车站多设备终端集中操控的研究与实现

赵秀全

（北京全路通信信号研究设计院有限公司，北京 100073）

1 概述

编组站综合集成自动化系统（简称CIPS）是我国第一个面向编组站业务管控一体化的综合信息系统。系统控制部分是通过指令集的方式与各控制子系统（联锁系统、驼峰自动化系统、停车器系统、调机自动化系统）进行信息交互，实现各子系统自动控制功能。作为完全的新建项目在成都北、武汉北、贵阳南等编组站CIPS系统与DS6-K5B联锁系统、TW-2驼峰自动化系统等都成功实现了自动控制功能，取得了良好的效果。但对于既有站改造特别是各控制子系统利旧且没有与CIPS接口的软件，CIPS系统的管控一体会由于接口限制而无法实现。

由于铁路编组站的控制系统准备已经基本完毕，在对既有站进行综合自动化改造时不会替换既有的控制系统，因此开发一套基于CIPS环境下的能够与各联锁系统、驼峰控制系统通用的接口成为迫切需要。结合CIPS系统特点对于以上功能分解为集控系统和通用PRC系统2个模块，其中集控系统负责与各控制系统接口以及处理各类操作命令、PRC系统负责解析管理系统的指令集转换为操作命令下发给集控系统。

2 集中操控系统

CIPS集控系统包括人机界面、操作命令处理、子系统接口和综合站场表示服务4部分。根据业务需要通过数据集成方式把联锁、驼峰、停车器等不同控制系统的显示与操作统一集成在一个站场表示界面上，由一个操作人员完成操作。既可以是一个站内的不同系统间集成，也可以是不同站的不同系统集成。还可以根据业务需求把一个系统拆分为不同模块独立实现界面显示与操作。

2.1 集控系统功能

1）与各控制子系统接口：集控系统与各子系统的接口根据子系统类型不同采用不同的协议，与联锁系统采用通用的CTC接口协议，与驼峰系统、停车器系统采用各子系统的协议。

2）站场表示信息处理：从各子系统接收站场表示信息并发送给站场表示服务系统。

子系统状态处理：通过接口协议诊断各子系统的工作状态和模式，确定集控的工作模式。

3）处理站场表示客户端和PRC的操作命令，按照各子系统的协议要求转换为对应的格式发送给各控制系统。

报警信息处理：接收各控制系统的报警信息在客户端显示，并对重要报警进行语音报警。

2.2 集控系统结构

集控系统结构如图1所示。

2.3 与联锁比较的特点

与传统的联锁系统控显界面相比较，CIPS集控界面具有以下显著优点。

1）综合表示功能：集成联锁系统、驼峰系统、停车器系统、TDCS系统、调机系统、脱轨器系统、现车系统等综合表示集成显示。

2）取消辅助按钮显示：对于“总取消”、“总人解”等辅助操作按钮在屏幕上取消显示，代之用右键菜单的方式实现，避免了过多按钮引起的混乱，提高了站场表示视觉效果。

3）进路预排显示：在CIPS集控界面上选定始端后，随着鼠标的移动界面提供将要办理的进路轨迹，通过所见即所得功能能够预先告知操作人员进路的信息，帮助操作人员更直观掌握进路情况。

4）组合进路一次性选排：对于联锁中不包含的长进路，在联锁界面上需要分段多次办理，在CIPS集控界面上可实现一次办理分别执行。无论是调车进路还是列车进路，由集控系统根据联锁表拆分为联锁可以执行的最小数量进路集，原则上调车进路按照由远及近的方式分段给联锁系统发送执行命令，在远端进路信号开放后再办理近端进路；列车进路按照由近及远顺序执行。

5）长调车进路一次性取消：对于要取消的长调车进路可从进路的始端一次操作，集控系统会自动按照由近及远的方式依次取消整条长进路，避免连续操作。

6）变更进路办理方式灵活：进路办理特别是长进路不再局限于联锁提供的具体办理中要求的始端、终端、变更点，不要求操作人员记忆各进路的关键按钮。在CIPS集控界面上，任何一个道岔或无岔区段都可以作为进路的变更点，在需要变更情况下，操作人员可以根据需要的进路轨迹任意选定变更点，并且变更点的数量也不受限制。

7）区段分路不良管理：对于道岔区段分路不良，以虚线显示。对于标记分路不良的道岔区段，在有进路选排时，会自动对该道岔实施单锁，避免由于分路不良造成的道岔误动情况，保证作业安全。

8）按钮封闭管理：由于一般联锁系统不具备调车、列车、引导按钮分别封闭的功能，应用中不灵活。采用调车、列车、引导按钮各自独立的按钮封闭管理，提高操作按钮封闭的灵活性。

9）站间、系统间透明显示：在CIPS集控界面上把不同系统的信息集成在一起，操作人员能够完全掌握相邻站、相邻场的表示信息。

10）信息共享：用户可以在任何一台接入CIPS网络（过防火墙）的机器上通过远程桌面方式登录后显示站场表示界面， 实现信息共享。

11）标签功能：在界面上能够通过提供的标签采用人工拖动方式标记调机、本务机等在站场中的任意位置，也可以标记其他信息。

2.4 命令处理逻辑

1）操作命令接收任务：接收来自客户端或PRC的操作命令，放置在命令队列Queue_Cmd中。

2）操作命令预处理任务：从命令队列中提取数据判断如下。

a.集控内部命令（如分路不良、停用）则执行内部命令处理，不与其他系统发生关系；

b.跨控制系统的操作命令：判断是否所有有关的控制系统都工作正常且所有操作条件都满足，如果不满足则返回失败报警，满足则把命令按照控制系统管理范围分解为不同的控制命令，放置在跨系统命令队列Queue_MultiSys中；

c.单一控制系统的操作命令：判断系统工作是否正常且操作条件满足，如果不满足则返回失败报警。满足则把命令放置到该控制系统的命令队列Queue_Sys中；

3）命令解析任务：对于所有命令队列中的数据解析为对应控制系统能够执行的命令。

a.单系统命令解析：

*单操命令解析：根据各控制系统的协议，转换后放置到接口队列Queue_IO中；

*选排进路解析：首先按照要求的进路始终端和道岔位置检查联锁表中进路是否存在，如果存在则转换后放置到接口队列Queue_IO中；如果不存在则对进路进行拆分，拆分原则是联锁表中存在（可执行性）且数量最小（执行效率最高）的组合，把组合的进路转换后放置到接口队列Queue_IO中。

b.跨系统命令解析：跨系统命令是各对应控制系统按照单系统情况的组合处理。

4）命令执行任务：把已经解析完毕存储在Queue_IO中的命令按照顺序和执行规则依次发送给控制系统，并把对应命令从队列中删除。

a.单系统命令执行：

*单操命令执行：直接执行发送；

*单段进路命令执行：直接执行发送；

*组合进路命令执行：按照由远及近的原则，先执行远端进路办理,在远端信号开放后，再执行近端进路办理。如果远端信号没有开放，则近端进路不会执行。根据进路道岔深度的不同在达到最大时间远端信号仍然没有开放的情况下，从队列中删除所有的与此组合进路有关的命令。

b.跨系统命令执行：各控制系统内部的执行顺序按照单系统命令执行的逻辑执行，不同控制系统间按照远端控制系统命令先执行成功后，近端控制系统命令再执行的原则处理。

5）命令状态跟踪任务：通过控制系统反馈的站场表示信息，追踪集控内有关的进路状态，用于控制组合进路办理时机。

3 通用PRC系统

CIPS的通用PRC系统是为CIPS自动执行提供的介于管理系统和控制系统之间的一个指令解析模块，它的入口点是CIPS管理系统产生的指令集，输出是始终端等控制命令，每个控制系统一个PRC模块。

3.1 PRC功能

PRC功能如示意图2所示。

1）指令集接收，接收CIPS管理系统产生的指令集；

2）指令集执行，根据指令出发标志与指令状态把能够执行的指令通过算法得到长进路以及进路控制命令，在满足控制时机情况下给集控系统发送控制命令；

3）指令执行跟踪与反馈，根据站场表示的变化信息，跟踪指令状态变化并反馈给CIPS管理系统。

3.2 PRC核心逻辑

3.2.1 指令执行规则

指令的执行规则是PRC判断指令能否执行以及执行顺序的重要条件。CIPS管理系统的指令是以作业报点为基础决定触发时机，但触发不考虑进路的相扰性以及指令间进路的执行顺序。在该规则中对于触发的指令结合站场表示信息实现指令的串行、并行执行，以及指令的合并、拆分执行。

1）流程间指令：不同流程间指令采用并行处理规则，同一调机的不同流程间指令采用串行处理规则；

2）同一流程内指令：采用串行处理规则，原则是前面指令执行成功后，后面指令再执行，但是根据业务需要不同情况不同处理。

a.对于折返情况按照自上而下的串行规则执行，折返指令B在上条前进指令A未执行成功的情况下，指令B不能执行；

b.对于同一方向的已经触发情况下的指令，按照信号由远及近的开放原则，把后续指令B放在前面先执行，在执行中如果远端指令B不具备执行条件，近端指令A也不能执行。

c.如果有指令A状态为[启用]、[故障]或[结束]，则指令A前的所有指令都不再执行。

3）单一指令：按照联锁的基本要求必须在轨道、锁闭、信号、照查等所有条件都具备的情况下，才能够执行；已经发送过控制命令的指令也不再执行。

3.2.2 指令进路处理

指令进路的执行是把能够执行的指令按照顺序组织，根据指令中进路的内容得到进路的始终端以及进路上的道岔下发给集控系统执行。

1）对于调车、列车、推送指令，根据路径方案号从路径方案表中得到该指令所经过的道岔顺序及位置，利用设备表及联锁表可得到该指令对应的长进路及其基本进路；对于单操指令（股道封锁、解锁）可以得到指令所处理的设备及控制命令。

2）为了执行中满足信号由远及近开放的原则，对于同方向的指令间进路，如果都满足进路选排条件，则把指令间的进路进行合并产生一条组合进路提交给集控系统执行。

3）对于单条指令内部进路，如果全部满足执行条件则发送整条进路的命令；考虑到折返条件下经常不能满足全部进路都具备选排的情况，如果只有部分满足，则按照由远及近的原则，把远端进路满足执行条件的部分产生控制命令提交给集控系统执行；剩余的近端进路根据时机选择执行，也可以不再执行。

4）对于折返情况，考虑到有可能机车退过道岔但又不具备基本进路选排的条件，为了行车安全，需要对该道岔进行单锁处理（即退路锁），在进路解锁后再自动单解。

5）所有发送的命令要处理集控系统的操作回执，如果由于执行条件不满足集控不受理，则在下次巡测中继续处理；如果集控系统已经受理，则认为该指令的操作命令已经发送成功，后续不再进行处理。

3.2.3 指令状态跟踪

指令状态的跟踪是以站场表示变化为线索，根据指令中进路的内容分别得到指令的[受理]、[成功]、[启用]、[故障]、[结束]状态，反馈给CIPS管理系统。除了基本的进路状态跟踪外，最主要的是利用指令间的关系，对由于中途折返等情况造成的不能正常完成选路、占用、出清、解锁过程的进路所对应的指令，实现指令状态的跟踪。

1）指令基本状态判断

a.指令控制命令发出后，如果超时没有始端信号开放，则认为指令执行失败，或进路设备发生故障（如道岔位置不对或信号故障关闭等）认为指令执行中出错，反馈[故障]，故障后的指令通过“强制重复”可以再次执行，指令启用后，则不再有故障的判断；

b.通过采集始终端按钮的闪烁，判断控制系统已经受理开始执行控制命令，反馈[受理]；

c.通过采集信号开放，判断指令执行[成功]；

d.通过轨道电路的占用，判断指令执行[启用]；

e.通过轨道电路出清与进路解锁，判断指令执行 [结束 ]。

2）指令状态的高级判断

a.对于同向指令A、B，如果远端指令B已结束且近端指令A的进路已经启用过，则认为发生了折返，近端指令A置[结束]；

b.对于同向指令，如果远端指令B启用且近端指令A没有成功，则认为是机车未走到位的折返，近端指令A也置[启用]；

c.对于折返指令，如果前进的指令A已结束且后续折返指令B的进路处于占用状态，那么该折返指令B没有再次选排的时机，该折返指令B置[启用]；

d.对于同向指令，在近端指令A结束情况下，远端指令B进路的接近、进路上区段、离去都没有占用时，认为连续折返而机车根本不使用本指令B的进路，远端指令B置[结束]；

e.对于折返指令，如果前指令A已经结束，折返指令B没有成功但进路已经解锁，且B的后续指令C也没有成功但进路处于占用状态，认为指令B属于折返进路且执行完毕置[结束]。

4 总结与展望

CIPS的集控与通用PRC已经在苏家屯编组站、路外企业站鲅鱼圈和西昌攀钢CIPS系统中得到应用，得到用户的高度认可，是CIPS系统在既有站实施的重要保证。目前存在大量类似于徐州北、沈阳西等既有编组站需要实现管控一体但又不进行基础控制系统改造的情况，因此稳定的通用的集控与PRC系统有很大的应用前途。