的测试,有效保障设备稳定可靠运行。

3.结语

建设功能齐全、结构合理、科技领先、管理科学、环境安全、富有我国民族特色的自动化、智能化轨道体系,使华亭煤业公司经营铁路业务的总体技术水平实现了省内领先水平。