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摘 要：建立统一硬件平台、统一软件平台和统一网络平台下的工矿企业智能铁路运输系统，打破传统按专业建立的孤岛式信息及控制系统。实现生产过程管理和生产过程控制的深度集成和统一，实现管控一体与协同控制。提高铁路运输生产效率，保障铁路行车安全，减少人为因素造成的各种事故。
关键词：协同控制;深度集成;管控一体;北斗/GPS;铁路信号;TCP/IP
1 概述
近年来随着我国经济的腾飞，信息化技术、自动化技术、网络通讯技术得到了前所未有的发展，大量先进的科技产品得到广泛应用。各行各业根据自身需求在生产过程管理及生产过程控制中建立了基于现代信息化技术、自动控制技术和网络技术的行业专用系统，这些系统极大地提高了生产效率。但是，随着这些自动化、信息化、网络化系统的深入应用问题也随之而来，现有模式下架构的系统基本上都为“烟囱”式的信息孤岛系统，系统与系统之间完全独立架构，相互之间“死不往来”。系统信息化系统、控制系统之间无法实现系统控制，数据交互与协调完全由人工进行。网络建设重复、复杂，网络质量参差不齐。因此，在统一硬件平台、统一软件平台和统一网络平台下重新构建信息化、自动化和网络化的全新智慧生产系统势在必行。
1.1 三钢物流公司概况
三钢物流公司铁路运输由物流调度，南站作业区、北站作业区、铁区作业区组成。南站作业区域包括南站、原料站，北站作业区包括北站、轧区、焦区，铁区作业区包括铁区、6号高炉区域。物流调度负责全厂线路的总体协调和生产组织，南站区负责路局列车接发，局车编组发出、局车解体和区域内部分厂之间物资运输，北站区域主要负责局车接车，局车解体和区域内分厂之间的物资运输，铁水区域主要负责厂内车包括炼铁厂、炼钢厂之间的铁水运输。目前三钢物流公司所有铁路车站都建立了传统的集中式信号联锁系统，并以区域为单位分别在南站、北站、铁区和物流调度设置服务器，并以区域为单位建立调度指挥系统。三钢铁路建立的信息化系统、集中式微机联锁系统运行至今也有10多年，部分设备接近20年。系统在建立之初采用计算机取代了原始的手工模式，在生产安全性、可靠性和效率方面与人工模式相比具有非常大的进步，满足了当时运输生产需要。但随着三钢生产规模扩大，铁路运量翻倍增长，铁路生产业务、铁路调运模式、铁路作业方式都发生了很大的变化，并且随着原有信息化和信号系统设备的老化，原有系统和设备已无法满足现有铁路运输作业要求，需对现有系统进行升级改造。
2 方案设计
2.1 方案总体设计
三钢智能信息运输系统是在统一硬件、软件、网络平台下深度集成的综合应用，系统涵盖三钢厂区的所有铁路线路，并通过统一接口与集团公司铁前MES系统共享数据及时正确了解铁水及铁运物流动态。各个子系统之间通过统一接口交换数据并实现协同控制。智能信息运输系统总体规划，分布实施。
2.2 智能物流调度系统设计
智能物流调度系统是运输生产过程管理系统，系统通过计算机网络接口为主、电话人工联系为辅的方式获取任务，采用多种方式编制调车作业计划，调度人员确认无误后，自动通过铁路信号微机联锁系统进行协同控制，自动办理联锁系统进路，实现多台机车同时（并行）作业的运输智能调度指挥系统。建立信息化系统服务器、建立包含全厂区域的调度指挥业务数据库、线路数据库等，将三钢铁路运输的各个作业区域和处调作为一个整体考虑。通过北斗/GPS系统建立高精度机车定位系统实现作业过程的精确定位，实现行车过程的动态监控。
2.3 联锁系统设计
联锁系统是铁路信号控制的核心设备，是鐵路安全行车的基础。根据三钢铁路站场分布特点和总体设计需要，联锁系统采用分布式网络架构，采用TCP/IP网络技术作为联锁系统的核心传输平台，以网络为基础架构，综合考虑站场室内室外需要。采用通信网络取代了传统的电缆，高度集成的功能模块取代传统的复杂繁琐的电气组合，模块之间通过标准TCP/IP网络通信。实现在统一平台下和智能物流调度的深度集成和融合。联锁系统与运输生产过程管理系统实现网际协同，与智能物流调度实现无缝集成。
2.4 协调控制设计
通过行车计划、行车逻辑、联锁系统基本进路表、列车长度、机车起始位置等自动生成信号联锁系统行车进路控制命令。协同控制单元向信号联锁系统发送行车进路控制命令，并监控信号联锁系统的命令执行状态，信号联锁系统成功执行进路命令并办理行车进路，机车行走完成进路，进路解锁，机车停车后，协同控制单元发送下一进路命令。协同控制单元同时办理站场上的所有机车行车进路，并保证进路符合安全联锁关系。
当信号联锁系统出现故障并影响到某列机车的行车进路办理时，协同控制单元暂停受影响进路的自动办理并报警，未受影响机车正常办理执行。值班人员在任何时候都能够人工介入暂停、删除、修改未办理的行车进路命令。
2.5 车载设备设计
车载设备实现机车定位、机车速度及运行方向采集、联锁信号显示，行车安全控制、作业计划打印等功能。采用CPCI前出线的标准19英寸机箱，将电源、CPU、北斗/GPS定位、通讯、速度采集等设计为标准CPCI结构板卡，根据现场实际应用安装不同板卡实现不同的应用。
3 系统软件设计
在统一设计思路模式下，智能调度系统、协调控制软件采用JAVA语言开发，数据库采用MySQL开发。系统软件主框图如图1：
3.1 智能调度软件开发
智能调度软件由调度业务模块、通讯模块、跟踪定位模块等构成。每个业务模块在后台建立一个主进程服务，每个服务中根据业务需要建立对应的工作线程，如果需要处理大量的实时数据，系统将为线程指定服务器核心。
软件主处理单元：
public static void main（String[] args） { SpringApplication.run（HzlxApplication.class， args）; // 开启网络服务
new Thread（udpGetRunnable）.start（）; // UDP报文解析线程
new Thread（udpReceiveRunnable）.start（）; // UDP报文接收线程
new Thread（udpSendRunnable）.start（）;// UDP报文发送线程
new Thread（genZongRunnable）.start（）; // 火车前方进路追踪线程
new Thread（autoRouteRunnable）.start（）; // 自动进路线程
new Thread（gpsLocateRunnable）.start（）; // GPS定位线程
new Thread（trainRouteRunnable）.start（）; // 火车前方进路线程
new Thread（fastUdpGetRunnable）.start（）;// 快速直达UDP报文接收/解析线程
new Thread（lowSpeedRunnable）.start（）;// 低速处理线程
}
3.2 数据库开发
以物流公司为基础建立唯一的数据库，根据功能和应用需要建立不同的数据表格，数据表格总设计为动态数据表、历史数据表和基础信息数据表。为了便于区分动态表采用_d结尾，历史表采用_h结尾，信息表采用_i结尾。现车表、调度计划表、主站表等属于动态表格，现车表历史数据表格属于历史记录表，已完成了的调度计划表属于历史表格。下表为现车表，表名：now_local_d。
3.3 线路数据开发
线路数据库由基础数据层，设备层和逻辑运算层等组成。基础数据层由经纬度坐标点系和线路公里标构成的线路最基本和最小颗粒度信息，主要包含但不仅限于以下内容：坐标点经纬度、海拔高度，每坐标点对应的线路公里标，数据版本、测绘信息等基础辅助信息等。设备层主要包括但不仅限于以下信息：道岔坐标（岔心坐标），信号机坐标，绝缘节坐标，道口范围，关键设备坐标（高炉、转炉），数据版本、测绘信息等基础辅助信息。逻辑层根据基础数据层、设备层并结合行车进路、联锁关系、站场限速等生成逻辑数据层，逻辑运算层为中间应用层，包含中间数据及一些基础运算处理。
3.4 协同控制软件开发
协同控制软件运行在系统服务器，采用JAVA语言开发，协调控制软件与智能调度软件属于同一系统中不同应用服务器。
协同控制主程序：
initDb（）; // 开始初始化调别
while （true） {
currTime = System.currentTimeMillis（）;
updateDcd（）; // 计划数据同步
cleanExecutedDcd（）; // 已完成计划清理
executeSendingDcd（）; // 发送分段发送的进路
judgeDcdExecuted（）; // 判断执行完成
updateFirstDcd（）; // 查找从列车位置到第一个计划之间的进路
judgeBack（）; // 判断原路返回
dcdSelect（）; // 计划筛选 将所有待执行的进路入池
selectByLiansuo（）; // 将所有不满足联锁条件的进路剔除
setTrainPower（）; // 设置权限 并排序
getWaitPool（）; // 得到等待池中的
sendWaitPool（）; // 将等待池中所有的进路发送
}
3.5 车载软件设计
车载软件采用QT开发，车载软件包含站场显示单元、北斗GPS定位单元、通讯单元、IO处理单元、调车计划显示及打印单元、速度控制单元等构成。车载主程序如下：
Widget：：Widget（QWidget *parent）
： QWidget（parent）
， ui（new Ui：：Widget）
，timer（this）
{
ui->setupUi（this）;
instance = this;
initWidget（）;
readPointData（）; //读取线路数据库数据
readFromConfigFile（）; //读取配置文件
readDevice（）; //读取站场设备文件
displayDevice（）;
initUtils（）;
startTimer（）; //開启刷新界面的计时器
startCommThread（）; //开启接收线程
startIOThread（）; //开启读io线程
startGpsThread（）; //开启GPS处理线程
onBoot（）;
player.setPlaylist（&play_list）;
}
4 结束语
三钢铁路智能信息运输系统是在统一硬件、软件、网络平台下深度集成的综合应用，系统涵盖三钢厂区的所有铁路线路，并通过统一接口与集团公司铁前MES系统共享数据及时正确了解铁水及铁路运输物流动态。各个子系统之间通过统一接口交换数据并实现协同控制。系统首期在三钢铁路原料站、北站区域、6#高炉区域得到应用。目前系统运行良好，系统开通运行至今稳定安全可靠，达到了预期结果。
参考文献：
[1]邱望智.基于GPS/北斗卫星的列车导航定位研究[D].北京交通大学，2014.
[2]旷文珍.铁路车站分布式计算机联锁系统[J].中国铁道科学，2012，33（5）：139-143.
[3]王文英，李恩源，牛小飞.北斗定位技术在专用铁路调度指挥综合管理信息系统中的运用[J].科技创新与应用，2018（6）：124-125.
关键词：协同控制;深度集成;管控一体;北斗/GPS;铁路信号;TCP/IP
1 概述
近年来随着我国经济的腾飞，信息化技术、自动化技术、网络通讯技术得到了前所未有的发展，大量先进的科技产品得到广泛应用。各行各业根据自身需求在生产过程管理及生产过程控制中建立了基于现代信息化技术、自动控制技术和网络技术的行业专用系统，这些系统极大地提高了生产效率。但是，随着这些自动化、信息化、网络化系统的深入应用问题也随之而来，现有模式下架构的系统基本上都为“烟囱”式的信息孤岛系统，系统与系统之间完全独立架构，相互之间“死不往来”。系统信息化系统、控制系统之间无法实现系统控制，数据交互与协调完全由人工进行。网络建设重复、复杂，网络质量参差不齐。因此，在统一硬件平台、统一软件平台和统一网络平台下重新构建信息化、自动化和网络化的全新智慧生产系统势在必行。
1.1 三钢物流公司概况
三钢物流公司铁路运输由物流调度，南站作业区、北站作业区、铁区作业区组成。南站作业区域包括南站、原料站，北站作业区包括北站、轧区、焦区，铁区作业区包括铁区、6号高炉区域。物流调度负责全厂线路的总体协调和生产组织，南站区负责路局列车接发，局车编组发出、局车解体和区域内部分厂之间物资运输，北站区域主要负责局车接车，局车解体和区域内分厂之间的物资运输，铁水区域主要负责厂内车包括炼铁厂、炼钢厂之间的铁水运输。目前三钢物流公司所有铁路车站都建立了传统的集中式信号联锁系统，并以区域为单位分别在南站、北站、铁区和物流调度设置服务器，并以区域为单位建立调度指挥系统。三钢铁路建立的信息化系统、集中式微机联锁系统运行至今也有10多年，部分设备接近20年。系统在建立之初采用计算机取代了原始的手工模式，在生产安全性、可靠性和效率方面与人工模式相比具有非常大的进步，满足了当时运输生产需要。但随着三钢生产规模扩大，铁路运量翻倍增长，铁路生产业务、铁路调运模式、铁路作业方式都发生了很大的变化，并且随着原有信息化和信号系统设备的老化，原有系统和设备已无法满足现有铁路运输作业要求，需对现有系统进行升级改造。
2 方案设计
2.1 方案总体设计
三钢智能信息运输系统是在统一硬件、软件、网络平台下深度集成的综合应用，系统涵盖三钢厂区的所有铁路线路，并通过统一接口与集团公司铁前MES系统共享数据及时正确了解铁水及铁运物流动态。各个子系统之间通过统一接口交换数据并实现协同控制。智能信息运输系统总体规划，分布实施。
2.2 智能物流调度系统设计
智能物流调度系统是运输生产过程管理系统，系统通过计算机网络接口为主、电话人工联系为辅的方式获取任务，采用多种方式编制调车作业计划，调度人员确认无误后，自动通过铁路信号微机联锁系统进行协同控制，自动办理联锁系统进路，实现多台机车同时（并行）作业的运输智能调度指挥系统。建立信息化系统服务器、建立包含全厂区域的调度指挥业务数据库、线路数据库等，将三钢铁路运输的各个作业区域和处调作为一个整体考虑。通过北斗/GPS系统建立高精度机车定位系统实现作业过程的精确定位，实现行车过程的动态监控。
2.3 联锁系统设计
联锁系统是铁路信号控制的核心设备，是鐵路安全行车的基础。根据三钢铁路站场分布特点和总体设计需要，联锁系统采用分布式网络架构，采用TCP/IP网络技术作为联锁系统的核心传输平台，以网络为基础架构，综合考虑站场室内室外需要。采用通信网络取代了传统的电缆，高度集成的功能模块取代传统的复杂繁琐的电气组合，模块之间通过标准TCP/IP网络通信。实现在统一平台下和智能物流调度的深度集成和融合。联锁系统与运输生产过程管理系统实现网际协同，与智能物流调度实现无缝集成。
2.4 协调控制设计
通过行车计划、行车逻辑、联锁系统基本进路表、列车长度、机车起始位置等自动生成信号联锁系统行车进路控制命令。协同控制单元向信号联锁系统发送行车进路控制命令，并监控信号联锁系统的命令执行状态，信号联锁系统成功执行进路命令并办理行车进路，机车行走完成进路，进路解锁，机车停车后，协同控制单元发送下一进路命令。协同控制单元同时办理站场上的所有机车行车进路，并保证进路符合安全联锁关系。
当信号联锁系统出现故障并影响到某列机车的行车进路办理时，协同控制单元暂停受影响进路的自动办理并报警，未受影响机车正常办理执行。值班人员在任何时候都能够人工介入暂停、删除、修改未办理的行车进路命令。
2.5 车载设备设计
车载设备实现机车定位、机车速度及运行方向采集、联锁信号显示，行车安全控制、作业计划打印等功能。采用CPCI前出线的标准19英寸机箱，将电源、CPU、北斗/GPS定位、通讯、速度采集等设计为标准CPCI结构板卡，根据现场实际应用安装不同板卡实现不同的应用。
3 系统软件设计
在统一设计思路模式下，智能调度系统、协调控制软件采用JAVA语言开发，数据库采用MySQL开发。系统软件主框图如图1：
3.1 智能调度软件开发
智能调度软件由调度业务模块、通讯模块、跟踪定位模块等构成。每个业务模块在后台建立一个主进程服务，每个服务中根据业务需要建立对应的工作线程，如果需要处理大量的实时数据，系统将为线程指定服务器核心。
软件主处理单元：
public static void main（String[] args） { SpringApplication.run（HzlxApplication.class， args）; // 开启网络服务
new Thread（udpGetRunnable）.start（）; // UDP报文解析线程
new Thread（udpReceiveRunnable）.start（）; // UDP报文接收线程
new Thread（udpSendRunnable）.start（）;// UDP报文发送线程
new Thread（genZongRunnable）.start（）; // 火车前方进路追踪线程
new Thread（autoRouteRunnable）.start（）; // 自动进路线程
new Thread（gpsLocateRunnable）.start（）; // GPS定位线程
new Thread（trainRouteRunnable）.start（）; // 火车前方进路线程
new Thread（fastUdpGetRunnable）.start（）;// 快速直达UDP报文接收/解析线程
new Thread（lowSpeedRunnable）.start（）;// 低速处理线程
}
3.2 数据库开发
以物流公司为基础建立唯一的数据库，根据功能和应用需要建立不同的数据表格，数据表格总设计为动态数据表、历史数据表和基础信息数据表。为了便于区分动态表采用_d结尾，历史表采用_h结尾，信息表采用_i结尾。现车表、调度计划表、主站表等属于动态表格，现车表历史数据表格属于历史记录表，已完成了的调度计划表属于历史表格。下表为现车表，表名：now_local_d。
3.3 线路数据开发
线路数据库由基础数据层，设备层和逻辑运算层等组成。基础数据层由经纬度坐标点系和线路公里标构成的线路最基本和最小颗粒度信息，主要包含但不仅限于以下内容：坐标点经纬度、海拔高度，每坐标点对应的线路公里标，数据版本、测绘信息等基础辅助信息等。设备层主要包括但不仅限于以下信息：道岔坐标（岔心坐标），信号机坐标，绝缘节坐标，道口范围，关键设备坐标（高炉、转炉），数据版本、测绘信息等基础辅助信息。逻辑层根据基础数据层、设备层并结合行车进路、联锁关系、站场限速等生成逻辑数据层，逻辑运算层为中间应用层，包含中间数据及一些基础运算处理。
3.4 协同控制软件开发
协同控制软件运行在系统服务器，采用JAVA语言开发，协调控制软件与智能调度软件属于同一系统中不同应用服务器。
协同控制主程序：
initDb（）; // 开始初始化调别
while （true） {
currTime = System.currentTimeMillis（）;
updateDcd（）; // 计划数据同步
cleanExecutedDcd（）; // 已完成计划清理
executeSendingDcd（）; // 发送分段发送的进路
judgeDcdExecuted（）; // 判断执行完成
updateFirstDcd（）; // 查找从列车位置到第一个计划之间的进路
judgeBack（）; // 判断原路返回
dcdSelect（）; // 计划筛选 将所有待执行的进路入池
selectByLiansuo（）; // 将所有不满足联锁条件的进路剔除
setTrainPower（）; // 设置权限 并排序
getWaitPool（）; // 得到等待池中的
sendWaitPool（）; // 将等待池中所有的进路发送
}
3.5 车载软件设计
车载软件采用QT开发，车载软件包含站场显示单元、北斗GPS定位单元、通讯单元、IO处理单元、调车计划显示及打印单元、速度控制单元等构成。车载主程序如下：
Widget：：Widget（QWidget *parent）
： QWidget（parent）
， ui（new Ui：：Widget）
，timer（this）
{
ui->setupUi（this）;
instance = this;
initWidget（）;
readPointData（）; //读取线路数据库数据
readFromConfigFile（）; //读取配置文件
readDevice（）; //读取站场设备文件
displayDevice（）;
initUtils（）;
startTimer（）; //開启刷新界面的计时器
startCommThread（）; //开启接收线程
startIOThread（）; //开启读io线程
startGpsThread（）; //开启GPS处理线程
onBoot（）;
player.setPlaylist（&play_list）;
}
4 结束语
三钢铁路智能信息运输系统是在统一硬件、软件、网络平台下深度集成的综合应用，系统涵盖三钢厂区的所有铁路线路，并通过统一接口与集团公司铁前MES系统共享数据及时正确了解铁水及铁路运输物流动态。各个子系统之间通过统一接口交换数据并实现协同控制。系统首期在三钢铁路原料站、北站区域、6#高炉区域得到应用。目前系统运行良好，系统开通运行至今稳定安全可靠，达到了预期结果。
参考文献：
[1]邱望智.基于GPS/北斗卫星的列车导航定位研究[D].北京交通大学，2014.
[2]旷文珍.铁路车站分布式计算机联锁系统[J].中国铁道科学，2012，33（5）：139-143.
[3]王文英，李恩源，牛小飞.北斗定位技术在专用铁路调度指挥综合管理信息系统中的运用[J].科技创新与应用，2018（6）：124-125.