河南辉煌STP无线调车系统说课材料.docx

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河南辉煌STP无线调车系统说课材料

河南辉煌STP无线调车系统

河南辉煌科技股份有限公司STP无线调车机车信号系统技术方案

河南辉煌科技股份有限公司

1背景概述

无线调车机车信号和监控系统（以下简称“系统”）是新一代CTC的配套项目之一。

“系统”依据铁总运【2014】182号《无线调车机车信号和监控系统暂行技术规范》（替代原铁道部运输局运基信号[2003]331号技术条件）、《无线调车机车信号和监控系统（STP）运用维护管理办法》（运基信号［2011］381号）及其他相关的技术文档进行开发和设计的。

实现了无线调车机车信号显示、调车作业单由地面无线上传机车、调车作业单及工作情况实时显示等功能，同时可以对调车作业全过程进行安全防护。

调车司机能看到车站站场的实际情况，对车站的存车及进路开放情况一目了然，使调车作业更加透明。

同时系统在必要时进行制动控制，避免人为麻痹、疏忽造成调车事故的发生。

2系统整体方案

2.1设计原则

无线调车机车信号和监控系统是涉及行车的产品，在产品的研制过程中始终遵循故障导向安全原则（即当设备出现故障时应使其进入一种不危及其它并且自身故障不再扩大的状态），在此原则基本上兼顾以下原则：

Ø可靠性：

系统应保证长期安全地运行。

系统中的硬软件及信息资源应满足可靠性设计要求。

Ø安全性：

系统应具有必要的安全保护和保密措施，有很强的应对计算机犯罪和病毒的防范能力。

Ø容错性：

系统应具有较高的容错能力，有较强的抗干扰性。

对各类用户的误操作应有提示或自动消除的能力。

Ø可扩充性：

系统的硬软件应具有扩充升级的余地，不可因硬软件扩充、升级或改型而使原有系统失去作用。

Ø先进性：

在实用的前提下，应尽可能跟踪国内外最先进的计算机硬软件技术、信息技术及网络通信技术，使系统具有较高的性能指标。

Ø易操作性：

贯彻面向最终用户的原则，建立友好的用户界面，使用户操作简单直观，易于学习掌握。

2.3系统总体结构

系统由车载部分和地面部分组成，其中车载部分包括车载主机、车载数传天线、查询主机、查询天线、LKJ调监接口盒、车载打印机、以及配套的连接线缆等设备。

地面部分包括地面主机、电务维护终端、车务终端、地面机柜、交换机、UPS、倒机单元、数传单元等。

2.3.1系统流程图

系统涉及车务、机务、电务部门等多个部门，系统主要业务流程（如图2-1）。

（图2-1系统流程）

2.3.2系统结构示意图

系统设备结构示意图（如图2-2）。

（图2-2设备结构示意图）

Ø地面控制机柜：

集成了地面主机、电务维护终端、数传单元、以太网交换机、UPS等（如图2-3）。

安装在信号机械室内，通过RS422接口接收联锁系统的站场信息，通过无线方式和机车交换数据，通过TCP/IP和车务终端交换数据，其中地面主机采用双机热备方式，保证系统的可靠性运行。

（图2-3地面系统结构）

Ø车务终端：

为车务设置的用于监视调车作业进程和接收、录入、打印调车作业通知单的终端设备。

通过系统参数设置区分值班员终端和上位机终端。

终端以图形方式显示站场实时信息，以图标方式显示机车在站场中的实时位置，以表格方式显示作业单和作业勾序。

其差别在于可否向机车发送作业单和查询历史信息。

安装在区长室或任意可以和地面控制机柜通过网线相连的地方（如图2-4）。

（图2-4车务终端）

Ø电务维护终端：

为电务维护设置的用于实时显示、记录、回放站场状态及设备状态、网络状态、故障等信息的终端设备（如图2-5）。

（图2-5电务维护终端）

Ø点式应答器：

用于机车初始定位和机车位置校正。

主要安装在站场的控制区与非控制区的分界点、站场出入口、站场特殊调车作业区段等，用来对机车位置进行校正。

（图2-6点式应答器）

Ø无线数传单元：

集成在地面控制机柜中。

用于地面和机车的无线通信，地面数传单元（电台）天线距离地面高度宜大于15m，天线安装架应设避雷针。

当信号楼顶有更高天线或避雷针时,数传天线可以装到楼顶,否则要安装到铁通的通讯塔上（如图2-7地面数传单元）。

（图2-7地面数传单元）

Ø车载天线：

机车天线安装在机车顶部，如信号不影响可以安装在机车顶部的侧面（向信号楼的方向），防止低矮物挂断天线，与其他天线的距离应大于30cm。

Ø车载主机：

主机集成数传电台、工业控制计算电路板等相关部件，接收车载查询主机的应答器位置信息，与地面主机进行无线通信，执行信息计算及处理，向LKJ发送调车机车信号和监控信息并接收其相关信息的车载设备。

根据机车的型号安装在机车司机室或电器间内（如图2-8）。

（图2-8车载主机）

Ø查询主机：

与应答器查询天线配套使用，与车载主机相连，接收地面应答器的信息，再传送给车载主机应答器信息。

安装在机车司机室或电器间内（如图4-9）。

（图2-9查询主机）

Ø查询天线：

与点式查询主机相连，收到地面应答器的信息后传给查询主机。

安装在机车信号感应线圈安装装置的横梁上的中间位置，满足相关限界要求（如图2-10）。

（图2-10查询天线）

2.4供电及安全方案

2.4.1供电要求

Ø地面主机及电务维护终端的供电电源功率不小于2000W，由信号电源屏供电，其电压为220VAC±3％。

Ø当信号电源屏不具备不间断供电性能时，应配置不间断电源。

Ø车务终端的供电电源功率不小于500W，应采用信号电源屏或其他可靠电源供电，其电压为220VAC±10％。

Ø车载设备供电：

车载主机额定供电电压为110VDC/74VDC，电压波动范围为0.7～1.25倍额定电压。

车载主机的供电电源功率不小于200W，内部应设有短路保护或过流保护。

当机车额定工作电压是其他值时，按GB/T25119《轨道交通机车车辆电子装置》执行。

2.4.2防雷、接地、电磁兼容要求

Ø安全防雷

雷电主要通过电源系统、通信通道端口对正在运行的系统造成损害。

为保证整个系统的稳定运行必须注重防雷技术的运用。

为了保证系统的可靠、稳定的运行，解决好抗干扰、电磁兼容也是重要因素。

各种防雷单元的主要元器件均为国外进口，具有通流容量大、漏流小、断续流能力强、技术参数稳定、使用寿命长、现场维修量小等特点，各项技术性能指标满足“铁路信号设备雷电防护办法”的要求。

Ø接地要求

地线名称

接地电阻

对地阻值

防雷地线

≤10欧

设备地线

≤4欧

直流悬浮地

≥1兆欧

Ø电磁兼容要求

地面机柜及内部设备电磁兼容符合GB/T24338.5-2009《轨道交通电磁兼容第4部分：

信号和通信设备的发射与抗扰度》第5条及第6.2条相关内容。

车载主机电磁兼容符合GB/T24338.4-2009《轨道交通电磁兼容第3-2部分：

机车车辆设备》第7条及第8条相关内容。

3技术原理

系统技术原理从信息接收、无线传输、机车定位、车列跟踪等方面进行描述。

3.1信息接收

调车作业安全防护需要获取电气集中车站调车作业区的信号机显示状态、道岔开通位置、轨道区段占用等站场实时信息（以下简称站场信息）和调车作业计划信息（以下简称作业单信息）。

站场信息从车站计算机联锁系统或TDCS/CTC获取，采用带光电隔离的RS422串口方式。

由车站计算机联锁系统或TDCS/CTC系统按约定的协议和数据格式向STP系统单向传送。

3.2无线传输

由于调车机车是一个移动物体，调车作业区的站场线路又十分复杂，无法利用轨道电路、应答器等方式传递信息。

所以，系统车载与地面部分的信息交换只能通过无线方式传递。

按照铁道部关于“统一标准、统一制式”的精神，“系统”采用专用频段专用无线数传电台完成车、地间的信息传输。

各站场和作业区的频点也由铁道部统一规划制定。

为了保证系统技术条件所规定的响应时间，对车、地间需要交换的各种信息进行以下归类和分别处理。

第一类站场动态信息：

特点是信息量大，实时性要求高，但这种信息属于单方向公共信息。

所以，采取由车站基地电台按广播方式定时向空中发送，作业区的所有调车机车可以同时接收。

第二类车列跟踪信息：

特点是信息量小，但实时性要求高，而且必须双向互动。

所以，采取由车站基地台按应答轮询方式与指定的调车机车进行逐一依次双向数据交换。

第三类作业计划信息：

特点是信息量变化较大，但实时性要求不高。

所以，采取由车站基地台按插空方式向指定的调车机车发送。

以不大于2秒钟为一个周期，首先由车站基地台按广播方式定时发送站场信息；然后车站基地台按入网登记的调车机车顺序，进行轮询交换车列跟踪信息；轮询结束后如果有作业计划信息就发送作业计划信息，如果没有就等待下一个周期再开始广播站场信息和轮询跟踪信息。

如果作业计划信息大，在本周期内发送不完，则在下一个周期到来之前必须停止发送，待下一个周期轮询后的空挡继续发送，直至作业计划信息全部发完。

这种车、地间无线传输的组织方式既保证了实时信息的响应周期，又兼顾了非实时信息的数据发送。

3.3机车定位

在车站的入口处、集中区与非集中区的分界点、特殊作业区段设置地面无源应答器。

当机车经过时，安装在机车底部的车载查询天线向地面无源应答器发送能量激活应答器，应答器得电后循环发送固定报文，查询主机收到无源应答器的信息转发给车载主机，车载主机根据应答器的位置实现机车入网、退网、位置校正，从而实现模式切换和机车定位。

3.4车列跟踪

系统能够对调车车列进行安全防护，前提是必须知道车列动态的位置。

系统实现过程中要先测量出站场中各个轨道区段的实际长度，将站场信息数字化表示。

通过无线方式实现车站和机车实时通信，监控装置主机采集机车走行信息（速度、行驶方向、相对位移）。

从机车刷到应答器入网或人工定位开始，利用每个周期的位移和工况信息对当前机车进行位置跟踪。

根据机车前方开放的进路信息，利用车列前端轨道区段的空闲-占用变化、车列尾部经过的轨道电路的占用-空闲变化，计算和校正车列长度。

当机车定位后再次经过地面应答器时，进行车列位置修正，消除跟踪时产生的累计误差，提高跟踪车列位置的准确性。

3系统功能

3.1安全防护功能

3.1.1超速防护

机车运行时的实际速度必须低于限制速度，实际速度距离限制速度2km/h（可设）时启动减速告警，等于限制（可设）速度时，实施常用制动，实际速度超过限制速度3km/h（可设）时实施紧急制动，具体防控模式如下：

Ø空线走行模式：

在调车作业过程中，空线走行分为牵引最高限速40Km/h、推进最高限速30Km/h（具体以《站细》为准）。

Ø特殊车辆调车限速模式：

在调车作业单中设置当前钩作业允许的最高速度（限制速度），在整个作业过程中，监控装置实时监测机车当前速度，根据控制时机设置，可以分为语音告警、卸载、常用制动，紧急制动等四个级别，确保作业安全。

如上图整个钩作业过程不允许超过15km/h。

从钩作业开时监控装置就把当前限制速度设定为15km/h，机车的行驶速度只能低于该限速值，一直到这一钩作业结束，限速值才能恢复到普通调车限速值。

Ø特殊作业区调车限速模式：

根据车列前端位置距危险作业区的距离，实时进行限制速度计算，确保在车列低于限制速度进入危险作业区，杜绝在危险区超速行驶现象。

Ø道岔限速控制模式：

依据实时计算的车列长度和车列前端位置，动态搜索前方的限速设备，保证车列前端到达限速设备前将机车速度降低到限速以下，监视车列尾部完全通过道岔时，限速抬高恢复正常限速，在保证安全的情况下提高作业效率。

Ø驼峰调车限速模式：

在驼峰调车模式中，黄闪时速度命令为3～5km/h,绿色时速度命令为6～8km/h，绿闪时速度命令为9～15km/h。

预推速度一般为5～15km/h。

驼峰信号与速度命令的对应关系也可以根据用户要求适当调整。

Ø进路未开道岔限速模式：

根据机车手柄位置（机车行驶方向），搜索车列前方进路开放情况，若前方道岔未开通（前方道岔是断开状态或无表示），把道岔前方作为停车点，控制车列在未开通道岔前方停车，避免挤坏道岔，防止车列脱轨。

Ø紧急情况限速模式：

在作业过程中往往有一些意外事情妨碍正常的运输，比如推送车辆时前方突然有人横穿轨道、调车人员发现车辆有安全隐患等，这些情况只要发现情况的人员通过手持台发送停车指令，系统将自动停车，避免事故发生。

3.1.2阻挡信号机防护

机车或车列前方是蓝灯信号（或其它阻挡信号机如列兼调信号机）时，根据距离蓝灯（或其它阻挡信号机）的距离将防冒曲线限速，直到速度为零，不允许车列越过该信号机。

3.1.3连挂防护

进行连挂作业时，调车员根据目测距离通过手持台（既有设备）发送给监控装置，监控装置依据收到的指令对机车进行控制。

保证按照作业标准规定进行连挂作业。

机车或车列到存车区域进行连挂时，根据距离被连挂车辆的距离计算限制速度。

3.1.4存留车防护

股道存车防护是安全防护的一项重要功能，当车列准备进行入到有存车的轨道区段前，限制速度下降到存车线限制速度，接近20米时，限制速度下降到5km/h，防止超速连挂。

存留车防护注意事项：

<1>适用于集中区有轨道电路且分路良好；

<2>股道存留车必须为安装本调监的机车送入时；

<3>甩挂完成后，必须进行打点确认；

<4>目前对一次存车时，从两端进入股道时均可进行防护，多次存车时，对进入最近一次出清端可实现存留车防护，另一端距离未知按存车线固定限速。

3.1.5越区、转场防护

对一些较大的站场，可能根据不同的用途分成多个场进行作业，或把调车场划分为多个调车区，由多台机车分别进行作业，当机车需要从一个场进入到另一场作业时，需要乘务人员在场界或分区标前确认是否要越区或转场作业，人工确认后，可通过解锁越过场界或分区标；

3.1.6出站、跟踪调车

出站跟踪调车仅在一些特殊车站才存在，只准许在单线区间及双线正方向线路上办理，并须经列车调度员口头准许，邻站值班员同意，发给司机跟踪调车通知书。

在车列前端到达站界标时，必须停车确认，乘务人员确认出站调车单后，解锁后方可出站、跟踪作业，但最多只能越出站界500米。

注：

遇下列情况，禁止跟踪出站调车：

1.出站方向区间内有瞭望不良的地形或有连续长大上坡道（站名表由铁路局公布）；

2.先发列车需由区间返回，或挂有由区间返回的后部补机；

3.一切电话中断；

4.降雾、暴风雨雪时。

3.1.7尽头线防护

车列进入进头线时，动态计算车列前端距停车点的空闲距离，根据实时的空闲距离信息设定当前限制速度，保证车列在停车点前方停车。

可根据现场作业需要人工确认后才能在场动车，但动车速度严格控制在5km/h（可设）以下，防止车列冲撞土挡，保障在尽头线作业时的人员和车列安全。

注：

尽头线防护适用于在尽头股道空闲的情况下对进入尽头线车列的防护，若尽头线有轨道电路，仅提供作业车列接近存留车时对存留车进行连挂限速防护，否则不提供对尽头线存车的防护功能；

3.1.8从集中区到非集中区

在站场内，从集中区到非集中区是比较常见的一种作业模式，集中区一般是指有轨道电路，道岔为电动道岔，非集中区是指没有轨道电路，道岔为手动道岔，当机车从集中区到非集中区时，一般要求乘务人员一度停车，确认后可解锁进入非集中区。

3.1.9非集中区到集中区的控制模式

从非集中区到集中区时，当机车刷到埋在分界处的无源点式应答器后，机车会自动入网，接收站场的站场信息，根据进路情况进行防护。

注：

应在由集中区与非集中区分界处埋置应答器，当由非集中区进行集中区时自动入网；

3.2机车定位功能

3.2.1车列初始定位功能

系统在调车作业站场集中区与非集中区的各个入口端都埋设有地面应答器，调车机车经过地面应答器进入调车作业站场集中区时，从应答器获得机车所处的位置信息，系统从这个位置开始对机车随后的运行轨迹进行实时跟踪。

3.3机车跟踪功能

3.3.1集中区车列跟踪功能

跟踪经过车站入口进入车站的车列，显示车列占用的轨道区段名称，根据车列移动过程进行动态调整。

3.3.2非集中区机车位置跟踪功能

车站管辖范围内的线路，有些地方是只有轨道区段，没有表示电路为非集中区。

机车在这些线路上移动车辆时，能够跟踪并显示机车的移动过程，不再显示距离前方阻挡目标的距离信息。

3.3.3未入网机车模糊跟踪功能

对站内或通过机车，可设置标识机车号，并对不同的机车分别进行跟踪，以轨道电路区段为单位进行模糊跟踪。

3.4作业单处理功能

3.4.1作业单输入、编制功能

在终端提供表格，用来编辑作业单。

值班员可通过点击相应的按钮来增加、删除钩序，保存、打开作业单和关闭调车作业通知单窗口等，采用选择和输入相结合的方式使作业单编辑快捷方便。

3.4.2作业单上传机车功能

将作业单通过无线方式发送到制定的机车

3.4.3作业单车载、地面打印功能

在地面和机车上均能对方便的对作业单进行打印，打印机采用高速热敏打印机，纸张宽度63mm，纸张长度根据作业单内容的多少自动裁纸。

3.5显示告警功能

Ø当车列越过一架信号机时语音播报当前信号机的状态显示。

Ø机车在车站线路上移动时是有最高速度限制的，当机车的实际速度接近限制速度时，播报“减速”语音告警。

Ø机车在移动过程中，当速度、距离和信号达到控制界限时，系统输出控制指令，播报并记录该事件。

3.6数据记录分析功能

3.6.1调车作业过程实时信息记录功能

在地面主机、车载主机和监控装置主机中分别记录并保存调车作业过程的实时信息。

通过转储设备可以将车载主机和监控装置主机中记录的数据转移到地面设备，进行分析处理。

3.6.2历史信息回放功能

在车务终端上可以对调车作业的站场信息（信号机、道岔、区段占用）、作业单信息（单号、机车号、编制人、作业方式、开始时间、结束时间、作业股道、操作方法、加摘辆数等）、机车位置信息（前方信号机、速度、方向、工况）的历史记录进行回放。

如下图14：

车务终端历史回放界面（图14）

3.6.3原始数据分析功能

提供原始数据分析功能，方便接口数据的监视和问题分析。

3.7显示功能

3.7.1站场信息实时显示

在车载显示器和车务终端上提供图形方式的全站场实时状态显示，使乘务员不仅能够清晰直观的了解本车进路状况，还能够掌握周围及正线的实际状况，值班员能够清晰直观的了解站场情况和所有机车运行情况。

如下图15、16所示：

LKJ-2000型屏幕显示器显示界面（图15）

车务终端操作界面（图16）

3.7.2防护点、防护距离实时显示

在车载显示器和车务终端上文本方式实时显示调车作业关键状态信息如：

距前方信号机距离、限速、前方信号机状态等。

如上两图示

3.7.3机车位置实时显示

在车载显示器和车务终端上图标方式实时跟踪显示调车车列在调车作业区的位置，并在界面上以表格方式显示机车的运行信息如：

速度、方向等。

4工作环境条件

4.1地面室内设备使用环境条件

Ø工作环境温度：

+5℃～+40℃。

Ø相对湿度：

不大于85%。

Ø海拔高度不大于2500m。

4.2室外设备使用环境条件

Ø工作环境温度：

-40℃～+70℃。

Ø相对湿度：

10％～100%。

4.3车载设备使用环境条件

Ø外界环境温度：

-25℃～+40℃；内部空气温度-25℃～+45℃；但是直接临近电子元件处的空气温度可能在-25℃～+70℃之间变化。

Ø设备应允许在不低于-40℃环境温度下存放。

Ø设备应能承受机车正常使用时的振动和冲击而无损坏或故障。

Ø相对湿度：

最湿月平均最大相对湿度不大于90%（该月平均最低温度为25℃）。

3.9系统技术指标

Ø系统地面主机与车载主机通信周期不大于2s。

无线通信中断超过3个通信周期时，视为通信故障。

通信故障反应时间不大于6.5s。

Ø车站联锁信息采用动态数据采集方式，信息采集周期不大于500ms，通信中断超过3个通信周期时，视为通信故障。

通信故障反应时间不大于3s。

Ø系统与TDCS/CTC系统接口采集车站联锁信息时，信息采集周期不大于1s，通信中断超过3个通信周期时，视为通信故障。

通信故障反应时间不大于4s。

Ø车载主机与LKJ通信周期不大于300ms，通信中断超过3个通信周期时，视为通信故障。

通信故障反应时间不大于2s。

Ø系统的模式曲线计算的停车点距阻挡信号机、一度停车点、尽头线安全距离停车点、站界标等的设定距离不小于20m。

5产品应用情况

截至2013年年底河南辉煌科技在上海局、成都局、南昌局、广铁集团、沈阳局、乌鲁木齐局、郑州局、青藏公司、兰州局、南宁局、济南局等铁路局已累计上站100多个站，200多台机车。

产品投入使用的地点多、技术成熟、可靠性强。

通过多年的现场推广运用，系统可靠性、稳定性、安全性得到了验证。

系统上站应用范围广、环境条件各异。

如西藏海拔5000米左右的雪域高原那曲站、环境温度条件差的克拉玛依站。