（系统工程专业论文）基于开放网络对继电集中的调度集中系统研究与设计.pdf

北方交通大学形+ 论史张强9 8 2 6 9 论文摘要 基于丌放网络对继电集中的调度集中( c t c ) 系统是一个基于n t 计 算机局域网和采用t c p i p 协议链接的开放式广域网上的行车调度指挥 控制系统。作者在深入研究最新调度集中系统开发主要技术条件、运 用最新计算机网络信息技术并构筑起c t c 系统平台和系统结构模型及 其网络拓扑结构模型后，进而以调度集中系统( c t c ) 车站调度集中子 系统( s c t c ) 为主要研究设计对象进行系统研究和设计，并对车站信 号控制、调度集中各个子系统提出了自己独到的观点和见解。 系统在功能上拥有6 5 0 2 组合式信号控制台的所有的控制和表示功 能，吨电气集中的表示与监测接1 ：3 上，实现调度集中等多种功能( 如 列车运行及设备状态监测、三小时计划、车次号追踪等) 集成，可以实 现与t m i s 、信号监测、红外线轴温监测、电力监测等网络与行车调度 集中有密切关系的网络信息传输和交换。系统较调度集中系统又增加 了许多涉及列车运行报告、运输管理信息的打印和自动传输等功能。 系统具有以下特点：系统采用计算机通信和开放式广域网、局域网及 分散网络控制、工控机( i p c ) 和可编程控制器( p 1 c ) 等安全可靠性很高 系统的集成，具有与行车指挥自动化系统、d m l s 、t m i s 、i n t e r n e l 等网络联通的标准通用通信数据接口，实现多系统信息资源互访、共 享和远程故障渗断，系统软硬件利用开放式网络平台，实现了模块化 和标准化，安全性、可靠性和数据采集处理、传输速度较己往系统有 较大提高，满足高速铁路的需要，使系统达到模块化、规范化、标准化 和使用维护方便的要求，使系统实现遥信、遥控和开放网络互连多功 能，并使其较以往调度集中系统更加系统化、智能化和网络化。 该系统的研究设计首次将调度集中、继电集中与现代计算机通信 网络结合，系统构成行车调度指挥系统的远端控制模块及现场运输信 扈、管理系统的底层，是连接区域控制中心、上层d m i s 系统的基础；系 统对继电联锁设备的“带帽”，实现了对继电电气集中设备维护和管 理现代化以及行车指挥现代化基础设备的更新改造实现由分散控制 ( d c s ) 向集c l ；控制( c c s ) 和综合运输管理的方向发展和现场行车调度 指挥管理方式的现代化，符合现代网络信号学的发展趋势：系统的多 功能集成将实班了运输行车信息的共享和快速交换，极大地保护原有 设备的投资，宦f 有与未来车站微机联锁设备地数据接口，较单立系统 极大地节省了系统投资，将会产生良好的社会效益和经济效益。五矿， ，一、一 主题词：继电集中、计算机联锁、c t c 、调度监督、实时多任务、蹶 l a 艇、w 龟烈、x 癸、t c p l p 、数据采集、p i 箕 基r 开放驯络对继电集巾的调度集r r 系统研究与设i 北方交通大学硕士学位论文张强9 8 2 6 9 a b s t r c t t h er e s e a r c h & d e s i g no fc t cb a s e do nt h eo p e nn e t w o r k f o rr e u wi 町e 尉o c i ( i a c c o r d j n gt ot h ed e v e j o d i n gt e e h n oj o g ic a c o n d j t i o n so f c t c ( c o n c e n t r a t e dt r a inc o n t r o i ) f o rh i g hs p e e dr a i1 w a y t h e a u t h o rp u t sf o r w a r ds o m enewt e c h n o i o g i c a lv ie w p o in tf o rc t c s y s t e m nt h ep a p e r 。t h ec t os y s t e m b a s e do no p e nn e t w o r kf o r r ea yn t e r fo c k in gd e v ic e b u ii to nt h eb a s e m e n to fc o m p u t e r l a n w a nt e c h n o i o g y nw h i c ht o p i p p r o t o c o i su s e d isa a d v a n c e ds u btr a ind is p a t c h in gc o n t r o is y s t e mo n iyu s e dn r a il w a ys t a t i o no fc t cs y s t e m t h ea u t h o ra p p ii e sag r e a t n u m b e ro fm o d e r nt e c h n oo ge ss u c ha sn t l a n ，w a n d o s p l o ip c a n dc o m p u t e rn e t w o r kc o r m n u nc a to n t sm a n a g e m e n tt ot h e s y s t e m a n dm a k e si tm o r es y s t e m a t iz e d m o r en t e ii e c t u a iz e d m o r en e t w o r k a tz e dt h a no t h e rt h es a m es y s t e mb en gu s a do nt h e r a i1 w a yi n et h es y s t e mc o u ids o iv es o m ec r i t i c a fp r o b iemst o c o n n e c tt oc o m p u t e rn t e ro c kn gs y s t e m n t e r n e t ，d ms t ms a n do t h e r ms ( m a n a g e m e n tn f o r m a to ns y s t e m ) t oc a rr yo u t t r ann f o r m a to ns h a r e ，r e m o t ea c c e s s r e m o t ec o n tr oi r e m o t e f a iu r ed ia g n o s isa n dr e m o t ec o n f ig ur a t i o n a n di ts i m p r o v e d b e t t e rf o ri t s r e i a b ii t y s e c u r i t y ，d a t aa c q u is i t i o nr a t ea n d n e t w o r ktr a n s p o r tr a t e ，a n di tw o u i dp ia ya ni m p o r t a n tp ar tn o u rr a i1 w a ym o d e r n iz a t i o nc o n s tr u c t i o n k e y w o r d s ：r e ia yn t e r i o c k in g c o m p u t e rn t e r i o o k in g ，c t c d is p a t c h i n gs u p e r v is i o n r e a it i m ec o n tr o i m u i t i t a s k s n t l a n w a n x2 5 t o p ip ，d a t aa c q u is i t i o n ，p l c 基r 开放划络对继电集巾的调度集巾系统硎究与设i 北方交通大学硕十学位论文 绪论 当前，高速铁路即将兴建，行车调度指挥设备现代化的发展，信 息、通信和计算机及其网络技术、全球卫星定位等现代技术的开发和 应用，使得铁路信号设备不断地更新抉代。铁道信号控制系统向信息 化、智能化和网络化发展方向成为其必然趋势。 铁路车站信号控制设备的现代技术更新改造，调度指挥系统的建 设，促使了以d m i s 系统为上层、区域控制中心为中层、远端模块及现 场运输信息管理系统为底层的三层网络结构( 即区间、车站、编组场 三块系统构成d m i s 系统) 的技术结构迅速调整。为了实现对信号行车 设备运行状态的实时监测和及时维修，微机监测联网也正在进行。目 前上道的调度监督系统和微机监测检测系统均是在6 5 0 2 电气集中设备 上分两次分别施工开通，这样产生了三个主要弊端：1 、两次安装，两 个系统，表示接点、端子信息采点重合较多，易因施工损伤6 5 0 2 电气 集中配线。2 、两套设备占用信号机械室空间大，不便维修。3 、最重 要的一点是两套系统各成其网，信息相互共享，给调度指挥带来使用 不便。4 、两套系统各自成网自上而下设备投资巨大，同时占用现场较 多的资源单说占用区段信息传输通道、长途通信资源将是单套设备 的两倍。再者，全部推倒继电电气集中安装现代化的调度集中控制设 备，一次性投资巨大j 系统将采用可靠联结t c p i p 协议的r 丌放式的广域网、局域网及分 散网络控制、工控机( p c ) 和可编程控制器( p l c ) 等安全可靠性很高系统 技术的集成，具有与行车指挥自动化系统d m i s 、t m i s 、中国铁路互联 网c r n e t 及 n t e r n e t 等网络联通的标准通用通信数据接口，实现多系 统信息资源互访、共享和远程故障诊断，系统软硬件利用开放式网络 平台，实现了模块化和标准化，安全性、可靠性和数据采集处理、传 输速度较已往系统有较大提高。 系统以取代现有的6 5 0 2 组合拼接式信号控制台的基于计算机网络 通信的多功能信号控制台形式，对继电联锁设备实现了运输调度管理 现代化和集中设备维护现代化的“带帽”，以最新的部颁调度调度集 中( 调度监督) 系统丌发的技术条件，结合当今先进的信息、通信和 计算机及其网络技术，汲取国内外以往调度集中( 调度监督) 系统成 功的设备丌发应用经验和不足，将调度集中( 调度监督) 系统信息专 用网络有计划地公网化，系统的多功能集成将实现了运输行车调度信 息的共享和快速交换，留有与未来车站微机联锁等多种信息系统联网 的数据接口，该系统的研究和设计无疑是一种有益的理论尝试。 基丁二开放网络对继电集巾的调度集巾系统的研究和设i 北方交通大学硕士研究生论文张强9 8 2 6 9 第一章概 述 1 1 运输调度指挥管理现代化与一络信号的发晨方向 1 1 1 网络化是现代信息技术发展的必然趋势 1 1 1 1 铁路信号是伴随铁路的诞生而诞生的，它对保障铁路运输安全 和提高运输生产的效率起着重要的作用，并随着科学技术的发展而迅速 发展。 从1 8 3 6 年的第一个最简单的联锁设备算起。至今已有1 6 3 年的历 史。这期间经历了三个发展时期：第一阶段( 1 9 世纪至2 0 世纪初) ， 为保证行车安全功能，主要是采用机械锁联设备如路牌、路签等；第二 阶段( 2 0 世纪初至2 0 世纪6 0 年代) ，为保证行车安全功能和提高运输 能力，主要是采用继电锁联设备如继电电器集中等：第三阶段t 2 0 世纪 6 0 年代以后) ，随着晶体管、电子计算机、通信技术的迅速发展，通过 信息采集，加工处理，实施动态控制，使行车安全和行车效率达到最佳 化。如采用电子集中、微机联锁设备等。今天的铁路信号技术已经综合 运用了控制论、信息论、仿真技术、计算机技术和人工智能等学科，为 铁路行车的控制、监督和指挥提供了强有力的技术支持，使得铁路运输 行车指挥向自动化和现代化方向迈进，并使之发生了曰新月异的变化。 l - 1 i 2 现代科学技术的发展，尤其是7 0 年代以来的微处理器的闯世， 计算机网络技术的广阔应用，势必产生了计算机、通信、网络和信号一 体化的概念，只有这样，才能满足铁路日益增长的需求。今天的铁路信 号技术离开了网络通信就无法实现对远程信息的有效传输、共享、交换 和无法实现对远程移动体的的最佳控制，也无法最终实现安全、经济和 社会效益的最大化。对行车指挥设备的控制不再是单一“孤岛式” “线段式”的分散式控制，也不再与计算机、通信、网络和信息技术 格格不入“孤岛式”“线段式”的控制技术，而是将计算机、通信、 网络和信息等技术综合运用在行车指挥设备中，形成一个整体的综合 的、复杂的行车指挥控制系统，从而确立了铁路信号向网络化方向发展 是现代技术发展的必然趋势。 i 1 1 3 在国际上，这种发展趋势通常有下列几种描述： 信号综合化( i n t 阱r a t l 0 n ) ； 信号智能化( i n t e l l i g e n c e ) ： 基于开放网络对维电集中的调度集中系统研究与设计 北方交通大学硕士研究生论文 张强9 8 2 6 9 安全元件网络化( n e t w 0 r k i n g ) ； 德国技术阶层普遍认为，9 0 年代是网络化的1 0 年； 以通信为基础的铁路信号技术。 目前，在国外的文件中普遍的提法是：c i rk i k e 一铁路计算机一 体化，提高铁路核心运输能力。 计算机、通信和信息等技术在信号控制中的广泛应用，使得安全 和非安全的信息都可以在计算机通信网络上远程传输，并实现网络信息 的交换和共享。 在德国，如通过电子闭塞设备e b l 2 0 0 0 ( 阿尔卡特劳伦茨公司生 产的) 能实现高效自动闭塞，其中包括有继电器联锁设备的车站站间闭 塞，同时，又能与p l c + i p c 的计算机联锁接口，使相邻站的继电联锁和 微机联锁共处于提高运能的计算机网内。为此共开发了5 种设备的接 口： a 与l z b ( 一种高效率的闭塞技术，l 表示线路，z 表示列车，b 表示作用) 的接口 b 与继电集中的接口( 车站与区问) c 与区间设备的接口 d 与车号设备的接口 e 与遥控设备的接口 不难看出，我国目前的铁路信号技术普遍要比国外铁路发达的国家 至少要落后l o 一1 5 年。进入二十世纪九十年代，中国铁路现代化进入了 一个崭新的发展时期。铁路提速和高速、安全性和可靠性的客观要求， 带来了铁路基本技术装备的迅速更新，当然，运输行车管理方式也正在 向现代化方向迈进。作为运输行车安全和效益的重要保证工具铁道信 号设备亦不断地开发和引进先进技术，尤其是信息、通信和计算机及其 网络技术与传统的继电集中技术的有机结合，使传统的铁道信号设备和 概念都发生了巨大的变化。铁道信号亦步亦趋地由传统信号设备向现代 化的网络化设备的方向发展。目前，我们已经认识到我国铁路与发达国 家铁路的差距，努力从理论上和设备技术上都在正在加紧建设，向现代 化和网络化方向发展，如目前正在建设的d m i s 、t m i s 及信号监测网， 但不可否认，网络化的层次有待于极大地提高。 1 1 2 运输调度指挥管理现代化与网络信号 综上所述，国外铁路发达国家已经实现了通信信号计算机的一体 化和网络化，信号控制系统依靠计算机网管系统，从而，改变了对行车 指挥设备的控制的“孤岛式”和“线段式”的控制方式。而我国的教 育界和生产现场仍然运用传统的的信号概念，从加快铁路信号向网络化 基于开放网络对继电集中的调度集中系统研究与设计 北方交通大学硕十研究生论文 张强9 8 2 6 9 方向发展方面看，有必要确立铁路“网络信号学”的理论地位，明确 “网络信号”的基本内容，从网络信号设备的学校教学、到设计、施 工、运营、维修等多方面加以改革，加快“网络信号”的发展，最终实 现我国运输调度指挥管理现代化的宏伟目标。 1 2 高速铁路信号与控制系统 从8 0 年代处开始，世界各国提高其铁路运输效率，争相研究、试验 和完善其离速铁路的先进的列车控制系统( a d v a n c e dt r a i nc o n t r o l s y s t e m ) ，如北美的先进的列车控制系统( a t c s ) 和先进的电子列车控 制系统( a r e s ) ，欧洲的列车控制系统( e t c s ) ，法国的实时追踪自动 化系统( a s t r e e ) ，同本的计算机和无线列车控制系统( c a r a t ) 等 等。列车自动防护系统或称超速防护系统( a t p ) 、列车自动控制系统 ( a t c ) 、列车自动驾驶系统( a t o ) 、列车卫星定位系统、车载智能控 制系统、列车调度决策支持系统、分散式计算机联锁安全系统、列车微 机监测与诊断、计算机网络等系统构成了高速铁路信号与控制系统的多 种基础技术设备，显然，高速铁路信号与控制系统是集计算机、控制和 通信与一体的综合控制与管理系统，是当代铁路适应高速运营、控制和 管理而采用的最新综合性高技术系统。 1 2 1 高速铁路的信号与控制系统主要有以下技术特征 ( 1 ) 管理集中控制分散的计算机综合列车控制系统。 ( 2 ) 具有较高的容错能力及安全性，即使调度中心的计算机发生 故障，各站的汁算机也能按计划很好地完成各项控制功能。 ( 3 ) 具有较大的信息处理能力及系统运用上的灵活性，可以构成 包括行车指挥、运行控制和运营管理在内的综合控制系统。 ( 4 ) 人机界面友好，构成系统的主要设备及计算机的软硬件模块 化，功能综合，设备一体化。 综合以上特点，高速铁路的信号与控制系统用英文可以缩写成为 c 4 1 系统( 即出计算机、控制、指挥、通信与信息五词的首字母组 成) 。 l2 2 运输调度指挥管理现代化系统 实现运输调度指挥管理现代化系统，首先要实现列车自动控制系统 ( a t c s a u t o m a t i ct r a i nc o n t r o ls y s t e m ) 。列车自动控制系统又称为高 速铁路信号与控制系统( c 4 1 ) ，新一代列车自动控制系统组成如下图。 璀十开放州络对继i u 膏三中的制度集中系统研究l 一改汁 3 北方交通大学硕士研究生论文张强 9 8 2 6 9 ，行车指挥自动化( a t s a u t t i ct r a i ns u p e r v i s i o n ) 列车自动控制系统( a t c s ) ，列车自动防护( a t p - a u t c m a t i o ut r a i np r o t e c t i o n ) 铡车运行自动化j l 列车自动驾驶( a t o - a u t o m a t i ct r a i no p e r a t i o n ) 我国目前要实现运输调度指挥管理现代化系统，是以计算机辅助调 铁道部： 路局、井局： 匝 n 蕊 翮厂翮l 竺l世 计算机辅助调度指挥系统( c a d s ) 臣互国区叠亟困 e 巫亟巫画 巨孬面 匦亘至巫困区因亟丑巨西壹 图1 2 2c a d s 和c t c 及其相关数据流的总体关系 图1 2 3 运输调度指挥中心的计算机数据网 区段运输调度指挥中心的计算机数据网见上图1 2 3 。 基于开放同络对继电集中的调度集中系统研究与设计4 北方交通大学硕士研究生论文 张强 9 8 2 6 9 从图l _ 2 3 看到的行车指挥自动化这个重要的子系统，它是 旨调度中心 计算机根据计划运行图及列车实际运行情况实现实时控制，指挥列车运 行。各站的控制计算机实现控制信号、道岔和列车进路。行车指挥系统 可根据需要修改列车运行图，合理调整列车运行。列车的实际运行情 况，由中心计算机进行实时数据采集，绘制实迹运行图并可完成对各种 数据的统计、打印、编制报表等功能。图1 2 4 是高速铁路综合信号系 统与调度集中关系框图。 图1 2 4 高速铁路综合信号系统与调度集中关系框图 当前，实现高速铁路的行车调度指挥自动化的基本思路是： ( 1 ) 取消分散安装在线路两侧传统的信号设备，将列车运行指挥 控制中心集中在区段的调度中心。 ( 2 ) 在调度中心控制的范围内，由车载计算机辅助司机操纵列车 运行。 ( 3 ) 调度中心计算机自动跟踪列车运行并向列车传递运行计划与 控制命令。调度员监督计算机的工作并给予必要的调整。 ( 4 ) 利用有线和无线的数据传输网为调度中心与列车之间进行双 向信息传输。 ( 5 ) 调度中心计算机在调整列车运行的过程中，向车站各分机分 区、分时地下达列车运行计划。 基于开放网络对继电集中的调度集中系统研究与设计 北方交通大学硕士研究生论文 张强 9 8 2 6 9 ( 6 ) 各站的控制分机根据中心计算机的运行计划，直接控制现场 的有关联锁设备和进路。 1 2 3 调度集中( 调度监督) 系统 调度集中( c t c - c o n c e n t r a t e dt r a i nc o n t r 0 1 ) 系统则是实现行车 指挥自动化的工具，是实现铁路高速的行车指挥自动化的关键设备。尤 其是当前在以t m i s 和d i m i s 为龙头的铁路现代化信息工程中，调度集 中( 调度监督) 控制系统作为两大m i s 的信息采集和支持基础，调度集 中( 调度监督) 控制系统就更加显示其重要性了。 随着网络化进程的加快，调度集中控制系统( 含调度监督) 实现的 功能将有所增加，主要是： ( 1 ) 列车迸路的控制 ( 2 ) 行车信息表示 ( 3 ) 列车运行自动追踪 ( 4 ) 列车运行图的管理 ( 5 ) 运营统计报表 ( 6 ) 重叠信息的显示 ( 7 ) 与相邻系统及其它系统( 如列控系统等) 的信息交换 ( 8 ) 信号设备的集中报警 ( 9 ) 车站终端设备的多种功能 ( 1 0 ) 远程诊断和访问 1 3 调度集中( 调度监督) 系统设备发展概况 1 3 1 调度监督系统 我国自一九五六年开始研制生产调度集中( 调度监督) 系统设备， 与日本类似的调度集中( 调度监督) 系统设备起步时间相同，由于种种 原因，我国调度集中( 调度监督设备) 系统设备的安装数量一直徘徊不 前，尽管目前调度监督系统在全国四大干线全面开始安装试运行，但在 系统技术及其一体化等方面上，明显落后于日本及其它一些工业发达国 家。我国的一些科研院所先后研制开发了以下调度监督系统： ( 1 ) 铁道部科学研究院：d j l 、d j 2 、d j 3 、d j 4 、d 4 j 、t y d j 调监等 系统； ( 2 ) 北方交通大学自动化所：a s l 9 6 型调度监督系统； ( 3 ) 全路通信信号研究设计院： ( 4 ) 中美合资卡斯科有限公司： s b f d j 一1 型调度监督系统； c t c 2 0 0 0 型调度集中( 监督) 系统。 基于开放网络对继电集中的调度集中系统研究与设计 北方交通大学硕十研究生论文 出于计算机c p u 处理速度的限制加上传输方式和传输媒体的速率 限制，以往的调监系统已不能适应时代发展的需要。这些调监系统的主 要缺点体现在： ( 1 ) 传输媒体的选择。载波通道传输速率低，会限制传输的信息 量，降低系统的实时性。传输速率、传输质量的下降，必然导 致传输协议必要的丌销用来处理误码、检错和消息重发，影响 传输效率。 ( 2 ) 网络传输方式的选择。传统的调监系统传输方式采用的是双向 半双工异步通信( s f b d j - i 型) 或四线制全双工方式( c t c - 2 0 0 0 型) ，其数字终端设备( 如微机、单片机、工作站等) 通 过调制解调器上网，线路传输采用载波调制方式，传输质量 差，传输速率低( 一般为：1 2 0 0 b 或2 4 0 0 b ，传输信息量小。 ( 3 ) 由于( 1 ) 和( 2 ) 的缺点导致扩展其它业务困难。 ( 4 ) 系统相邻两节点之间的线路中断时，不能自动改走迂回通道， 无通道故障自愈功能。 ( 5 ) 系统缺乏网络管理功能，网络的智能化较低。 ( 5 ) 多个信扈、系统问信息交换困难，不符合现代网络发展方向。 1 3 2 调度集中系统 我国调度集中系统设备的安装推广工作一直停滞不前。研制丌发的 单位也较少。主要有铁道部科学研究院、中美合资卡斯科有限公司两 家。它们研制丌发的系统设备有： ( 1 ) 铁道部科学研究院：d l 、d 2 、d 3 、d 4 、d 5 、d 6 和d 7 型调度 集中系统： ( 2 ) 中美合资卡斯科有限公司：c t c 2 0 0 0 调度集中( 监督) 系统。 这些系统也存在着以下方面的不足： ( 1 ) 在传输方式和传输媒体上的限制同调度监督方面相同。 ( 2 ) 传输通道方面，多采用4 线制，设立迂回通道，通道故障自愈 如c 3 、c 2 0 0 0 ，d 6 等，通过调制解调器上网，载波传输，速率一 般低j ：9 6 0 0 b ，点对点的通信无法传输文本文件或者以电子邮件 的方发送，更不剧泌传输多媒体文件了，系统的的发展前途 不明朗。 ( 3 ) 传输咧络为专用网，专用性强，使用自定协议，与i n t e r n e t 等 公网联网困难，没有远程访问及配胃系统，不能与其它信息系 统交换信息及共享。 ( 4 ) 网络管理不完善，故障诊断困难。 坫于开放例络对继 u 集中的调度集中系统研究与设计 7 北方交通大学硕十研究生沦文 张强9 8 2 6 9 ( 5 ) 系统缺乏与基层列车轴温监测、电力网供电监测等直接涉及调 度指挥有关的信息系统的有效数据接口。 ( 6 ) 3 h 计划及其它功能不完善，如c t c - 2 0 0 0 的进路控制仅包含储 存控制，没有列车自动报点等，c t c 一2 0 0 0 ，d 6 的信号设备监测信 息不完全等。 ( 7 ) 缺乏与d m i s 、t m i s 信息网络的数据接口。 ( 8 ) c t c 一2 0 0 0 和d 6 的信息传输采用呼叫应答法或时间片分割环法， 专网传输方式明显呆板，有一定缺点，没有事件启动法的速度 迅捷，方式灵活。 从以上分析的结果来看，现有的调度集中( 调度监督) 设备不能 完全满足铁路运输调度指挥现代化发展的需要，缺乏信息时代的完全 信息化、智能化和网络化的特征；从另一方面来看，铁路现代化的发 展也对铁路的信号技术的发展提出了更高的要求，迫切需要研究和开 发一种满足铁路现代化需要的功能更加完善的调度集中( 调度监督) 设备 1 4 继电集中在网络环境下的调度集中系统 1 4 1 系统研究现状 继电联锁在网络环境下的调度集中系统是适应我国网络信号发展方 向的必然产物。虽然，我国铁路难在加紧进行现代化建设，但是，由于 我国经济基础较为薄弱，财力仍然有限，对既有线的现代化改造和新线 的建设不得不量财力而行。当然，全部改为现代化的信号与控制设备也 没有必要。继电联锁在网络环境下的调度集中系统正是结合我国国情， 在保护原有继电集中联锁投资的基础上，对其信息控制、传输、统计等 方面实现多项现代化功能的“戴帽”，使我国铁路整体运输调度指挥系 统迅速向现代化迈进。 本文提出的继电联锁在网络环境下的调度集中系统是一个建立在计 算机局域网和广域网基础上的行车指挥自动化信号控制系统，它将取代 现有的6 5 0 2 组合拼接式信号控制台，除具有6 5 0 2 组合式信号控制台的 所有功能外，在电气集中的表示和监测接口上，进而实现调度集中c t c ( 合调度监督) 和信号监测多种功能的统一，是实现以往同型调度集中 ( 调度监督) 系统的升级换代产品，系统较以往调度集中( 调度监督) 系统又增加了许多涉及列车运行报告、运输管理信息的打印和自动传输 等功能，如4 i 站值班员班工作统计汜录，列车在自动闭塞分区运行相邻 车站对其有效监控，行车安全监督及车、机、电等部门的安全联控等。 接于开放刚络对封盘i b 集中的调度集中系统研究与设计8 北方交通大学硕十日f 究生沦文 系统采用计算机通信及广域网、分敝网络控制、工控机和p l c 等安全可 靠性很高的系统的集成，具有与行车指挥自动化系统和d m i s 以及中国 铁路互联网c r n e t 联通的标准通信数据接口，较已往系统的安全性、可 靠性和数据采集处理速度进一步提高。系统吸收国内外同类系统的先进 经验。能够满足高速铁路的需要。系统安装使用维护方便。达到规范化 和标准化的要求。 1 4 2 系统研究意义 1 4 2 1 系统研究的经济意义 ( 1 ) 本系统取代6 5 0 2 继电集中的组合拼接式控制台。减少其按钮接点系 统，进一步减少维修工作量和维修支出以及因故障延时带来的运输 损失，列车运行信息的管理报表的自动传输，减少对通信信道的占 用时间和传递的差错，进一步提高劳动生产率。 ( 2 ) 系统具有调度集中( 调度监督) 功能，安装在6 5 0 2 继电电路上，较 分别安装调度集中和微机联锁两套设备电路，每个站可节省因此 节省系统投资约2 0 万元且能在进一步加装微机联锁设备的情况下 保护原有投资。 ( 3 ) 在现有的故障安全高可靠性的6 5 0 2 继电集中联锁电路上加装本设 备，可以实现该电路的调度集中( 调度监督) 带帽，增加许多功 能，实现行车运输信息的网络自动传输，促使现场行车调度指挥尽 快向现代化管理方式转变，带来极大的潜在经济效益。 1 4 2 2 系统研究的学术意义： ( 1 ) 本系统的研究符合网络信号的发展趋势。首次将调度集中( 调度监 督) 、6 5 0 2 电气集中与现代计算机通信网络结合，实现车站区间及 相邻- 站间信息传递、列车运行管理报表信息传递等系统集成。 ( 2 ) 该系统构成行车调度指挥系统的远端控制模块及现场运输信息管理 系统的底层，是连接区域控制中心、上层d m i s 系统的基础，实现由 分散控制td c $ ) 向集中控制和综合运输管理的方向发展。 ( 3 ) 统吸收国内外同类系统先迸经验，促使我国现场行车调度指挥现代 化管理方式尽快发展。 坫十开放m 络对继l u 集中的例度集中系统研究与设汁 9 北方交通大学硕士论文 张强9 8 2 6 9 第二章调度集中( 调度监督) 系统模型 2 1 调度集中( 调度监督) 系统概述 调度集中( 调度监督) 系统是一个实现对列车运行自动控制的遥 控遥信的系统。严格地说，调度集中系统包含调度监督系统，即调度监 督仅是调度集中系统实现遥信功能的子集。但是，基于我国的实际情 况，调度监督系统已在各大干线全面上道，而调度集中系统的远程控制 部分的安装设备数量一直徘徊不前。因而，有时人们又将调度集中( 调 度监督) 分别丌来，调度集中、调度监督成为两种概念或系统。 2 1 1 调度监督系统概述 调度监督( 简称调监) 系统是能向调度员及其他有关人员及时准确 地提供所需现场信号设备状态及列车运行情况的实时系统，并在此基础 上还可实现车次号的跟踪、实迹运行图绘制以及统计管理等功能。调度 监督系统除能满足区段调度监督的功能要求，还可提供电务监视。正在 开发中的d m i s 系统拟应用于铁道部、路局分界口，构成车站值班员 ( 站调) 、分局、路局、铁道部四级微机网络调度监督系统，在实现信 息资源共享和多层受益的原则下，使“分界口”情况向各级基本透明 因此，设计一种益于连网的、开放的调监系统是d m i s 系统能否成功的 关键所在。 调度监督系统的主要功能有： ( 1 ) 列车运行情况实时描述： ( 2 ) 现场信号设备状态及报警信息： ( 2 ) 车次号设置、修改、取消以及车次号显示、追踪； ( 3 ) 列车报点表示； ( 4 ) 自动报点、列车计划和实迹运行图显示、拷贝或自动描绘： ( 5 ) 运行统计报告、管理报表： ( 6 ) 2 4 小时信息存储、查询： ( 7 ) 相邻系统问或上层系统的信息交换( 如旅客向导系统、编组 站自动化系统、计算机辅助行车调度系统) ： 2 1 2 调度集中系统概述 调度集中( c t c ) 系统是铁路行车行车调度指挥系统。在一个调度 区段内，调度员通过系统能够直接或由计算机程序控制所管辖范围内各 基于开放刚络对继电集中的调度集中系统与设计 l o 北方交通大学硕士论文 张强9 8 2 6 9 中间站的道岔和列车信号指挥行车，同时系统应能够自动采集表示对象 的状态信息，在模拟显示设备上为调度员提供中间站道岔、信号状态以 及列车在区间运行的情况以便监督列车的实时运行情况，调度员同时可 以根据列车运行图对车站值班员下达3 h 阶段计划，随时对列车的运行 加以调整。系统还具有自动报点、列车计划和实迹运行图显示、拷贝或 自动描绘、相邻运输信息系统的信息交换及信号设备的集中报警等功 能。 调度集中系统的主要功能： 见1 2 3 部分。 为了研究方便，后续的章节将调度集中( 调度监督) 系统划 分为调度集中的网络系统、调度指挥中，t l , 系统和调度集中车站系 统三部分分别研究。 2 2 删ls 下的调度集中系统网络结构 2 2 1 调度集中系统的传输需求和技术保证 目前，铁道部正在加紧建设全路运输管理信息系统网( t m i s ) 和全 路行车调度指挥管理信息系统网( d m i s ) 。依据铁道部对调度集中( 调 度监督) 系统的技术规定，结合该系统自身的特点功能要求，其信息传 输需求可归纳如下： ( 1 ) 实时信息上送。包括车站信号设备的工作状态，列车运行时刻， 车次号等； ( 2 ) 计划信息下发。调度所在一定时间内，根据列车运行实行情况及 运行图自动生成阶段运行计划，下发给管辖区段的每一个车站： ( 3 ) 调度命令下发。在下发阶段计划的同时，还需将各种调度命令下 发给车站。如果在调度系统中，这些调度调度命令会自动转换成 相应的信号设备控制命令，实现集中控制； 基于开放网络对继电集中的调度集中系统与设计 北方交遍大学硕十论文张强9 8 2 6 9 ( 4 ) 邻站信息传输。某一车站在向调度所发送实时信息时，同时还要 将相关的信息发送给自己的前方和后方站： ( 5 ) 辅助信息传输。包括该系统本身的运行状态信息、系统时钟信 息、网管信息、报警信息等： ( 6 ) 车站w i n d o w s n t 局域网留有列车红外轴温监测和电力网供电监测 数据接口，调度中心与各站连接采用专用广域网。 ( 7 ) 涉及行车调度指挥进路命令( 如进路命令、站控、局控、非常站 控和局控权的确认等) 的传输必须是完全可靠的。 ( 8 ) 支持星型、总线型及站间点对点方式，网络层协议支持c c i t t 的 x 2 5 和i p 协议，系统与其它系统或网络的数据传输、接口、通 信规程符合c c i t t 建议。 ( 9 ) 带宽不低于6 4 k b p s ，将来可能发展到2 m b p s ，实时信息的传输必须 在2 s 时涮之内完成一次扫描。 综上所述传统的数传方式( 共回线) 已很难满足其需求，需要引 进新的传输技术手段来解决这些实际问题。 近几年来，网络技术突飞猛进包括微机、节点和传输技术的发 展，为铁路信号技术的发展提供了良好的基础： ( 1 ) 传输线路采用了光纤。提高了传输的带宽，降低了传输的损耗， 使原先“传输瓶颈“的情况得到明显好转，从而提高了传输的速 率和质量，为将来扩展其它业务，开通多媒体业务打下了基础： ( 2 ) 信号传输方式采用先进的s d h ( 光同步数字序列) 数字传输方 式。近年宽带通信技术的发展，为构造一个宽带网络奠定了重要 的基础。s d h 即是一种宽带传输体制。它既是一套新的国际标 准，又是一个组网原则，还是一种复用方法。此标准使得在不同 厂家生产的设备之间进行互通成为可能，而这正是网络建设的关 键。对于用户和网络运营者来说，这套s d h 标准可以保证未来的 信息技术有条不紊地持续发展，而不必担心网络的不兼容性或过 时。s d h 是由分插电路复用器( a d m ) ，数字交叉连接系统 ( d a c s ) 等网络单元组成，简化了复接分接技术，需要时可赢 接分接刮低速支路，而不必经过从高速到低速的逐级分接，上下 话路非常方便。备支路根据复用层次不同，而采用不同的信号码 流速率，如2 、6 、3 4 1 4 0 m b i t 3 或l 、j 、6 及4 5 m b i t s 等， 所有这媸信号在s n i 传输网上保持完整不变，并可以在通路中随 时取出或插入，实现同步复用和交叉连接。s d h 采用标准的光接 口和标准信令，主要用于主干网络连接局域网和园区网，也可用 于用户端口。它可成为多种网络模式的信息传输的载体( 如 a t m 、b s d n 、s m d s 、f r a m e r e l a y 等) 。s d h 解决了一直困扰着 基r 开放叫络对继电集中的调度集中系统与设训 北方交通大学硕十沦文张强9 8 2 6 9 准同步( p d h ) 数字网的网同步问题，网内各点都可以通过交织复 用的方式直接插入或取出信道( 码流) ，简化了操作。它具备大 量的管理信息，并采用自愈混合环状网络结构，按照开放系统互 连( o s i ) 协议操作，可以在不影响正常业务的情况下进行信道检 测和维护管理，大大地增强了通信网运营管理能力及光纤网的可 靠性和自愈恢复功能。随着网络规模的扩大、网络信息资源的增 加和网络应用功能的丰富，通过网络可以实现分稚式控制、资源 共享和计算机之问的通信，但网络的带宽将成为制约网络的瓶 颈，选用s d h 技术为今后的网络扩容和提高传输速率以及向b i s d n 过渡提供了条件； ( 3 ) 网络节点采用交换机或路由器。这使信息的传输速率和效率更 高。交换机技术以端到端通信为基础，提供可预测的和可靠的通 信。路由器是在高层次上连接网络、控制网络通信，为网络上各 节点之间提供最短的传输路径，并通过过滤网络上的信息，减少 不必要的传输，减小网络的信息流量，提高了网络的效率，它还 能使运行不同网络协议的网络互连，有利于今后的网络扩展。 2 2 2 调度集中系统广域髓模式 调度集中( 调度监督) 系统的广域网模式也即d m i s 系统的广域网 模式，同铁路其它系统网络的构造一样，总体上是以铁道部为中心、路 局为分局中心的星型网。某一分局或调度区段要建立其的调度集中( 调 度监督) 系统，首先要将分局的各站以调度区段为单位通过广域网连接 起来，各站即是一个节点，该节点将本站范围内的各局域网( 包括主 机、终端、集线器、服务器或工作站) 都连到此节点，各节点之问通过 铁路专用的通信传输设备连接。为此各节点可设置一路由器。路由器的 优点在于它既能起到连接两节点的作用，而且通过路由选择，保证此两 点之i 副为最短路径，另外，若用路由器将各节点连成一个环时，当任意 两点之间的线路中断时，两节点之间通过反向仍可以保持连接。纵观网 络技术发展的历史，传统网络是出路由器加网桥将网络分段，连接各个 节点的，路出器是网络的中心根纽。但由于路由器价格昂贵，加上采用 软件方式进行选段，必然存在速度慢等缺点，因此逐渐成为网络传输的 瓶颈，在未来几年罩，多端口路由器将要被逐渐淘汰。随着交换技术的 应运而生，来来的发展将以交换为中心。在网络中心，交换机( 或交换 h u b ) 要逐渐以代路由器，网络结构改变成以交换机划分区段，路由器 只担当不同虚刚之l 目的访问和局域网与广域网互连的职责。从以e 分析 看，路局之i 训采用交换机技术符合网络发展的趋势和要求。路局与分局 基于开放删络对继电集中的调度集巾系统与设训 北方交通大学钡十论文 张姒9 8 2 6 9 之间视具体情况，既可采用交换机技术，也可采用路由器技术，而分局 到各站段之间采用一般的路由器即可，如图2 3 1 所示： 站l站2站3站4站5 站67 站 r s 分局以下各站之间通过路出器相连，这是考虑到各站信息量相对比较 小同时，也考虑到路由器具有选路功能，因为站之间线路的可靠性相 对局与局之问，分局与分局之| 日的可靠性要差，当两站之间的线路中断 时，两站之间通过反向的线路仍然可以通信，如上图，当站l 与站2 之 间的线路中断时，站1 可改走站5 、站4 、站3 与站2 进行通信。在组 网设计中，要充分考虑到迂回通道的设计，从上图中可看出，当分局一 侧的站段数量比较多时( 大于4 ) ，选4 5 个站组成一个环路最好。 铁道部到各铁路局、各铁路局到各分局之间由于传输的信息量大， 可靠性和安全性要求高，因此采用交换机相连，如图2 3 2 所示： ， 二 亡= = = = 一l = = i 篡占连苫珊岛 交换机作为从图中可看出，各节点之间通过上一级节点，可构成一 条直通的端到端的连接，因此各节点之间能进行高质量和高速的数据传 输。当然，如果这些路局与路局之间、分局与分局之间存在直通线路 另外，要求调度集中( 调度监督) 系统要具有极高的可靠性、安全 性、易于管理和易于升级。可靠性要求选用的产品性能优良，单个节点 的故障不会引起其它节点的正常工作，还要保留一定的线路冗余和的关 堪r 开放i 叫络对继电集中的调度集中系统与设t 北方交通大学颁十论文张强9 8 2 6 9 键设备热备份，保证主设备失败时，辅设备即可接替，当两节点之洲在 正常通路中断时，有备用或迂回的通路。在安全性方面，采用具有 v l a n 功能的交换机和具有f i r e w a l l 作用的路由器，通过配置独立子网 的方法，避免各子网产生的广播风暴对主干网上的信息传输产生不良影 响，保证整个网络安全可靠，网络管理是一项很重要的工作，这要求选 择网络软硬件时，选择易于监控、分析和控制的产品。随者高性能网络 需求和网络技术的发展，新产品层出不穷，在组网时，选择符合国际标 准和发展趋势的产品，并设计成丌放的网络结构，便于网络的改造和更 新。 2 3 区段调度指挥中心系统模型 调度指挥中心在铁道部、路局和分局t m i s 三级网络中分为部、 局、分局三级调度指挥中心。事实上分局调度指挥中心只能称为区段调 度指挥中心。本论文中所指的调度指挥中心系统即是安装在分局区段调 度指挥中心的设备，它的上层是局部调度指挥中心系统，下层是调度集 中系统的车站子系统部分。 2 3 1 中心系统概述 区段调度指挥中心系统通常设在分局所在地，它是铁道部三级行车 调度指挥中心的最低层，在目前我国调度集中设