基于可編程序控制器的CHEC K 方式閉塞子系統(tǒng)

基于可編程序控制器的CHECK方式閉塞子系統(tǒng)

摘要針對(duì)城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)的特點(diǎn)，研制了CHECK方式的列車運(yùn)行控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括CHECK方式調(diào)度監(jiān)督子系統(tǒng)、CHECK方式閉塞子系統(tǒng)和CHECK方式聯(lián)鎖系統(tǒng)。提出了一種基于可編程序控制器(PLC)的CHECK方式閉塞子系統(tǒng)，并就其安全性、可靠性進(jìn)行了論述。關(guān)鍵詞列車自動(dòng)控制系統(tǒng)，信號(hào)系統(tǒng)，區(qū)間閉塞，可編程序控制器，CHECK方式長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)城市軌道交通信號(hào)技術(shù)基本以引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)的列車自動(dòng)控制系統(tǒng)為主，尚未形成完整的國(guó)產(chǎn)系統(tǒng)。利用國(guó)外城市軌道交通信號(hào)技術(shù)的成功經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合我國(guó)城市軌道交通的特點(diǎn)和需要自行研究開發(fā)信號(hào)系統(tǒng)設(shè)備，是我國(guó)城市軌道交通信號(hào)技術(shù)發(fā)展的方向，也是降低造價(jià)、發(fā)展城市軌道交通的有效方式。由此，我們提出了一種基于CHECK方式的列車運(yùn)行控制系統(tǒng)[1]。CHECK方式的列車運(yùn)行控制系統(tǒng)包括:以無(wú)線通信技術(shù)替代傳統(tǒng)的軌道電路來(lái)檢測(cè)列車;基于可編程控制器(PLC)的閉塞系統(tǒng)完成區(qū)間的閉塞;應(yīng)用高性能的工業(yè)計(jì)算機(jī)，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)全線的調(diào)度監(jiān)督。本文主要研究基于PLC的CHECK方式閉塞系統(tǒng)，并采用OM2RON公司CPM2A系列的PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)。1CHECK方式列車控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和原理

CHECK方式列車控制系統(tǒng)利用射頻通信器讀取列車頭部和尾部安裝的非接觸式智能標(biāo)簽中的數(shù)據(jù)信息，以此來(lái)判斷列車到達(dá)和出清;利用射頻通信器輸出的列車進(jìn)、出站信息以及前后站占用情況實(shí)現(xiàn)區(qū)間閉塞;利用CAN總線以及高性能工業(yè)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)全線調(diào)度監(jiān)督。圖1為系統(tǒng)原理圖[1]。圖1基于Check方式的列車運(yùn)行控制系統(tǒng)原理框圖

當(dāng)甲站通信器收到列車1的尾標(biāo)簽(Out)信息時(shí)，表明列車已駛離甲站，Out信息結(jié)合本站的In信息，符合邏輯條件時(shí)向下一站發(fā)送列車出清信息，甲站信號(hào)機(jī)(SF)自動(dòng)關(guān)閉，區(qū)間閉塞。乙站的通信器B檢測(cè)到列車1的頭標(biāo)簽后，將收到的列車信息進(jìn)行相應(yīng)的處理，以判斷是否已符合邏輯條件(即本站收到的In信息與上一站傳送來(lái)的In信息相比較，相同則條件滿足)，滿足條件表明列車完整到達(dá)。當(dāng)列車出發(fā)收到Out信息后向下一站發(fā)送本站的In信息，如果列車1的尾部駛離了乙站，當(dāng)乙站通信器收到列車1尾標(biāo)簽的Out信息再結(jié)合In信息，區(qū)間可以復(fù)原。各站檢知的列車In、Out信息都實(shí)時(shí)地通過(guò)通信器之間的通道傳送到下一站的通信器;前方通信器利用后方傳送來(lái)的信息(或從中心巡檢時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)來(lái)的信息)進(jìn)行相應(yīng)的比較運(yùn)算，控制相應(yīng)的In、Out電路動(dòng)作。中央主機(jī)通過(guò)CAN總線輪檢各站通信器，當(dāng)通信器發(fā)現(xiàn)主機(jī)輪檢到自己時(shí)，就傳送ChecKIn、CheckOut信息，以及與前方通信器通信出現(xiàn)故障時(shí)的報(bào)告，并請(qǐng)求控制主機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)信息給前方通信器。中央主機(jī)根據(jù)各通信器采集到的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)督列車的運(yùn)行，同時(shí)將車次號(hào)發(fā)給各站控制車次號(hào)顯示的模塊，并下發(fā)到各站自動(dòng)廣播系統(tǒng)，使其廣播相應(yīng)的內(nèi)容。這種控制列車運(yùn)行的系統(tǒng)稱為基于CHECK方式的列車運(yùn)行控制系統(tǒng)。2基于PLC閉塞系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)2.1閉塞系統(tǒng)原理

為確保列車安全運(yùn)行，一個(gè)區(qū)間只允許一列車運(yùn)行，這種按空間間隔控制的行車技術(shù)稱為閉塞。列車一旦被允許進(jìn)入?yún)^(qū)間(區(qū)間開通)，在該列車未出清區(qū)間之前，這一區(qū)間就處于關(guān)閉的狀態(tài)(區(qū)間閉塞)，不再允許其它列車進(jìn)入。列車占有區(qū)間，必須給予一定的行車憑證。區(qū)間行車安全就是借這種行車憑證的取得、傳遞與收回來(lái)保證的。

以圖1為例，發(fā)車站(甲站)車站值班員按壓發(fā)車按鈕，現(xiàn)場(chǎng)的列車出發(fā)檢知部件(對(duì)應(yīng)站射頻通信器)檢測(cè)到列車的尾標(biāo)簽(Out)后發(fā)出列車出發(fā)信息(Out信息)，使區(qū)間閉塞，此時(shí)系統(tǒng)向接車站發(fā)出通知出發(fā)信息;接車站(乙站)收到通知出發(fā)信息，在列車到達(dá)接車站(此時(shí)現(xiàn)場(chǎng)的列車接車檢知部件收到In信息)后向發(fā)車站發(fā)送列車到達(dá)信息。當(dāng)接車站檢測(cè)到列車的尾標(biāo)簽(Out)信息后(即列車從原來(lái)的接車站出發(fā))，接車站的車站值班員可以按壓復(fù)原按鈕向發(fā)車站發(fā)送復(fù)原信息表明區(qū)間可以復(fù)原。如此就完成了一次區(qū)間的閉塞-還原。2.2系統(tǒng)接口分析

從閉塞系統(tǒng)原理可知，系統(tǒng)各部件之間的邏輯關(guān)系是相當(dāng)復(fù)雜的。一個(gè)部件的動(dòng)作條件，既有賴于本站其它部件的狀態(tài)，還有賴于上一站和下一站傳送來(lái)的信息以及現(xiàn)場(chǎng)信息。在構(gòu)建基于PLC的閉塞系統(tǒng)時(shí)，需從接收和發(fā)送兩種接口加以分析。

在發(fā)車站，接收端口有:接收發(fā)車按鈕信息的端口;列車尾標(biāo)簽信息的接收端口;接收列車到達(dá)下一站的通知信息的接口;接收區(qū)間復(fù)原信息的端口;接收取消復(fù)原時(shí)現(xiàn)場(chǎng)信息的端口;接收辦理取消復(fù)原時(shí)閉塞按鈕信息的端口。發(fā)送端口有:控制發(fā)車表示燈紅、黃、綠燈的三個(gè)端口;控制出站信號(hào)的端口;發(fā)送列車出發(fā)脈沖的端口。因此，發(fā)車站對(duì)外的接口共有11個(gè)，在PLC的編程中分別對(duì)其進(jìn)行定義，以“A”打頭，表明該端口屬于發(fā)車站。

在接車站，接收端口有:接收列車從上一站出發(fā)時(shí)發(fā)送的出發(fā)正脈沖的端口;接收In信息的端口;接收正常復(fù)原時(shí)復(fù)原按鈕信息的端口;接收事故按鈕信息的端口。發(fā)送端口有:控制電鈴的端口;控制接車表示燈紅、黃燈的兩個(gè)端口;列車到達(dá)時(shí)發(fā)送脈沖的端口;復(fù)原時(shí)發(fā)送脈沖的端口。在PLC中分別加以定義，以“B”打頭，表明該端口屬于接車站。

一個(gè)站內(nèi)的閉塞系統(tǒng)同時(shí)具有發(fā)車和接車的功能，因此將PLC分成發(fā)車模塊和接車模塊。由上分析，對(duì)外接口的輸入點(diǎn)數(shù)為11，輸出點(diǎn)數(shù)為10。因此，選用輸入點(diǎn)數(shù)為18，輸出點(diǎn)數(shù)為12，型號(hào)為CPM2A-30CDT系列的PLC就可以完成所需的功能。2.3系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)采用新設(shè)備、新技術(shù)，主要完成區(qū)間閉塞功能，并具有良好的可擴(kuò)展性。其總體框架如圖2，實(shí)現(xiàn)框架如圖3。圖2CHECK方式中基于PLC的閉塞圖3基于PLC閉塞系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)框架圖4ADELAYKT為假時(shí)狀態(tài)延緩轉(zhuǎn)換流程圖3系統(tǒng)可靠性、安全性分析

在CHECK方式列車運(yùn)行控制系統(tǒng)中，由基于PLC的閉塞系統(tǒng)和聯(lián)鎖系統(tǒng)、調(diào)度監(jiān)督系統(tǒng)共同確保列車的安全運(yùn)行。任何一個(gè)系統(tǒng)的不安全因素都有可能危及到列車的行車安全。基于PLC的閉塞系統(tǒng)充分考慮了系統(tǒng)安全性、可靠性的要求。

首先，可編程序控制器是專門用于工程現(xiàn)場(chǎng)的自動(dòng)控制設(shè)備，在設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中采取了抗干擾措施，穩(wěn)定性和可靠性較高。如PLC具有很強(qiáng)的自診斷功能，保證在“硬核”(如CPU、RAM、I/O總線等)都正常的情況下才執(zhí)行用戶的控制程序。一旦CPU、RAM或I/O總線出現(xiàn)故障則立即給出信號(hào)，并停止用戶程序的執(zhí)行，等待修復(fù)。

其次，PLC的輸入、輸出都采用了光電隔離，在工藝上也加強(qiáng)了抗干擾措施，抗干擾性能好。

再次，在成本允許的情況下，可以采用具有雙機(jī)冗余的高檔PLC(高檔PLC加入了更多的安全控制技術(shù))，來(lái)進(jìn)一步加強(qiáng)PLC工作的可靠性。從實(shí)踐來(lái)看，用可編程序控制器實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)控制工程穩(wěn)定可靠。

最后，在基于PLC閉塞系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，吸取了原有系統(tǒng)在安全性方面的成功經(jīng)驗(yàn)，在執(zhí)行部件上采用安全性繼電器輔助PLC控制的方式。如此當(dāng)PLC在軟件或硬件上出現(xiàn)故障時(shí)(此時(shí)PLC輸出全部為OFF)，都能實(shí)現(xiàn)故障導(dǎo)向安全，進(jìn)一步加強(qiáng)了基于PLC閉塞系統(tǒng)的安全性可靠性。4結(jié)語(yǔ)

上述介紹的一種構(gòu)建于CHECK方式基礎(chǔ)上基于PLC的閉塞子系統(tǒng)，結(jié)合已投入實(shí)際運(yùn)行中的CHECK方式聯(lián)鎖系統(tǒng)和調(diào)度監(jiān)督系統(tǒng)，共同構(gòu)成了完整的CHECK方式列車控制運(yùn)行系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中加入速度信息環(huán)線就可以構(gòu)成完整的CHECK方式列車自動(dòng)控制系統(tǒng)，從而為列車自動(dòng)控制系統(tǒng)的國(guó)產(chǎn)化開辟一種新的思路。參考文獻(xiàn)1鐘建娟，徐金祥.CHECK方式列車運(yùn)行控制系統(tǒng).城市軌道交通研究，2001，(1):262鄭宇軒，陳永生.CHECK方式調(diào)度監(jiān)督子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與