淺談城市軌道交通信號ATS系統(tǒng)與主控牽引供電的接口

陳 微 吳應(yīng)攀 辛 驥

陳 微:廣州地鐵通號中心 工程師 510000 廣州

吳應(yīng)攀:廣州地鐵通號中心 助理工程師 510000 廣州

辛 驥:廣州地鐵通號中心 工程師 510000 廣州

城市軌道交通信號系統(tǒng)的專業(yè)接口多而復(fù)雜，特別是與牽引供電的接口，一旦設(shè)備出現(xiàn)故障，在人機交互界面 (HMI)上就會顯示錯誤的供電信息，給線路的正常運營造成不便。本文在介紹信號與主控牽引供電接口原理的基礎(chǔ)上，詳細(xì)講述了廣州地鐵3號線處理牽引供電信息系統(tǒng)故障的方法及步驟。

1 信號系統(tǒng)與主控系統(tǒng)接口

信號系統(tǒng)與主控系統(tǒng)的接口在車站控制室和控制中心。在車站控制室，為車站行車值班員進(jìn)行“緊急停車/扣車/放行”操作提供接口;在控制中心，ATS子系統(tǒng)通過以太網(wǎng)接入主控系統(tǒng)的中心交換機，接口類型一般為IEEE802.3 10/100BASE-TX以太網(wǎng) (一主一備)，協(xié)議類型為TCP/IP。高層協(xié)議由主控系統(tǒng)統(tǒng)一提出。廣州地鐵3號線采用MODBUS協(xié)議，信號系統(tǒng)負(fù)責(zé)進(jìn)行通信規(guī)約和接口的轉(zhuǎn)換，以滿足數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊蟆?/p>

信號系統(tǒng)為主控提供:運行時刻表、實時的列車位置及識別號、列車實際的區(qū)間運行時間或阻塞、旅客向?qū)У刃畔?。主控為信號系統(tǒng)提供:牽引供電、火災(zāi)報警、實際客流及客流統(tǒng)計報告、對信號與主控之間的通道檢測等信息。

控制中心信號系統(tǒng)與主控系統(tǒng)接口為各種信息的傳輸提供了通道，即各種信息的硬件傳輸通道是相同的。對于非事件觸發(fā)且傳輸不頻繁的數(shù)據(jù)，采用FEP協(xié)議，而對于有事件觸發(fā)或者傳輸比較頻繁的數(shù)據(jù)，采用MODBUS TCP/IP協(xié)議。同時，由同一種協(xié)議傳輸不同類型的數(shù)據(jù)，采用不同的功能碼加以區(qū)分。

2 MODBUS TCP/IP協(xié)議

主控系統(tǒng)的FEP配置為主機，信號系統(tǒng)的DL工作站配置為從機，主機每500 ms向從機發(fā)送一次輪詢報文。MODBUS TCP/IP協(xié)議的報文格式包括報頭、功能碼和數(shù)據(jù)3個部分，如圖1所示。其中報頭包括:①2個字節(jié)的報文序列號，例如0X0B 0X40表示第0X0B40=2880條報文;②2個字節(jié)的協(xié)議標(biāo)志，恒為0X00 0X00;③2個字節(jié)的長度標(biāo)志，以字節(jié)計，表示自單元標(biāo)志開始的數(shù)據(jù)長度，例如0X02 0X53表示其后有0X0253=595字節(jié)數(shù)據(jù);④1個字節(jié)的單元標(biāo)志，恒為0XFF。

圖1 MODBUS TCP/IP協(xié)議的報文格式

從機報文的報文序列號、協(xié)議標(biāo)志和單元標(biāo)志是從主機拷貝的。功能碼為1個字節(jié):0X04表示讀輸入寄存器，即主控FEP讀取信號相應(yīng)寄存器的數(shù)據(jù);0X10表示預(yù)置可寫寄存器，即主控FEP向信號相應(yīng)寄存器寫入數(shù)據(jù)，寫入的數(shù)據(jù)其實就是牽引供電信息。每一個寄存器有16位。主控FEP向信號發(fā)送報文功能碼后，跟隨有2個字節(jié)的讀寫寄存器起始地址和2個字節(jié)的讀寫寄存器數(shù)量，從而確定了讀寫寄存器的范圍。

3 牽引供電信息的傳輸原理

牽引供電信息通過接口，從主控的FEP傳輸?shù)叫盘栂到y(tǒng)的DL工作站，再經(jīng)過信號系統(tǒng)SRS的處理，最終在HMI上顯示出來。牽引供電信息的傳輸采用MODBUS TCP/IP協(xié)議，其信息傳輸?shù)牧鞒倘鐖D2所示。

圖2 牽引供電信息傳輸流程

若信號與主控的鏈接中斷 (一般是信號重啟SRS和DL工作站)，主控會以5 s的周期不斷地發(fā)送狀態(tài)檢測報文，檢測信號設(shè)備的狀態(tài)，直到設(shè)備狀態(tài)正常。該報文請求讀取以寄存器01開始的寄存器數(shù)據(jù)，即讀取寄存器01的數(shù)據(jù)。

信號可讀寄存器01的低2位表示信號設(shè)備的狀態(tài):01表示數(shù)據(jù)無效，10表示信號有效。當(dāng)信號系統(tǒng)接收到該報文之后，如果信號設(shè)備準(zhǔn)備就緒，將會發(fā)送表示信號設(shè)備有效的報文，否則發(fā)送無效的報文。

當(dāng)主控系統(tǒng)檢測到信號設(shè)備可用之后，將會以500 ms的周期不斷地發(fā)送輪詢報文，從信號設(shè)備獲取運營信息。典型報文:0X00 0X05 0X00 0X00 0X00 0X06 0XFF 0X04 0X00 0X01 0X01 0XD7表示讀取以寄存器01開始的0X01D7=471個寄存器的數(shù)據(jù)。

信號系統(tǒng)接收到該報文之后，將會返回主控需要的線路運營信息。如果是第一次接收到該輪詢報文，信號系統(tǒng)會將寄存器02的最低一位置為1，表示請求牽引供電信息，如0X00 0X05 0X00 0X00 0X03 0XB1 0XFF 0X04 0X00 0X00……(功能碼0X04之后的0X00表示字節(jié)個數(shù)，在此無效，恒為00);否則，該位為0。

主控系統(tǒng)在接收到牽引供電請求之后，將會發(fā)送牽引供電信息。該報文將以寄存器0X01F5=501開始的8個可寫寄存器數(shù)據(jù)預(yù)置。

信號可寫寄存器501—508共8個寄存器128個位，每2個位表示一個牽引供電區(qū)段的狀態(tài):00和11表示不確定、01表示帶電、10表示掉電。牽引供電區(qū)段與寄存器位的對應(yīng)關(guān)系如表1所示。信號系統(tǒng)收到牽引供電信息之后，保存該信息，并在HMI上顯示。如果某一牽引供電區(qū)段帶電，相應(yīng)軌道上不會有顯示;否側(cè)，將顯示2條綠色的直線。

信號系統(tǒng)接收到牽引供電信息之后，將返回主控確認(rèn)報文。

主控系統(tǒng)接收到信號系統(tǒng)返回的確認(rèn)報文之后，將會立即發(fā)送牽引請求復(fù)位的報文，復(fù)位信號對牽引供電的請求。信號系統(tǒng)接收到該報文之后，將牽引供電請求位置0，不再請求牽引供電信息，牽引供電信息保持不變，直到再次重新連接，或者主控檢測到牽引供電信息改變。

主控系統(tǒng)檢測到牽引供電信息出現(xiàn)更新時，會主動再次向信號系統(tǒng)發(fā)送可寫寄存器的報文，將更新的牽引供電信息寫入可寫寄存器。信號系統(tǒng)接收到該報文之后，更新并存儲更新之后的牽引供電信息，同時更新HMI的顯示。

4 牽引供電信息故障的處理

牽引供電信息故障主要是HMI顯示的牽引供電信息與現(xiàn)場情況不一致，包括2種情況:HMI顯示牽引掉電而現(xiàn)場為牽引供電，HMI顯示牽引供電而現(xiàn)場顯示牽引掉電。

表1 牽引供電區(qū)段與寄存器位的對應(yīng)關(guān)系

4.1 牽引供電信息報文的閱讀

在處理牽引供電信息故障的時候，需要閱讀牽引供電信息報文。在報文中搜索內(nèi)容“0X10 0X01 0XF5 0X00 0X08 0X00 0X10”，將其后16個字節(jié)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制之后，從左到右自上而下依次填入表1所示的牽引供電信息與寄存器位的對應(yīng)表中，即可得出結(jié)論。

4.2 牽引供電信息故障的處理流程

3號線信號維護(hù)人員處理牽引供電信息故障的流程及方法如圖3所示。

當(dāng)出現(xiàn)HMI顯示牽引供電信息與現(xiàn)場不一致時，立即查看MODBUS報文，找到最新的由主控發(fā)向信號系統(tǒng)的牽引供電信息 (寫入可寫寄存器)報文。需要注意的是一定要找到最新的供電信息報文，因為HMI是根據(jù)最新的牽引供電報文顯示牽引供電信息的。為此，可從文件最底端向上搜索，若未找到，繼續(xù)查看上一個文件，依次類推。

軌道區(qū)段與寄存器位的映射關(guān)系:軌道區(qū)段→供電區(qū)段編號→寄存器位。

1．牽引供電區(qū)段與軌道區(qū)段的對應(yīng)關(guān)系可查看相關(guān)工程圖紙，以便得到故障區(qū)段的牽引供電區(qū)段編號。

2．找到最新的牽引供電信息報文之后，依據(jù)該供電區(qū)段編號，按照上述方法閱讀報文得到故障牽引供電區(qū)段的牽引供電信息 (00、01、10、11)。

圖3 3號線信號維護(hù)人員處理牽引供電信息故障的流程及方法

3．將報文的信息與HMI顯示對比即可判斷報文信息與HMI顯示是否一致。如果報文信息與HMI顯示不一致，則證明是SRS或者DL工作站軟件出錯，可待運營結(jié)束之后，重啟SRS和DL工作站。若未恢復(fù)則重裝SRS和DL工作站軟件。若還未恢復(fù)則證明故障原因為軟件缺陷，需聯(lián)系供貨商升級軟件。如果報文信息與HMI顯示一致，則故障原因可能是信號與主控連接中斷或者主控專業(yè)問題。此時可以分別在2個DL工作站上ping主控FEP的 2個 IP地址 192.168.70.11和192.168.70.12。若能夠ping通 (有一條鏈路ping通就行)，則證明信號與主控鏈接正常，故障原因在主控一方，通知主控人員檢查其設(shè)備;若不能ping通，則證明信號DL工作站到主控FEP的鏈接中斷，聯(lián)系主控人員一起檢查并恢復(fù)鏈路。

5 結(jié)束語

本文從系統(tǒng)需求、軟硬件的設(shè)計和實現(xiàn)方面，詳細(xì)講述了廣州地鐵3號線ATS與主控關(guān)于牽引供電信息的接口，以及信號方面關(guān)于牽引供電信息故障的處理流程和方法，可為城市軌道交通信號關(guān)于接口的設(shè)計、施工和維護(hù)提供參考。

［1］ 王長林，林穎.列車運行控制技術(shù)［M］.成都:西南交通大學(xué)出版社，2006.