淺談廣州地鐵3號線VCC系統(tǒng)風(fēng)險防控

陳 微 吳應(yīng)攀 劉 翔

陳 微:廣州地鐵運(yùn)營三中心 工程師 510000 廣州

吳應(yīng)攀:廣州地鐵運(yùn)營三中心 助理工程師 510000 廣州

劉 翔:廣州地鐵運(yùn)營三中心 助理工程師 510000 廣州

移動閉塞是一種區(qū)間不分割，通過連續(xù)檢測先行列車位置和速度，進(jìn)行列車間隔控制，確保后續(xù)列車不會與先行列車發(fā)生沖突，能夠安全行車的列車安全控制系統(tǒng)?；谲囕v控制中心VCC系統(tǒng)在SelTrac移動閉塞系統(tǒng)中的作用，將風(fēng)險點(diǎn)劃分為A、B、C 3個等級，并制定了相應(yīng)的行車組織策略、應(yīng)急策略及維修策略。

車輛控制中心(VCC)位于運(yùn)營控制中心(OCC)，負(fù)責(zé)列車運(yùn)行安全和道岔的轉(zhuǎn)動，是ATP(列車自動保護(hù))/聯(lián)鎖/ATO(列車自動駕駛)的核心系統(tǒng)。為確保故障情況下，設(shè)備可冗余切換，實現(xiàn)列車不中斷正常運(yùn)行，廣州地鐵3號線SelTrac移動閉塞系統(tǒng)中有4套VCC，采用三取二結(jié)構(gòu)，每套管轄不同的區(qū)域，相鄰VCC之間的通信采用雙套熱備冗余。

1 VCC的組成

VCC組成包括:1個VCC中央計算機(jī)機(jī)架，含3個CPU(中央處理單元)及相關(guān)的I/O(輸入/輸出)接口;2個VCC I/O機(jī)架，可實現(xiàn)輸入、輸出和定時功能;2個VCC DT(數(shù)據(jù)傳輸)機(jī)架，用于調(diào)制、解調(diào)STC(車站控制器)、環(huán)線等數(shù)據(jù)信息;1個VCC終端，用來向VCC輸入與安全性相關(guān)的特定指令;1臺VCC打印機(jī)，輸出VCC終端上的所有命令和響應(yīng)。

VCC負(fù)責(zé)與列車、軌旁設(shè)備的雙向通信，并把實時監(jiān)控的列車信息、進(jìn)路信息等傳遞給SMC(系統(tǒng)管理中心)，并轉(zhuǎn)化為HMI(人機(jī)接口終端)工作站上的圖形化界面，以確保CO(行車指揮調(diào)度)直觀、清晰、高效地組織行車。

VCC與軌旁的通信，主要用于進(jìn)路指令的下發(fā)及進(jìn)路準(zhǔn)備后的狀態(tài)信息反饋;VCC與列車的通信，主要是進(jìn)路準(zhǔn)備后列車的移動授權(quán)及列車狀態(tài)信息反饋。VCC系統(tǒng)通信鏈路如圖1所示。

2 VCC系統(tǒng)的風(fēng)險點(diǎn)

截止目前為止，VCC故障在廣州地鐵3號線共出現(xiàn)3次，其中軟件故障2次，VCC I/O架的電源模塊故障1次。由于VCC是ATP/聯(lián)鎖/ATO的關(guān)鍵系統(tǒng)，一旦故障，系統(tǒng)自動降級進(jìn)入到后備組織模式，該區(qū)域內(nèi)的列車將不能被識別，只能通過人為排列進(jìn)路的方式來保障行車，大大降低了線路通過能力，故對VCC進(jìn)行風(fēng)險防控極為迫切。根據(jù)VCC故障對運(yùn)營的影響，將VCC的風(fēng)險點(diǎn)劃分為A、B、C 3類。

2.1 A類風(fēng)險點(diǎn)

A類風(fēng)險點(diǎn)的定義:該風(fēng)險點(diǎn)出現(xiàn)時將直接導(dǎo)致VCC不可用，該區(qū)域喪失ATC功能。A類風(fēng)險點(diǎn)主要分為軟件和硬件2類。

2.1.1 VCC軟件風(fēng)險

VCC軟件風(fēng)險是指在運(yùn)營過程中，由于列車信息、進(jìn)路信息等與VCC運(yùn)算邏輯的設(shè)定出現(xiàn)了不一致，系統(tǒng)根據(jù)“故障導(dǎo)向安全”的理念，從而會讓VCC死機(jī)。這里的軟件風(fēng)險并非指的是安裝軟件，VCC系統(tǒng)是三取二的系統(tǒng)，即便其中一個CPU安裝軟件存在問題，不會影響整個系統(tǒng)。

案例:2010年在3號線的試車線上進(jìn)行33車試車，而正線上29車正在運(yùn)營。33車有2個VOBC(車載控制器)，設(shè)備ID號板為133和333;29車2個VOBC的ID號分別為129和329。當(dāng)時，列車建立通信的VOBC是133，VCC識別33車在試車線。但是，測試前工作人員將33車的ID號板333與29車的ID號板329進(jìn)行了對調(diào)，因此正在運(yùn)營的29車的VOBC129出現(xiàn)死機(jī)沒有切換到329，卻切換到333。此時，VCC識別到33車在正線運(yùn)營，同時在試車線試車，同一列車出現(xiàn)在不同的位置是極其危險的，根據(jù)故障-安全理念，VCC自動下線。

可以看出，軟件風(fēng)險更多的是在邏輯運(yùn)算方面，從維護(hù)的角度要嚴(yán)格遵循列車編號規(guī)則，對于該ID板的管理、維護(hù)需要詳細(xì)的記錄及持續(xù)跟進(jìn)。

2.1.2 VCC硬件風(fēng)險

圖1 VCC系統(tǒng)通信鏈路

VCC的硬件風(fēng)險主要來源于VCC I/O、DT架電源模塊及輸入、輸出、時鐘控制層的故障風(fēng)險，這些模塊出現(xiàn)故障的情況下，由于沒有冗余的設(shè)計，VCC系統(tǒng)將會死機(jī)，或者與軌旁、列車失去通信，導(dǎo)致該VCC區(qū)域喪失ATC功能。由于其系統(tǒng)設(shè)計特性，該模塊故障會給運(yùn)營帶來極大的影響，這對維護(hù)人員提出了更高的要求，要從行車組織策略、應(yīng)急策略、維修策略來做好預(yù)想及預(yù)案。

1．行車組織策略。這主要分為搶修組織和行車組織2方面。

1)搶修組織。首先信號人員要分組行動，一組趕往設(shè)備房查看故障現(xiàn)象，進(jìn)行故障處理;另一組趕往行調(diào)大廳，查閱報文及告警信息，并輔助CO組織行車。其次是通報到正線上的各個值班點(diǎn)，分別安排離聯(lián)鎖站最近的其他人員通過高效的交通工具趕往沒有人員駐站的聯(lián)鎖站，并配合車站人員排列后備進(jìn)路。接下來是2組人員在5min內(nèi)把收集的故障信息進(jìn)行溝通，并及時向上級匯報，以作為下一步驟的判斷依據(jù)，進(jìn)而逐步處理，恢復(fù)設(shè)備運(yùn)行。

2)行車組織。當(dāng)VCC發(fā)生故障，會自動降級到后備，此時所有列車的具體位置都未知，只能通過計軸占用的情況初步判斷列車位置，再輔以占線板的方式快速找到列車，并做好記錄。由于ATC模式下上線列車的數(shù)量比后備模式下能順利運(yùn)行的列車數(shù)量多，故CO要快速通過存車線、渡線、折返線、出入段線等地放置一部分車。在整個后備跑車的過程中，尤其是在VCC設(shè)備恢復(fù)后，列車與VCC系統(tǒng)建立通信的過程中，保障在安全的基礎(chǔ)上做好高效運(yùn)營，CO的行車組織極為關(guān)鍵，步驟要清醒，用語要簡明、規(guī)范，分析要縝密，信息要及時更新，只有提前做好了行車組織的預(yù)案，并多次開展雙盲演練、桌面演練，VCC故障時的行車組織才會有條不紊。

2．應(yīng)急策略。在所有提倡“成本、效益”的企業(yè)中，如何花少的錢保平安運(yùn)營，需要提前下功夫。首先是A類風(fēng)險點(diǎn)的備件必不可少，至少要有1套;其次關(guān)鍵備件的存放點(diǎn)必須是離VCC系統(tǒng)最近的位置，方便故障情況下的應(yīng)急處理。

3．維修策略。首先要考慮到備件都是電子器件，如何周期性的進(jìn)行測試及驗證，以確保關(guān)鍵時刻備件不會“掉鏈子”，隨換隨用;其次要根據(jù)設(shè)備動作的頻次、使用的壽命年限、故障率等指標(biāo)確定預(yù)防修的周期，或根據(jù)長期監(jiān)控數(shù)據(jù)所形成的趨勢圖提前把帶病運(yùn)行的設(shè)備替換下來。

2.2 B類風(fēng)險點(diǎn)

B類風(fēng)險點(diǎn)定義:該風(fēng)險點(diǎn)出現(xiàn)故障情況下，將直接導(dǎo)致VCC系統(tǒng)的某個通道不可用，該通道對應(yīng)的區(qū)域喪失ATC功能，即局部小范圍區(qū)域喪失ATC功能。

VCC I/O、DT架上各個通道對應(yīng)的STC/環(huán)線輸入層數(shù)據(jù)處理模塊、CFD(中心饋電設(shè)備)模塊出現(xiàn)故障的情況下，雖然沒有冗余的設(shè)計，但只是某個通道的影響，故VCC系統(tǒng)不會死機(jī)，只會出現(xiàn)該VCC區(qū)域內(nèi)故障通道喪失ATC功能，即某個環(huán)線或某個STC與VCC出現(xiàn)連接中斷，列車在該區(qū)域內(nèi)會丟失通信，在運(yùn)行通過該故障區(qū)域后仍可進(jìn)行列車投入，并再次建立通信，恢復(fù)ATC功能。

1．行車組織策略。目前維修人員已聯(lián)合CO針對通道故障制定了相應(yīng)的環(huán)線、STC故障應(yīng)急預(yù)案，根據(jù)故障位置等特性，充分到局部區(qū)域“拉風(fēng)箱”或使用繞行線等方式來組織行車，確保通道故障情況下能夠平穩(wěn)運(yùn)營。

2．應(yīng)急策略。在設(shè)計階段應(yīng)充分考慮通道的備份，由于每套VCC系統(tǒng)都有16個以上的通道，要求供貨商應(yīng)設(shè)定幾個備用通道，以便某個通道故障且不易恢復(fù)的情況下隨時更換到備用通道來運(yùn)營。

3．維修策略。針對這些關(guān)鍵性的通道，組織技師們在維修工藝上多下功夫，制定檢修規(guī)范、功能測試規(guī)范等，既從人為故障上杜絕安全隱患，也能在關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)上把控檢修的設(shè)備質(zhì)量，做到人不在現(xiàn)場，但根據(jù)關(guān)鍵點(diǎn)反饋的時候能清晰掌握現(xiàn)場的維修水準(zhǔn)。

2.3 C類風(fēng)險點(diǎn)

C類風(fēng)險點(diǎn)的定義:該風(fēng)險點(diǎn)出現(xiàn)故障情況下，暫不影響ATO、ATP功能，該區(qū)域列車仍可正常運(yùn)行。C類風(fēng)險點(diǎn)主要分為2類，一類是風(fēng)險點(diǎn)故障情況下，只影響到ATS(列車自動監(jiān)控)功能;另一類是如果再次出現(xiàn)同樣的風(fēng)險點(diǎn)故障疊加，將直接導(dǎo)致VCC系統(tǒng)不可用，該區(qū)域喪失ATC功能。

VCC中央計算機(jī)架上的輸入輸出處理器、中央處理器由于有三取二冗余功能，當(dāng)其中任何一套輸入輸出處理器、中央處理器出現(xiàn)故障的情況下，存在故障疊加后的喪失ATC功能的風(fēng)險。VCCDT架上用于SMC通信的調(diào)制解調(diào)器單元出現(xiàn)故障的情況下，會導(dǎo)致CO不能通過HMI(人機(jī)接口界面)來監(jiān)控列車運(yùn)行情況的風(fēng)險，但上述2種情況，列車在該區(qū)域內(nèi)仍能正常運(yùn)行。

1．行車組織策略。在這種情況下，列車運(yùn)行正常，CO可通過VCC的報文終端及圖形終端來進(jìn)行行車組織，不影響運(yùn)營。

2．應(yīng)急策略。由于VCC為三取二系統(tǒng)，即便其中一臺中央處理器出現(xiàn)了故障，也不會影響到運(yùn)營，但存在風(fēng)險，故維修人員可通過獨(dú)立的電源開關(guān)來讓中央處理器下線，后臺維修，在維修完成后再通過同步的操作讓3臺中央處理器同步，建立通信。

3．維修策略。維修人員需嚴(yán)格按照日常保養(yǎng)、二級保養(yǎng)、小修、中修、大修、系統(tǒng)改造的檢修內(nèi)容來進(jìn)行VCC系統(tǒng)的維護(hù)。

3 結(jié)束語

SelTrac移動閉塞系統(tǒng)是個集控式的系統(tǒng)，正由于其特殊性，也對VCC系統(tǒng)的風(fēng)險防控提出了高要求，目前維修人員只能從行車組織策略、應(yīng)急策略、維修策略方面來制定應(yīng)對措施，但如何從根源上，即從系統(tǒng)的冗余性、可靠性方面來進(jìn)行技改將是維修人員接下來面臨的一個重要課題。

［1］廣州地鐵三號線信號系統(tǒng)技術(shù)規(guī)格書.

［2］易立富.城軌交通列控系統(tǒng)的車地通信方式［J］.都市快軌，2006(06).

［3］趙惠祥.城市軌道交通系統(tǒng)的運(yùn)營安全性與可靠性研究［D］.上海:同濟(jì)大學(xué)，2006.

［4］諸蓉萍，吳汶麒.移動閉塞技術(shù)及其應(yīng)用［J］.都市快軌，2004(02).