CN107161180B - 新型控制、监督、监测一体化的驼峰全电子自动化系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于编组站驼峰场信号设备自动化控制技术领域，公开了一种新型控制、监督、监测一体化的驼峰全电子自动化系统，系统结构为操作层、监控层、执行层三级体系结构；各层建立在计算机网络传输的平台之上，采用数据库技术，实现信息的集成共享与交换。执行层由全电子智能化执行控制模块群组成，实现信息采集、逻辑判断、控制执行、状态记忆、故障保护、监测报警等功能。系统自带维护监测机实现微机监测功能，具有故障自诊断和自恢复功能，报警显示可迅速定位到板级。与现有技术相比，系统安全可靠，结构简单、集成度高，功能更强、扩展性更好，维修方便，是一个具有智能特点的集控制、监督、监测为一体化的驼峰自动化系统。

Description

新型控制、监督、监测一体化的驼峰全电子自动化系统

技术领域

本发明属于编组站驼峰场信号设备自动化控制技术领域，尤其涉及一种新型的集控制、监督、监测于一体的驼峰全电子自动化系统。

背景技术

铁路编组站驼峰调车场的主要任务是完成货物列车的解体、编组和其他调车作业。货物列车解体作业在驼峰场头部进行，其控制系统主要完成推送进路、调车进路的计算机联锁及控制，溜放进路及溜放速度的自动控制，同时还具有系统和设备的监测维护支持和与其他相关系统联网的功能。目前我国驼峰自动化系统主要有通号公司研制的TW系列组态系统、TYWK系统和铁科院研制的TBZK型系统。

国内编组站驼峰场安装使用最多的是通号公司研制的TW-2型驼峰控制系统和铁科院研制的TBZKⅡ型驼峰过程控制系统，这两套系统对于信号基础设备，如信号机、道岔转辙机、减速器、轨道电路等的执行控制电路，至今仍采用传统的继电器控制模式；TYWK型驼峰信号计算机一体化控制系统，只在个别驼峰场投产使用，采用微电子智能模块替代传统的继电器接口电路。

综上所述，现有技术存在的问题是：

TW-2型系统和TBZKⅡ型系统沿用传统的继电器接口电路控制模式，存在技术落后、功能单一、故障防护能力差、故障恢复时间长、维修工作量大等缺点。TYWK型驼峰控制系统，在系统网络结构上不够优化，不便于与其他系统联网交换信息，很难适用于编组站综合自动化集成发展的需求。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种新型控制、监督、监测一体化的驼峰全电子自动化系统。

本发明是这样实现的，一种新型控制、监督、监测一体化的驼峰全电子自动化系统，所述驼峰全电子自动化系统包括：

操作层，根据站场规模、作业和用户需求设置多个工作站，包括：调车长工作站、调车区长工作站、维护工作站等。操作员工作站是人机界面的控显设备，通过它实现各种控制调节和事务处理。

监控层，包括两台主控机、系统数据服务器、维护监测机。主要负责综合管理、数据管理以及系统控制中的高级处理，实现推送进路和调车进路的联锁关系、溜放钩车的跟踪处理、驼峰溜放进路和溜放速度自动控制信息的判断与处理。监督全场作业过程，监测系统所有设备运用状态；保存全部报警信息、作业变化记录信息、钩车详细信息、设备状态参数信息等各种信息，供查询使用。

执行层，由全电子智能化执行控制模块群组成，包括信号机控制模块、道岔转辙机控制模块、减速器控制模块、轨道电路识别模块。负责系统信息的采集输入和控制指令的发布，并直接完成对室外设备的驱动控制，还包括实时性要求较高的闭环控制运算。

进一步，所述执行层进一步包括：

信号机控制模块，分为驼峰信号机、调车信号机、和线路表示器控制模块。一个控制模块管理一架驼峰信号机，接收主控机的命令完成驼峰信号机各种显示信号的开放或关闭，向主机报告驼峰信号机的状态，完成各种故障现象的诊断并报警。一个调车信号机控制模块管理三架调车信号机，一个线路表示器控制模块管理8架调车表示器。

道岔转辙机控制模块，用于控制驼峰调车场头部咽喉区各种电动转辙机和电空转辙机。每个模块管理一组道岔，接收主控机的命令，自动控制转辙机完成道岔转换。通过对道岔转辙机平时状态和转换工作过程实施动态监测，完成过程控制中异常现象的及时判断和防护处理。

车辆减速器控制模块，用于控制驼峰调车场内一、二、三各部位使用的各种类型的车辆减速器。通过采集测量雷达、车轮传感器、轨道电路、股道测长轨道电路的信息，按技术要求进行运算处理给出合理的计算出口速度，动态输出直接控制减速器完成对进入本部位的车辆的自动调速；实时检测监督减速器的工作状态，进行闭环控制。一个控制模块就是针对一个制动位前后两台减速器的局部独立的速度控制系统。

轨道电路识别模块，是对室外轨道电路接收设备的电压、电流变化进行采集、处理，判断轨道区段的工作状态和异常现象的诊断处理。

全电子智能化执行控制模块之间没有连接，每个模块通过两条CAN通信线路与主控机进行信息交换。既实现了操作管理与控制执行电子一体化，又做到智能模块高度分散，避免了局部故障导致全场失控的恶性后果。

进一步，所述系统建立在网络传输的平台之上，采用目前广泛使用的局域网通信技术和现场总线控制技术。操作层与监控层间采用10/100M以太局域网通信，监控层与执行层之间采用CAN总线通信，接入上层的网络架构，易于实现远程控制和监测，实现与其他系统的数据共享与交换。系统内部的局域网可以与上层编组站综合自动化系统局域网节点交换机相连，或连接车站综合信息局域网，连接CTC系统、TMIS系统，形成多种多样的网络架构。控制终端各工作站可以放置在编组站调度大厅通过网络连接实现远程操作。

进一步，所述系统采用PC数据库服务器，配置大容量内存、冗余硬盘和双高速以太网卡，用于过程控制信息、作业调度计划信息和状态监测信息集成平台，实现了数据的集成共享与交换。

进一步，所述系统采用全电子执行控制模块，，全电子执行控制模块主要由高性能CPU、EPROM和SRAM、CAN总线接口、I/O接口及外围专用接口电路等组成；采用双CPU“二取二”工作模式。实现信息采集、逻辑判断、控制执行、状态记忆、故障保护、监测报警等多项综合功能。采用无触点式控制技术完成对室外设备的直接控制，延长了设备的使用寿命。具有过载和负载短路自动保护功能，取消了电路熔丝，故障排除后自动恢复，不需要人工干预。

进一步，所述系统自带维护监测机实现微机监测功能。每个智能控制执行模块实现对道岔动作电流、动作时间，道岔定反位状态，轨道电路接受端电压，信号机点灯状态、主灯丝断丝，减速器工作状态，电源屏输入、输出电压，电缆芯线对地绝缘等各种模拟量、数字量的采集和预处理。通过一条CAN通信线路与维护监测机进行信息交换。维护监测机软件集成了模块运行状态监控功能和各种模拟量监测功能，可以提供执行模块采集模拟量的实时显示和曲线记录、存储。实时监测各控制模块和室外设备的工作状况，能够在系统运行的全部时间内全天候反应设备运用状态，为现场维护和故障分析提供可靠的依据。软件通过专用的记录机通信板对CAN总线数据进行监听记录，获取控制主机和执行设备端的通信总线原始数据。并可以从数据中过滤相关报警信息，及时提供报警，提示具体模块地址和对应设备名称。并对通信记录数据进行了翻译，直接反映执行模块采集并上传的设备状态变化情况，有利于定位分析设备瞬时状态变化，便于工作人员更直观的掌握设备的运行状态。以人机对话方式通过维护工作站实时显示站场图形，系统故障实时报警提示，对系统操作、运行、故障记录进行查询、图形再现和打印。

本发明的优点及积极效果为：

本发明的优点：1、系统免维护：系统采用全电子电路，取消了继电器接口电路，实现日常的免维护。2、系统硬件冗余，安全性与可靠性高：执行模块采用双CPU“二取二”工作模式，提高了系统的安全性。3、便于站场改扩建：系统采用积木式搭建方式，站场修改时，只需在软件数据结构和接口上稍加修改、并在执行机柜中插入相应的控制模块即可。4、故障率低：全电子系统结构简单，其执行模块控制和采集接口直接经电缆连接至分线防雷柜。所有配线全部采用万可弹性端子压接方式，取消了所有的焊点，大幅度减少了故障率。5、故障恢复时间快：系统所有设备的运行状态采用监测机实时监测，全部指示到位，对于故障模块可以带电热插拔快速更换，故障恢复时间快。6、信息量大：可以对整个操作过程、站场全部运行过程、系统工作状态、室外设备状态等进行自动记录，可在任何时候进行查询和报表输出打印。7、体积小：系统取消了继电器组合，可以显著的节省占地面积。8、扩展性强：由于系统建立在网络传输的平台之上，所以很容易实现远程控制和监测，易于实现与其他相关系统的联网。9、工程周期短：系统采用了模块化的结构和系统没有一个焊点，工程设计和施工方便快捷，可以显著的节约施工的周期。

附图说明

图1是本发明提供的新型控制、监督、监测一体化的驼峰全电子自动化系统结构框图；

图2是本发明提供的新型控制、监督、监测一体化的驼峰全电子自动化系统全电子执行控制模块的结构框图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供了一种新型控制、监督、监测一体化的驼峰全电子自动化系统，所述驼峰全电子自动化系统包括：

操作层，用于根据站场规模、作业和用户需求设置多个工作站，包括：调车长工作站、调车区长工作站、维护工作站等；

监控层，包括两台主控机、系统数据服务器、维护监测机；

执行层由全电子智能化执行控制模块群组成，替代现有其它计算机控制系统中的继电器接口电路执行部分，包括信号机控制模块、道岔转辙机控制模块、减速器控制模块、轨道电路识别模块。信号机控制模块分为驼峰信号机、调车信号机、和线路表示器控制模块等类型。驼峰信号机控制模块替代原继电式接口控制电路中的LJ、LSJ、USJ、BSJ、HSJ、BJ、DJ、SNJ、DLJ、XJJ、YKJ共11台继电器，一个控制模块管理一架驼峰信号机，接收主控机的命令完成驼峰信号机各种显示信号的开放或关闭，向主机报告驼峰信号机的状态，完成各种故障现象的诊断并报警。一个调车信号机控制模块管理三架调车信号机，替代原继电式接口控制电路中的1DJ、1DXJ、2DJ、2DXJ、3DJ、3DXJ共6台继电器。一个线路表示器控制模块管理8架调车表示器。道岔转辙机控制模块用于控制驼峰调车场头部咽喉区各种电动转辙机和电空转辙机，每个模块管理一组道岔，替代原继电式接口控制电路中的DKJ、FKJ、DCJ(或1DQJ、2DQJ)、DBJ、FBJ、SJ、SZJ共9台继电器，接收主控机的命令，自动控制转辙机完成道岔转换，通过对道岔转辙机平时状态和转换工作过程实施动态监测，完成过程控制中异常现象的及时判断和防护处理。在控制功能和性能上较原有的继电式接口控制电路有大幅度的扩展和提高，控制的可靠性和安全性得到提升。车辆减速器控制模块用于控制驼峰调车场内一、二、三各部位使用的各种类型的车辆减速器，采集测量雷达、车轮传感器、轨道电路、股道测长轨道电路(三部位)的信息，按技术要求进行运算处理给出合理的计算出口速度，动态输出直接控制减速器完成对进入本部位的车辆的自动调速。实时检测监督减速器的工作状态，进行闭环控制。一个控制模块就是针对一个制动位前后两台减速器的局部独立的速度控制系统。轨道电路识别模块是对室外轨道电路接收设备的电压、电流变化进行采集、处理，判断轨道区段的工作状态和异常现象的诊断处理。各模块之间没有连接，每个模块有两条CAN通信线路与主控机进行信息交换。因此，只要增加或减少控制模块的数量，就可以满足不同规模站场的要求，还可以大大减小故障影响范围，避免了局部故障导致全场失控的严重后果。

系统建立在网络传输的平台之上，采用目前广泛使用的局域网通信技术和现场总线控制技术。操作层与监控层间采用10/100M以太局域网通信，监控层与执行层之间采用CAN总线通信。系统可以很方便地接入上层的网络架构，易于实现远程控制和监测，易于实现与其他系统的数据共享与交换。系统内部的局域网可以与上层编组站综合自动化系统局域网节点交换机相连，或连接车站综合信息局域网，连接CTC系统，TMIS系统，形成多种多样的网络架构。通过联网实现与其他相关系统的信息交换。控制终端各工作站可以放置在编组站调度大厅通过网络连接实现远程控制。

系统采用全电子执行控制模块替代现有其它计算机控制系统中的继电器接口电路执行部分；全电子执行控制模块主要由高性能CPU、EPROM和SRAM、三路CAN总线接口、两路RS232、外围接口及专用接口电路组成。采用双CPU“二取二”工作模式，是建立在软、硬件双重防护基础上的全电子执行、监测部分，是整个系统的执行表示电路，集信息采集、逻辑判断、控制执行、状态记忆、故障保护、监测报警等功能为一体。在控制功能上较原有的继电式接口控制电路有明显扩展，控制性能有很大提高，控制的可靠性和安全性得到提升。

系统自带维护监测机实现微机监测功能。因为执行层采用全电子智能化执行控制模块，取消了现有的驼峰计算机控制系统中为实现微机监测在组合架增设的很多电压、电流、功率传感器和测试模块。每个智能控制模块有一条CAN通信线路与维护监测机进行信息交换。维护监测机通过该监测通道接收各个全电子执行单元和所控设备的状态数据，实时监测各控制模块和室外设备的工作状况，实现各种模拟量、数字量的采集、处理和记录。通过维护工作站实时显示站场图形，系统故障实时报警提示，对系统操作、运行、故障记录进行查询、图形再现和打印，为现场维护和故障分析提供可靠的依据。

下面结合附图对本发明的应用原理作进一步描述。

如图1、2所示，本发明实施例提供的系统为操作层、监控层、执行层三级体系结构，操作层可根据站场规模、作业和用户需求设置多个工作站，包括：调车长工作站(驼峰值班员控显工作站)、调车区长工作站、维护工作站等；监控层包括两台主控机(双机热备)、系统数据服务器、维护监测机；执行层是建立在软、硬件双重防护基础上的全电子执行、监测部分，是整个系统的执行表示电路，由全电子智能化执行控制模块群组成。模块类型包括信号机控制模块(TX、TDX、TDB)、道岔转辙机控制模块(ZDC、TDC)、减速器控制模块(TJK)、轨道电路识别模块(TDG)。全电子执行控制模块采用双CPU“二取二”工作模式，具有命令执行、表示采集、状态监测、故障保护等功能，用于对信号机、转辙机、车辆减速器的直接控制和轨道电路占用、雷达、测重器、车轮传感器、测长轨道电路等设备状态的直接识别。系统建立在网络传输的平台之上，操作层与监控层间采用10/100M以太局域网通信，监控层与执行层之间采用CAN总线通信。易于实现远程控制和监测，进行远程故障诊断；可以接入上层的网络架构，通过联网实现与其他相关系统的信息交换。维护监测机实现微机监测功能，通过专设的监测通道接收全电子执行单元的所有设备状态数据，实现模拟量、数字量的采集和处理。通过维护工作站实时显示站场图形，系统故障实时报警提示，对系统操作、运行、故障记录进行查询、图形再现和打印，为现场维护和故障分析提供可靠的依据。

本发明系统在保证安全的前提下，以最经济、合理的技术措施确保设备可靠、维修方便，提高运输效率，改善劳动条件，实现了编组站驼峰场信号设备控制、监督、监测的一体化。

本发明实施例提供的新型控制、监督、监测一体化的驼峰全电子自动化系统的设计方法与步骤为：

步骤1：根据站场规模、作业和用户需求设置工作站的台数，包括：调车长工作站、调车区长工作站、维护工作站等。装配原则是：大、中型驼峰场配置一台调车长工作站、一台调车区长工作站和一台维护工作站。小型驼峰场配置一台调车长工作站和一台维护工作站。调车长工作站、调车区长工作站设置在控制室，维护工作站设在机房。

步骤2：根据站场规模，现场转辙机、信号机、车辆减速器、轨道电路、雷达、测重器、车轮传感器、测长轨道电路等控制设备的类型和数量，进行选型组合，配置全电子智能化执行控制模块的类型和数量。

步骤3：进行系统搭建。机房内设置主机柜(全站场一台)、模块柜(数台)、监测柜一台、熔断柜、防雷分线柜、电源屏等。柜内柜间配线均按插接方式组装。所有模块支持热插拔，允许不间断系统进行更换。

步骤4：通信网络建设。操作层与监控层间采用10/100M以太局域网通信，监控层与执行层之间采用CAN总线通信。

步骤5：系统软件设计调试。工作站采用Windows操作系统，主控机采用适用于工业控制的实时多任务操作系统。采用通用数据库，对数据进行统计。执行层控制模块程序采用模块化设计。在软件设计中采用故障——安全原则，采用字节编码技术等信息冗余技术，保证信息运算、存储和传输的安全。充分考虑各种异常情况，具备在线诊断功能，能自动识别故障和故障定位。

步骤6：联调联试。对系统整体进行各种作业实验，验证功能、性能满足要求。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种新型控制、监督、监测一体化的驼峰全电子自动化系统，其特征在于，所述驼峰全电子自动化系统包括：

操作层，根据站场规模、作业和用户需求设置多个操作员工作站，包括：调车长工作站、调车区长工作站和维护工作站；操作员工作站是人机界面的控显设备，通过它实现各种控制调节和事务处理；

监控层，包括两台主控机、系统数据服务器和维护监测机；负责综合管理、数据管理以及系统控制中的高级处理，实现推送进路和调车进路的联锁关系、溜放钩车的跟踪处理、驼峰溜放进路和溜放速度自动控制信息的判断与处理；监督全场作业过程，监测系统所有设备运用状态；保存全部报警信息、作业变化记录信息、钩车详细信息和设备状态参数信息，供查询使用；

执行层，由全电子智能化执行控制模块群组成，包括信号机控制模块、道岔转辙机控制模块、减速器控制模块和轨道电路识别模块；用于负责系统信息的采集输入和控制指令的发布，并直接完成对室外设备的驱动控制，包括实时性要求较高的逻辑判断和闭环控制运算；还具有状态记忆功能、故障保护功能和监测报警功能；

所述执行层进一步包括：

信号机控制模块，分为驼峰信号机、调车信号机和线路表示器控制模块；一个控制模块管理一架驼峰信号机，接收主控机的命令完成驼峰信号机各种显示信号的开放或关闭，向主机报告驼峰信号机的状态，完成各种故障现象的诊断并报警；一个调车信号机控制模块管理三架调车信号机，一个线路表示器控制模块管理8架调车表示器；

道岔转辙机控制模块，用于控制驼峰调车场头部咽喉区各种电动转辙机和电空转辙机；每个模块管理一组道岔，接收主控机的命令，自动控制转辙机完成道岔转换；通过对道岔转辙机平时状态和转换工作过程实施动态监测，完成过程控制中异常现象的及时判断和防护处理；

车辆减速器控制模块，用于控制驼峰调车场内一、二、三各部位使用的各种类型的车辆减速器；通过采集测量雷达、车轮传感器、轨道电路和股道测长轨道电路的信息，按技术要求进行运算处理给出合理的计算出口速度，动态输出直接控制减速器完成对进入本部位的车辆的速度调整，实时检测监督减速器的工作状态，进行闭环控制；一个控制模块就是针对一个制动位前后两台减速器的局部独立的速度控制系统；

轨道电路识别模块，是对室外轨道电路接收设备的电压、电流变化进行采集和处理，判断轨道区段的工作状态和异常现象的诊断处理；

全电子智能化执行控制模块之间没有连接，每个模块通过两条CAN通信线路与主控机进行信息交换。

2.如权利要求1所述的新型控制、监督、监测一体化的驼峰全电子自动化系统，其特征在于，所述系统建立在网络传输的平台之上，采用目前广泛使用的局域网通信技术和现场总线控制技术；操作层与监控层间采用10/100M以太局域网通信，监控层与执行层之间采用CAN总线通信，接入上层的网络架构，实现了远程控制和监测，与其他系统的数据共享与交换；系统内部的局域网可以与上层编组站综合自动化系统局域网节点交换机相连，或连接车站综合信息局域网，连接CTC系统和TMIS系统，形成多种多样的网络架构；控制终端各工作站可以放置在编组站调度大厅通过网络连接实现远程操作。

3.如权利要求1所述的新型控制、监督、监测一体化的驼峰全电子自动化系统，其特征在于，所述系统采用PC数据库服务器，配置大容量内存、冗余硬盘和双高速以太网卡，用于过程控制信息、作业调度计划信息和状态监测信息集成平台，实现了数据的集成共享与交换。

4.如权利要求1所述的新型控制、监督、监测一体化的驼峰全电子自动化系统，其特征在于，所述系统采用全电子执行控制模块；全电子执行控制模块主要由高性能CPU、EPROM和RAM、CAN总线接口、I/O接口及外围专用接口电路组成；采用双CPU工作模式。

5.如权利要求1所述的新型控制、监督、监测一体化的驼峰全电子自动化系统，其特征在于，所述系统自带维护监测机实现微机监测功能；维护监测机软件集成了模块运行状态监控功能和各种模拟量监测功能；提供执行模块采集模拟量的实时显示和曲线记录、存储；实时监测各控制模块和室外设备的工作状况，能够在系统运行的全部时间内全天候反应设备运用状态，为现场维护和故障分析提供可靠的依据；

软件通过专用的记录机通信板对CAN总线数据进行监听记录，获取控制主机和执行设备端的通信总线原始数据；并可以从数据中过滤相关报警信息，及时提供报警，提示具体模块地址和对应设备名称；并对通信记录数据进行了翻译，直接反映执行模块采集并上传的设备状态变化情况；

所述系统以人机对话方式通过维护工作站彩色监视器实时显示站场图形，系统故障实时报警提示，对系统操作、运行、故障记录进行查询、图形再现和打印。

6.如权利要求1所述的新型控制、监督、监测一体化的驼峰全电子自动化系统，其特征在于，每个全电子智能化执行控制模块实现对道岔动作电流、动作时间，道岔定反位状态，轨道电路接受端电压，信号机点灯状态、主灯丝断丝，减速器工作状态，电源屏输入、输出电压，电缆芯线对地绝缘各种模拟量、数字量的采集和预处理，通过一条CAN通信线路与维护监测机进行信息交换。