（交通信息工程及控制专业论文）CTCS3级计算机联锁上位机系统仿真研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 基于我国铁路目前及未来的发展需求，铁路部门提出了发展适于我国国情的 c t c s ( 中国列车运行控制系统) 系统策略。客运专线作为解决当前运输能力不足和运输 质量低等问题的有效方法，被放置在非常重要的位置。目前，我国在既有线改造及客 运专线建设中推广和使用c t c s 3 级列车运行控制系统( 简称c 3 ) 。计算机联锁系统可 以增强铁路行车安全性、提高运输能力，c 3 客运专线的车站信号控制均采用计算机联 锁系统。 c 3 列车运行控制系统是一个庞大复杂的系统，计算机联锁是其站内子系统。我国 目前处于初期阶段，应用技术水平还需要不断的提高和完善。在研究开发c 3 系统的过 程中，计算机仿真技术将有很大的用武之地。通过参照国内外技术规范，对c 3 级联锁 上位机系统进行模拟仿真，有助于完善技术，为实际应用奠定基础。同时可以在本专 业实验教学上进行仿真实验，提高学习效果。 c t c s 3 级计算机联锁上位机仿真系统，是根据c 3 级计算机联锁系统组成结构、 功能的要求，并参照c 3 系统总体技术规范设计的。本文通过对c 3 上位机系统组成结 构、功能、接口的分析和研究，完成以下工作：给出了c 3 上位机仿真系统结构划分和 各子系统功能需求分析；详细分析了各功能模块的设计方案；利用v i s u a lc + + 开发平 台进行c 3 计算机联锁上位机系统的软件开发，实现了c t c 、上位机以及维修机的主 要功能，包括：人机界面信息显示、操作命令处理、与c t c 和联锁下位机的网络通信、 数据存储并回放等。最后通过各子系统的联调，完善并验证了上位机仿真系统的功能。 关键词：c t c s 3 ；计算机联锁；上位机；仿真； 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 i 页 a b s t r a c t b a s e do nt h ed e m a n d so fc h i n e s er a i l w a yd e v e l o p m e n ta tp r e s e n ta n di nt h ef u t u r e ，t h e m i n i s t r y o f r a i l w a y s p r o p o s e d c h i n e s et r a i nc o n t r o l s y s t e m ( c t c s ) a s p a s s e n g e r - d e d i c a t e dl i n ec a ns o l v et h ec u r r e n tp r o b l e m st h a ts h o r t a g eo ft r a n s p o r tc a p a c i t y a n dl o wq u a l i t ye f f e c t i v e l y , i ti sp l a c e di nav e r yi m p o r t a n tp o s i t i o n a tp r e s e n t ，c h i n ai s e m p l o y i n ga n dp r o m o t i n gc t c s 一3c l a s st r a i nc o n t r o ls y s t e mi nr e c o n s t r u c to ft h ee x i s t i n g r a i l w a y sa n dc o n s t r u c to ft h en e wh i g l ls p e e dp a s s e n g e rl i n e c o m p u t e r - b a s e di n t e r l o c k i n g s y s t e mc a l le n h a n c et h es a f e t yo ft h er a i l w a y , a n di n c r e a s et r a n s p o r tc a p a c i t y t h es t a t i o n s i g n a lc o n t r o lo fc t c s 一3a d o p t sc o m p u t e r - b a s e di n t e r l o c k i n gs y s t e m c t c s - 3s y s t e mi sl a r g ea n dc o m p l e x ，a n dc o m p u t e r - b a s e di n t e r l o c k i n gi so n eo fi t s s u b s y s t e m si ns t a t i o n c h i n ai si ni t se a r l ys t a g e s ，a n dt h el e v e lo fa p p l i e dt e c h n o l o g ya l s o n e e dt oc o n s t a n t l yi m p r o v ea n dp e r f e c t c o m p u t e rs i m u l a t i o nt e c h n o l o g yw i l lp l a ya l l i m p o r t a n tr o l ei nr e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n to fc t c s 3s y s t e m s i m u l a t i n go ft h ec t c s - 3 c o m p u t e r - b a s e di n t e r l o c k i n gs u p e r v i s o r yp cs y s t e m ，a f t e rr e f e r e n c i n gt o d o m e s t i ca n d i n t e r n a t i o n a lt e c h n i c a ls p e c i f i c a t i o n s ，i sh e l p f u lt op e r f e c tt e c h n o l o g ya n dl a yt h ef o u n d a t i o n f o rt h ep r a c t i c a la p p l i c a t i o n a tt h es a m et i m e ，i tc a na l s ob eu s e dt oi m p r o v ee f f e c ti nt h e e x p e r i m e n t a lt e a c h i n go fr a i l w a ys i g n a lm a j o r t h ee s t a b l i s h m e n to ft h ec t c s 3 c o m p u t e r - b a s e di n t e r l o c k i n gs u p e r v i s o r y p c s i m u l a t i o ns y s t e mi sb a s e do ns y s t e ms t r u c t u r ea n df u n c t i o no fc t c s 一3c o m p u t e r - b a s e d i n t e r l o c k i n ga n do v e r a l lt e c h n i c a ls p e c i f i c a t i o no f c t c s 一3s y s t e m b ya n a l y z i n ga n dr e s e a r c h o ns y s t e ms t r u c t u r e ，f u n c t i o n sa n di n t e r f a c e so fc t c s 一3s u p e r v i s o r yp cs y s t e m ，t h i sa r t i c l e h a sf i n i s h e ds p e c i f i cw o r ka sf o l l o w s ：p u t t i n gf o r w a r d st ot h ea r c h i t e c t u r eo fc t c s - 3 s u p e r v i s o r yp cs i m u l a t i o ns y s t e m ，a sw e l la st h es i g n i f i c a n tf u n c t i o n s o fa n di n t e r f a c e r e q u i r e m e n to f t h es u b s y s t e m s ；a n a l y z i n gt h ed e s i g np l a no fe a c hm o d u l e si nd e t a i l ；r e a l i z i n g t h ef u n c t i o n so fs u p e r v i s o r yp cb yu s i n gv i s u a lc + + i n c l u d i n gm m ii n f o r m a t i o n d i s p l a y i n g ，o p e r a t i o nc o m m a n dp r o c e s s i n g ，c o m m u n i c a t i n gw i t hc t ca n ds u b o r d i n a t e p c ，d a t as t o r a g i n ga n dr e p l a y i n ge t c a tl a s t ，t h ef u n c t i o no fs u p e r v i s o r yp cs i m u l a t i o n s y s t e mi sv a l i d a t e da n dp e r f e c t e db yd e b u g g i n gt o g e t h e rw i t ho t h e rs u b s y s t e m s k e y w o r d s ：c t c s 一3 ；c o m p u t e r - b a s e di n t e r l o c k i n g ；s u p e r v i s o r yp c ；s i m u l a t i o n ； 西南交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本 人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 保密口，在年解密后适用本授权书； 2 不保密使用本授权书。 ( 请在以上方框内打c 。”) 指导老师签名：b 论 日期： p f o 力甲嘭 孙 弓 签 厶 彭 玑 作 引 文 2 沧 ： 位 朗 靴 嗍 西南交通大学硕士学位论文主要工作( 贡献) 声明 本人在学位论文中所做的主要工作或贡献如下： c t c s 3 级计算机联锁作为c t c s 3 级列车运行控制系统的站内子系统，在我国还 处于初期阶段，应用技术水平还有待提高和完善。本文以开发一套可供模拟仿真的计 算机联锁上位机系统为目标，通过参照国内外技术规范，对c t c s 3 级联锁上位机系 统进行了分析设计和软件实现的研究。 本文完成的主要工作有以下三个方面： 1 介绍c t c s 3 级计算机联锁系统构成功能特点。详细分析了c t c s 3 级下的计 算机联锁技术特点，突出c t c s 3 级的联锁系统与既有线及c t c s 2 级系统下的区别。 2 在分析了c t c s 3 级计算机联锁技术的基础上，给出仿真系统的总体结构和功 能模块划分。对仿真系统各部分数据交接格式和模块之间的数据流向给予说明。对各 个模块所要实现的功能、具体设计方案分别作出详细分析和规划。 3 以v i s u a lc + + 为开发工具编程实现上位机仿真系统。所实现的功能包括：人机 交互界面的设计、站场信号设备的正确显示、选排进路和其他命令的操作处理、各子 系统的网络通信和数据库读写操作。 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成 果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰 写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明。 本人完全了解违反上述声明所引起的一切法律责任将由本人承担。 学位论文作者签名： 形碜争 日期：k f 口参哆 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 1 1 概述 第1 章绪论 当今信息技术的迅速发展，促进了铁路信号技术的现代化。具备现代化特征 的铁路信号技术已成为提高铁路运输经济效益、改善劳动条件的一种现代化管理 手段和发展前沿的重要科学技术。自上个世纪八十年代以来，计算机技术在世界 范围内得到了飞速发展，基于计算机硬件和软件的车站信号控制系统( 即计算机 联锁系统) 开始在国内出现，由于其具有自动化程度高、经济效益好、便于与铁 路信号其它控制和信息系统实现互联共享等优点，成为高速铁路、客运专线、干 线提速区段以及城市轨道交通车站联锁设备的首选，在车站信号系统和整个铁路 信号控制领域中都得到了飞速发展。目前，已经有大量以计算机软件来实现车站 联锁控制功能的计算机联锁系统在国内外的铁路站场中投入应用。高速铁路是铁 路现代化的标志，建设高速铁路及客运专线是复杂的系统工程【l 】。借鉴国外高速 铁路发展的经验，结合我国铁路运输的特点，铁路部门提出来适合我国国情的 c t c s ( c h i n e s et r a i nc o n t r o ls y s t e m 中国列车运行控制系统) 系统的策略。在c t c s 规范的制定和新一代控制系统的开发过程中，计算机仿真技术将起到很大的作 用。 1 2 计算机联锁系统的研究现状 自从1 9 7 8 年，瑞典研制成功世界上第一套计算机联锁控制系统以来【2 引，各 国竞相研究开发计算机联锁控制系统，到9 0 年代，不少国家已经大面积推广计 算机联锁控制系统。在我国，从2 0 世纪8 0 年代起，铁道科学研究院、通信信号 总公司研究设计院等单位相继展开了计算机联锁控制的研制工作。1 9 8 4 年通信 信号总公司研究设计院研制生产出了国内第一个车站计算机联锁系统，并成功地 应用于地方铁路，填补了我国计算机联锁控制系统的空白。1 9 8 9 年，铁道科学 研究院研制生产的计算机联锁系统在郑州北编组站开通使用，使计算机联锁系统 首次应用于国有铁路。1 9 9 4 年，铁道科学研究院、通号总公司研制的计算机联 锁系统哈尔滨铁路局平房站和上海铁路局交通站开通使用，这是我国铁路首次将 国有的计算机联锁设备应用于铁路客货列车通过的车站。2 0 0 0 年，中国通信信 号集团公司研究设计院与日本京三制作所合作，采用k 5 b 故障安全型硬件，结 合该院自行开发的计算机联锁软件，成功研制开发出d s 6 一k 5 b 型计算机联锁系 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 统【2 1 。 目前，计算机联锁系统已经处于实用阶段。相对于传统联锁系统，c t c s 3 级系统由于引入了t c c ( t r a i nc o n t r o lc e n t e r 行车指挥中心) 和r b c ( r a d i ob l o c k c e n t e r 无线闭塞中心) ，在数据流向和控制流程办理方面有了很大改变，c t c s 3 计算机联锁系统的研究处在对传统系统的改进适应方面，系统功能有待完善。 1 3 本论文研究意义 我国铁路客货混跑，信号设备配置复杂。国外铁路信号的发展给我们提供了 可借鉴的技术经验，但同时要考虑到我国铁路的现状。如果使用现场试验方式测 试系统的适用性、线路信号设计合理性，不但试验周期长，而且耗费大量的资金 及人力。即使在现场试验阶段发现问题，此时进行设计变更将造成部分工程返工， 延长铁路建设周期。 计算机联锁系统分为上位机和下位机两部分，现阶段的仿真测试系统多为联 锁下位机部分。目前，我国铁路正处于向c t c s 一3 级高速客运专线发展的阶段， 通过参照国内外技术规范对c t c s 一3 级联锁上位机系统进行仿真，有助于完善技 术，为实际应用奠定基础。c t c s 3 级联锁上位机仿真系统平台的开发，不仅可 以弥补这方面存在的空白，还可以为c t c s 更高级别系统的发展提供先进的技术 途径和运作方式，为我国铁路事业的发展提供理论参考。 为确保仿真系统质量，本文设计时主要遵循以下几个来自铁道部的技术规 范： 1 关于客运专线信号系统若干问题的指导意见，铁道部 2 0 0 8 1 9 号文件 2 ( ( c t c s 3 级列控系统总体技术方案( v 1 o ) ，铁道部科技司c t c s 3 级列控 系统标准规范系列c 3 b z 0 0 1 3 铁道部动车组客运专线信号机点灯技术原则 4 武广客专计算机联锁系统室内仿真测试大纲v 0 1 3 1 4 论文主要内容 本文仔细分析和研究了c t c s 3 级计算机联锁系统的技术条件、系统需求规 范、设备配置，描述了c t c s 3 级计算机联上位机锁仿真系统的结构及各子模块 功能，提出了具体的系统设计方案，最后使用v i s u a lc + + 6 0 开发实现了联锁上 位机的仿真系统软件。 第一章绪论。首先介绍计算机联锁系统，以及世界主要国家计算机联锁研 究状况，阐述了研究设计本仿真系统的意义。 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 1 1 第二章计算机联锁系统分析。介绍计算机联锁系统的基本结构和功能特征， 详细分析了c t c s 3 级下的计算机联锁技术特点，阐述其与传统联锁和c t c s 2 级联锁系统的区别之处。 第三章仿真系统的功能需求分析及设计。本章体现了仿真系统设计的总体 思想，对仿真系统结构和模块功能进行划分，分析了各模块之间的数据流向关系； 对各模块要实现的功能给出具体的实现设计方案。是本文的重点。 第四章仿真系统的软件实现。本章实现了上位机系统仿真的功能。首先， 利用v c + + 软件完成上位机站场界面显示设计，通过人机界面接收工作人员的操 作命令并完成操作命令的信息处理：利用s o c k e t 编程完成上位机主机、c t c 、 联锁下位机之间的通信。通过s q l 数据库操作实现信息的存储和回放功能。 结论部分对本论文的工作做了总结，对仿真系统下一步的扩展所要做的工作 作了展望。 翌奎三鎏查：要：譬奎兰：竺鎏銮薹：墨 第2 章计算机联锁系统分析 计算机联锁控制系统是实现车站信号联锁控制的个故障一安全控制系统。联 锁上位机实现值班员操作和动态显示功能：联锁主机实现联锁逻辑控制功能。 c t c s 3 级计算机联锁系统在传统联锁的基础上发展而来同时为了满足高速客 运专线信号手空制的需求，对传统联锁技术作了部分改进。为了更好的理解其功能 作用突出c t c $ 3 级的特点。有必要在本章对计算机联锁系统结构作一个整体 介绍，对其工作机制加以说明。 2 1 传统计算机联锁系统 2 1 1 基本结构 根据车站联锁各部分功能小同。计算机联锁系统一般采用下图的层次结构【”。 图2 - 1 典型计算机联锁系统结构图 从图上可以看出整个计算机联锁系统由宦内和室外设备构成，室内设备山人 机交互层、联锁控制层和v o 接口层设备所构成，室外设备主要是信号机，转辙 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 机和轨道电路等。人机交互层与联锁控制层之间、联锁控制层与i o 接口层之 间、f o 接口层与室外设备之间通过各种不同通信方式进行相互连接，构成一个 具有三个层次的实时控制系统。 2 1 2 功能分析 采用分层结构的计算机联锁系统中，每层设备所实现的功能不同。其工作流 程如图2 2 所示。 图2 2 计算机联锁数据处理过程 一上位机 上位机是车站操作人员与计算机联锁系统的接口，实现操作人员与联锁系统 之间的人机交互功能，即接收操作员的按钮操作、形成操作命令并下发给联锁主 机，同时实现站场显示功能。具体而言，上位机主要完成下列四项功能： 实时接收操作命令。即，接收操作人员按下的按钮，根据所按下按钮的不 同，分别形成不同类型的操作命令。形成的主要操作命令有：选排进路命令、取 消进路命令、人工解锁命令、区段故障解锁命令、引导进路命令、引导总锁闭命 令、总定( 反) 道龠命令等。 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 实时下发操作员的操作命令到联锁主机。对中形成的操作命令进行简单 的命令判定，命令判定条件成立后将该操作命令下发到联锁主机，通过联锁主机 来进行命令的联锁处理。 实时接收来自联锁主机的信息。来自联锁主机的信息主要包括三类。第一 类是反映室外设备当前状态的继电器信息，即联锁机所需要采集的继电器信息。 第二类是反映室内设备是否出现故障的故障信息。第三类是反映联锁执行情况的 中间信息。 实现进行站场实时显示和报警功能。根据从联锁主机接收到的各种信息， 对站场进行实时动态显示和报警。 二电务维修机 电务维修机是车站电务维修人员与计算机联锁系统的接口，实现维修人员与 联锁系统之间的人机交互功能，即电务维修机为车站维修人员提供站场动态变 化、设备故障等信息的显示、存储、打印和再现等功能。具体而言，电务维修机 主要完成四项功能，其中的两项功能和上位机的两项功能相同，即，实时接 收联锁主机信息，并进行站场动态显示和报警功能，另两项功能是： 对从联锁主机接收到的信息的实时存储。电务维修机在接收联锁主机信 息，进行站场显示的同时，将从联锁主机接收到的信息实时存入电务维修机的硬 盘。 对历史操作的回放、再现和打印功能。根据上述中记录的历史信息，可 以抽取出近一个月中任意一个时段的信息，对该时段内车站作业运行情况进行再 现和回放，对该时段内站场作业情况、操作命令执行情况、继电器动作情况及设 备故障情况等进行动态显示和打印输出。 三联锁下位机 联锁机是计算机联锁系统的主要执行设备，它接收从上位机下发的操作命 令，根据从采集板接收到的反映室外设备状态的继电器信息来执行联锁逻辑运 算。此外，由于联锁机是计算机联锁系统的核心设备，一股采用安全型计算机( 如， 三取二冗余结构或二乘二取二结构) 【5 】。具体而言，联锁机的主要功能包括： 与上位机( 有的联锁系统也包括电务维修机) 实时通信功能。包括，从上位 机实时接收来自操作员的合法操作命令，向上位机实时发送接收到的操作命令信 息、反映室外信号设备状态的继电器信息、联锁执行信息及设备故障信息等。 与采集驱动层中采集板和驱动板之间的实时通信功能。 完成联锁逻辑运算功能。联锁机根据从上述和接收到的信息，执行联 锁逻辑运算，并将联锁执行情况反馈给上位机，将联锁执行中涉及到的驱动命令 下发给驱动板。 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 冗余管理功能。由于联锁机一般采用三取二或二乘二取二制式的安全型计 算机，因而涉及到冗余管理功能。 2 2c t c s 2 级计算机联锁系统 随着科学技术的发展，高速客运专线已经成为铁路运输的发展主流。相对于 既有线的c t c s 1 级列控系统，c t c s 2 、c t c s 3 级分别适用时速2 0 0 2 5 0 k m 和 时速3 0 0 3 5 0 k m 的高速客运专线。 与常规速度下相比，高速环境下铁路信号设备发生了巨大的变化，列车速度 提高后通过闭塞分区的时间缩短，当列车速度达到2 0 0 k m h 时，通过1 2 k m 的闭 塞分区只需要2 2 秒，这意味着司机每2 0 秒就要正确的识别信号、理解信号，还 要及时正确地执行信号，这么频繁的嘹望会使司机疲劳，出现判断错误。在进行 大量试验后认为列车速度超过2 0 0 k m h 后再依赖地面信号行车是不安全的。因此 高速铁路必须采用以速度信号代替色灯信号、以车载信号取代地面信号为主、车 载信号设备直接控制列车减速或停车，这样才能保障行车安全【8 】。 c t c s 2 级是基于轨道传输信息的列车运行控制系统，面向提速干线和高速 新线，采用车地一体化设计，适用于各种限速区段，地面可不设通过信号机，机 车司机凭车载信号行车【3 。2 1 。c t c s 2 级适应于装备计算机联锁的车站。 与既有线信号系统相比，c t c s 2 级系引入了t c c 。t c c 是地面子系统的核 心部分。根据轨道区段信息、联锁进路信息、线路限速信息等，产生列车行车许 可命令，并通过轨道电路和有源应答器，传给车载子系统，以保证其管辖内的所 有列车的运行安全【9 】。c t c s 2 由列控中心接收联锁设备提供的车站进路和相关 信息，包括接车迸路、发车进路、通过进路、运行方向、股道号等。在办理通过 进路且离去区段有临时限速时，c t c s 2 行车指挥中心根据牵引计算及动车组制 动需要，输出进站或进路信号机点黄灯，对应接近区段轨道电路发黄码控制条件， 由联锁系统完成联锁、控制及驱动。既有线联锁系统需要增加同t c c 的接口功 能才可以适用c t c s 2 级系统。总体结构如图2 3 所示。 p r s p 口：调度命令、临 时限速接收； 执行情况信息反馈 q 口：联锁信息接收 进站信号机控制输 出 r 口：微机j 监测 信息 s 口：l e u 控制 图2 3c t c s 2 级计算机联锁与其他子系统的接口关系 2 3c t c s 3 级计算机联锁新技术特征 c t c s 2 计算机联锁系统通过增加与列控中心( t c c ) 的接口，已经成功地实 现了c t c s 2 级的适应性改进【”】，并己在全国上千公里的线路上投入使用。但目 前的z p w 2 0 0 0 轨道电路最多只能显示f i f 方七个闭塞分区空闲，车地信息传输量 不足，难以支持3 5 0 公里以上时速高速列车的运行需要。 c t c s 一3 级是基于无线传输信息并采用轨道电路等方式检查列车占用的列车 运行控制系统。通过引入地面设备r b c ，采用连续式列车速度监控，实现了车 地双向大容量数据通信。c t c s 一3 级系统面向提速干线、高速新线或特殊线路， 基于无线通信的固定闭塞或虚拟自动闭塞，适用于各种限速区段，地面可不设通 过信号机，司机凭车载信号行车。c t c s 3 在引入r b c 后仍向下兼容c t c s 2 级 1 4 1 。 2 3 1c t c s 3 级计算机联锁系统结构分析 为了满足列控系统的各项需求，c t c s 3 级计算机联锁系统还必须在c t c s 一2 级联锁系统的基础上进行一系列的适应性改进，通过增加与r b c 的接口，从而 确保客运专线技术体系的完整性和各子系统之间的紧密衔接。改进后的系统结构 如图2 4 所示： 宣 一 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 臣固_ 二 区墨爵率 即离享 l 交换机8 卜_ _ 盛小一叵l 通用j 几余光纤r 一1 k b 乙 以太网串行电缆光纤 图2 4c t c s 一3 级计算机联锁与其他子系统的接口关系 上图中，操作表示机即为俗称的联锁上位机。实际中的计算机联锁采用双机 热备，联锁机、通信机、采驱机、交换机和操作表示机均有备机同时运行，在主 机发生故障时可以随时切换到备机工作，保证行车安全【l5 1 。这里为了简化，每 一个种设备只画出一个单机。为实现联锁系统和r b c 之间的通信安全，在 c t c s 3 级计算机联锁系统中，增加通信机。其作用为同时接收联锁主机和备机 的通信信息，并行工作，通过不同的通信通道与r b c 和t c c 进行通信，实现完 全冗余的安全通信。 2 - 3 2c t c s 3 级计算机联锁接口功能 根据c t c s 3 级列控系统总体技术方案规范，计算机联锁系统需要与i c 接口，向其提供进路状态信息、紧急状态消息、紧急停车区以及限速消息等，同 时接收传来的行车许可状态、列车相关状态等消息。t c c 接收轨道电路信息， 并将信息通过联锁系统传给r b c 。在车站请求“自律控制”的情况下，由调度 中心c t c ( c e n t r a l i z e dt r a f f i cc o n t r o l 调度集中) 对车站执行调度命令操作。 一与无线闭塞中心( r b c ) 的接口 计算机联锁系统与r b c 的通信，采用双以太网通信接口方式，双网互为冗 余。联锁系统通过交换机接入设备接入到站问r b c i x l 安全通信网中。系统结 构见图2 4 所示。联锁与r b c 接口信息方式为计算机联锁系统与r b c 将站间线 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 0 页 路划分为若干个信号授权s a 区段，然后以此为基本单位进行信息交互。传递的 信息对象包括：列车状态、信号授权和紧急停车区等。具体如下表所示： 表2 1 联锁系统与r b c 接口信息内容 i 强c 联锁联锁一 r b c 列车信息 进路类型 行车许可进路状态 列车位置降级状态 列车长度s a 区段的d 号 列车速度信息危险点信息 列车溜入检测标识 开口速度 计算机联锁系统可设置紧急停车区，其状态可通过紧急停车区对象传递给 r b c 。如果紧急停车区被激活，那么r b c 将向该区域内以及将要进入该区域的 列车发送无条件或有条件紧急停车消息，并在撤销该紧急停车区前不会对该区域 下发新的行车许可【1 6 】。 二与列控中心( t c c ) 的接口 c t c s 3 计算机联锁系统与列控中心的通信，是通过以太网经联锁机进行交 叉互联实现的( 图2 - 4 所示) ，而传统列控是通过操作表示机串口连接实现的。联 锁系统将车站迸路和相关实时信息，包括接车进路、通过迸路及信号机开放等通 过信息通道传递至列控中心，具体如下： 表2 - 2 联锁列控中心接口信息内容 t c c - 联锁联锁_ t c c 区间运行方向信息进路号 允许发车信息信号显示 区间轨道电路占用出清信息进路状态 临时限速信号( u s u ) 降级显示命令 发车请求信息 其中联锁向列控中心发送的发车请求信息意为当向区间办理发车进路后，向 列控中心发送的请求发车信息。而列控中心向联锁发送的区间运行方向信息包括 接车方向和发车方向信息。 三与调度集中( c t c ) 的接口 c t c 是一种综合铁路信号技术和通信技术，用来自动收集列车运行信息和 集中指挥行车的先进的控制系统。其特点是将信号与监控列车运行结合起来，在 控制中心指挥列车运行。c t c 系统由调度中心系统、车站系统和调度中心与车 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 1 页 站、车站与车站之间的网络系统三部分组成【1 7 】，采用串行电缆方式进行数据传 输。 分散自律调度集中系统在信号设备控制与行车指挥方式上设有分散自律控 制与非常站控两种模式。系统分散自律控制时，只有控制指令不同来源，没有中 心与车站控制权的转换；非常站控为车站人工控制方式，中心不具备直接控制权。 控制模式的转换由车站值班员( 或应急值班员) 在车站进行控制操作。c t c 与 联锁系统的接口见图2 4 所示。 2 3 3c t c s 3 级计算机联锁的新技术体现 根据c t c s 一3 级列控系统总体技术方案以及相关运营要求，c t c s 3 级 计算机联锁在基本联锁系统功能上针对部分联锁技术条件进行了如下调整： 一新技术规范 1 接近锁闭数量的确定 当列车在高速( 3 5 0 k m h ) 运行情况下，考虑列车制动需走行的距离以及 g m s r 网络与r b c 中断导致r b c 得不到有效列车信息的情况，正线接近锁闭 设置为7 个闭塞分区。进站信号机( 如x 、x f ) 夕b 方的第一个区段直接采集轨道继 电器状态，其它的均由列控系统通信方式传给联锁系统。 2 接近延时区段 为适应列车高速运行中的要求，在接车进路和正线发车进路接近锁闭后，进 路人工解锁由3 分钟延时修改为4 分钟延时后进路自动解锁。因为延时时间应大 于允许无线闭塞中心与列车通信中断超时( t - n v c o n t a c t ) 时间加上列车触发常 用制动并在信号机前停车时间。 3 列车信号点灯方式分为室外点灯和室外不点灯两种模式【2 6 1 当有开灯需求时，也具备开灯的功能；在信号机常态灭灯下，联锁不检查信 号断丝；当进行开灯处理时，联锁需检查信号断丝。 4 c t c s 一3 级联锁系统具有列车停稳计时功能 当列车完全进入到发线后开始4 0 秒停稳倒计时。倒计时期问保持向r b c 提 供原进路信号授权，并禁止向该到发线办理任何进路。 5 增加出站引导 发车引导的设置原则：联锁车站每架出站信号机均设置发车引导，自动闭塞 ( 室外不点灯) 情况下，发车引导需检查1 l q ( 1 离去区段) 空闲；点灯模式下发车 引导，需检查站间空闲；排列发车引导进路，需动作方向电路；进路内方第一区 段故障，引导信号在延时1 5 秒后若未重复按压引导按钮，信号关闭。 西南交通大学硕士研究生学位论文第12 页 6 将引导总锁闭的功能修改为道岔总锁闭 当办理某咽喉的道岔总锁闭后，再按压相应引导按钮，联锁不可开放相关引 导信号。 7 对于接车进路，设置保护区段 接车进路外方第一区段如果道龠所在位置开向此进路，联锁在办理接车进路 时以及迸路锁闭后应持续检查此区段为空闲状态( 接车引导进路除外) 。 8 改进道岔控制电路 增加安全线道岔自动回转功能，经安全线道俞反位的进路，在进路完全解锁 后l o 秒钟应能够自动带安全线道翁定位位置。另外为了满足高速运行的需要， 道俞采用大号道岔，动力转辙机数量增多，道岔驱动电路不同。 w 一转辙机斗nn n 图2 5 高速道岔和普通道岔对比( 右边为高速道分) 二点灯控制特征 1 c t c s 3 为仅开行动车组的客运专线，站内设置进、出站信号机：区间不再 设置信号机。由于信号机常态为灭灯，为了实现信号机的开关，车站联锁设备增 设两个自复式按钮，分别为“点灯按钮( k d a ) ”和“关灯按钮( g d a ) ”。进出站信号 机设计原则如下【2 6 】： ( 1 ) 行车凭证为车载设备显示 ( 2 ) 如车载设备显示与地面信号显示不一致，以车载显示为准 ( 3 ) 信号机常态为灭灯，点亮叉红圆。如车载设备故障或开行未安装a t p 车 载设备的列车时，应按照站间闭塞运行，信号机转为点灯状态，指示列车按地面 信号显示运行，遇信号机灭灯按红灯处理 2 7 1 。 ( 4 ) 进站信号机仍为u 、l 、h 、2 u 、b ，5 灯位机构，列车允许信号有l 、u 、 u u 、u s u 、y b 五种显示。下图( a ) 所示。出站信号机为h 、l 、b ，3 灯位信号 机，列车允许信号有l 、y b 两种显示。y b 为出站引导信号( b ) 。 西南交通大学硕士研究生学位论文第13 页 ( a ) 进站信号机 ( b ) 出站信号机 星 图2 - 6 信号机图示 ( 5 ) 当为以信号机显示作为行车凭证的列车办理经道分侧向接车时，进站信 号机应按现行规定点亮“双黄”灯；若到发线接车进路建立且进路所含道岔均为 1 8 号及以上，进站信号机显示“黄闪黄”。 ( 6 ) 当接收到列控中心发送的“限速信息”时，原进站信号机的“黄闪黄” 显示应降级为“双黄”显示 ( 7 ) 站内调车采用传统调车信号机，设蓝白两个灯位。如无特殊需求，正线 不设调车信号机。上图( c ) 所示。 2 进站信号机点灯控制 ( 1 ) 按压“点灯按钮( k d a ) ”+ 对应进站信号机列车按钮，对应的进站信号机点 亮红色灯光，排列接车进路，检查联锁条件满足后点亮相应允许灯光。 ( 2 ) 列车越过点亮的进站信号机，进站信号机点亮红灯，进站信号机防护的 进路解锁后进站信号机灯光熄灭。 ( 3 ) 按压“关灯按钮( g d a ) ”+ 对应进站信号机列车按钮，可使进站信号机红色 灯光熄灭。 3 出站信号机点灯控制 ( 1 ) 按压“点灯按钮( k d a ) ”+ 对应出站信号机列车按钮，可使对应出站信号机 点亮红色灯光，办理发车进路并符合开放条件后点亮相应允许灯光。 ( 2 ) 当办理接车进路( 进站信号机点亮) 或向股道办理调车进路时，该进路顺向 出站信号机( 未办理进路) 自动点亮红灯。 ( 3 ) 列车越过已点亮允许信号的出站信号机，出站信号机点亮红色灯光，防 护的发车进路解锁后出站信号机红色灯光熄灭。 ( 4 ) 按压“关灯按钮( g d a ) ”+ 对应进站信号机列车按钮，可使出站信号机红色 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 4 页 灯光熄灭。 4 调车信号机点灯控制 ( 1 ) 调车信号机点灯控制按现行规定执行。调车信号机平时点灯，正线上无调 车信号机。 ( 2 ) 出站兼调车信号机用于调车时，调车进路建立后，信号机点亮白灯，调车 车列全部越过信号机后点亮红色灯光，进路解锁后熄灭。 5 点灯电路 c t c s 3 级联锁系统中列车信号机的点灯电路与传统联锁不同，直接驱动灯 位继电器点灯，点灯电路： 进站信号机驱动：u j 、l j 、h x j 、2 u j 、y b j ；即黄绿红黄白五个灯位的继电 器。 出站信号机驱动：h x j 、l j 、b x j 。即红绿白三灯位继电器。 本章小结 本章首先描述了计算机联锁系统的基本结构特征和功能特征；对计算机联锁 系统基本配置上位机、联锁机、电务维修机的功能作了简要的描述。在本章 的最后一节重点讲述了c t c s 3 级下站内信号控制与传统联锁系统的区别之处， 详细分析c t c s 3 级下的计算机联锁技术特点，这是做好仿真工作的基础，为下 一章仿真系统功能需求分析做好铺垫。 西南交通大学硕士研究生学位论文第15 页 第3 章仿真系统的功能需求分析及设计 3 1 仿真系统结构划分及数据流向 通过研究c t c s 3 级计算机联锁系统的结构、功能、外部接口和调度集中 c t c 系统功能，本文将仿真系统分为c t c 和上位机两个部分。模拟实现c t c 自律控制方式下和非常站控方式下的联锁上位机系统，并把电务维修机的存储回 放功能纳入进来。系统网络结构如下图3 1 所示。 r 一一一一一一一一一一一一一一! 本 l c t c 自律分机车站联锁上位机 i 文 兀 成 工 作 部 分 联锁机 图3 1 仿真系统网络结构图 由图示，借助3 台独立工作的主机分别模拟仿真系统所涉及到的c t c 车站 自律分机、车站联锁上位机和联锁机，通过局域网实现3 台主机的网络通信。 上图虚线框内为本文所要完成的部分。车站上位机的工作包括：完成选排进 路操作、处理其他命令操作、数据库管理和界面显示。c t c 需要同步界面显示。 在自律控制模式下，由c t c 接收工作人员操作，向上位机下发控制命令。在非 常站控模式下由上位机直接接收工作人员指令并进行信息处理。 根据需求分析，本文将c t c 和上位机系统按功能不同划分成如下图3 2 所示 的几个模块。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 6 页 仿真系统主体功能模块 网络通信 网络通信 图3 - 2 仿真系统功能模块划分 由上图可以看出，c t c 和上位机都设置了界面显示模块，所要实现的功能也 相同，即通过对站场信号设备的表示信息处理，在人机界面上显示站场图形。命 令接收、处理和发送中的“接收”包括接收工作人员的操作命令和其他子系统传 送过来的信息，经过“处理”操作后发送到其他子系统。其中上位机的“发送” 包括向联锁机下发控制命令、向c t c 传送站场信号设备的状态信息和非法操作 提示信息；另外由于上位机把电务维修机的部分功能涵盖进去，用“数据存储与 回放模块记录有效操作命令信息和联锁返回的站场信号设备的状态信息，并接 受查询回放操作。各子系统之间通过局域网络实现信息交互。 仿真系统包含3 个主机的众多模块，各模块在完成自身功能外，还要通过与 其他模块的信息交流才能使整个系统正常运行。系统各部分之间具体数据流向如 下图3 3 所示。图中标示的为仿真主体之间需要相互交接的信息，当处理不同操 作时，有些交互信息可以为空。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 7 页 请求遥控信息 接收工作人员命令接收工作人员命令 命令信息 操作命令处理 非法操作提示( 可空) 操佳盒全信息 ， 联锁逻辑判断 塑塑堡鱼鉴查笪星- 塾场警备鉴李拿- 譬一 + 可执行操作命令： 表示信息处理 ：葡砀硬各祆悉蓓恧了可执行操：f 乍丽万一 界面显示 查塑叁鍪! 堕阐! ， 历史记录信息 表示信息处理 界面显示 图3 3 系统总体数据流向图 由图中可以看到c t c 在接收到工作人员的操作后，向联锁上位机发送命令 信息；上位机执行操作信息处理，生成最终的操作命令发送给联锁机；联锁机进 行联锁逻辑判断，将信号设备的状态信息和已执行的操作命令打包返回上位机系 统；上位机将数据包解码，即表示信息处理，把表示信号设备状态的部分发送到 c t c ，同时写入数据库；上位机和c t c 接收到联锁返回的设备状态信息后，进 行界面显示。当进行查询回放时，通过上位机人机界面输入查询参数，从数据库 读取历史记录信息，由上位机显示。 3 2 通信帧格式约定 为了实现上述在3 台主机之间数据交换的协调一致，本文对通信帧格式进行 统一的规范约定，各通信模块都按固定的格式进行帧的编码和解码，从而保证码 位不至于混乱，同时也方便同后系统功能的扩展。 联锁机对命令信息的处理与上位机的处理过程是互逆的，下达操作命令时可 以把上位机的操作看成命令字的编码，联锁机则是解码过程。上位机把每一个操 作生成相应的字节，联锁则在接收到字节之后解码判断是哪一种操作。反过来对 于站场信号设备状态信息的传送则是联