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)

摘要針對城市軌道交通信號系統(tǒng)的特點，研制了CHECK方式的列車運行控制系統(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、可靠性進行了論述。關(guān)鍵詞列車自動控制系統(tǒng)，信號系統(tǒng)，區(qū)間閉塞，可編程序控制器，CHECK方式長期以來，我國城市軌道交通信號技術(shù)基本以引進國外先進的列車自動控制系統(tǒng)為主，尚未形成完整的國產(chǎn)系統(tǒng)。利用國外城市軌道交通信號技術(shù)的成功經(jīng)驗，結(jié)合我國城市軌道交通的特點和需要自行研究開發(fā)信號系統(tǒng)設備，是我國城市軌道交通信號技術(shù)發(fā)展的方向，也是降低造價、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方式的列車運行控制系統(tǒng)[1]。CHECK方式的列車運行控制系統(tǒng)包括:以無線通信技術(shù)替代傳統(tǒng)的軌道電路來檢測列車;基于可編程控制器(PLC)的閉塞系統(tǒng)完成區(qū)間的閉塞;應用高性能的工業(yè)計算機，結(jié)合網(wǎng)絡技術(shù)實現(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來實現(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簽中的數(shù)據(jù)信息，以此來判斷列車到達和出清;利用射頻通信器輸出的列車進、出站信息以及前后站占用情況實現(xiàn)區(qū)間閉塞;利用CAN總線以及高性能工業(yè)計算機實現(xiàn)全線調(diào)度監(jiān)督。圖1為系統(tǒng)原理圖[1]。圖1基于Check方式的列車運行控制系統(tǒng)原理框圖

當甲站通信器收到列車1的尾標簽(Out)信息時，表明列車已駛離甲站，Out信息結(jié)合本站的In信息，符合邏輯條件時向下一站發(fā)送列車出清信息，甲站信號機(SF)自動關(guān)閉，區(qū)間閉塞。乙站的通信器B檢測到列車1的頭標簽后，將收到的列車信息進行相應的處理，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。當列車出發(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，當乙站通信器收到列車1尾標簽的Out信息再結(jié)合In信息，區(qū)間可以復原。各站檢知的列車In、Out信息都實時地通過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的信息(或從中心巡檢時轉(zhuǎn)發(fā)來的信息)進行相應的比較運算，控制相應的In、Out電路動作。中央主機通過CAN總線輪檢各站通信器，當通信器發(fā)現(xiàn)主機輪檢到自己時，就傳送ChecKIn、CheckOut信息，以及與前方通信器通信出現(xiàn)故障時的報告，并請求控制主機轉(zhuǎn)發(fā)信息給前方通信器。中央主機根據(jù)各通信器采集到的數(shù)據(jù)實時監(jiān)督列車的運行，同時將車次號發(fā)給各站控制車次號顯示的模塊，并下發(fā)到各站自動廣播系統(tǒng)，使其廣播相應的內(nèi)容。這種控制列車運行的系統(tǒng)稱為基于CHECK方式的列車運行控制系統(tǒng)。2基于PLC閉塞系統(tǒng)的分析與設計2.1閉塞系統(tǒng)原理

為確保列車安全運行，一個區(qū)間只允許一列車運行，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)場的列車出發(fā)檢知部件(對應站射頻通信器)檢測到列車的尾標簽(Out)后發(fā)出列車出發(fā)信息(Out信息)，使區(qū)間閉塞，此時系統(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，在列車到達接車站(此時現(xiàn)場的列車接車檢知部件收到In信息)后向發(fā)車站發(fā)送列車到達信息。當接車站檢測到列車的尾標簽(Out)信息后(即列車從原來的接車站出發(fā))，接車站的車站值班員可以按壓復原按鈕向發(fā)車站發(fā)送復原信息表明區(qū)間可以復原。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)系是相當復雜的。一個部件的動作條件，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的信息以及現(xiàn)場信息。在構(gòu)建基于PLC的閉塞系統(tǒng)時，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;列車尾標簽信息的接收端口;接收列車到達下一站的通知信息的接口;接收區(qū)間復原信息的端口;接收取消復原時現(xiàn)場信息的端口;接收辦理取消復原時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、綠燈的三個端口;控制出站信號的端口;發(fā)送列車出發(fā)脈沖的端口。因此，發(fā)車站對外的接口共有11個，在PLC的編程中分別對其進行定義，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;接收正常復原時復原按鈕信息的端口;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、黃燈的兩個端口;列車到達時發(fā)送脈沖的端口;復原時發(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。

一個站內(nèi)的閉塞系統(tǒng)同時具有發(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，對外接口的輸入點數(shù)為11，輸出點數(shù)為10。因此，選用輸入點數(shù)為18，輸出點數(shù)為12，型號為CPM2A-30CDT系列的PLC就可以完成所需的功能。2.3系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

本系統(tǒng)采用新設備、新技術(shù)，主要完成區(qū)間閉塞功能，并具有良好的可擴展性。其總體框架如圖2，實現(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)的實現(xiàn)框架圖4ADELAYKT為假時狀態(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行。任何一個系統(tǒng)的不安全因素都有可能危及到列車的行車安全?；赑LC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)場的自動控制設備，在設計和制造過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，并停止用戶程序的執(zhí)行，等待修復。

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

再次，在成本允許的情況下，可以采用具有雙機冗余的高檔PLC(高檔PLC加入了更多的安全控制技術(shù))，來進一步加強PLC工作的可靠性。從實踐來看，用可編程序控制器實現(xiàn)的自動控制工程穩(wěn)定可靠。

最后，在基于PLC閉塞系統(tǒng)的設計中，吸取了原有系統(tǒng)在安全性方面的成功經(jīng)驗，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PLC在軟件或硬件上出現(xiàn)故障時(此時PLC輸出全部為OFF)，都能實現(xiàn)故障導向安全，進一步加強了基于PLC閉塞系統(tǒng)的安全性可靠性。4結(jié)語

上述介紹的一種構(gòu)建于CHECK方式基礎上基于PLC的閉塞子系統(tǒng)，結(jié)合已投入實際運行中的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方式列車自動控制系統(tǒng)，從而為列車自動控制系統(tǒng)的國產(chǎn)化開辟一種新的思路。參考文獻1鐘建娟，徐金祥.CHECK方式列車運行控制系統(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)的設計與