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      基于軌道交通聯(lián)鎖控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

      2011-05-08 08:44:10,陳
      關(guān)鍵詞:信號(hào)機(jī)沙盤道岔

      李 娟 ,陳 珊

      (1. 北京交通大學(xué) 電子信息工程學(xué)院,北京 100044;2. 廣州地鐵總公司 運(yùn)營(yíng)事業(yè)總部,廣州 510308)

      軌道交通實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的功能涵蓋了鐵路信號(hào)、運(yùn)輸和電務(wù)管理等專業(yè),可滿足高校學(xué)生的要求。還可以作為鐵路局中職工培訓(xùn)的設(shè)備,用于提高行車設(shè)備操作人員職業(yè)技能。軌道交通實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)具有輔助教學(xué),實(shí)際演練,科學(xué)普及和社會(huì)教育的功能,整個(gè)系統(tǒng)就是一個(gè)微縮的鐵路運(yùn)營(yíng)系統(tǒng),布局美觀、設(shè)備逼真,是展示鐵路新面貌、新科技、新氣象的最佳作品。

      本文基于這樣的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)平臺(tái),研究聯(lián)鎖控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。

      1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)分析

      本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)沙盤分為3個(gè)站場(chǎng):交大站、紅果園站和駝峰站。

      交大站是沙盤演示系統(tǒng)中最大的站場(chǎng),其中I軌和II軌是與紅果園站相接的,交大站和紅果園站構(gòu)成2條環(huán)線,可以讓車在上面跑圈。3軌和5軌是通往駝峰編組站的軌道,順時(shí)針上坡,有6‰的坡度,如圖1。

      圖1 交大站站場(chǎng)圖

      駝峰站作為列車編組站場(chǎng)。編組站駝峰調(diào)車場(chǎng)頭部分為溜放進(jìn)路自動(dòng)控制系統(tǒng),如圖2。

      圖2 駝峰編組站站場(chǎng)圖

      紅果園站是沙盤演示系統(tǒng)中的第二大站場(chǎng),主路由I軌和II軌2個(gè)股道組成,進(jìn)站、出站上方都布置了信號(hào)機(jī),如圖3。

      圖3 紅果園站站場(chǎng)圖

      通過設(shè)計(jì)聯(lián)鎖軟件控制信號(hào)機(jī)、進(jìn)路、道岔之間的聯(lián)鎖關(guān)系,從而實(shí)現(xiàn)演示系統(tǒng)的聯(lián)鎖功能。

      1.1 防護(hù)信號(hào)機(jī)

      本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)采用三顯示自動(dòng)閉塞情況。信號(hào)機(jī)上同時(shí)點(diǎn)亮的基本燈光,原則上不超過2個(gè)。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中采用的基本信號(hào)顯示分為3類顏色:紅色:要求停車的信號(hào);黃色:要求注意或減速運(yùn)行的信號(hào);綠色:準(zhǔn)許按規(guī)定速度運(yùn)行的信號(hào)。

      調(diào)車信號(hào)顯示顏色分為:月白色:準(zhǔn)許調(diào)車,或與紅燈組合為引導(dǎo)信號(hào);藍(lán)色:禁止調(diào)車,或作為容許信號(hào)。

      實(shí)驗(yàn)中,采用比較簡(jiǎn)單直觀易行的信號(hào)防護(hù)方法,對(duì)于通過信號(hào)機(jī),一般情況下都開放著,當(dāng)某軌道區(qū)間有車占用時(shí),防護(hù)該區(qū)間的通過信號(hào)機(jī)關(guān)閉,顯示紅燈;該區(qū)間之前一個(gè)區(qū)段的通過信號(hào)機(jī)顯示黃燈,提醒列車注意減速運(yùn)行;進(jìn)路上其他信號(hào)機(jī),如發(fā)車接車信號(hào)機(jī)等,在初始狀態(tài)都使其顯示紅燈,只有在進(jìn)路確定后開放,允許列車通過,一旦列車進(jìn)入它所防護(hù)的區(qū)間后,應(yīng)立即關(guān)閉,顯示紅燈信號(hào)。對(duì)于調(diào)車信號(hào)機(jī),一般情況下都開藍(lán)色燈,在調(diào)車進(jìn)路選擇確定后,該進(jìn)路內(nèi)允許開放的調(diào)車信號(hào)機(jī)開放,開白色燈。

      1.2 基本電路

      實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中要實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖關(guān)系,對(duì)沙盤上運(yùn)行的軌道區(qū)間車輛占用信息的采集、道岔驅(qū)動(dòng)和表示的采集、進(jìn)路與信號(hào)的聯(lián)鎖關(guān)系成為了整個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。經(jīng)過綜合分析,系統(tǒng)沙盤電路設(shè)計(jì)形成了現(xiàn)有的電路結(jié)構(gòu):本系統(tǒng)采用軌道直接向機(jī)車提供直流電源;采用開路式交流軌道電路對(duì)軌道的占用和出清進(jìn)行檢測(cè);采用磁環(huán)和干簧管完成對(duì)道岔定位、范圍表示的采集;編組站采用了自動(dòng)溜放控制系統(tǒng)。

      1.3 系統(tǒng)連接

      采用3臺(tái)CONTEC工控機(jī)分別作為控制交大站、紅果園站、駝峰站的聯(lián)鎖機(jī)。把輸入輸出卡裝入對(duì)應(yīng)工控機(jī)并連接到相應(yīng)鐵路沙盤設(shè)備,再把軌道電路采集板卡裝入工控機(jī)連接到軌道電路,就可把機(jī)箱裝入機(jī)柜了。

      在以上實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的支持下,剩下的工作就是設(shè)計(jì)軟件算法實(shí)現(xiàn)對(duì)演練沙盤上的信號(hào)機(jī)、軌道區(qū)段、道岔的聯(lián)鎖控制。

      2 聯(lián)鎖軟件設(shè)計(jì)

      聯(lián)鎖控制主要體現(xiàn)在進(jìn)路控制上。進(jìn)路控制過程分為2個(gè)階段:進(jìn)路建立和進(jìn)路解鎖。

      進(jìn)路建立包括3個(gè)部分:進(jìn)路選擇,進(jìn)路鎖閉,開放信號(hào)。

      進(jìn)路解鎖與進(jìn)路鎖閉相對(duì)應(yīng),當(dāng)列車或車列越過了道岔區(qū)段后,該區(qū)段內(nèi)的道岔以及相關(guān)的敵對(duì)進(jìn)路解除鎖閉。進(jìn)路解鎖分成自動(dòng)解鎖和非自動(dòng)解鎖,本次實(shí)驗(yàn)過程中,采用的是分段自動(dòng)解鎖。車列每駛過一段區(qū)間,該小段區(qū)間就自動(dòng)解鎖。

      2.1 信息采集及設(shè)備驅(qū)動(dòng)

      輸入:完成現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備道岔定位反位,軌道區(qū)段的狀態(tài)信息采集,為聯(lián)鎖控制提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

      輸出:根據(jù)聯(lián)鎖軟件生成的控制命令來控制驅(qū)動(dòng)信號(hào)開放、道岔動(dòng)作和軌道供電。

      2.2 基本聯(lián)鎖控制軟件的設(shè)計(jì)

      本文采用VB語(yǔ)言通過簡(jiǎn)單的算法設(shè)計(jì)該軟件,其最大優(yōu)點(diǎn)在于思路清晰,算法簡(jiǎn)單,不需要建立數(shù)據(jù)庫(kù),只是通過VB語(yǔ)言中一些簡(jiǎn)單的程序結(jié)構(gòu)就可以實(shí)現(xiàn)軟件功能。對(duì)于一個(gè)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的演示系統(tǒng)來說,沙盤規(guī)模不大,進(jìn)路也不多,該方法還是十分可行的。由于算法簡(jiǎn)單,學(xué)生可以自己動(dòng)手設(shè)計(jì)和編碼,這對(duì)于教學(xué)是十分有利的。下面僅以紅果園站的聯(lián)鎖軟件設(shè)計(jì)為例說明。

      2.2 .1 設(shè)計(jì)界面顯示軌道區(qū)段占用狀況

      以給軌道9DG供電為例說明設(shè)計(jì)思路,見圖4。

      圖4 界面上表示軌道9DG各線控件的名稱

      在給軌道9DG上電的同時(shí),將變量9DG賦值為1,用來表示該軌道已經(jīng)被選擇。當(dāng)9DG=0時(shí),表示該軌道沒有被選擇。界面上要顯示出軌道當(dāng)前時(shí)刻的狀態(tài),即可以表示出空閑沒有被選擇(軌道藍(lán)綠色)、空閑但被選擇(軌道白色)、軌道上面有車(軌道紅色)。在設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)時(shí),首先要讀入軌道占用狀態(tài)和道岔狀態(tài)(即信息采集)—軌道選擇標(biāo)志變量(9DG)就是為判斷出軌道應(yīng)該顯示出什么顏色而采用的中間變量。

      2.2.2 實(shí)現(xiàn)道岔單獨(dú)操作轉(zhuǎn)轍控制

      演示界面上需要顯示出道岔的狀態(tài),并且可以對(duì)道岔進(jìn)行單獨(dú)的操作。首先,判斷采集進(jìn)來的道岔狀態(tài),然后將“反”或“定”賦給相應(yīng)的command控件的Caption屬性即可。單獨(dú)扳動(dòng)道岔時(shí),需要先判斷command的Caption屬性的的值,若為“定”,則當(dāng)按下command控件時(shí),輸出相應(yīng)電平將相應(yīng)的道岔變?yōu)椤胺础蔽?;若為“反”位,按下command控件時(shí),輸出相應(yīng)電平將相應(yīng)的道岔變?yōu)椤岸ā蔽?。道岔顯示界面及單獨(dú)操作按鈕如圖5。

      圖5 道岔界面顯示及單獨(dú)操作按鈕

      2.3 實(shí)現(xiàn)進(jìn)路選擇與進(jìn)路解鎖

      (1)進(jìn)路選擇

      進(jìn)路選擇的目的是在條件滿足的前提下,選定想要給電的軌道區(qū)段,將相應(yīng)的道岔搬到正確的位置,并開放相應(yīng)信號(hào)機(jī),關(guān)閉敵對(duì)信號(hào),鎖閉相應(yīng)道岔。

      算法說明:根據(jù)連鎖的規(guī)則,判斷預(yù)選進(jìn)路的各個(gè)絕緣區(qū)段是否被其他進(jìn)路所選擇,是通過查詢標(biāo)志變量來實(shí)現(xiàn)的。由于該試驗(yàn)系統(tǒng)不能采集到軌道是否給電,所以要想知道軌道是否已經(jīng)給電就要通過查詢標(biāo)志變量。判斷預(yù)選進(jìn)路上是否有車,只需查詢存放軌道占用狀態(tài)的數(shù)組的相應(yīng)位置上的數(shù)是否為1即可。

      所謂標(biāo)志變量,就是在通過輸出卡將某段絕緣區(qū)段給電的同時(shí),用一個(gè)變量將給電這一是事件記錄下來。每段區(qū)段都對(duì)應(yīng)自己的一個(gè)標(biāo)志變量,如對(duì)于9DG這一區(qū)段,我們定義一個(gè) 變量9DG,其它區(qū)段類似。程序開始運(yùn)行或是復(fù)位時(shí),標(biāo)志變量都為0。在選擇進(jìn)路時(shí),將某一區(qū)段給電的同時(shí)要將標(biāo)志位賦值為1。當(dāng)解鎖該區(qū)段時(shí),標(biāo)志位清0。當(dāng)再選擇含有該區(qū)段的進(jìn)路時(shí),可通過查詢?cè)摌?biāo)志變量來判斷該區(qū)段是否被其它進(jìn)路所選擇了。當(dāng)檢查發(fā)現(xiàn)軌道是空閑時(shí),即沒有被其他進(jìn)路選擇并且沒有車存在時(shí),便可以對(duì)道岔進(jìn)行操作。由近到遠(yuǎn)依次檢查道岔的狀態(tài),若道岔是在正確的位置則不需要搬動(dòng),否則要通過輸出卡將道岔搬到正確位置。再依次檢查道岔狀態(tài),若全部都正確,則開始鎖閉道岔。鎖閉道岔的方法是將相應(yīng)單獨(dú)操作道岔的按鈕的Enabled 屬性為 False,這樣就無法單獨(dú)操作道岔了。之后是開放相應(yīng)的信號(hào),并關(guān)閉敵對(duì)信號(hào),同時(shí)將軌道給電。至此,一條進(jìn)路就選擇好了。

      (2)進(jìn)路解鎖

      圖6 紅果園站9DG-IIG-10DG部分區(qū)段圖示

      進(jìn)路解鎖的目的是當(dāng)火車跑過一個(gè)絕緣區(qū)段后,應(yīng)該斷電,信號(hào)關(guān)閉,相應(yīng)的道岔去掉鎖閉。本實(shí)驗(yàn)采用的是逐段解鎖的方式,即火車跑完一段就解鎖一段。

      算法說明:解鎖的條件是當(dāng)查詢到某區(qū)段上有車而其上一段沒車時(shí)將上一段解鎖。

      舉例說明:如圖6所示的9DG-IIG-10DG區(qū)段,當(dāng)火車上行運(yùn)行在IIG上的時(shí)候,程序查詢到IIG上有車并且10DG沒有車,則就要將10DG區(qū)段斷電—完成對(duì)區(qū)段的解鎖;并且將道岔10的狀態(tài)變?yōu)榭梢圆僮鳎磳⑾鄳?yīng)單獨(dú)操作道岔的按鈕的Enabled 屬性為 True—即完成對(duì)道岔的解鎖;火車在IIG上運(yùn)行時(shí),其前方的信號(hào)機(jī)SII應(yīng)該為綠色,允許駛?cè)?DG。同理,當(dāng)火車運(yùn)行到9DG上時(shí)候,程序查詢到9DG上有車,IIG上沒有車,這時(shí)就應(yīng)該將IIG斷電,并將信號(hào)機(jī)變?yōu)榧t色。

      注意,在給軌道斷電的同時(shí),要將前面所提到的標(biāo)志變量的值變?yōu)?,便于界面上軌道線條顏色的同步變化。解鎖部分程序流程如圖7。

      3 結(jié)束語(yǔ)

      對(duì)于聯(lián)鎖軟件的設(shè)計(jì),首先要明確軟件要實(shí)現(xiàn)的功能及聯(lián)鎖的條件,其次,關(guān)鍵點(diǎn)在于對(duì)現(xiàn)場(chǎng)聯(lián)鎖設(shè)備信息的采集及對(duì)設(shè)備的聯(lián)鎖同步控制。結(jié)合演示界面,將采集到的信息及時(shí)表示在界面上,進(jìn)而利用這些信息設(shè)計(jì)聯(lián)鎖軟件實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖控制。

      目前存在的問題是由于微機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)應(yīng)用了大量的電子元件,在抗電磁干擾等方面的防護(hù)措施沒有做到很好,系統(tǒng)的穩(wěn)定性不高。在聯(lián)鎖關(guān)系實(shí)現(xiàn)上,采用VB語(yǔ)言通過簡(jiǎn)單的算法編寫軟件,其最大不足在于算法不夠科學(xué),工作量較大,還不能真正做到高度的仿真模擬現(xiàn)場(chǎng)。

      圖7 例子說明解鎖流程

      [1] 徐洪澤,岳 強(qiáng). 車站信號(hào)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制系統(tǒng)—原理及應(yīng)用[M]. 北京:中國(guó)鐵道出版社,2005,6.

      [2] 李紹斌. 鐵路運(yùn)輸沙盤綜合演練聯(lián)鎖系統(tǒng)的研制[D]. 北京:北京交通大學(xué)碩士學(xué)位論文,2006.

      [3] 高繼祥. 鐵路信號(hào)運(yùn)營(yíng)基礎(chǔ)[M]. 北京:中國(guó)鐵道出版社,2007,3.

      [4] 趙志熙. 車站信號(hào)控制系統(tǒng)[M]. 北京:中國(guó)鐵道出版社,2005,2.

      [5] 林瑜筠. 鐵路信號(hào)基礎(chǔ)[M]. 2版. 北京:中國(guó)鐵道出版社.2005,3.

      [6]戴勝華,蔣大明. 微機(jī)原理原理與接口技術(shù)[M]. 北京:北京交通大學(xué)出版社, 2002.

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