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蒋　熙　苗建瑞　于　勇　杨肇夏　张晓霖
（北方交通大学　北京）
提　要　提出了铁路大站及区间信号自动控制系统计算机模拟模型结构，在此基础上建立起车站联锁子模型和双线区间自动闭塞子模型。能满足利用计算机模拟手段进行实验教学和人员培训的需要，并为铁路运输科研课题进行列车运行的精确模拟提供支持。
关键词　联锁与闭塞　计算机模拟模型　控制事件　列车运行
中图分类号　U284；U292
A Research on
Simulation Model of
Railway Station & Block Signal Automatic
Control System
Jiang Xi　Miao Jianrui　Yu Yong　Yang Zhaoxia　Zhang Xiaolin
(Dept.of Transportation Management Eng., Northern Jiaotong
University , Beijing 100044,China)
Abstract　 This paper put forward a simulation
model of railway station & block signal automatic
control system. Two sub-models were included: the station
interlocking sub-model and double-line automatic block sub-model.
This model can meet the need of train running simulation in
teaching, staff training and science research.
Keywords　interlock and block； computer simulation
model； train operation
　　近年来，铁路运输研究领域广泛地利用计算机模拟列车的运行状态和车站作业过程，并以此为基础，进行能力利用、运行图铺画、运行参数分析、列车运行调整等方面的研究。列车运行、车站作业与铁路信号设备的动作紧密相关，如果从运输的角度出发，按照铁路信号系统本身的运作规律和内部逻辑将信号系统的模拟分离出来，建立与列车运行相互作用的铁路信号控制模拟系统，就能够支持更精确的列车运行模拟，使列车运行或车站作业模拟的结果更接近实际。同时，运用计算机模拟手段对行车工作人员进行培训、为铁路运输专业学生提供相关模拟实验环境，也要求建立逻辑完善的铁路信号控制模拟系统。
　　铁路信号控制系统本身的动作过程和逻辑关系比较复杂，研究铁路信号控制模拟系统，必须对系统进行逻辑抽象，在此基础上建立与科研和教学培训目的相适应的模拟模型。
1　铁路大站及区间信号自动控制系统模拟模型的建立
1.1　系统模拟模型结构
　　铁路信号控制系统是一个过程控制系统，大致可以分解为车站联锁、区间闭塞及驼峰溜放等操作环节(也称子系统)，但在一个调度区段内与列车运行紧密相关的主要是车站联锁和区间闭塞部分。本文仅论述大站及区间自动闭塞模型。因而系统模型由这两个子系统的模拟子模型串联而成，子模型之间通过相互通信以交换控制信息。
　　我国现期的铁路信号系统是在人的操纵下动作的，并与列车运行密切相关。当模拟系统用于教学和培训时，由实验人员在模拟控制台通过人机接口控制系统运行；当用于科研并与其他系统接口时，人的操作一般由计算机内部模拟完成，操作控制信息经系统间的接口输入大站及区间信号自动控制模拟系统。这两种情况下的操作控制信息，再加上外界实体（列车）的活动信息，成为模拟系统的外部输入。在模拟模型上运行后产生输出结果，同时改变模拟系统状态。
　　车站联锁模拟子系统以大站电气集中联锁系统6502为模拟原型，通过对6502实现原理的分析并结合本模拟系统的特点，将车站联锁子模型分为触发器和联锁模拟器两部分。触发器是对信号控制台和轨道电路的模拟，它将接收到的外部输入信息转化成各类控制事件，以此激发联锁模拟器。触发器接收的外部输入包括：控制台按钮指令、进路控制指令、站内列车运行信息、车站设备故障信息、时钟延时信息、区间闭塞状态信息等。控制台按钮指令是当系统用于教学培训时，由参加实验的车站信号员从车站信号模拟控制台上输入；进路控制指令来自调度集中制式下列车调度员的操作，或者是当模拟系统用于科研时由其他系统产生的模拟操作指令，这两种情况对信号模拟系统内部是等效的；区间闭塞状态信息是由区间闭塞子系统产生的，相对整个系统它是内部控制信息的交换，体现了联锁与闭塞的关联逻辑，车站联锁子模型将它作为外部输入处理；时钟延时信息是在系统处理延时解锁等事件过程中产生的，同样也成为输入信息的一部分。联锁模拟器在功能、逻辑关系和动作过程上对6502的联锁电路进行软件模拟，完成模拟子系统的联锁处理。联锁模拟器平时处于休眠状态，当控制事件到来后被激发。对每一类控制事件以车站联锁逻辑为依据设置相应的事件处理模块，事件处理过程就是实现系统的状态转移，使车站的信号、道岔、轨道区段、进路等状态发生变化。建立车站联锁子模型的中心是根据6502逻辑电路抽象出联锁逻辑关系，从而确定模拟系统的状态转移过程。
　　不同的闭塞制式有不同的区间闭塞子模型，本文对最典型的双线区间自动闭塞建立子模型。在这种闭塞制式下，区间的通过信号随着列车的运行自动切换，同时相邻车站的进站信号变化也影响分区信号显示。区间闭塞子模型也分成触发器和双线自动闭塞模拟器两部分。触发器模拟分区轨道电路，它接收列车运行信息和车站联锁子系统发送的进站信号变化信息，转化成相应控制事件激发双线自动闭塞模拟器。双线自动闭塞模拟器被激发后，调用事件处理模块模拟相关信号的转换过程，并与车站联锁子系统进行通信。
　　由此，可以得到系统的模拟模型结构，如图1所示。
图1　铁路大站及区间信号自动控制模拟模型框架结构
1.2　系统模拟模型的描述
　　由于铁路大站及区间信号自动控制系统本身的运行是逻辑关系运算过程，不能用解析方式表达，因而本模拟系统是对逻辑关系进行建模。模拟系统的状态变化是在一系列的离散时点上发生的,是一个离散事件系统。建立模型的核心问题是控制事件的产生以及在控制事件的作用下系统的状态转移过程，下面就两个子模型分别进行描述。
1.2.1　车站联锁子模型
　　在车站联锁子模型中，触发器将外部输入转化为控制事件，放入控制事件队列。只要事件队列非空，则按照优先级顺序取出事件激发联锁模拟器，联锁模拟器对每一类控制事件设置事件处理模块，实现系统的状态转移，每次事件处理完毕后，在事件队列中将该事件删除。
　　设ei为事件队列En中第
i个事件，n的取值为正整数；H(ei)为事件类别，其值域为0、1、2、3、4、5、6、7、8、9，其中，0表示建立进路、1表示取消进路（解锁）、2表示人工解锁、3表示进路式引导、4表示总锁闭引导、5表示引导解锁、6表示道岔单独操纵、7表示车头进入轨道区段、8表示车尾出清轨道区段、9表示区间闭塞变化等；P(ei)={Pi1,Pi2}为事件ei
的参数集合，各参数值域为规定范围内的正整数，对建立进路、取消进路（解锁）、人工解锁、进路式引导等事件，Pi1为进路号；对总锁闭引导事件Pi1为衔接方向号；对道岔单独操纵事件Pi1为道岔号，Pi2为道岔操纵位置（定位、反位）；对车头进入轨道区段、车尾出清轨道区段事件Pi1为轨道区段号；对区间闭塞变化事件Pi1为衔接方向号，Pi2为闭塞状态等；若将车站的道岔、轨道区段和信号机分别编号，设dj、gk、xl分别为车站的第j个道岔、第k个轨道区段和第l个信号机；设车站共衔接m个方向，xcJ为衔接方向c的进站信号机,c＜m；Z(gk)值域为0、1、2，分别表示相应轨道区段空闲、占用或预占用3种状态；L(dj)和L(gk)为0、1变量，分别表示相应道岔和轨道区段的自由或锁闭两种状态；R(dj)、R(gk)为0、1变量，分别表示道岔、轨道区段正常或故障两种状态；W(dj)取值0或1，分别表示道岔状态为定位或反位；W(xl)值域为0、1、2、3、4，分别表示相应信号机红(0)、黄(1)、绿(2)、双黄(3)、引导(4)等5种信号显示；R(xl)值域为0、1、2、3、4，分别表示相应信号机工作正常(0)及红(1)、黄(2)、绿(3)、白(4)等信号故障5种状态；设φcyd为与衔接方向c对应的咽喉道岔集合；设车站有w条进路，pr为第r条进路，Y(pr)取值0或1，分别表示非引导或引导进路；D(pr)为进路pr的衔接方向号，D(pr)的值小于m或为-1，-1表示非发车进路；D(xl)为信号机xl的衔接方向号，其值域为小于m的正整数；C(pr)为pr进路的延时定时器值，因最大延时为180
0,1,2,…,180；φrd、φrg、φrx分别为进路pr的道岔集合、轨道区段集合和信号机集合；ac为衔接方向c的闭塞状态，值域为0、1、2，表示离去分区占用、有一个离去分区空闲、有两个及以上分区空闲。于是，对于系统原状态
S，当事件ei被激发后，系统的状态将转移为S&：
　　式中，f1(dj,pr)函数确定道岔dj在进路pr上的开通位置；f2(pr)函数根据进路的性质及信号机灯丝故障情况设置进路的防护信号机显示状态；f3(pr)函数设置进路的延时解锁时间。有关函数的算法在此不详述。
　　设uq、X(uq)分别表示外部输入及其来源，X(uq)值域为0、1、2、3、4，其中，0表示控制台按钮输入、1表示进路指令输入、2表示列车活动输入、3表示时钟输入、4表示区间闭塞输入，则控制事件ei的生成可描述为：
　　(1）当X(uq)=0时
　　设控制台按下的按钮保存在An队列中，f4(An)函数根据按钮序列判断操作命令，命令的形式为(v1,v2)，v1的值域为0、1、2、3、4、5、6，其中，0表示建立进路、1表示取消进路（解锁）、2表示人工解锁、3表示进路式引导、4表示总锁闭引导、5表示引导解锁、6表示道岔单操；v2={Q1,Q2}为命令参数集，含义同P(ei)。
　　①若f4(An)=(0,{Q1})，设r=Q1,若
　　②若f4(An)=(1,{Q1})
式中，函数f5(pr)功能为求进路pr的接近轨道区段号，算法略。
　　③若f4(An)=(2,{Q1})
　　④若f4(An)=(3,{Q1})，设r=Q1,若
　　⑤若f4(An)=(4,{Q1})，设c=Q1,
　　⑥若f4(An)=(5,{Q1})
　　⑦若f4(An)=(6,{Q1，Q2})
　　设j=Q1，若　　(Z(gk)=0)∩(L(gk)=0)∩(L(dj)=0)∩(R(dj)=0）　dj∈gk
　　(2）当X(uq)=1时
　　此时与(1）情况不同之处是直接获得操作命令，不需调用f4(An)函数，根据按钮序列进行命令判断，对各项操作命令进行处理的过程是相同的，在此不赘述。
　　(3）当X(uq)=2时
　　设V1(uq)为列车运动状态，值域为0、1，分别表示列车头部进入和尾部出清；V2(uq)为列车进入或出清的轨道区段号，于是有：
　　(4）当X(uq)=3时
　　若C(pr)＞0，则C(pr)=C(pr)-1　r=1,2,3,…,w
　　若C(pr)=0，则
　　(5）当X(uq)=4时
　　设M1(uq)为衔接方向，M2(uq)为相应区间闭塞状态，其值域和意义同ac，则
1.2.2　双线区间自动闭塞子模型
　　在双线区间自动闭塞子模型中，触发器将外部输入转化为控制事件激发双线自动闭塞模拟器，双线自动闭塞模拟器进行事件处理时也能产生下一个控制事件，同时将系统状态转移。
　　在此，H(ei)值域为0、1、2，分别表示分区占用、分区出清、后方信号状态变化等事件；P(ei)
｛λ,s,z,h｝为事件参数集合，(λ,s,z)表示λ方向s区间z分区，指明事件的发生地点（分区按运行方向从0开始顺序编号），当H(ei)=2时，参数h为后方分区通过信号机的显示状态。N(λ，s)为λ方向s区间的分区数目，取值为一定范围内的正整数；B(λ,s,z)的值域为0、1，分别表示λ方向s区间z分区空闲、占用状态；G(λ,s,z)为λ方向s区间z分区通过信号机的显示状态，值域为0、1、2，分别表示红、黄、绿3种状态，当H(ei)=2时，h=G(λ,s,z+1)
。车站的进站信号机可以看成是分区最末端的通过信号机。于是在控制事件ei的激发下，系统的状态转移为S&，可描述如下：
　　以上是针对三显示的转移函数，对四显示的情况仅作相应的修改即可。
　　控制事件可能由外部输入uq产生，也可能由处理过的事件生成。P(uq)=
｛α,t,v,b｝为输入参数集合，(α,t,v)含义同(λ,s,z)，b的值域同G(λ,s,z)（引导信号同白灯处理，双黄灯同黄灯处理）。T(uq)表示外部输入类型，其值域为0、1、2，代表列车头部进入分区(α,t,v)、列车尾部出清分区(α,t,v)、(α,t)区间相连车站的进站信号变化为b等。控制事件的生成可描述如下：
　　(1）由外部输入产生控制事件ei
　　①当 T(uq)=0 时：　　　　H(ei) =0
且λ=α,s=t,z=v
　　②当 T(uq)=1 时：　　　　H(ei) =1
且λ=α,s=t,z=v
　　③当 T(uq)=2 时：　　H(ei) =2
且λ=α,s=t,z=N(λ,s),h=b
　　(2）在处理事件ei的过程中产生新控制事件ey，并加入到事件队列En中
　　①当 H(ei)=1时：若 z & 1，则
H(ey)=2 且z =z-1, h=G(λ,s,z)
　　②当H(ei)=2时：
　　若 ((z & 1)∩(G(λ,s,z)≠G&(λ,s,z)))，则
H(ey)= 2 且z = z-1, h=G(λ,s,z)
式中，G&(λ,s,z)为(λ,s,z)分区原信号状态。
　　作者在本文模型的基础上建立了大站及区间信号自动控制模拟系统，并已投入到列车运行及其组织模拟试验系统的运行中。通过该系统，能进行双线自动闭塞区段内列车运行的模拟试验，并能根据需要产生各种列车运行扰动及设备故障扰动。系统良好的运行使本文提出的模拟模型得到了验证，并证明系统所采用的联锁逻辑实现方法是正确的。
　　由于在系统设计中考虑了系统的可移植性，因此若需与其他系统连接，只需修改模拟系统的部分接口，并对系统进一步完善，就可支持更多的研究课题。
3　参考文献
1　杨肇夏等.编组站技术作业模拟系统的研究. 铁道学报,1996,18(增刊):28
2　纪加伦，杨肇夏.移动闭塞方式下列车运行组织及区间通过能力计算方法的探讨.铁道学报,):38
3　蒋熙等.列车接发与调度指挥模拟试验系统中信联闭的研究.北方交通大学学报,):734
(责任编辑　李淑萍)
　　铁道部教卫司教改项目(No.96-13)
　　收修改稿日期：　蒋　熙　女　1971年出生　工学硕士　北方交通大学运输管理工程系　邮编：100044
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以上网友发言只代表其个人观点，不代表新浪网的观点或立场。铁路大站及区间信号自动控制系统模拟模型的研究--《铁道学报》1998年06期
铁路大站及区间信号自动控制系统模拟模型的研究
【摘要】：提出了铁路大站及区间信号自动控制系统计算机模拟模型结构，在此基础上建立起车站联锁子模型和双线区间自动闭塞子模型。能满足利用计算机模拟手段进行实验教学和人员培训的需要，并为铁路运输科研课题进行列车运行的精确模拟提供支持。
【作者单位】：
【关键词】：
【基金】：
【分类号】：U284【正文快照】：
＠蒋熙＠苗建瑞＠于勇＠杨肇夏＠张晓霖￥北方交通大学提出了铁路大站及区间信号自动控制系统计算机模拟模型结构，在此基础上建立起车站联锁子模型和双线区间自动闭塞子模型。能满足利用计算机模拟手段进行实验教学和人员培训的需要，并为铁路运输科研课题进行列车运行的精
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企业专家侯守智工程师圆满完成《区间信号自动控制及施工》授课任务
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学院·哈尔滨铁道职业技术学院· &&
&&&&& （哈铁学院消息）作为学院推进校企合作的重要举措之一，中铁三局集团有限公司电务公司侯守智工程师受聘为铁道通信信号专业讲授。《间信号自动控制及施工》课程。自日至4月15日，已圆满完成全部授课任务。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　&&&&& 侯守智工程师现任电务公司公管部长，参与过泰安站信号改造、粤海通道海口站四电工程、宜万铁路五标电力工程、深圳地铁一号线通信系统安装工程、广州地铁四号线通信信号系统安装工程、广州地铁五号线通信系统安装工程、广州地铁机场线通信系统安装工程、京广铁路长沙--岳阳段电化改造信号工程、京广线黑石铺&穿山坪段zpw-2000信号改造工程等，负责施工技术管理或组织管理。对区间信号自动控制及施工有着丰富的现场经验。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　&&&&& 在为期10天的教学工作中，侯守智工程师向学生们传授了大量的现场施工经验，开阔了学生的视野，扩大了学生的知识面，增加了学生对企业文化的了解和工作环境的认识。同时，计算机学院相关专业教师与侯守智工程师共同研讨，针对信号专业人才培养方案、课程设置、教学内容及配套实训设备、考核标准等进行了修订，并完成企业专家的&教师评学&工作。