智能鐵路運輸系統(tǒng)在三鋼鐵路的應(yīng)用

游謝睿

摘 要：建立統(tǒng)一硬件平臺、統(tǒng)一軟件平臺和統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)平臺下的工礦企業(yè)智能鐵路運輸系統(tǒng)，打破傳統(tǒng)按專業(yè)建立的孤島式信息及控制系統(tǒng)。實現(xiàn)生產(chǎn)過程管理和生產(chǎn)過程控制的深度集成和統(tǒng)一，實現(xiàn)管控一體與協(xié)同控制。提高鐵路運輸生產(chǎn)效率，保障鐵路行車安全，減少人為因素造成的各種事故。

關(guān)鍵詞：協(xié)同控制;深度集成;管控一體;北斗/GPS;鐵路信號;TCP/IP

1 概述

近年來隨著我國經(jīng)濟的騰飛，信息化技術(shù)、自動化技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)得到了前所未有的發(fā)展，大量先進的科技產(chǎn)品得到廣泛應(yīng)用。各行各業(yè)根據(jù)自身需求在生產(chǎn)過程管理及生產(chǎn)過程控制中建立了基于現(xiàn)代信息化技術(shù)、自動控制技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的行業(yè)專用系統(tǒng)，這些系統(tǒng)極大地提高了生產(chǎn)效率。但是，隨著這些自動化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)的深入應(yīng)用問題也隨之而來，現(xiàn)有模式下架構(gòu)的系統(tǒng)基本上都為“煙囪”式的信息孤島系統(tǒng)，系統(tǒng)與系統(tǒng)之間完全獨立架構(gòu)，相互之間“死不往來”。系統(tǒng)信息化系統(tǒng)、控制系統(tǒng)之間無法實現(xiàn)系統(tǒng)控制，數(shù)據(jù)交互與協(xié)調(diào)完全由人工進行。網(wǎng)絡(luò)建設(shè)重復(fù)、復(fù)雜，網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量參差不齊。因此，在統(tǒng)一硬件平臺、統(tǒng)一軟件平臺和統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)平臺下重新構(gòu)建信息化、自動化和網(wǎng)絡(luò)化的全新智慧生產(chǎn)系統(tǒng)勢在必行。

1.1 三鋼物流公司概況

三鋼物流公司鐵路運輸由物流調(diào)度，南站作業(yè)區(qū)、北站作業(yè)區(qū)、鐵區(qū)作業(yè)區(qū)組成。南站作業(yè)區(qū)域包括南站、原料站，北站作業(yè)區(qū)包括北站、軋區(qū)、焦區(qū)，鐵區(qū)作業(yè)區(qū)包括鐵區(qū)、6號高爐區(qū)域。物流調(diào)度負(fù)責(zé)全廠線路的總體協(xié)調(diào)和生產(chǎn)組織，南站區(qū)負(fù)責(zé)路局列車接發(fā)，局車編組發(fā)出、局車解體和區(qū)域內(nèi)部分廠之間物資運輸，北站區(qū)域主要負(fù)責(zé)局車接車，局車解體和區(qū)域內(nèi)分廠之間的物資運輸，鐵水區(qū)域主要負(fù)責(zé)廠內(nèi)車包括煉鐵廠、煉鋼廠之間的鐵水運輸。目前三鋼物流公司所有鐵路車站都建立了傳統(tǒng)的集中式信號聯(lián)鎖系統(tǒng)，并以區(qū)域為單位分別在南站、北站、鐵區(qū)和物流調(diào)度設(shè)置服務(wù)器，并以區(qū)域為單位建立調(diào)度指揮系統(tǒng)。三鋼鐵路建立的信息化系統(tǒng)、集中式微機聯(lián)鎖系統(tǒng)運行至今也有10多年，部分設(shè)備接近20年。系統(tǒng)在建立之初采用計算機取代了原始的手工模式，在生產(chǎn)安全性、可靠性和效率方面與人工模式相比具有非常大的進步，滿足了當(dāng)時運輸生產(chǎn)需要。但隨著三鋼生產(chǎn)規(guī)模擴大，鐵路運量翻倍增長，鐵路生產(chǎn)業(yè)務(wù)、鐵路調(diào)運模式、鐵路作業(yè)方式都發(fā)生了很大的變化，并且隨著原有信息化和信號系統(tǒng)設(shè)備的老化，原有系統(tǒng)和設(shè)備已無法滿足現(xiàn)有鐵路運輸作業(yè)要求，需對現(xiàn)有系統(tǒng)進行升級改造。

2 方案設(shè)計

2.1 方案總體設(shè)計

三鋼智能信息運輸系統(tǒng)是在統(tǒng)一硬件、軟件、網(wǎng)絡(luò)平臺下深度集成的綜合應(yīng)用，系統(tǒng)涵蓋三鋼廠區(qū)的所有鐵路線路，并通過統(tǒng)一接口與集團公司鐵前MES系統(tǒng)共享數(shù)據(jù)及時正確了解鐵水及鐵運物流動態(tài)。各個子系統(tǒng)之間通過統(tǒng)一接口交換數(shù)據(jù)并實現(xiàn)協(xié)同控制。智能信息運輸系統(tǒng)總體規(guī)劃，分布實施。

2.2 智能物流調(diào)度系統(tǒng)設(shè)計

智能物流調(diào)度系統(tǒng)是運輸生產(chǎn)過程管理系統(tǒng)，系統(tǒng)通過計算機網(wǎng)絡(luò)接口為主、電話人工聯(lián)系為輔的方式獲取任務(wù)，采用多種方式編制調(diào)車作業(yè)計劃，調(diào)度人員確認(rèn)無誤后，自動通過鐵路信號微機聯(lián)鎖系統(tǒng)進行協(xié)同控制，自動辦理聯(lián)鎖系統(tǒng)進路，實現(xiàn)多臺機車同時（并行）作業(yè)的運輸智能調(diào)度指揮系統(tǒng)。建立信息化系統(tǒng)服務(wù)器、建立包含全廠區(qū)域的調(diào)度指揮業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫、線路數(shù)據(jù)庫等，將三鋼鐵路運輸?shù)母鱾€作業(yè)區(qū)域和處調(diào)作為一個整體考慮。通過北斗/GPS系統(tǒng)建立高精度機車定位系統(tǒng)實現(xiàn)作業(yè)過程的精確定位，實現(xiàn)行車過程的動態(tài)監(jiān)控。

2.3 聯(lián)鎖系統(tǒng)設(shè)計

聯(lián)鎖系統(tǒng)是鐵路信號控制的核心設(shè)備，是鐵路安全行車的基礎(chǔ)。根據(jù)三鋼鐵路站場分布特點和總體設(shè)計需要，聯(lián)鎖系統(tǒng)采用分布式網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，采用TCP/IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)作為聯(lián)鎖系統(tǒng)的核心傳輸平臺，以網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)架構(gòu)，綜合考慮站場室內(nèi)室外需要。采用通信網(wǎng)絡(luò)取代了傳統(tǒng)的電纜，高度集成的功能模塊取代傳統(tǒng)的復(fù)雜繁瑣的電氣組合，模塊之間通過標(biāo)準(zhǔn)TCP/IP網(wǎng)絡(luò)通信。實現(xiàn)在統(tǒng)一平臺下和智能物流調(diào)度的深度集成和融合。聯(lián)鎖系統(tǒng)與運輸生產(chǎn)過程管理系統(tǒng)實現(xiàn)網(wǎng)際協(xié)同，與智能物流調(diào)度實現(xiàn)無縫集成。

2.4 協(xié)調(diào)控制設(shè)計

通過行車計劃、行車邏輯、聯(lián)鎖系統(tǒng)基本進路表、列車長度、機車起始位置等自動生成信號聯(lián)鎖系統(tǒng)行車進路控制命令。協(xié)同控制單元向信號聯(lián)鎖系統(tǒng)發(fā)送行車進路控制命令，并監(jiān)控信號聯(lián)鎖系統(tǒng)的命令執(zhí)行狀態(tài)，信號聯(lián)鎖系統(tǒng)成功執(zhí)行進路命令并辦理行車進路，機車行走完成進路，進路解鎖，機車停車后，協(xié)同控制單元發(fā)送下一進路命令。協(xié)同控制單元同時辦理站場上的所有機車行車進路，并保證進路符合安全聯(lián)鎖關(guān)系。

當(dāng)信號聯(lián)鎖系統(tǒng)出現(xiàn)故障并影響到某列機車的行車進路辦理時，協(xié)同控制單元暫停受影響進路的自動辦理并報警，未受影響機車正常辦理執(zhí)行。值班人員在任何時候都能夠人工介入暫停、刪除、修改未辦理的行車進路命令。

2.5 車載設(shè)備設(shè)計

車載設(shè)備實現(xiàn)機車定位、機車速度及運行方向采集、聯(lián)鎖信號顯示，行車安全控制、作業(yè)計劃打印等功能。采用CPCI前出線的標(biāo)準(zhǔn)19英寸機箱，將電源、CPU、北斗/GPS定位、通訊、速度采集等設(shè)計為標(biāo)準(zhǔn)CPCI結(jié)構(gòu)板卡，根據(jù)現(xiàn)場實際應(yīng)用安裝不同板卡實現(xiàn)不同的應(yīng)用。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

在統(tǒng)一設(shè)計思路模式下，智能調(diào)度系統(tǒng)、協(xié)調(diào)控制軟件采用JAVA語言開發(fā)，數(shù)據(jù)庫采用MySQL開發(fā)。系統(tǒng)軟件主框圖如圖1：

3.1 智能調(diào)度軟件開發(fā)

智能調(diào)度軟件由調(diào)度業(yè)務(wù)模塊、通訊模塊、跟蹤定位模塊等構(gòu)成。每個業(yè)務(wù)模塊在后臺建立一個主進程服務(wù)，每個服務(wù)中根據(jù)業(yè)務(wù)需要建立對應(yīng)的工作線程，如果需要處理大量的實時數(shù)據(jù)，系統(tǒng)將為線程指定服務(wù)器核心。

軟件主處理單元：

public static void main（String[] args） {

SpringApplication.run（HzlxApplication.class， args）; ?// 開啟網(wǎng)絡(luò)服務(wù)

new Thread（udpGetRunnable）.start（）; // UDP報文解析線程

new Thread（udpReceiveRunnable）.start（）; // UDP報文接收線程

new Thread（udpSendRunnable）.start（）;// UDP報文發(fā)送線程

new Thread（genZongRunnable）.start（）; ?// 火車前方進路追蹤線程

new Thread（autoRouteRunnable）.start（）; // 自動進路線程

new Thread（gpsLocateRunnable）.start（）; // GPS定位線程

new Thread（trainRouteRunnable）.start（）; ?// 火車前方進路線程

new Thread（fastUdpGetRunnable）.start（）;// 快速直達UDP報文接收/解析線程

new Thread（lowSpeedRunnable）.start（）;// 低速處理線程

}

3.2 數(shù)據(jù)庫開發(fā)

以物流公司為基礎(chǔ)建立唯一的數(shù)據(jù)庫，根據(jù)功能和應(yīng)用需要建立不同的數(shù)據(jù)表格，數(shù)據(jù)表格總設(shè)計為動態(tài)數(shù)據(jù)表、歷史數(shù)據(jù)表和基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)表。為了便于區(qū)分動態(tài)表采用_d結(jié)尾，歷史表采用_h結(jié)尾，信息表采用_i結(jié)尾?，F(xiàn)車表、調(diào)度計劃表、主站表等屬于動態(tài)表格，現(xiàn)車表歷史數(shù)據(jù)表格屬于歷史記錄表，已完成了的調(diào)度計劃表屬于歷史表格。下表為現(xiàn)車表，表名：now_local_d。

3.3 線路數(shù)據(jù)開發(fā)

線路數(shù)據(jù)庫由基礎(chǔ)數(shù)據(jù)層，設(shè)備層和邏輯運算層等組成?；A(chǔ)數(shù)據(jù)層由經(jīng)緯度坐標(biāo)點系和線路公里標(biāo)構(gòu)成的線路最基本和最小顆粒度信息，主要包含但不僅限于以下內(nèi)容：坐標(biāo)點經(jīng)緯度、海拔高度，每坐標(biāo)點對應(yīng)的線路公里標(biāo)，數(shù)據(jù)版本、測繪信息等基礎(chǔ)輔助信息等。設(shè)備層主要包括但不僅限于以下信息：道岔坐標(biāo)（岔心坐標(biāo)），信號機坐標(biāo)，絕緣節(jié)坐標(biāo)，道口范圍，關(guān)鍵設(shè)備坐標(biāo)（高爐、轉(zhuǎn)爐），數(shù)據(jù)版本、測繪信息等基礎(chǔ)輔助信息。邏輯層根據(jù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)層、設(shè)備層并結(jié)合行車進路、聯(lián)鎖關(guān)系、站場限速等生成邏輯數(shù)據(jù)層，邏輯運算層為中間應(yīng)用層，包含中間數(shù)據(jù)及一些基礎(chǔ)運算處理。

3.4 協(xié)同控制軟件開發(fā)

協(xié)同控制軟件運行在系統(tǒng)服務(wù)器，采用JAVA語言開發(fā)，協(xié)調(diào)控制軟件與智能調(diào)度軟件屬于同一系統(tǒng)中不同應(yīng)用服務(wù)器。

協(xié)同控制主程序：

initDb（）; // 開始初始化調(diào)別

while （true） {

currTime = System.currentTimeMillis（）;

updateDcd（）; // 計劃數(shù)據(jù)同步

cleanExecutedDcd（）; // 已完成計劃清理

executeSendingDcd（）; // 發(fā)送分段發(fā)送的進路

judgeDcdExecuted（）; // 判斷執(zhí)行完成

updateFirstDcd（）; // 查找從列車位置到第一個計劃之間的進路

judgeBack（）; // 判斷原路返回

dcdSelect（）; // 計劃篩選 將所有待執(zhí)行的進路入池

selectByLiansuo（）; // 將所有不滿足聯(lián)鎖條件的進路剔除

setTrainPower（）; // 設(shè)置權(quán)限 并排序

getWaitPool（）; // 得到等待池中的

sendWaitPool（）; // 將等待池中所有的進路發(fā)送

}

3.5 車載軟件設(shè)計

車載軟件采用QT開發(fā)，車載軟件包含站場顯示單元、北斗GPS定位單元、通訊單元、IO處理單元、調(diào)車計劃顯示及打印單元、速度控制單元等構(gòu)成。車載主程序如下：

Widget：：Widget（QWidget *parent）

： QWidget（parent）

， ui（new Ui：：Widget）

，timer（this）

{

ui->setupUi（this）;

instance = this;

initWidget（）;

readPointData（）; ? ? ? ? ? //讀取線路數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)

readFromConfigFile（）; ? ? //讀取配置文件

readDevice（）; ? ? ? ? ? ?//讀取站場設(shè)備文件

displayDevice（）;

initUtils（）;

startTimer（）; ? ? ? ?//開啟刷新界面的計時器

startCommThread（）; ? //開啟接收線程

startIOThread（）; ? ? //開啟讀io線程

startGpsThread（）; ? ? ?//開啟GPS處理線程

onBoot（）;

player.setPlaylist（&play_list）;

}

4 結(jié)束語

三鋼鐵路智能信息運輸系統(tǒng)是在統(tǒng)一硬件、軟件、網(wǎng)絡(luò)平臺下深度集成的綜合應(yīng)用，系統(tǒng)涵蓋三鋼廠區(qū)的所有鐵路線路，并通過統(tǒng)一接口與集團公司鐵前MES系統(tǒng)共享數(shù)據(jù)及時正確了解鐵水及鐵路運輸物流動態(tài)。各個子系統(tǒng)之間通過統(tǒng)一接口交換數(shù)據(jù)并實現(xiàn)協(xié)同控制。系統(tǒng)首期在三鋼鐵路原料站、北站區(qū)域、6#高爐區(qū)域得到應(yīng)用。目前系統(tǒng)運行良好，系統(tǒng)開通運行至今穩(wěn)定安全可靠，達到了預(yù)期結(jié)果。

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