論車載信號與車輛系統(tǒng)接口分工方案

曹啟濱

（北京市地鐵運營公司通信信號公司，北京 100038）

城市軌道交通列車車載信號系統(tǒng)即列車自動控制（ATC）系統(tǒng)，車載ATC由列車自動防護(hù)（ATP）和列車自動駕駛（ATO）兩部分構(gòu)成。車載ATC系統(tǒng)是對列車安全精確運行起到關(guān)鍵控制作用的指揮棒，因此ATC系統(tǒng)與車輛系統(tǒng)存在著眾多設(shè)備和管理上的分工界面，本文著重對此方面接口進(jìn)行論述。

1 車載ATC系統(tǒng)的構(gòu)成

城市軌道交通ATC系統(tǒng)包括車載ATC主控計算機(jī)單元、ATC網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、ATC網(wǎng)絡(luò)中繼器、列車測速單元、車載信號無線通信單元（如波導(dǎo)系列、自由波系列等）、列車定位信標(biāo)天線、車載信號顯示單元、駕駛模式及操作按鈕、車載信號用繼電器等。

1.1 車載ATC主控計算機(jī)單元

車載主控計算機(jī)單元是ATC設(shè)備的核心，為列車安全準(zhǔn)確運營提供授權(quán)保障。車載ATC的控制軟件、數(shù)據(jù)程序存儲在主機(jī)中，由主機(jī)程序?qū)α熊囘\行的位置、速度、線路條件、區(qū)間及車站聯(lián)鎖等信息進(jìn)行處理，并通過主機(jī)相關(guān)的輸入/輸出集成電路板將ATC控制指令向各執(zhí)行部件進(jìn)行通信傳遞。車載信號控制框架如圖1所示。

1.2 ATC網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)及網(wǎng)絡(luò)中繼器

車載信號系統(tǒng)的檢測部件、執(zhí)行元件、車輛接口、兩端駕駛室主控計算機(jī)均需要實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，因此信號系統(tǒng)在全車均布置有以太網(wǎng)絡(luò)，ATC網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)用于實現(xiàn)主機(jī)與各設(shè)備部件間數(shù)據(jù)通信傳輸。考慮到6輛編組的列車全列車長在100 m以上，為有效彌補(bǔ)信號傳輸中的損耗，需要在以太網(wǎng)絡(luò)中布置放大單元，通常在列車連接處附近布置信號設(shè)備專用的中繼器。

1.3 列車測速單元

ATC系統(tǒng)直接關(guān)系列車安全運營，一般車載信號ATC系統(tǒng)擁有與車輛相獨立的速度測量裝置，如編碼里程計，安裝在兩端駕駛室第一輪對側(cè)面，常使用在非動輪上，測速電機(jī)將檢測到的速度信號變換成網(wǎng)絡(luò)能夠傳送的電信號送給ATC主機(jī)處理。

1.4 車載信號無線通信單元

基于無線通信的移動閉塞系統(tǒng)——CBTC需要實時高速的車-地?zé)o線數(shù)據(jù)通信，無線單元用于實現(xiàn)列車ATC與軌旁ATC設(shè)備的通信，常見的無線通信系統(tǒng)有裂縫波導(dǎo)管系統(tǒng)、自由波天線系統(tǒng)和漏泄電纜系統(tǒng)。

1.5 列車定位信標(biāo)天線

列車ATC通過采集地面定位信標(biāo)信息來獲取定位，并可以獲得有效的移動授權(quán)。列車讀取信標(biāo)的設(shè)備是信標(biāo)天線，此天線安裝在列車駕駛室下方，在轉(zhuǎn)向架附近水平吊裝，用于與安裝在走行軌內(nèi)側(cè)的定位信標(biāo)實現(xiàn)高速點式數(shù)據(jù)上傳通信。

1.6 ATC顯示單元

顯示單元DMI是將車載計算機(jī)輸出的信息、指令以固定的文字、圖形顯示在ATC顯示屏幕上，供列車駕駛員參考和操作決策。DMI是人-機(jī)交互的主窗口，對ATC使用起關(guān)鍵指引作用。

1.7 駕駛模式及操作按鈕

列車駕駛模式包括CBTC、點式后備BM、人工限制RM、非限制EUM等操作模式，有自動駕駛AM、人工手動駕駛CM等操作模式。相應(yīng)的模式選擇有操作臺上的按鈕、旋鈕開關(guān)、指示燈及關(guān)聯(lián)的繼電器等。

1.8 車載信號用繼電器

車載ATC涉及的車載繼電器包括有模式選擇繼電器，如RM、BM、CBTC、ATO選擇等。包括了列車零速指示繼電器、列車牽引切除與制動施加請求繼電器、列車完整性繼電器、激活司控鑰匙繼電器、車門鎖閉繼電器、緊急制動回路繼電器等。按繼電器工作性質(zhì)分為操作動作系列，也包括狀態(tài)指示系列。

2 車輛系統(tǒng)與ATC有關(guān)的部分

2.1 電源部分

列車通過第三軌或架空接觸網(wǎng)獲取高壓電供列車牽引，并通過SIV輔助供電單元向車內(nèi)照明、通風(fēng)及其他各弱電系統(tǒng)單元提供專用電力支持。ATC主機(jī)、交換機(jī)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、顯示單元的電力均來自車輛輔助電源，并且在車輛電源柜內(nèi)配置了相應(yīng)的斷路器。

2.2 吊裝架部分

車載ATC系統(tǒng)的測速電機(jī)、信標(biāo)天線、無線通信單元天線屬于吊裝在車體外部的部件，俗稱ATC車下3大件。其安裝固定螺栓、接地辮、綁線柱、固定支架等均由車輛提供，因此，吊裝架的牢固可靠對車輛設(shè)備安全運行影響重大。一旦支架脫焊、垮塌等會造成車體懸掛設(shè)備遺落在軌道上，將對車輛安全運營造成嚴(yán)重威脅。

2.3 列車各機(jī)柜箱體

列車機(jī)柜箱體包括位于駕駛室的車輛電氣柜和信號ATC設(shè)備機(jī)柜、通信電臺及列車廣播、圖像設(shè)備機(jī)柜等，還包括部分位于客室內(nèi)的箱體，如列車連掛處的中繼器柜、座椅下方的無線單元引線柜等。這些機(jī)柜對保護(hù)乘客和操作人員安全、設(shè)備安全防護(hù)、防塵防水等都有很重要作用。

2.4 繼電器及配線

ATC作為列控重要單元，與車輛實時互動。車輛的零速信息繼電器、牽引切除指令、制動施加指令、車門關(guān)閉且鎖閉完好指令、列車完整性指令、緊急制動施加或緩解指令均是車輛提供的，由車輛輸出給車載信號的信息。

列車ATC系統(tǒng)的部件間通過以太網(wǎng)絡(luò)、列車總線實現(xiàn)連接，其控制線纜通過列車線纜槽按照電氣布線規(guī)范綜合設(shè)計布置，通常大部分的設(shè)備線纜和幾乎全部的列車線纜都由車輛專業(yè)負(fù)責(zé)維護(hù)和管理，線纜與配線問題是ATC與車輛相交叉的重要部分。

3 ATC與車輛系統(tǒng)接口及分工

3.1 電源系統(tǒng)

ATC系統(tǒng)的電力支持完全通過車輛受流變流后輸出，在無高壓送電時，利用車載蓄電池供電。電源系統(tǒng)包括與ATC相關(guān)的各模塊的斷路器、接觸器等，建議由車輛專業(yè)負(fù)責(zé)。ATC系統(tǒng)除部分部件的供電，如編碼里程計測速單元、信標(biāo)天線單元的低壓電源是由ATC系統(tǒng)有關(guān)處理器板件負(fù)責(zé)供電，其余部件均分配給車輛接口方面。

3.2 ATC部件

ATC各部件均應(yīng)由信號專業(yè)負(fù)責(zé)日常的維修巡檢作業(yè)、故障處置、備件購置存儲和使用等工作，但涉及配線和拆卸車輛地板、箱體、線纜等操作，應(yīng)由信號專業(yè)提出申請，由車輛維修單位根據(jù)需要提供必要的支持與配合。

3.3 配線

一般地，車輛與信號的配線同線纜槽、同溝道鋪設(shè)，線纜的分工通常由車輛維修單位統(tǒng)一管理，如果是信號系統(tǒng)單獨布線，應(yīng)由信號維修方負(fù)責(zé)。按鈕及開關(guān)設(shè)備按照設(shè)備歸屬劃分，但鈕、鍵背后的配線依然需要根據(jù)線纜布局，由車輛部門統(tǒng)一接收管理。

3.4 繼電器

ATC與車輛專業(yè)最為主要的接口就是繼電器，繼電器由一方控制吸起或落下，而由另一方采集繼電器的狀態(tài)，也就是控制繼電器的一方是輸出端，采集狀態(tài)的一端是輸入端。通常在分工界面上認(rèn)為，繼電器歸屬于令其勵磁的一方，也就是將繼電器的管理和維修責(zé)任歸屬于繼電器的輸入端口，輸出端口僅僅負(fù)責(zé)采集繼電器的狀態(tài)，不負(fù)責(zé)該繼電器的維修保養(yǎng)工作。如零速信息這一項目，列車在低于3 km/h時，ATC系統(tǒng)向車輛提出零速請求，要求車輛切除牽引并施加制動，這一繼電器的動作是ATC主控的，因此繼電器管理責(zé)任在ATC方面；當(dāng)列車收到ATC請求后，完成牽引的切除和制動的施加，即保持制動到位后，觸發(fā)停穩(wěn)信息，這個繼電器的動作就是由車輛提供的，因此停穩(wěn)繼電器的管理責(zé)任應(yīng)屬于車輛。

還有一種劃分ATC與車輛的常用辦法，就是依據(jù)圖紙對ATC旁路圈掉的繼電器歸屬信號方。一旦發(fā)生某個故障，相應(yīng)繼電器動作異常時，若表現(xiàn)為ATC故障，切掉ATC防護(hù)。列車在EUM非限制狀態(tài)故障消失的，可以將此繼電器交給ATC負(fù)責(zé)。若ATC旁路后故障現(xiàn)象依然存在，則一般與ATC無直接關(guān)系，建議車輛專業(yè)負(fù)責(zé)。

4 ATC與車輛系統(tǒng)接口常見問題及處置

軌道交通車輛在運營中發(fā)生各類影響運營情況后，需要車輛和車載信號維修人員認(rèn)真分析設(shè)備存在的問題。特別是涉及接口問題的應(yīng)本著實事求是、共同協(xié)作、嚴(yán)謹(jǐn)負(fù)責(zé)的科學(xué)工作態(tài)度查明原因，制定整改措施，防止故障再生。

4.1 電源問題

車載計算機(jī)突然掉電、顯示屏幕黑屏，造成列車緊急制動時，可以排查供電回路。車載計算機(jī)及顯示單元發(fā)生非掉電故障時，會通過指示燈位告警、觸發(fā)列車緊急制動等方式反映出來，但不會自動切斷電源。黑屏、掉電現(xiàn)象多與電源接線有關(guān)，需要徹底查明有無信號設(shè)備接頭松動、插接不實現(xiàn)象，對應(yīng)的斷路器有無脫扣。如果斷路器跳開，還應(yīng)查明設(shè)備是否存在短路接點。

4.2 ATC部件

ATC部件損壞造成工作異常，需要對設(shè)備硬件功能、軟件配置進(jìn)行查驗，特別注意有無外部損傷發(fā)生，如車外吊裝設(shè)備可能因侵界造成劃傷脫落等。

4.3 配線

車輛在高速、高震動條件下工作，接口容易發(fā)生松動，特別是按鈕因頻繁觸動加快了線纜老化和虛接的可能性。發(fā)生配線類問題，必須及時排查緊固，并試驗良好。在日常的巡視中，應(yīng)強(qiáng)化維修責(zé)任、細(xì)化維修巡檢的流程，減少和避免維修和管理松懈造成的營運故障。

4.4 繼電器

車輛及ATC都有自己的行車記錄軟件，通過調(diào)取日志記錄能夠分析出列車運營過程中各部件運行狀態(tài)、接口通信狀態(tài)等信息。發(fā)生涉及繼電器問題時，首先要調(diào)閱雙方記錄信息并認(rèn)真分析，確認(rèn)是收方還是發(fā)方造成的故障點，做出故障點繼電器定位，有針對地排解。

5 總結(jié)

本文針對車載信號與車輛系統(tǒng)接口涉及的設(shè)備、功能以及分工進(jìn)行了簡要論述，針對列車上存在車輛和信號兩個維修部門需要相互協(xié)作的特點，重點對接口的分工方法、接口常見問題進(jìn)行了分析，對當(dāng)前軌道交通車載信號與車輛專業(yè)系統(tǒng)的分工界面提出個人的見解。

[1] 王紅光．淺談地鐵信號運營維護(hù)管理[J]．科技風(fēng)，2010（15）：276-278.

[2] 馮麗娟．CBTC系統(tǒng)車載信號常見故障分析[J]．現(xiàn)代城市軌道交通，2011(2)：39-42.

[3] 李芳．南京地鐵車載信號至車輛的接口功能與管理[J]．現(xiàn)代城市軌道交通，2008(5)：16-19.