TW-2驼峰自动化系统技术报告.doc

改进型TW-2驼峰自动化控制系统技术说明书改进型TW-2驼峰自动化控制系统技术报告研制单位：郑州铁路局北京全路通信信号研究设计院有限公司2011年12月目录1.系统工作原理41.1.软件分工41.2.操作工作站编程41.2.1.编程技术要点41.2.2.进程描述51.3.上层管理机编程81.3.1.编程技术要点81.3.2.系统任务调度81.3.3.主要静态任务描述91.4.下层控制器编程要点101.5.以太网（Ethernet）通信应用111.6.控制局域网（CAN）通信应用111.7.目的控制计算数学模型121.8.间隔控制定速原理131.8.1.二部位间隔计算131.8.2.三部位间隔计算141.9.雷达信号处理:151.10.测量勾车在减速器上的位置161.11.减速器过程控制数学模型161.12.减速器控制过程逻辑描述181.13.测长计算模型191.14.测长自动调整201.15.测量勾车在分路道岔上的速度：211.15.1.入口速度测量221.15.2.出口速度测量221.16.溜放进路控制的逻辑运算221.16.1.待解体计划221.16.2.解体计划的接收221.16.3.信息共享231.16.4.正常勾车的跟踪与控制231.16.5.错道勾车的跟踪231.16.6.追勾逻辑运算231.16.7.“钓鱼”逻辑运算241.16.8.峰下摘勾逻辑运算241.16.9.道岔恢复逻辑运算251.16.10.轨道电路分路不良逻辑运算251.16.11.驼峰主体信号切断251.16.12.股道封锁逻辑251.16.13.摘错勾逻辑251.16.14.途停逻辑251.16.15.堵门逻辑261.16.16.满线逻辑261.16.17.侧冲逻辑261.16.18.分路道岔控制安全接口261.17.联锁逻辑运算261.17.1.自动选路271.17.2.进路检查与锁闭271.17.3.接近锁闭271.17.4.信号机开放前联锁检查271.17.5.信号机开放后连续检查及关闭条件271.17.6.长调车进路271.17.7.信号灯丝检查271.17.8.正常出清解锁271.17.9.调车中途返回解锁281.17.10.取消进路解锁281.17.11.总人工解锁281.17.12.故障解锁281.17.13.道岔的控制281.17.14.推送进路建立281.17.15.推送进路解锁281.17.16.纵列式站场场间联系281.17.17.横列式站场场间联系291.17.18.驼峰主体信号的控制291.17.19.机车上下峰进路的自动控制291.17.20.线束调车信号机的控制291.17.21.去禁溜、迂回线的自动控制291.17.22.去禁溜、迂回线的推送进路控制方式。292.系统的故障安全措施312.1.优化硬件的系统设计312.2.高可靠支持312.3.双机热备312.4.下层控制器看门狗312.5.系统看门狗312.6.安全通信312.7.输出冗余322.8.动态输出322.9.输入冗余322.10.输出回读322.11.电气隔离322.12.规范软件系统设计322.13.联锁检查322.14.系统防干扰323.主要技术指标333.1.综合333.2.联锁333.3.溜放进路343.4.调速控制343.5.测长341. 系统工作原理TW系列驼峰自动控制系统是一个由许多科技人员经过多年研究，并且长期在实践过程中逐步完善的规模较大的过程控制系统，其功能较为完善和复杂。该系统功能绝大部分是由软件编程实现的，以下简单介绍其主要功能部分的工作原理：1.1. 软件分工系统各功能分别在不同层进行处理，分工原则是实时性要求高的控制在控制级处理，信息相关联的综合控制在管理级处理；控制级侧重于分别控制，管理级侧重于集中管理；控制级负责信息的采集，管理级实现信息共享，其具体分工如下：表6：系统功能分工主要功能控制级管理级操作级联锁信息采集，联锁核对，道岔、锁闭、信号的输出执行，挤岔及设备故障逻辑运算选路，完整的联锁逻辑运算站场图形显示，进路始终端及其它办理操作接口溜放进路控制信息采集，勾车逻辑跟踪，道岔命令执行，追勾、钓鱼、分路不良、错道、道岔恢复、峰下分勾及设备故障等逻辑运算 调车作业计划的存储，勾车全程速度跟踪，途停、堵门、满线逻辑运算调车作业计划输入、编辑、电子表格显示，溜放作业操作与电子表格滚动显示测重及峰顶计轴输入轴重，计算辆平均重，收集并统计每勾轴数，回牵减轴运算，测重及计轴的故障判断逻辑计算勾平均重量，划分重量等级，判别空重混，将测重和计轴记录对应到勾并随溜放跟踪重量等级信息在图形窗的显示轨道封锁分路道岔发令及锁闭的执行封锁逻辑运算相关封锁的操作与显示间隔调速信息采集，减速器闭环过程控制(半自动功能)，途停、追勾、设备故障等逻辑运算间隔控制一二部位出口速度数学模型计算(自动定速功能)及放头拦尾运算定速、实速、减速器状态、计轴等信息在图形窗的显示目的调速信息采集，减速器闭环过程控制(半自动功能)，途停、追勾、设备故障等逻辑运算目的控制三部位出口速度数学模型计算(自动定速功能)及放头拦尾运算，打靶距离不够运算定速、实速、减速器状态、计轴等信息在图形窗的显示等信息在图形窗显示，人工定速的操作测长轨道电压输入及模数转换，走长计算，鉴停及停长计算，故障判别计算动长计算测长值在图形窗显示，测长窗信息电子表格显示报警记录产生各种信息源，信息基本分析信息高级分析、整理，信息格式化信息存入数据库，数据库检索人机界面处理1.2. 操作工作站编程1.2.1. 编程技术要点 采用中文Windows NT 4.0 Workstation环境；中文Windows NT WorkStation是功能非常强大的标准32位桌面中文操作系统，高效、易用，并与个人计算机兼容，高可靠性，支持工作组及网络功能，有广泛的硬件支持，它还有最令人兴奋的Win32的新特性：使用进程与线程的非抢占式多任务。 与上层机采用以太网通信；Netbios API为面向块的传输服务提供了一个接口。Netbios服务采用简单的基于名字的编程方法，它提供了一种面向连接的(虚电路)方式和一种非连接(数据报)方式。 采用Visual C+ 5.0编程语言；面向对象的程序设计语言，它提供了前所未有的编程能力和便利。通过利用MFC可以很方便地编写出标准的Windows窗口，列表框、对话框、按钮、树视图、编辑框、属性表等风格多样的窗口控件，还可以提供饼形图、条形图、采样曲线等丰富多样的直观统计结果。 采用多进程处理技术；一个进程具有4GB私有虚地址空间，它由代码和其它对它的执行线程可见的系统资源组成。进程可分优先级。多任务是通过使用Win32的应用程序接口（API），从而允许多进程与多线程同时执行来实现的。通过我们在实际使用中发现，如果有过多的线程企图被执行，会引起系统速度下降。当一个线程的时间片用完，它转入“睡眠”状态，等待下一轮有效时间片到达。线程在转入“睡眠”状态之前会保存当前上下文环境，以便重新被“唤醒”时用来恢复原先的状态。进程中每个线程的执行要经过这样一个过程：保存上下文环境睡眠唤醒恢复上下文环境。 在每个进程中采用多任务；线程是Win32分配CPU时间的基本元素。每个线程跟随一个严格和调度，并且在等待下一个有效处理器时间片时使用一个结构集合保存上下文环境，一个线程的上下文环境包含线程的硬件寄存器、核心栈、环境块、位于所有者进程地址空间的用户栈。属于同一进程的每个线程共享该进程的虚拟要址空间，并且每个线程都可访问进程的全部系统资源和变量。 进程之间采用管道通信；在程序中我们使用有名管道使本地进程之间、计算机之间进行通信。 在调车计划处理中采用Vcf1中的电子表格控件；利用VCF1控件中的电子表格实现的调车单窗口和溜放窗口十分明了简单地将作业单显示出来，其中上千个成员函数可以实现电子表格的各种功能和风格。 在维护工作站中采用微软的数据库DAO控件进行数据管理。使用Microsoft提供的数据库DAO控件来进行数据的记录与提取。利用DAO，在存取用Microsoft Access建立的数据库时会得到较好的性能。在编程中我们使用的是MFC的CDaoRecordset类来实现。1.2.2. 进程描述1.2.2.1. 主窗体：它作为其它进程的管理者，可以通过菜单其它进程进行启动或关闭。它主要完成工作站与上层之间的通信，对接收到的信息进行再分配，它还详细地显示控制系统的工作状态，使使用者一目了然，具体内容如下： 可以查看主机与工作站之间的通信信息内容（供维护用）； 可以对本工作站的操作权限进行设置； 通过主窗体可以监视A机和B机是否正常工作，是否同步工作； 可以查看是否发生板故障； 可以显示自动定速修正量。 在主窗体内，还可以显示报警信息、调车作业概要信息、值班员操作回示信息等。提供在线的电子版帮助。1.2.2.2. 维护窗维护窗仅运行于维护工作站。维护窗主要完成对于作业过程中出现的报警、事件、操作、诊断、测量数值、状态变化等信息按照数据库格式进行记录，并能按照详细的分类，对数据库以各种图形和表格形式提取，进行事后查询，检索，打印和回放，供电务人员进行事后分析研究。在系统控制作业过程中维护窗将接收通过管道从主窗体送来信息，分门别类加入到创建的4个记录数据库中，并且数据库之间有关联，分别为： 文本信息记录数据库l 重要的操作记录；l 事件变化；l 报警；l 系统自诊断；l 部分测量和统计信息 已执行勾计划信息记录数据库，主要内容为：l 原始勾计划；l 勾车进路跟踪的逻辑信息（去向、状态、报警）；l 勾车进路跟踪的数值信息（时间、速度、轴数、重量）； 减速器控制过程详细信息记录数据库，主要内容为：l 测速信息；l 计轴信息；l 输出信息（下达的制动缓解命令）；l 输入信息（轨道、手动、减速器表示）； 设备分类变化历史信息记录数据库，主要内容为：l 时间；l 对应的车次与勾序信息；l 变量的外部状态（输入/输出）；l 变量的内部状态（如内锁闭维护人员可以通过信息检索命令对文本信息记录数据库按照详细的分类进行事后查询。统计报告窗通过记录的数据库数据设计了几个实用的报告格式，反映其历史数据的分类和统计值，并以图型和表格的形式，提供以“班次”，下属“计划”，最细到“勾”为线索的快速查询，必要时可打印。这些报告可以用于帮助车站分析作业量、车流分布、效率等综合情况。目前设计了以下几种报表： 调车作业计划表：此表格给出某个车次对应的原始作业计划单，包括勾序、场别、股道、方式、辆数、状态、注释等共项，如果该调车作业计划单曾经过修改，反映的是最终修改后的情况。 计划执行概要表：此表格以电子表格“填表”方式表述某个车次已执行的调车作业计划单中与实际的股道、辆数、重量等级信息，给出该计划执行过程中概要报警信息。 计划速度控制表：此表格以电子表格“填表”方式表述某个车次已执行的与调速相关的信息，包括推峰速度、经过减速器时的定速、入速、出速，还包括实际股道、辆数、重量信息。 减速器出口速度误差统计与分析图：根据给定的检索时间范围，选择部位、股道分类，确定剔除选项，对经过减速器的各勾车的速度误差进行统计，显示统计数据，并以横轴每0.5km/h一档的速度误差，用棒图方式显示统计结果。 车站运营状态表：此表格给出一个班概要作业情况，以车次为单位，包括峰位、车次开始解体时间、解体总时间、调车总时间、溜放总勾数、溜放总辆数、调车总勾数、平均推峰速度、解体总重量。最后还有对所有车次的一个概括。 勾车详细信息：在“作业计划表”、“计划执行概要表”和“速度控制表”任意一个表中对某一勾车所在行的任意位置双击，即可查看到对应的勾车通过减速器控制过程的详细信息。该图给出某一勾执行过程中的全部信息，包括三部分：一是该勾车整个走行过程中经过每个设备的信息；二是该勾车的重量、股道、辆数信息；三是该勾车经过减速器时的曲线图形信息。选择“回放”命令将弹出一个站场图形窗，对溜放作业过程按时间或车次进行回放再现，可自由调节回放速度。选择菜单中的系统状态监测命令可以弹出一个对话框，显示系统的图示结构（管理级、控制级、操作级各个节点）和颜色表示的各个模块的工作情况（管理级和控制级）。可以对下层设备进行维护检查，可人工操作进行双机之间倒换。支持远程访问、异网互连等功能。通过管道与主窗体进行通信。提供在线的电子版帮助。1.2.2.3. 信息窗信息窗通常由设在控制台室的区长工作站使用，并且该工作站连接一台打印机，可打印查询文件。信息窗在主体窗口的“信息”菜单下的选择打开。通过该窗口能够访问维护工作站服务端数据库所记录的信息，按照详细的分类通过网络进行事后查询，检索，打印。供操作人员进行事后分析研究。区长可以通过信息检索命令对文本信息记录数据库按照规定的限制分类进行事后查询，打印，进行事后分析研究。信息窗窗通过记录的数据库数据设计了几个实用的报告格式，反映其历史数据的分类和统计值，并以图型和表格的形式，提供以“班次”，下属“计划”为线索的快速查询，必要时可打印。这些报告可以用于帮助车站分析作业量、车流分布、效率等综合情况。具体有如下报表： 调车作业计划表（同维护窗） 计划执行概要表（同维护窗） 计划速度控制表（同维护窗） 车站运营状态表（同维护窗） 提供在线的电子版帮助。1.2.2.4. 测长窗测长窗采用了Vcf1中的电子表格控件来实现测长数据的显示，显示内容有股道名称、全长、测长和可停车数。通过管道与主窗体进行通信。提供在线的电子版帮助。1.2.2.5. 溜放窗溜放窗采用了Vcf1中的电子表格控件来实现与溜放有关的操作及显示。对于双推双溜和双推单溜的驼峰编组场，可以同时打开两个溜放窗口。选择溜放开始命令，弹出溜放对话框，可以对峰位、推送线、作业方式（全场、半场、允许推送、允许予推）进行选择。在溜放过程中，为了更清楚地表明溜放作业所处的状态，我们设计了表格中不同的字体颜色和填充颜色表达计划中勾车的性质和状态，并且随着溜放的进行同步滚动刷新显示。对溜放窗中的计划可进行屏幕编辑方式修改操作。通过管道与主窗体进行通信。提供在线的电子版帮助。1.2.2.6. 调车单窗调车单窗采用了Vcf1中的电子表格控件来实现调车作业计划单的产生、显示、保存、取消和修改。调车单窗包括两部分：车次列表窗和勾车编辑窗。在调车作业计划单中，为了清楚地表明每一勾车计划特点，采用不同颜色的字体进行显示。对调车作业计划可以在调车单窗中进行“所见即所得”的屏幕修改，包括剪切、拷贝、粘贴、删除勾、插入勾、股道替代、恢复删除勾等操作。选择语音核对命令后，将目前选中车次的勾车内容用语音读出来，供值班员进行调车单内容的核对。通过管道与主窗体进行通信。提供在线的电子版帮助。1.2.2.7. 图形窗图形窗是以模拟站场的形式，用像形的图案和颜色变化，配上必要的数字符号，向操作员以直观和醒目的方式传达各种信息。图形窗不仅仅是用于显示，还可供操作，其操作通常以信号机、区段、道岔、减速器等设备为对象，每一个设备均蕴涵着一个操作区域，当光标移至选择区域时，其形状由小十字变为小手指形。当光标进入选择区时，点击鼠标左键通常为办理进路，点击鼠标右键为弹出菜单，根据不同性质的设备将出现不同的菜单，操作人员可以作进一步的操作选择。图形窗可以进行人性化定义不同的背景色、字体等。图形窗设计有全局“变焦”和局部比例放大功能。通过管道与主窗体进行通信。提供在线的电子版帮助。1.2.2.8. 推峰窗推峰窗实时显示机车给定推峰速度和实际测量速度。通过管道与主窗体进行通信。提供在线的电子版帮助。1.2.2.9. 其它进程工作站在启动NT时，将NT的SHELL由原先的资源管理器改为主窗体，防止操作人员误进入NT其它的应用程序而影响正常溜放，破坏系统文件。但是有用的其它辅助应用软件可以在工作站的上述进程的管理控制下被调用，对用户开放。例如通过维护窗调用标准的超级终端进程，调用离线的测长系数辅助计算软件，调用站场数据导入软件，甚至于可以提供编程人员现场开发环境，而不影响工作站正在执行的实时任务。1.3. 上层管理机编程上层控制机软件是整个TW系统的核心部件之一，它负责上层以太网数据通信、上下层之间的CAN BUS数据通信、系统设备特征表和系统设备状态文，它还负责许多静态任务和动态任务的调度，诸如减速器的开环控制、股道测长值的计算、进路的选排、联锁关系、溜放作业、图形显示等。按照其主要模块综述如下：1.3.1. 编程技术要点 32位编程：通过使用32位保护模式编程技术，能更好地发挥32位硬件平台和32位操作系统的优点，并能使应用程序直接访问到4GB的内存范围，数据访问与代码调用不必跨段操作，避开了64K的制约。应用程序更具安全性。 AMX386：AMX386是一套高效的基于优先级调度的抢占式操作系统，它以小型机和微处理器在过程控制领域中应用的有关概念为基础，这些概念在过去二十多年实践中已得到证明。AMX通过提供给系统设计者一组优化定义的规则，简化了实时软件的实现。 HIGH C 和PHAR386上层控制机软件是用C语言和汇编语言混合编程，C编译器采用Metaware公司的HIGH C32位编译器，汇编使用PHAR LAP公司的386/DOS EXTENDER SDK，包括ASM汇编语言程序设计和编译、386LINK链接程序和RUN386运行环境等。 386/DOS EXTENDER：386/DOS EXTENDER为32位应用程序在MS-DOS下运行提供了一个80386以上CPU保护模式运行时间环境，其功能按层次排列在MS-DOS和应用程序之间。应用程序以标准方式用软件中断产生DOS和BIOS系统调用，386/DOS EXTENDER则对这些系统调用进行中断调用，并将它们传递给80386实模式下的MS-DOS。386/DOS EXTENDER将MS-DOS转换成了真正的保护模式操作系统。1.3.2. 系统任务调度上层控制机软件是运行在AMX386 32位实时多任务操作系统下，系统上层控制机软件通过AMX386提供的定时器和有优先级调度的任务功能来对系统中各功能模块依据其功能的轻重缓急被赋予不同的优先级，再加上1ms中断调用以及其它一些突发中断事件的处理，更加有效地分配CPU资源，使系统中的各个功能模块协调地并发进行。初始化任务、超级定时器任务、致命错误处理、访盘错误处理和用户错误处理；另外还用到了386/DOS EXTENDER技术。下面分别加以介绍。 初始化任务：主要完成识别主备机、初始化硬件、安装中断服务程序和系统数据初始化。它在完成任务之后返回，在以后的时间里不再被执行。 超级定时器任务：更新系统的1ms计数器， 定时器任务：作为核心任务每10ms执行一次。它总共管理着通信任务、十多个动态任务和若干静态任务。通信任务每次都执行；静态任务借助系统的1ms计数器，确定任务不同的执行周期，并根据任务优先级执行；动态任务等待消息及并按照不同的延时要求而驱动。系统各个功能模块协调地并发进行。 以太网通信任务：此任务运行在实时操作系统下，将各种静态任务组织好的信息从任务的先进先出邮箱中取出，通过NETBIOS发送到网卡。上层网络以太网通信，程序基于NETBIOS编程，采用符合IEEE802.3标准的CSMA/CD协议，传输速率为10/100Mbps，通过软件编程，能使系统保持上层主、备机之间的数据一致性，使上层控制机与维护站和操作员站之间高速可靠地传递数据和指令。 致命错误处理：当出现除零、溢出、边界错误时是致命的，系统如果继续运行，将导致不可预知的结果，故必须给出致命错误退出过程。 访盘错误处理：当程序向帖有写保护的磁盘中写入文件时，或试图打开一个不存在的文件时，或硬盘发生错误时，都会产生一个严重错误，这时如不加处理系统就会停止运行，所以对这种错误必须加以处理。 用户错误处理：提供非屏蔽中断INT 2，记录下各个寄存器当时的数值，并提供了一些命令，能使用户对内存、链表和数据帧进行操作，为调试程序提供了方便。1.3.3. 主要静态任务描述 接收控制器报文的解析与处理（MSINTP）由下层来的“小包”信息在CAN卡中拼装恢复为报文，并经过校验确认正确后放置双口RAM，CAN卡向上层机发中断，中断服务接受报文，移交该任务。该任务负责接受通过CAN通信来自下层控制器的经过“包装”和格式化的100多种类型的报文，并对报文按类型进行分析处理，报文中的信息将更新上层相关的数据库，并通过数据库的消息启动相关的处理，部分应急事件将在分析报文的同时直接进行处理，进行相关的逻辑运算或数值运算。 发送控制器报文（POLL）任何程序需要向下层送信息时，将按照规定的类型组织报文，链接在等待发送的队列中，由该任务负责对这些报文进行“包装”，并将信息包每次一包放置CAN卡的双口RAM中，并激活CAN卡发送信息。CAN卡得到消息后，取出并拆分为“小包”送至下层。 工作站命令接收与处理（MSINTP、HANDLEMSG、MACIOX）由工作站通过Ethernet网卡的会话方式来的操作信息，移交该任务。该任务负责接受报文，并对报文进行分类和分析处理，进行相关的逻辑运算或数值运算。例如排调车进路命令，始端及终端设备号在一个报文送达，在处理该报文时将启动调车选路模块，并产生送往下层的下达道岔转换命令的报文。 发送工作站信息包（GRSCANDEV、JLSCANCCW、MACIOX）任何程序需要向下层送信息时，将按照规定的类型组织报文，链接在等待发送的队列中，由该任务负责对这些报文进行“包装”，并送至以太网通信邮箱中。根据软件数据库设计分为“设备状态文件”、“勾计划文件”、“报警文本文件”等等不同类型和不同长度的送工作站报文。 联锁巡测（ROTPOLL）该任务负责峰上调车进路、峰下调车进路、推送进路等信号开放过程中面向数据的联锁条件的检查，以及信号关闭和解锁。为了保障联锁的安全性，软件采取了面向数据的处理（避免事件处理）和反复巡测的“连续”检查处理，并且对关键数据采取了较大冗余定义。 溜放处理（CUTPOLL）上层机对于溜放是根据下层的跟踪需要，随着溜放的节奏逐一把即将溜放勾的勾计划组织报文，送往下层；如果是调车勾（上下峰、送禁溜或迂回），将反复检查联锁条件，条件构成后启动调车选路，进入联锁程式；当前勾的计划变化将引起该任务重发勾计划报文。该任务在上层持有的存储计划与下层的计划执行之间建立起了有机的联系。 途停、堵门、侧冲检查（HUMPOLL、CTCPOLL、CONERPOL）面向勾车逻辑跟踪及速度跟踪数据库，巡检分析和运算勾车途停、堵门、侧冲的可能性，如果运算结果为真，报警并启动相应的处理。 推峰速度计算及驼峰溜放信号自动处理（AUTOHMPOLL）面向溜放中的调车计划和溜放状态数据库，动态计算正在溜放勾合理的给定推峰速度和对应的驼峰溜放信号。信号的显示要求经过联锁巡测模块（ROTPOLL）联锁条件检查后送至下层控制级执行。 股道封锁处理模块（CMDPOLL）根据调车长工作站下达的股道封锁或解锁命令，以及相邻股道的封锁状态，通过逻辑算法决定需要转换、锁闭和解锁的道岔，并通过创建针对分路道岔的处理报文，指挥下层控制器执行封锁。为了防止引起双机不同步，此类命令在软件上被拉开了一定的执行间隔。 一、二、三部位间隔计算处理（SPACING）负责按照一、二、三部位所不同的间隔计算数学模型，计算当勾车进入减速器时，与前方或后方勾车持有合理间隔情况下的给定出口速度及开始控制轴数信息，并产生送往控制级的自动定速报文。 三部位自动定速计算处理（CALCIR）负责按照三部位目的控制数学模型，根据数据库中反映的来自下层采集的各种参数，计算勾车打靶给定出口速度及开始控制轴数信息，并产生送往控制级的自动定速报文。如果测长参数表明不能容纳下即将进入的勾车，产生打靶距离不够报警信息，同时将开始控制轴数信息按照短缺距离下调，直至设定为0（停止放头拦尾）。 系统自检及双机运行管理（WATCH、PCSTASND、ZBDEVPOLL）该模块完成以下任务：l 随时检查本系统工作运行是否正常，检查范围包括来自下层机的检测信息；l 随时检查另一系统是否工作正常或向另一系统通过以太网络发本系统检查状态信息；l 负责检查双机运行是否同步；l 根据两个系统的检查结果，以及双机同步信息，确定是否需要自动倒机。若需要，向下层机发倒机指令，让所有执行转向在线机输出，并让所有工作站切向接收在线机的信息；l 确认并有条件执行人工发来的倒机操作指令。1.4. 下层控制器编程要点减速器JB、测长CB、联锁ZB及进路LB微机模块的共同之处是: 编程语言为了适合于实时控制的需要，系统软件全部采用8086/8088汇编语言编程。 开发环境开发专用微机要求有一个强有力的软件开发支持环境，是专用微机开发成败的关键。本系统为了满足多人高效并行开发的条件，我们没有采用昂贵的微机开发系统，而是自己建立了一个软件开发环境，由IBM-PC兼容机开发软件包和专用机的监控程序共同完成，编程工作在IBM-PC兼容机上进行。 操作系统系统软件具有先进的微型实时多任务操作系统管理，可支持实时任务、动态任务、静态任务三类任务，每类任务均可排优先级。 内存管理内存RAM划分为无数个小块，并用双向动态链和圆形缓冲区管理，统一申请、分配、退还，大大节省了内存，简化了应用程序中数据结构的各种操作。 浮点运算由于应用程序中要进行大量精确的数学模型运算，系统软件的浮点运算库支持浮点加、减、乘、除、比较、正负转换及与整数之互转等各种运算。 CAN通信管理分布式系统之通信采用了软件模块化程度较高，系统软件CAN通信管理程序独立于应用程序，各控制器均通用。 监控程序系统软件具有可支持软件开发下装调试的DEBUGER监控程序。1.5. 以太网（Ethernet）通信应用该系统使用的以太网络，网卡使用3COM或与其兼容的以太网卡，它连接系统中的上层主、备机、维护工作站站、各个操作员站，它的特点和功能如下： 采用CSMA/CD协议，符合IEEE802.3标准； 网络最大站点数为1024； 网络传输速率为10/100Mbps； 网络传输最大站间距离为2.5km； 网络传输采用双绞线或光缆； 网络拓扑结构为总线型； 使系统能与局域网、广域网相连，支持远程访问，异网互连； 使系统保持上层主、备机之间的数据一致性； 使上层控制机与工程师站和操作员站之间高速可靠地传递数据和指令。对以太网的应用，有不同的方法，在本系统中考虑到系统的实时性，并且上层机和工作站各在AMX386和Windows NT两个不同的操作系统支持下，对以太网应用均在基于NETBIOS的方式上使用。对于局域网编程来说，采用NETBIOS、IPX/SPX、TCP/IP等高层接口可以不用考虑中断、时间、差错控制和协议等，开发工作量要小得多，且与标准协议相容。NETBIOS位于ISO/OSI7层模型的第5层与第6层之间，即会话层之上，表示层之下，其可编程接口为INT 5CH，与网卡类型无关，应用程序编程比较简单。NETBIOS支持两种通信方式，一种数据报方式，另一种为会话方式（虚电路方式），在本系统中，两种方式均被用到。1.6. 控制局域网（CAN）通信应用下层控制网络分为下层通信网和现场控制网两层，它们都采用的是控制器局部网（CAN），使用PHILIPS 公司的82C250和82C200 CAN 控制器。下层通信网连接系统中的上层主、备机与下层各个控制机，这样使上下层之间、下层各个模板之间的数据联系采用了网络通信，提高了系统的通信能力和系统配置的灵活性。下层控制网还用在了连接系统中的下层控制器与I/O扩展之间，使控制命令能实时地响应。采用了CAN BUS之后，系统有以下的特点： 支持多主结构； 支持点对点通信和广播通信； 总线访问优先权（取决于报文标识符）； 多达2032种报文标识符； 对于高优先权报文具有确定的等待时间； 强有力的错误处理能力； 数据长度为08个字节； 传送速率可编程（最高速率为1Mbps）； 工作温度为-40+85； 下层控制机主机之间相对独立，各自能与上层机交换信息； 智能网络处理能节省主CPU时间，提高系统工作效率； 提高系统I/O处理能力，保障控制命令的实时性； 当某块模板出现故障时，不会影响其它模块，不会导致整个系统的瘫痪；下面就一些用在CAN网中的概念加以说明。报文：总线上的信息以不同固定格式的报文发送，但长度有限制。当总线开放时，任何连接的单元均可开始发送一个新报文。它存在两种不同的帧格式，其间区别在于标识场的长度，具有11位标识符的帧称为标准帧，相对地，包括29位标识符的帧称为扩展帧。报文传送由数据帧、远程帧、出错帧和超载帧四种不同类型的帧表示和控制。信息通道：在CAN系统中，一个CAN节点不使用有关系统结构的任何信息，节点可在不要求所有节点及其应用层改变任何软件或硬件的情况下，被接于CAN网络；一个报文的内容由其标识符ID命名，ID并不指出报文的目的，但描述数据的含义，以便网络中的所有节点有可能借助报文滤波决定该数据报是否使它们激活；作为报文滤波概念的结果，任何数目的节点均可接收，并且同时被相同的报文激活；在CAN网络内，可以确保报文同时被所有节点或者没有节点接收，因此系统的数据相容性是借助于成组概念和出错处理达到的。位速率：CAN的速度在不同的系统中是不同的，然而在一个给定系统中，此速率是唯一的，并且是固定的。优先权：在总线访问期间，标识符ID定义了一个报文静态的优先权。远程数据请求：通过发送一个远程帧，需要数据的节点可以请求另一个节点发送一个相应的数据帧，该数据帧和对应的远程帧发相同的标识符ID命名。多主机：当总线开放时，任何单元均可开始发送报文，发送具有最高优先权报文的单元得到总线访问权。仲裁：当总线开放时，任何单元均可开始发送报文，若同时有2个或更多的单元开始发送报文，总线访问冲突应用逐位仲裁规则，借助标识符ID解决。这种仲裁规则可以使信息和时间均无损失。若具有相同标识符ID的一个数据帧和一个远程帧同时初始化，数据帧优先于申请帧。故障界定：CAN节点有能力识别永久性故障和短暂扰动，可关闭故障节点。1.7. 目的控制计算数学模型自动计算车辆离开减速器的自由下滑过程中以规定速度与前方停留连挂的出口“打靶”速度的数学模型计算是在上层管理机完成的。根据物理学原理，驼峰车辆自由下滑的运动规律是由以下公式描述：上面公式中参数有的取自测量信息，有的来自计算机内建立的站场平面、纵断面描述数据库，连挂速度Vc取4.5km/h。以下是用该公式计算得到的接近实际的典型动长与三部位出口速度对应关系曲线图：由于股道内由不同的坡段组成，在有些坡段还布有减速顶，因此曲线走向在变坡点发生了变化。图8：典型的长度速度曲线1.8. 间隔控制定速原理间隔控制定速计算在上层管理机中进行，下面介绍其二、三部位的定速原理及数学模型，一部位略。1.8.1. 二部位间隔计算二部位出口速度的计算和给定是在勾车进入二部位减速器区段时进行，包括以下几个步骤： 第一步：根据勾车重量等级、勾车的目标股道、二三部位高差、曲线转角、进路上道岔数量以及三部位入口速度不超过18公里/小时定值，计算二部位基本出口速度V1（即公式中的V2出）。表7：典型的车辆基本阻力表，各个站场不同会有所变化重量Q（t）58405828405840582840289.579.489.359.16 第二步：检查勾车的目标股道径路上有无途停车、堵门车、满线车等特殊情况，若有，二部位出口速度直接设定到最低值。 第三步：根据目标股道径路上前方勾车出减速器的距离、速度、去向（考虑两勾车的共同径路）如果两勾车股道相同，还要考虑前勾车通过三部位减速器的时间，计算是否有追勾的可能性，若有，在V1基础上从停止放头拦尾到减少速度直至追勾计算检查通过为止。限定条件是最低不得减至少于最低限速。计算条件为：l 估计并计算前勾车从当前位置，走行到离开共同径路最后跟踪区段的末端的时间T1。前勾车的走行减速度因素应计算在内。如果相同股道，前勾车通过三部位减速器减速的时间应计算在内；l 估计并计算当前勾车从二部位减速器入口经制动出口，走行到进入共同径路最后跟踪区段的始端的时间T2，当前勾车的入口速度和减速器通过时间应计算在内；l 通过比较T1和T2，计算出在V1基础上速度减量。 第四步：若第三步没有减速调整，检查后勾车方向及距本勾车的间隔，计算确定是否在V1基础上加速，但最大加至V1+2。可见二部位间隔调整的原则是：优先考虑进入减速器的勾车与之前面勾车的间隔调整，确定基本定速基础上减速量；其次考虑进入减速器的勾车与之后勾车的间隔调整，确定基本定速基础上加速量；前、后间隔均没有调整的必要，则考虑如何保障三部位减速器规定入口速度，这一点也称为间隔控制位的目的调速因素。1.8.2. 三部位间隔计算三部位主要用于目的打靶控制，并首先按照目的控制数学模型计算减速器出口速度，并确定放头拦尾的开始控制轴数。但是如果不考虑间隔问题，就有可能发生前后勾车在股道内走行中由于定速差或前勾车进减速顶的原因而前慢后快，高速相撞，甚至后勾车还没有出减速器就因为放头拦尾而与前面走行的刚出减速器的勾车高速连挂。对于前者应通过平衡后勾车与前勾车的定速差计算后勾车的定速减量；对于后者间隔计算如下，其计算的结果不改变通过目的计算所确定的定速，而是确定开始控制轴数，即是否要减少或停止放头拦尾。设：tc前勾车在后勾车进入时的出清时间Vq前勾车出口速度L1 前勾车在后勾车进入时已走的距离则：L1 = Vq * tc设：t1后勾车通过减速器所需最快时间（最不利情况）Vr后勾车入口速度Lc后勾车长度Lj减速器长度则：估计值设：L2前勾车在后勾车通过减速器t1时间内所走的距离L假定前勾车在后勾车最快通过减速器时间时距离减速器出口的距离则：L = L1 + L2若L小于后勾车的长度Lc，则存在后勾车在尚未出清减速器就追上前勾车的可能，减少直至停止放头拦尾，否则可以按正常情况放。1.9. 雷达信号处理:根据多普勒原理(以3公分波雷达为例):雷达的多普勒脉冲信号处理本质上是对脉冲周期或脉冲频率模数转换过程。计算机通过实时测量多普勒脉冲周期，由上式计算车辆走行速度。雷达接口处理方案如下: 图9：雷达接口与电信号分析分析以上接口波形，可得以下结论：通过以上模数转换，下层控制器每516（不同的雷达频率，系统硬件采用不同的分频）脉冲就通过中断得到一个速度值，系统每100ms将得到多个速度值（取决于勾车速度，速度高，得到的速度值较多），系统每100ms将所测到的多个速度信息进行以下处理后，供过程控制程序使用： 从大到小排序； 去掉最大和最小的速度值各12个（取决于得到的数量），以便剔除多脉冲及丢脉冲； 对剩余的求算术平均，得到平均速度； 对平均速度进行卡尔曼滤波运算，得到数字滤波后的速度（V）及加速度（A）信息。1.10. 测量勾车在减速器上的位置了解勾车在减速器上的第一个轴和最后一个轴距离减速器入口开机点的距离具有重要意义，JB模块可以通过以下的积分方法实时计算和掌握：该距离有以下用途： 在过程控制数学模型中使用； 确定勾车出减速器； 确定重力式减速器前后台的动作时机； 判别在减速器上追勾。1.11. 减速器过程控制数学模型车辆在减速器上的控制是一个闭环控制过程，为了保证实时性，该过程在下层控制器中完成。下层减速器控制器每134ms按下列过程控制数学模型公式计算一次要求制动量Pr，并据此选择和计算减速器的逻辑输出值，达到自动控制的目的：对于重力式减速器，在计算机内部设了两个比较参数值P1、P2，用Pr与之比较，以选择减速器输出控制逻辑值：对于非重力式减速器，前后台减速器始终同时动作，在计算机内部设了四个比较参数P1、P2、P3、P4，用Pr与之比较，用以选择减速器输出控制逻辑值：在计算逻辑输出值基础上，再根据勾车的测重等级和空重混编情况加以限制，确定最后的输出等级。在特定情况下，允许输出等级比测重等级高一级。以上公式的参数中：给定速度（Vr）、勾车平均辆重（1/C），以及勾序、预计总轴数、开始控制轴数来自上层管理机，在勾车进入前已经得到，勾车进入后允许上层刷新作局部调整；减速器缓解时间（Td）、定速偏移量（Vb）、比较门限值（P1、P2重力式，P1、P2、P3、P4非重力式），以及减速器入口踏板到后台减速器出口、前台减速器出口的距离等参数根据站场具体情况事先确定，固化在下层按减速器排序的站场参数表格中，这些参数也是对减速器控制进行精调的主要对象；当前速度（V）、剩余距离（d）、当前加速度（A）、当前计轴（Na）、当前输出逻辑变量（B）等参数直接或间接来自下层自身的测量或采样数据，随时发生变化，在使用前经过了合理性检查。减速器过程控制数学模型的物理意义是： Pr是当前速度、当前加速度、定速、控制距离、勾车重量、勾车轴数等等变量的函数； Pr反映的是在控制距离d内，减速器还必须去掉的勾车动能能高； 通过能高计算选择重力式减速器的动作台数或选择非重力式减速器级别变化，实现了小能高用小级别，大能高用大级别，有利于在制动能高有保障前提下减少勾车在减速器上的通过时间，提高效率。对于部分需要减速器“吃掉”的动能高不大的勾车，甚至整个过程都不使用大级别制动； Pr值随着速度的下降而减少，使勾车缓解前必然经过低级别制动，减缓了减速器缓解前勾车的实际减速度，有利于提高减速器出口控制精度； 由于数学模型中反映了勾车不同重量情况下的动能高不同，使减速器控制可以采取合理的控制策略，甚至可以针对不同重量的车辆把握其精度，例如使空车的平均误差大于重车。对于重力式减速器，由于存在着非重力特性，该措施仍然行之有效。 对于长勾车，随着计轴的累进，Pr越来越反映了勾车总重量有较大动能的情况，使系统对于不同辆数的勾车具有了的合理对策。通常长勾车放头拦尾强迫缓解完结后，其运算结果基本上给出了最大允许制动等级（重力式为双台，非重力式为勾车重量等级对应的制动级别）直至实速达到定速而缓解，因此长勾车出口控制误差往往比较小； 当勾车实际速度大于给定速度时，随着勾车即将离去，Pr值剧增，使减速器会对勾车离去前进行最后的精调，因此在减速器制动能高大于勾车应消耗动能高的情况下，TW-2系统有效把握了其控制正误差不会大于1km/h。 定速偏移量（Vb）在模型中的作用是：一旦减速器缓解，略微提高定速，只有当勾车由于减速器坡度加速而增加到一定值时，才重新制动；一旦减速器制动，其目标值应该没有Vb增量，因此可以减少重复制动。选择合理的定速偏移量（例如Vb=0.5km/h），可以在减速器重复制动频度和出口控制精度间找到权衡点。1.12. 减速器控制过程逻辑描述勾车在减速器上的控制除了数学运算外，还有较多的逻辑运算，以重力式减速器为例简单描述如下： 接收上层管理机送来的定速信息，包括：给定速度、重量等级、预计轴数、开始控制轴数。 由轨道电路占用或踏板计轴开始开机，开始累积测距。 实际轴数小于开始控制轴数，则强迫减速器处于缓解状态。 为防止雷达自检信号对控制的影响，在0.3秒内速度采样屏蔽，用平均入口速度