本發明涉及調車場控制，具體為調車場離散控制系統。

背景技術：

調車場(Yard)特指鐵路以調車作業為主體的車場/車站。調車是指在一個車場/車站內部，貨車車輛或(和)客車車廂在不同的線路間倒調、轉線、解體、編組及裝卸取送等引起的行車作業。調車作業的特征是受調車信號機或手信號指揮，運行速度比較低，常采用專用調車機車作為牽引動力。調車進路因頻繁往返于不同線路間取送車輛，因此需要支持高效靈活的進退折返作業。調車場包括平面調車場和駝峰調車場兩類，常見于編組站、車站貨場、專用線、存車場、客技站、車輛段、機務段、港口和企業鐵路。

上述調車場的進路控制目前沒有統一的解決方案，只有針對特定功能車場不同的解決方案。例如用于駝峰調車場的駝峰自動化系統。用于機務段的股道自動化系統。以列車進路控制為主兼調車進路控制的一般車站聯鎖系統常被用于調車場作為集中控制裝備，但對調車場而言設備昂貴且效率不高，缺乏針對性，因此大部分調車場和車站的貨場仍采用現場手扳道岔的原始作業模式。目前應用于特定調車場的分門別類控制系統雖然構成各不相同，但是尚且沒有出現將控制模塊放在室外控制/采集對象近旁的離散式結構。

駝峰自動化系統，我國現行有多種型號專門應用于駝峰調車場的控制系統，例如中國市場上應用較為廣泛的TW-2型、TBZKⅡ型和TYWK型駝峰自動化系統，針對駝峰溜放作業中的車輛溜放進路控制和溜放速度控制功能較為完善，但是無一例外所有控制主機和控制單元均集中在室內，通過電纜實回線與現場各種現場采集和執行設備連接，連接對象有雷達探測器、測重裝置、測長裝置、計軸傳感器、車輛減速器、道岔轉轍機、軌道電路、信號機等。

由于大量現場采集與控制裝置距離室內集中控制設備有數百米距離，通過較長的電纜連接，存在一些缺點和不足：

1，電纜使用數量大，敷設電纜的建筑安裝費用高。

2，諸如計軸、雷達、測長、測重等裝置信號較弱，在長距離傳輸過程中容易受到電磁干擾而影響信號采集精度，進而影響控制精度和性能。

3，大量放射性布局的連接線纜是雷電侵入的最薄弱環節，容易遭受雷電感應而損毀室內外電子和電氣裝置。

現有技術之二，車站計算機聯鎖系統，我國現行有多種型號應用于大、中、小各種規模車站的進路集中控制，例如中國鐵路市場上目前廣泛應用的TYJL系列、DS6系列、JD-1A系列和iLOCK系列等各種計算機聯鎖系統。車站聯鎖系統以列車進路控制為核心，一般均兼容調車進路控制的功能，因此被用于部分調車場，車站聯鎖系統甚至為調車作業考慮了平面溜放等特殊功能。

這類設備應用于調車場存在以下缺點和不足：

1，由于車站聯鎖系統要在保障客運列車人身安全的前提下兼容調車控制，安全等級通常按照頂格設計，技術復雜，價格昂貴，對于以調車作業為主的調車場要付出不必要的高昂代價。

2，車站聯鎖系統通常采取嚴控軟件的修改和升級以降低安全風險，當車站聯鎖應用于調車場時，這種嚴謹性壓制了調車場的個性化需求和作業靈活性需求。

3，各種車站聯鎖無一例外所有控制主機和控制單元均集中在室內，通過電纜實回線與現場長達數公里遠的各種道岔轉轍機、軌道電路、信號機等連接，電纜使用數量大，敷設電纜的建筑安裝費用高。

4，控制單元和聯鎖設備的集中形成大量遠而且放射型連接線纜是雷電侵入的最薄弱環節，容易遭受雷電感應而損毀室內外電氣設備。

5，有些連接調車場/車站的專用線道岔，離信號樓的距離超出了集中控制設備的極限范圍而無法納入集中控制。

現有技術之三，機務段道岔集中電氣控制系統，也稱“機務段股道管理自動化系統”，我國現有型號為JDK-1/JDK-2，專門用于機務段內機車走行調車進路的控制。這類系統與車站聯鎖系統的調車進路功能差不多，但是考慮了機務段內調車作業的靈活性，以及部分機務段作業的特殊需求。其結構也是集中式，室內控制設備通過電纜實回線與現場各種現場道岔轉轍機、軌道電路、信號機連接。

由于大量現場控制與采集裝置距離室內集中控制設備運至數百米，通過較長的電纜連接，存在一些缺點和不足。

1，該系統僅限于應用在調車場中的鐵路車輛段。

2，電纜使用數量大，敷設電纜的建筑安裝費用高。

3，大量呈放射性的連接線纜是雷電侵入的薄弱環節，容易遭受雷電感應而損毀室內外電子/電氣裝置。

技術實現要素：

針對上述技術問題，本發明提供一種繼電器接口電路，相對現在應用于調車場的各類集中控制設備或自動化系統，本發明提供的調車場離散控制系統，適用于調車場的全新結構與制式的離散式控制系統，設計不同類別的戶外型控制模塊。

具體技術方案為：

調車場離散控制系統，包括道岔模塊、減速器模塊、峰頂模塊；

所述的道岔模塊是由戶外型處理器和相應的接口子模塊組成，每個道岔模塊對應一組道岔，驅動道岔轉轍機和采集道岔表示，還采集該道岔區段以及道岔前后相鄰區段的軌道電路，并采集/驅動道岔前后相鄰調車信號機；還包括繼電器接口電路，繼電器接口電路在控制計算機與現場控制/采集裝備之間，由繼電器邏輯實現最底層的安全防護和大功率驅動；

所述的減速器模塊，由戶外型處理器和相應的接口子模塊組成；所述的減速器模塊用于駝峰調車場減速器控制，一個控制模塊對應一組減速器；還包括減速器控制所需要的測速雷達、計軸傳感器、軌道電路、測長采集機構；

所述的戶外控制模塊，包括道岔模塊、減速器模塊、峰頂模塊。

其中，所述的道岔模塊是由戶外型處理器和相應的接口子模塊組成，每個道岔模塊對應一組道岔，除驅動道岔轉轍機和采集道岔表示外，還采集該道岔區段以及道岔前后相鄰區段的軌道電路，并采集/驅動道岔前后相鄰調車信號機；還包括繼電器接口電路，繼電器接口電路在控制計算機與現場控制/采集裝備之間，由繼電器邏輯實現最底層的安全防護和大功率驅動。

所述的減速器模塊，由戶外型處理器和相應的接口子模塊組成；所述的減速器模塊用于駝峰調車場減速器控制，一個控制模塊對應一組減速器；還包括減速器控制所需要的測速雷達、計軸傳感器、軌道電路、測長采集機構；

所述的峰頂模塊，由戶外型處理器和相應的接口子模塊組成；所述的峰頂模塊用于駝峰調車場峰頂設計的模塊，一個模塊對應一個峰位，所控制的對象是駝峰主體信號機和電鈴，采集對象包括安裝在推送線上的測速雷達、峰頂按鈕柱、測重傳感器和峰頂雙向計軸傳感器；峰頂模塊負責駝峰信號機的控制。

戶外控制模塊布局在鐵路調車場的軌旁，貼近控制與采集對象?；跀祿ㄐ偶夹g將室外控制模塊與中心服務器連接組網，構成完整的控制系統或自動化系統。

本發明提供的調車場離散控制系統，適用于所有調車場的離散控制，根據調車場的共性提出統一的解決方案。調車場離不開道岔轉轍機、信號機和軌道電路這三個基本要素，因此本發明提供的戶外控制模塊之道岔模塊設計為以單組道岔為控制對象，順帶采集與控制道岔前后方軌道電路與信號機，形成標準化調車場道岔控制模塊。

相比調車場已存在的集中控制系統，本發明所提供的調車場離散控制系統案具有以下優勢：

1，中心與戶外控制模塊之間采用光纖甚至無線作為傳輸通道，替代大量的電纜實回線，可大大減少電纜及敷設費用；

2，取消中心繼電器組合架/組合柜和分線盤，節省了工程安裝費用；

3，現場設備特殊用電由信號電源屏集中供電，改為以控制模塊為單位的分散供電，降低了信號供電設備的費用；

4，房屋面積要求大大降低，節省了房屋建筑費用；

5，系統的設計和安裝大大簡化，安裝實施工作量減少，可壓縮工程實施周期和費用；

6，系統防電磁干擾和防雷電性能大大提高，提供了系統的可靠性和可用性；

7，調車場內超遠距離道岔可實現控制，突破了過去的限制。

另外，不同用途的調車場采用包容性的標準化離散式結構，戶外控制模塊同型同款，硬件和軟件保持一致和通用，調車場之間的差異僅僅通過中心服務器軟件和數據的變化，能滿足不同類型和功能調車場作業靈活性、功能擴展和個性化需求。

目前許多調車場沒有條件裝備控制系統最主要的原因是投資成本和個性化需求。適度降低安全要求，不同類型調車場離散控制系統軟件的開發、升級和優化不受羈絆，可有效地降低研發成本，降低系統的造價。同時中心服務器軟件具備條件設計成貼心、周到和包容的多功能軟件，更大限度地滿足各種類型調車場的個性化需求。

附圖說明

圖1為實施例中的駝峰調車場離散控制系統結構圖；

圖2為實施例中的基于有線通信的平面調車場離散控制系統結構圖；

圖3為實施例中的基于無線通信的平面調車場離散控制系統結構圖；

圖4為實施例中的道岔模塊結構圖；

圖5為實施例中的減速器模塊結構圖；

圖6為實施例中的峰頂模塊結構圖；

圖7為實施例中的調車場離散控制流程結構圖。

具體實施方式

結合附圖說明本發明的具體實施方式。

本發明所述的調車場離散控制系統的整體結構，提供三個不同應用實施例。分別如圖1、圖2和圖3所示，屬于三個不同的應用實施案例。圖1是應用于駝峰調車場的離散控制系統，由于駝峰調車場不僅需要進路控制，還需要調節溜放車輛的速度，因此現場除道岔模塊外，還需要減速器模塊和峰頂模塊，他們均屬于戶外控制模塊；圖2是應用于平面調車場的離散控制系統，采用有線通信技術，現場只配一種道岔模塊；圖3也是應用于平面調車場的離散控制系統，現場每組道岔配置一個道岔模塊，所不同的是采用無線通信技術。上述三個應用案例結構均由人機界面、中心服務器和不同的戶外控制模塊三部分組成。

人機界面設備可采用瘦客戶機或臺式電腦，設在控制室，數量按需配置，實現調車場的集中監控與維護，與中心服務器通過網絡連接。

中心服務器可采用商用服務器或工業控制計算機，沒有開關量輸入輸出要求，數量按需設置并滿足冗余要求，設在控制中心機房的機柜內。中心服務器獲取從戶外控制模塊采集到的數據，實現跨越控制模塊的邏輯運算，并將運算結果發送至各控制模塊分別執行。

戶外控制模塊布局在鐵路調車場的軌旁，貼近采集與控制對象。各種戶外控制模塊采用PLC技術或嵌入式微處理器技術，通過接口直接連接現場傳感器和執行設備，負責采集與驅動，實現底層控制邏輯運算。

該結構以往不同的是現場就近安裝的戶外控制模塊與中心服務器之間采用計算機通信技術，而沒有電纜實回線傳輸電信號。通信通道可以采用不同制式的無線通信技術，例如WLAN或數傳電臺。也可以采用不同制式的有線通信技術，例如工業以太網(PROFINET)技術或現場總線(PROFIBUS)技術，傳輸介質可選擇光纖或對絞線。

戶外控制模塊的標準化設計，其中之一是道岔模塊。如圖4所示，道岔模塊是由戶外型處理器和相應的接口子模塊組成。調車場的共性是現場都離不開道岔轉轍機、信號機和軌道電路這些基本要素。雖然不同調車場的進路控制需求可能有所差別，但是規劃成以單個道岔為中心，采集與控制道岔前后方軌道電路與信號機的模塊，可以實現跨調車場實現硬件和軟件上的一致性和通用性，即標準化道岔模塊。不同調車場的差異僅限于中心服務器的數據或(和)邏輯運算軟件。具體而言，每個道岔模塊對應一組道岔，除驅動道岔轉轍機和采集道岔表示外，還采集該道岔區段以及道岔前后相鄰區段的軌道電路，并采集/驅動道岔前后相鄰調車信號機。

調車場沒有客運，大都是貨運或沒有乘客的客車底，不涉及旅客人身安全，具有大體一致的安全級別要求，可選擇有別于車站聯鎖系統的恰當的統一安全策略，以降低控制系統的成本和提高靈活性。

按照傳統調車場現行不同集中控制系統的實現方式，在控制計算機與現場控制/采集裝備之間還需要有繼電器接口電路，由繼電器邏輯實現最底層的安全防護和大功率驅動，這些繼電器安裝在室內機械室的組合架上。由電子電路技術取代繼電器接口技術是鐵路車站/調車場信號控制的發展趨勢，但繼電器技術仍然是目前主要選項。本發明采用戶外道岔模塊構建離散式控制系統，其體積大、抗震弱的鐵路安全型繼電器將無處放置，全電子接口電路和控制模塊的軟件取代鐵路安全型繼電器成為必然。因此本方案的道岔模塊包含戶外型的全電子接口。

另一個戶外控制模塊是減速器模塊，如圖5所示，它是由戶外型處理器和相應的接口子模塊組成。減速器模塊是針對駝峰調車場減速器控制設計的模塊，一個控制模塊對應一組減速器，除減速器驅動外還包含了減速器控制所需要的測速雷達、計軸傳感器、軌道電路、測長等采集。減速器模塊的軟件實現車輛經過時的速度閉環控制。

另一個戶外控制模塊是峰頂模塊，如圖6所示，它是由戶外型處理器和相應的接口子模塊組成。峰頂模塊是針對駝峰調車場峰頂設計的模塊，一個模塊對應一個峰位，所控制的對象是駝峰主體信號機和電鈴，采集對象包括安裝在推送線上的測速雷達、峰頂按鈕柱、測重傳感器和峰頂雙向計軸傳感器。峰頂模塊負責駝峰信號機的控制。

任何一種戶外控制模塊的總體量應該可以控制在一個鐵路標準信號室外箱(XB2)的容積范圍內，也可以定制戶外專用箱體。

人機界面、中心服務器和戶外控制模塊三者之間的功能分工與主要流程方法可由圖7所表述。其中調車場圖形站場表示和進路操縱辦理的處理在人機界面設備中實現；調車場進路控制邏輯運算和速度控制數學模型運算(駝峰)在中心服務器中實現；道岔控制邏輯和調車信號機控制邏輯運算在道岔模塊中實現；減速器控制模型與邏輯運算在減速器模塊中實現；駝峰信號機控制邏輯運算在峰頂模塊中實現。各運算與處理軟件模塊之間的信息交換通過網絡數據通信技術承載。