调车场离散控制系统的制作方法

本发明涉及调车场控制，具体为调车场离散控制系统。

背景技术：

调车场(Yard)特指铁路以调车作业为主体的车场/车站。调车是指在一个车场/车站内部，货车车辆或(和)客车车厢在不同的线路间倒调、转线、解体、编组及装卸取送等引起的行车作业。调车作业的特征是受调车信号机或手信号指挥，运行速度比较低，常采用专用调车机车作为牵引动力。调车进路因频繁往返于不同线路间取送车辆，因此需要支持高效灵活的进退折返作业。调车场包括平面调车场和驼峰调车场两类，常见于编组站、车站货场、专用线、存车场、客技站、车辆段、机务段、港口和企业铁路。

上述调车场的进路控制目前没有统一的解决方案，只有针对特定功能车场不同的解决方案。例如用于驼峰调车场的驼峰自动化系统。用于机务段的股道自动化系统。以列车进路控制为主兼调车进路控制的一般车站联锁系统常被用于调车场作为集中控制装备，但对调车场而言设备昂贵且效率不高，缺乏针对性，因此大部分调车场和车站的货场仍采用现场手扳道岔的原始作业模式。目前应用于特定调车场的分门别类控制系统虽然构成各不相同，但是尚且没有出现将控制模块放在室外控制/采集对象近旁的离散式结构。

驼峰自动化系统，我国现行有多种型号专门应用于驼峰调车场的控制系统，例如中国市场上应用较为广泛的TW-2型、TBZKⅡ型和TYWK型驼峰自动化系统，针对驼峰溜放作业中的车辆溜放进路控制和溜放速度控制功能较为完善，但是无一例外所有控制主机和控制单元均集中在室内，通过电缆实回线与现场各种现场采集和执行设备连接，连接对象有雷达探测器、测重装置、测长装置、计轴传感器、车辆减速器、道岔转辙机、轨道电路、信号机等。

由于大量现场采集与控制装置距离室内集中控制设备有数百米距离，通过较长的电缆连接，存在一些缺点和不足：

1，电缆使用数量大，敷设电缆的建筑安装费用高。

2，诸如计轴、雷达、测长、测重等装置信号较弱，在长距离传输过程中容易受到电磁干扰而影响信号采集精度，进而影响控制精度和性能。

3，大量放射性布局的连接线缆是雷电侵入的最薄弱环节，容易遭受雷电感应而损毁室内外电子和电气装置。

现有技术之二，车站计算机联锁系统，我国现行有多种型号应用于大、中、小各种规模车站的进路集中控制，例如中国铁路市场上目前广泛应用的TYJL系列、DS6系列、JD-1A系列和iLOCK系列等各种计算机联锁系统。车站联锁系统以列车进路控制为核心，一般均兼容调车进路控制的功能，因此被用于部分调车场，车站联锁系统甚至为调车作业考虑了平面溜放等特殊功能。

这类设备应用于调车场存在以下缺点和不足：

1，由于车站联锁系统要在保障客运列车人身安全的前提下兼容调车控制，安全等级通常按照顶格设计，技术复杂，价格昂贵，对于以调车作业为主的调车场要付出不必要的高昂代价。

2，车站联锁系统通常采取严控软件的修改和升级以降低安全风险，当车站联锁应用于调车场时，这种严谨性压制了调车场的个性化需求和作业灵活性需求。

3，各种车站联锁无一例外所有控制主机和控制单元均集中在室内，通过电缆实回线与现场长达数公里远的各种道岔转辙机、轨道电路、信号机等连接，电缆使用数量大，敷设电缆的建筑安装费用高。

4，控制单元和联锁设备的集中形成大量远而且放射型连接线缆是雷电侵入的最薄弱环节，容易遭受雷电感应而损毁室内外电气设备。

5，有些连接调车场/车站的专用线道岔，离信号楼的距离超出了集中控制设备的极限范围而无法纳入集中控制。

现有技术之三，机务段道岔集中电气控制系统，也称“机务段股道管理自动化系统”，我国现有型号为JDK-1/JDK-2，专门用于机务段内机车走行调车进路的控制。这类系统与车站联锁系统的调车进路功能差不多，但是考虑了机务段内调车作业的灵活性，以及部分机务段作业的特殊需求。其结构也是集中式，室内控制设备通过电缆实回线与现场各种现场道岔转辙机、轨道电路、信号机连接。

由于大量现场控制与采集装置距离室内集中控制设备运至数百米，通过较长的电缆连接，存在一些缺点和不足。

1，该系统仅限于应用在调车场中的铁路车辆段。

2，电缆使用数量大，敷设电缆的建筑安装费用高。

3，大量呈放射性的连接线缆是雷电侵入的薄弱环节，容易遭受雷电感应而损毁室内外电子/电气装置。

技术实现要素：

针对上述技术问题，本发明提供一种继电器接口电路，相对现在应用于调车场的各类集中控制设备或自动化系统，本发明提供的调车场离散控制系统，适用于调车场的全新结构与制式的离散式控制系统，设计不同类别的户外型控制模块。

具体技术方案为：

调车场离散控制系统，包括道岔模块、减速器模块、峰顶模块；

所述的道岔模块是由户外型处理器和相应的接口子模块组成，每个道岔模块对应一组道岔，驱动道岔转辙机和采集道岔表示，还采集该道岔区段以及道岔前后相邻区段的轨道电路，并采集/驱动道岔前后相邻调车信号机；还包括继电器接口电路，继电器接口电路在控制计算机与现场控制/采集装备之间，由继电器逻辑实现最底层的安全防护和大功率驱动；

所述的减速器模块，由户外型处理器和相应的接口子模块组成；所述的减速器模块用于驼峰调车场减速器控制，一个控制模块对应一组减速器；还包括减速器控制所需要的测速雷达、计轴传感器、轨道电路、测长采集机构；

所述的户外控制模块，包括道岔模块、减速器模块、峰顶模块。

其中，所述的道岔模块是由户外型处理器和相应的接口子模块组成，每个道岔模块对应一组道岔，除驱动道岔转辙机和采集道岔表示外，还采集该道岔区段以及道岔前后相邻区段的轨道电路，并采集/驱动道岔前后相邻调车信号机；还包括继电器接口电路，继电器接口电路在控制计算机与现场控制/采集装备之间，由继电器逻辑实现最底层的安全防护和大功率驱动。

所述的减速器模块，由户外型处理器和相应的接口子模块组成；所述的减速器模块用于驼峰调车场减速器控制，一个控制模块对应一组减速器；还包括减速器控制所需要的测速雷达、计轴传感器、轨道电路、测长采集机构；

所述的峰顶模块，由户外型处理器和相应的接口子模块组成；所述的峰顶模块用于驼峰调车场峰顶设计的模块，一个模块对应一个峰位，所控制的对象是驼峰主体信号机和电铃，采集对象包括安装在推送线上的测速雷达、峰顶按钮柱、测重传感器和峰顶双向计轴传感器；峰顶模块负责驼峰信号机的控制。

户外控制模块布局在铁路调车场的轨旁，贴近控制与采集对象。基于数据通信技术将室外控制模块与中心服务器连接组网，构成完整的控制系统或自动化系统。

本发明提供的调车场离散控制系统，适用于所有调车场的离散控制，根据调车场的共性提出统一的解决方案。调车场离不开道岔转辙机、信号机和轨道电路这三个基本要素，因此本发明提供的户外控制模块之道岔模块设计为以单组道岔为控制对象，顺带采集与控制道岔前后方轨道电路与信号机，形成标准化调车场道岔控制模块。

相比调车场已存在的集中控制系统，本发明所提供的调车场离散控制系统案具有以下优势：

1，中心与户外控制模块之间采用光纤甚至无线作为传输通道，替代大量的电缆实回线，可大大减少电缆及敷设费用；

2，取消中心继电器组合架/组合柜和分线盘，节省了工程安装费用；

3，现场设备特殊用电由信号电源屏集中供电，改为以控制模块为单位的分散供电，降低了信号供电设备的费用；

4，房屋面积要求大大降低，节省了房屋建筑费用；

5，系统的设计和安装大大简化，安装实施工作量减少，可压缩工程实施周期和费用；

6，系统防电磁干扰和防雷电性能大大提高，提供了系统的可靠性和可用性；

7，调车场内超远距离道岔可实现控制，突破了过去的限制。

另外，不同用途的调车场采用包容性的标准化离散式结构，户外控制模块同型同款，硬件和软件保持一致和通用，调车场之间的差异仅仅通过中心服务器软件和数据的变化，能满足不同类型和功能调车场作业灵活性、功能扩展和个性化需求。

目前许多调车场没有条件装备控制系统最主要的原因是投资成本和个性化需求。适度降低安全要求，不同类型调车场离散控制系统软件的开发、升级和优化不受羁绊，可有效地降低研发成本，降低系统的造价。同时中心服务器软件具备条件设计成贴心、周到和包容的多功能软件，更大限度地满足各种类型调车场的个性化需求。

附图说明

图1为实施例中的驼峰调车场离散控制系统结构图；

图2为实施例中的基于有线通信的平面调车场离散控制系统结构图；

图3为实施例中的基于无线通信的平面调车场离散控制系统结构图；

图4为实施例中的道岔模块结构图；

图5为实施例中的减速器模块结构图；

图6为实施例中的峰顶模块结构图；

图7为实施例中的调车场离散控制流程结构图。

具体实施方式

结合附图说明本发明的具体实施方式。

本发明所述的调车场离散控制系统的整体结构，提供三个不同应用实施例。分别如图1、图2和图3所示，属于三个不同的应用实施案例。图1是应用于驼峰调车场的离散控制系统，由于驼峰调车场不仅需要进路控制，还需要调节溜放车辆的速度，因此现场除道岔模块外，还需要减速器模块和峰顶模块，他们均属于户外控制模块；图2是应用于平面调车场的离散控制系统，采用有线通信技术，现场只配一种道岔模块；图3也是应用于平面调车场的离散控制系统，现场每组道岔配置一个道岔模块，所不同的是采用无线通信技术。上述三个应用案例结构均由人机界面、中心服务器和不同的户外控制模块三部分组成。

人机界面设备可采用瘦客户机或台式电脑，设在控制室，数量按需配置，实现调车场的集中监控与维护，与中心服务器通过网络连接。

中心服务器可采用商用服务器或工业控制计算机，没有开关量输入输出要求，数量按需设置并满足冗余要求，设在控制中心机房的机柜内。中心服务器获取从户外控制模块采集到的数据，实现跨越控制模块的逻辑运算，并将运算结果发送至各控制模块分别执行。

户外控制模块布局在铁路调车场的轨旁，贴近采集与控制对象。各种户外控制模块采用PLC技术或嵌入式微处理器技术，通过接口直接连接现场传感器和执行设备，负责采集与驱动，实现底层控制逻辑运算。

该结构以往不同的是现场就近安装的户外控制模块与中心服务器之间采用计算机通信技术，而没有电缆实回线传输电信号。通信通道可以采用不同制式的无线通信技术，例如WLAN或数传电台。也可以采用不同制式的有线通信技术，例如工业以太网(PROFINET)技术或现场总线(PROFIBUS)技术，传输介质可选择光纤或对绞线。

户外控制模块的标准化设计，其中之一是道岔模块。如图4所示，道岔模块是由户外型处理器和相应的接口子模块组成。调车场的共性是现场都离不开道岔转辙机、信号机和轨道电路这些基本要素。虽然不同调车场的进路控制需求可能有所差别，但是规划成以单个道岔为中心，采集与控制道岔前后方轨道电路与信号机的模块，可以实现跨调车场实现硬件和软件上的一致性和通用性，即标准化道岔模块。不同调车场的差异仅限于中心服务器的数据或(和)逻辑运算软件。具体而言，每个道岔模块对应一组道岔，除驱动道岔转辙机和采集道岔表示外，还采集该道岔区段以及道岔前后相邻区段的轨道电路，并采集/驱动道岔前后相邻调车信号机。

调车场没有客运，大都是货运或没有乘客的客车底，不涉及旅客人身安全，具有大体一致的安全级别要求，可选择有别于车站联锁系统的恰当的统一安全策略，以降低控制系统的成本和提高灵活性。

按照传统调车场现行不同集中控制系统的实现方式，在控制计算机与现场控制/采集装备之间还需要有继电器接口电路，由继电器逻辑实现最底层的安全防护和大功率驱动，这些继电器安装在室内机械室的组合架上。由电子电路技术取代继电器接口技术是铁路车站/调车场信号控制的发展趋势，但继电器技术仍然是目前主要选项。本发明采用户外道岔模块构建离散式控制系统，其体积大、抗震弱的铁路安全型继电器将无处放置，全电子接口电路和控制模块的软件取代铁路安全型继电器成为必然。因此本方案的道岔模块包含户外型的全电子接口。

另一个户外控制模块是减速器模块，如图5所示，它是由户外型处理器和相应的接口子模块组成。减速器模块是针对驼峰调车场减速器控制设计的模块，一个控制模块对应一组减速器，除减速器驱动外还包含了减速器控制所需要的测速雷达、计轴传感器、轨道电路、测长等采集。减速器模块的软件实现车辆经过时的速度闭环控制。

另一个户外控制模块是峰顶模块，如图6所示，它是由户外型处理器和相应的接口子模块组成。峰顶模块是针对驼峰调车场峰顶设计的模块，一个模块对应一个峰位，所控制的对象是驼峰主体信号机和电铃，采集对象包括安装在推送线上的测速雷达、峰顶按钮柱、测重传感器和峰顶双向计轴传感器。峰顶模块负责驼峰信号机的控制。

任何一种户外控制模块的总体量应该可以控制在一个铁路标准信号室外箱(XB2)的容积范围内，也可以定制户外专用箱体。

人机界面、中心服务器和户外控制模块三者之间的功能分工与主要流程方法可由图7所表述。其中调车场图形站场表示和进路操纵办理的处理在人机界面设备中实现；调车场进路控制逻辑运算和速度控制数学模型运算(驼峰)在中心服务器中实现；道岔控制逻辑和调车信号机控制逻辑运算在道岔模块中实现；减速器控制模型与逻辑运算在减速器模块中实现；驼峰信号机控制逻辑运算在峰顶模块中实现。各运算与处理软件模块之间的信息交换通过网络数据通信技术承载。