分散自律系统在调度集中的应用

目录

1 引言 (1)

2 分散自律系统概述 (2)

2.1 分散自律的起源 (2)

2.2 分散自律系统的特点 (2)

2.2.1 自律可控性 (2)

2.2.2 自律协调性 (3)

2.3 分散自律系统的结构 (3)

2.3.1 硬件结构 (3)

2.3.2 软件结构 (4)

3 分散自律系统在调度集中系统中的应用 (5)

3.1 分散自律调度集中系统的结构 (5)

3.1.1 系统硬件结构 (5)

3.1.2 系统软件结构 (7)

3.2 分散自律调度集中系统控制模式 (8)

3.2.1 分散自律控制模式 (8)

3.2.2 非常站控模式 (9)

3.3 分散自律调度系统的功能 (9)

3.4 分散自律调度集中系统的优越性以及与我国铁路的适应性 (10)

4 结束语 (12)

5 参考文献 (13)

1 引言

随着铁路电气自动化系统和城市轻轨交通系统的发展,在变电所层次上,监控系统正朝着保护、监视和控制一体化的方向发展。同时,交通控制系统正向行车指挥、设备监控和信息服务自动化方向发展。随着交通系统自动化程度越来越高,系统规模越来越大,用户要求这些系统具备在线扩展(On-line Expansion)、在线维护(On-line Maintenance)和在线容错On-lineFaultTolerance)的能力。而传统的集中式、客户/服务器结构的监控系统很难满足这些要求。

自律分散系统(Autonomous Decentralize System，简称ADS),是近年来由日本日立公司系统开发研究实验室的欣森司教授首先提出的一个基于系统模型的概念。它打破了传统的集中式系统模型,又与现在流行的集散式系统有很大区别,是一种新型系统模型。在该系统中,各个组成部分都是一个独立的整体,能够不受外部控制而独立完成内部功能,同时还能够主动及时地向外部发送信息。利用这种系统概念组建的网络具有自我控制和自我协调的能力,能够较好地实现系统的在线扩展、在线维护和在线容错等功能。这些特点与现在不断发展的电气化铁路监控系统的要求非常吻合。

2 分散自律系统概述

2.1 分散自律的起源

分散自律概念最初源自日本东京圈城市铁路控制系统。由于日本是一个地震多发的国家，为了使控制中心在遭受地震袭击瘫痪后，车站还能在一定时间内正常接发列车，日本东京圈城市铁路控制系统特别在车站设立自律计算机，通过接收控制中心下达的运行计划，在与中心通信中断后自行接法列车。

为了解决行车和调车相互干扰的问题，必须实现在不影响列车运行的原则下，允许控制中心和车站通过调度集中系统自主进行调车的功能。这对于调度集中系统来讲是一种功能的分散，不同于传统意义上调度集中系统的集中控制，而是出现了分布式控制的功能。因此，如果通过在车站设立自律机来完成按照列车运行计划和《车站行李工作细则》正常接发列车以及协调列车、调车冲突的功能，将完全可以实现列车和调车作业的统一控制。这一原则叫做“分散自律”原则。因此，分散自律概念和日本铁路控制系统既相近，又有很大不同。

2.2 分散自律系统的特点

分散自律系统(Autonomous Decentralized System)中所有的单元(子系统)都是独立平等的，它们之间不存在任何隶属关系，任何单元都能完成自己的任务而不受其他单元的干预。同时各个单元之间也能协调工作以实现整个系统的运行。这就是分散自律系统的自律可控性和自律协调性两大特点。

2.2.1 自律可控性

所谓“自律可控性”就是指该系统采用了设备分散，危险分散，进路控制分散的技术路线。各个车站子系统相当于是一个智能的分中心，原来由调度中心统一控制所有车站接发列车作业的方式，转变为车站自行按照调度中心发送过来的列车运行计划和调车计划，排列运行进路的作业方式；系统不仅可以在总、分机之间进行信息的相互传送，而且邻站之间也能互相传送信息；如果车站分机与调度中心总机通信中断，车站分机在一定时间内仍可以进行列车跟踪和列车进路控制。

2.2.2 自律协调性

所谓“自律协调性”就是车站分机依据不同车站的运输管理办法对列车作业和调车作业进行协调，使它们互不干扰。

2.3 分散自律系统的结构

2.3.1 硬件结构

a.LN (Logic Node):分散自律系统中的逻辑节点,是构成系统的最基本单元。在物理网络中,其相当于计算机、智能设备或其它硬件。每个逻辑节点都能独立接受所需的外界信息进行内部处理,并主动地以广播方式发送处理结果及其它内部信息。

b.DF(Data Field): 分散自律系统中的数据域,是系统中信息传播的空间,相当于网络或存储器。所有节点可主动地向数据域发送信息,同时每个节点又可根据自己所需从数据域中获取数据。这种方式类似于DeviceNet 控制网络中的Producer/Consumer(即产生/消耗)型数据传送方式。

c.MCG (Multi-Communication Group): 分散自律系统中的多目广播组。在ADS中,最基本的通信方式是广播,把同一数据域中关系相近的多个逻辑节点划分成一个广播组,这样便于信息管理。

d.Domain: 分散自律系统中的域。多个数据域通过路由器相互连接成为一个整体构成了Domain,它相当于局域网的概念。

2.3.2 软件结构

分散自律系统的通信协议建立在自律分散基础上,称为ADP(Autonom- ous Decentralized Protocol),ADP的底层协议是TCP,UDP/IP或者Ethernet,可以被看作是TCP/IP协议应用层的开发。根据ADS的通信协议，其软件结构模式如下。

其中ACP(Autonomous Control Processor)为自治控制处理器,用来处理本身任务和与其它节点相协调;包括应用软件和ACP的子系统,是一个自治单元,被称为ATOM,即分散自律系统中的“原子”;ADF(Atom Data Field)在ATOM和ATOM的数据域(DF)中传递的数据称为“原子数据域”。在计算机单元外部,计算机单元与网络之间的联系是通过数据域(DF)实现的在计算机单元内部,应用模块和外部联系是通过自治控制处理器(ACP)和原子数据域(ADF)实现的。总之,在自律分散系统中,不是采用传统的程序驱动联系方式,而是采用数据驱动模式(Data-DrivenModule)。

从软件结构图中可知,数据域(DF)是分散自律系统中非常重要的一个概念,它相当于一个智能中转站,它的存在,使得分散自律系统中没有发送数据端和接收数据端之分。在分散自律系统中,所有数据的通信机制主要是广播式的通信方式。软件中的各个模块或逻辑节点根据自己的功能向数据域发送数据,无需数据接收端的请求或声明;软件中的每个模块或逻辑节点仅根据数据域判断自己是否接收到数据,而不是根据数据的发送端。