地鐵信號系統(tǒng)功能分析

高京顯+黃毅

摘要：隨著城市地鐵的快速發(fā)展，地鐵已經(jīng)成為了城市交通的主力。為了方便人們出行，保證地鐵的安全、可靠、高效的運行是地鐵運營的重點。在城市軌道交通系統(tǒng)中，信號系統(tǒng)是一個集行車指揮和列車運行控制為一體的重要的機電系統(tǒng)。它直接關(guān)系到城市軌道交通系統(tǒng)的運營安全、運營效率，保證列車快速、高密度、有序的運行。

關(guān)鍵詞：城市軌道交通；信號；移動閉塞；后備系統(tǒng)；列車自動控制

在南昌地鐵一號線中信號系統(tǒng)可在兩種模式下運行：CBTC模式及后備模式。列車控制系統(tǒng)（CBTC）根據(jù)移動閉塞原則，提供基于無線通信的列車控制系統(tǒng)，在CBTC模式下MAU接收來自ATS的進路請求，然后沿著ATS請求的進路，以列車報告的位置起始為列車計算LMA（移動授權(quán)限制）。；后備系統(tǒng)是基于固定信號機的列車運行保護系統(tǒng)，當(dāng)CBTC模式失效或特殊需要時，能啟動降級或后備運行模式組織列車正方向運營。本文對信號系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及功能實現(xiàn)進行介紹。

信號系統(tǒng)的架構(gòu)及功能

信號系統(tǒng)由列車自動監(jiān)督（ATS）、車載控制器（VOBC）、區(qū)域控制器（ZC）和數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)（DCS）構(gòu)成。各子系統(tǒng)相互滲透，實現(xiàn)地面控制與車輛控制，本地與中央控制相結(jié)合實現(xiàn)集行車指揮、自動駕駛及運行調(diào)整為一體的自動控制系統(tǒng)。

列車自動監(jiān)督（ATS）：ATS是一個非安全系統(tǒng)，它為ATS操作員提供人機接口界面，分成本地和中央ATS系統(tǒng)。正常工作控制權(quán)限在中央，中央可下方權(quán)限到本地。ATS在線路顯示屏上顯示列車具體位置，同時也提供接口軟件執(zhí)行其它各種功能，如臨時限速、車站跳停等。 ATS負責(zé)精確地排列列車進路。ATS負責(zé)把進路命令只發(fā)送到與進路相關(guān)的控區(qū)中。ATS工作站可用來顯示線路全貌或時刻表。采用冗余的網(wǎng)絡(luò)（雙網(wǎng)）連接到DCS骨干網(wǎng)，并配有數(shù)據(jù)記錄器（單獨的PC），用于記錄聯(lián)鎖站發(fā)送和接收的網(wǎng)絡(luò)信息。

車載控制器（VOBC）：列車上的車載控制器VOBC和軌旁的區(qū)域控制器ZC是系統(tǒng)安全型部件，它們通過非安全的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)（DCS）進行通信，但端到端的連接是安全的。這是因為安全設(shè)備在它們生成的每一條報文中都包含序列號和循環(huán)冗余碼校驗（CRC），然后對該報文進行鑒定。對序列號和CRC的鑒定算法只有安全設(shè)備才能識別，因此可以防止DCS系統(tǒng)中非安全設(shè)備的干擾。VOBC通過檢測軌道上的應(yīng)答器與檢索數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)來建立列車的位置。VOBC測量應(yīng)答器之間的距離，并通過速度傳感器信號計算探測到應(yīng)答器后列車的行駛距離。數(shù)據(jù)庫包括了所有相關(guān)的線路信息，包括應(yīng)答器位置，車站停車位置，坡度，土建限速，道岔位置和信號機位置等。VOBC接收MAU發(fā)送的LMA（適用于所有通信列車的移動授權(quán)），確定列車在其LMA范圍內(nèi)的停車點，停車點至少在LMA的端點之前一個安全距離。

區(qū)域控制器（ZC）：包括MAU和PMI，負責(zé)所有的聯(lián)鎖控制。所有軌旁設(shè)備，如信號機、道岔、EAK和B信標(biāo)，用繼電器通過SER里面或外面的CTF架與ZC接口。在CBTC模式下，MAU接收來自ATS的進路請求，然后沿著ATS請求的進路，以列車報告的位置起始為列車計算LMA（移動授權(quán)限制）。LMA將限制到ATS進路上的最近障礙物，或如果沒有障礙物，將到最大距離（離線建立的），確保只有必要的軌道和設(shè)備為列車預(yù)留。如果列車的ATS進路與道岔交疊，MAU會請求執(zhí)行通過聯(lián)鎖區(qū)域的PMI進路；當(dāng)PMI報告要求的進路已授權(quán)后，MAU才延伸LMA通過該進路。當(dāng)MAU確定受控列車的移動授權(quán)能夠通過信號機時，MAU將給PMI發(fā)送旁路信號命令，由MAU設(shè)置信號機為允許顯示（在固定閉塞原理下，該信號機通常是限制顯示）。MAU知道其控區(qū)內(nèi)所有列車的準(zhǔn)確位置，并通過系統(tǒng)確定何時可以安全的延伸列車的移動授權(quán)，從而旁路移動授權(quán)內(nèi)的信號機。列車在控制模式下運行（ATO、ATPM）并用LMA建立其停車位置，應(yīng)用移動閉塞運行。MAU基于設(shè)備及系統(tǒng)中其它列車狀態(tài)決定移動授權(quán)，MAU與VOBC及設(shè)備間進行連續(xù)的通信，并使用這些信息和請求的進路來不斷地確定和發(fā)送LMA給每列列車以實現(xiàn)移動閉塞列車控制。MAU也與相鄰的MAU進行通信，以監(jiān)督相鄰MAU的健康狀態(tài)、為通過邊界的列車請求LMA、發(fā)送/接收鄰近邊界區(qū)段內(nèi)的非通信障礙物和非通信列車的狀態(tài)。

PMI：PMI執(zhí)行由ATS觸發(fā)并由MAU請求的進路，控制和監(jiān)督信號機和道岔狀態(tài)，保證設(shè)備聯(lián)鎖。PMI接收所有軌旁設(shè)備包括站臺門狀態(tài)，且PMI向MAU發(fā)送信號狀態(tài)。PMI具有通用軟件，通過聯(lián)鎖表為每個聯(lián)鎖區(qū)域定制不同的聯(lián)鎖關(guān)系。

數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)（DCS）：所有設(shè)備都和數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)（DCS）相連。DCS設(shè)備包括：軌旁光纖骨干網(wǎng)，AP（軌旁無線設(shè)備），車載無線設(shè)備，車站和控制中心的網(wǎng)絡(luò)和骨干交換機。

CBTC模式：

CBTC 系統(tǒng)可由傳統(tǒng)的列車自動控制（ATC）信號系統(tǒng)部分組成：列車自動運行（ATO），列車自動防護（ATP）和列車自動監(jiān)督（ATS）。CBTC通過ATS（提供監(jiān)督功能）、PMI/MAU（提供聯(lián)鎖及安全移動授權(quán)功能）及車載VOBC實現(xiàn)其功能。在CBTC模式中，當(dāng)ATS命令進路時，ATS生成進路請求給MAU，MAU通過預(yù)留相應(yīng)ATS進路請求路徑上的軌旁設(shè)備，安全執(zhí)行和授權(quán)該進路。這種預(yù)留是唯一的，兩列列車的預(yù)留不能交疊。MAU負責(zé)軌道上列車移動及間隔的安全，PMI會根據(jù)其它子系統(tǒng)的請求排列并鎖閉道岔。PMI也提供現(xiàn)場設(shè)備接口。軌旁子系統(tǒng)將提供移動閉塞的運營。

后備模式：

當(dāng)區(qū)域控制器處于后備模式運行時，PMI負責(zé)所有的聯(lián)鎖功能、列車運行和間隔。軌旁子系統(tǒng)將提供固定閉塞的運營。當(dāng)MAU子系統(tǒng)發(fā)生故障時，系統(tǒng)能夠降級到后備模式，不影響系統(tǒng)的安全。PMI被命令進入后備模式，所有進路請求直接到PMI而不經(jīng)過MAU。后備模式時，PMI完全負責(zé)聯(lián)鎖。得知信號模式切換到后備（固定閉塞）后，PMI將完全負責(zé)聯(lián)鎖，并切換到接受ATS的進路請求并且忽略所有MAU進路請求。ATS操作員向PMI發(fā)送進路命令，PMI將根據(jù)固定閉塞信號規(guī)則設(shè)置轉(zhuǎn)轍機和信號機。然后，列車操作員根據(jù)軌旁信號機顯示以RMF模式駕駛列車。如果進入IATP模式的條件都滿足，則列車可以轉(zhuǎn)換到IATP模式。

總結(jié)：

隨著全國地鐵的快速發(fā)展，為了滿足乘客對地鐵安全、高效、快捷的要求。信號系統(tǒng)也在不斷進步，為地鐵的發(fā)展而努力。endprint