地鐵信號(hào)系統(tǒng)與其他專業(yè)接口分析

黃毅 高京顯

摘? 要：南昌地鐵1號(hào)線采用上海電氣泰雷茲的SelTrac@ CBTC信號(hào)系統(tǒng)，在該系統(tǒng)的建設(shè)和運(yùn)行中，與其他設(shè)備系統(tǒng)的接口及其管理亦是重要的一環(huán)。文章就通過對(duì)CBTC信號(hào)系統(tǒng)與其他專業(yè)的主要接口進(jìn)行技術(shù)分析，提高和加深對(duì)系統(tǒng)接口認(rèn)識(shí)。

關(guān)鍵詞：信號(hào)系統(tǒng);聯(lián)鎖;接口;分析

中圖分類號(hào)：U284.48? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2019）23-0067-02

Abstract： Nanchang Metro Line 1 adopts the SelTrac@ CBTC signal system of Shanghai Electric Therese. In the construction and operation of this system， the interface and management with other equipment systems is also an important link. Through the technical analysis of the main interfaces between CBTC signal system and other specialties， this paper improves and deepens the understanding of the system interface.

Keywords： signal system; interlocking; interface; analysis

地鐵信號(hào)系統(tǒng)是一個(gè)集行車指揮和列車運(yùn)行控制的非常重要的機(jī)電系統(tǒng)，其核心是基于通信列車自動(dòng)控制系統(tǒng)（CBTC），構(gòu)成一個(gè)以安全設(shè)備為基礎(chǔ)，集行車指揮、運(yùn)行調(diào)整、以及列車駕駛自動(dòng)化等功能為一體的自動(dòng)控制系統(tǒng)。為了實(shí)現(xiàn)監(jiān)視、控制等功能需求，CBTC信號(hào)系統(tǒng)需要與通信、機(jī)電、車輛等其他專業(yè)實(shí)現(xiàn)安全、可靠的電氣接口。

1 信號(hào)系統(tǒng)與（RADIO）通信無線系統(tǒng)接口

ATS與無線系統(tǒng)通過兩根冗余的屏蔽雙絞線（CAT5E）連接，每根雙絞電纜通過標(biāo)準(zhǔn)的RJ45連接器與RADIO設(shè)備的網(wǎng)卡接口，端口的帶寬為10Mbps半雙工，ATS系統(tǒng)和無線系統(tǒng)間使用基于GENA（通用事件通知結(jié)構(gòu)）訂閱來進(jìn)行通信。在該結(jié)構(gòu)下，ATS系統(tǒng)作為數(shù)據(jù)服務(wù)器，無線系統(tǒng)作為客戶端，ATS向無線系統(tǒng)發(fā)送以下信息：（1）無線系統(tǒng)的列車識(shí)別符（列車車次號(hào)）;（2）列車線路標(biāo)識(shí);（3）列車位置包括當(dāng)前車站，下一個(gè)車站和上一個(gè)車站;（4）列車標(biāo)識(shí)（車體號(hào)）和激活的司機(jī)室標(biāo)識(shí);（5）列車運(yùn)行方向;（6）司機(jī)標(biāo)識(shí)（司乘ID）無線系統(tǒng)根據(jù)ATS提供的列車信息，使中央調(diào)度員可以發(fā)起和建立對(duì)某特定列車的無線呼叫。

2 信號(hào)系統(tǒng)與（ISCS）綜合監(jiān)控系統(tǒng)接口

ATS系統(tǒng)和ISCS間的信息通過兩根冗余的10兆半雙工以太網(wǎng)接口的TCP連接，兩系統(tǒng)均有兩臺(tái)熱備服務(wù)器提供通信。ATS系統(tǒng)和ISCS間使用基于GENA（通用事件通知結(jié)構(gòu)）訂閱來進(jìn)行通信。在該結(jié)構(gòu)下，ATS系統(tǒng)既做為客戶端數(shù)據(jù)事件的訂閱者，又做為數(shù)據(jù)服務(wù)器。ISCS也既做為ATS系統(tǒng)數(shù)據(jù)的服務(wù)器又做為ATS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)訂閱者。

ATS做為服務(wù)器，發(fā)送以下信息給客戶端ISCS：（1）列車信息（列車ID、位置、運(yùn)行方向、運(yùn)行超時(shí)狀態(tài)等）;（2）PIS信息（列車ID、預(yù)定到站時(shí)間和發(fā)車時(shí)間及終點(diǎn)站-提供后續(xù)4輛車）;（3）列車接近站臺(tái)相關(guān)信息，當(dāng)列車距離站臺(tái)180m距離時(shí)觸發(fā);ISCS系統(tǒng)再把PIS信息轉(zhuǎn)發(fā)給通信PIS系統(tǒng)給乘客提供列車到站倒計(jì)時(shí)。

ISCS做為服務(wù)器，發(fā)送以下信息給客戶端ATS系統(tǒng)：（1）提供SCADA區(qū)間供電信息，用Energize（供電）和Deenergized（斷電）表示牽引供電分區(qū)的狀態(tài);（2）提供FAS火警狀態(tài)，用On（代表報(bào)警）、Off（未報(bào)警）、Unhealthy（非健康）表示火警狀態(tài);（3）提供BAS風(fēng)機(jī)狀態(tài)，用On（打開）、Off（關(guān)閉）、Faul（故障）、Uptrack（上行）、Downtrack（下行）表示風(fēng)機(jī)狀態(tài);ATS系統(tǒng)使用這些數(shù)據(jù)在人機(jī)界面上顯示ISCS的狀態(tài)。

3 信號(hào)系統(tǒng)與（MASTER CLOCK）主時(shí)鐘接口

ATS系統(tǒng)到主時(shí)鐘的通信通過TCP連接，兩個(gè)獨(dú)立的10Base TX HD以太網(wǎng)接口，兩系統(tǒng)中間連接防火墻，起到安全隔離作用。ATS-NTP系統(tǒng)被配置為客戶端，主時(shí)鐘服務(wù)器被配置為服務(wù)器，主時(shí)鐘提供兩個(gè)端口，ATS系統(tǒng)首先向配置文件中的第一個(gè)主時(shí)鐘發(fā)送UDP包;如果沒有收到響應(yīng)，ATS系統(tǒng)將把發(fā)送請(qǐng)求切換到配置文件中的下一個(gè)主時(shí)鐘，請(qǐng)求報(bào)文和響應(yīng)報(bào)文均需遵循NTP協(xié)議;當(dāng)兩個(gè)主時(shí)鐘均無響應(yīng)時(shí)，信號(hào)系統(tǒng)將與ATS服務(wù)器內(nèi)部時(shí)間實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步。

4 信號(hào)系統(tǒng)與（DLP）大屏接口

ATS通過多模光纖從控制中心信號(hào)機(jī)房連接到調(diào)度大廳，經(jīng)過媒體轉(zhuǎn)換單元后用網(wǎng)線與大屏服務(wù)器連接，在大屏服務(wù)器中裝有ATS軟件，ATS服務(wù)器發(fā)送信息給DLP來顯示正線的線路總覽圖、場(chǎng)段的線路總覽圖，在DLP上可切換顯示正線/場(chǎng)段線路總覽圖，每次線路總覽圖進(jìn)行更新時(shí)，大屏顯示器上的圖像也需要隨著進(jìn)行更新。顯示類型可以根據(jù)信號(hào)系統(tǒng)的圖形和文字信息來選擇，確保完整、有效、安全和方便顯示，DLP顯示和ATS工作站的顯示時(shí)間延時(shí)不超過1秒。

5 信號(hào)系統(tǒng)與（SDH）通信傳輸系統(tǒng)接口

SDH為信號(hào)的智能電源系統(tǒng)和MDS提供通信通道，使用二層交換協(xié)議，符合IEEE802.1Q（含IEEE802.3u）標(biāo)準(zhǔn)。控制中心、各車站、定修段/停車場(chǎng)通信信號(hào)之間提供100Mb/s共享以太網(wǎng)通道。

6 信號(hào)系統(tǒng)與（PSD）屏蔽門接口

信號(hào)系統(tǒng)軌旁區(qū)域控制器（ZC）采用安全繼電器接口單元與各站PSD系統(tǒng)連接，建立聯(lián)鎖關(guān)系。

在屏蔽門未旁路的情況下，屏蔽門的狀態(tài)不是關(guān)閉且鎖緊，ZC將站臺(tái)軌道關(guān)閉且阻止通信列車進(jìn)入車站和離開車站。此時(shí)司機(jī)只能切換至RM或CUT-OUT才能動(dòng)車進(jìn)入站臺(tái)或離開站臺(tái)。當(dāng)出現(xiàn)屏蔽門故障等情況時(shí)，工作人員將旁路旋鈕激活，信號(hào)系統(tǒng)將得到屏蔽門旁路的狀態(tài)，使得列車在進(jìn)站和離站時(shí)忽略屏蔽門的狀態(tài)。

當(dāng)通信列車到達(dá)站臺(tái)對(duì)齊且向ZC請(qǐng)求開屏蔽門時(shí)，ZC對(duì)屏蔽門系統(tǒng)發(fā)出“開門”命令，當(dāng)站臺(tái)上沒有列車或列車在站臺(tái)且正在請(qǐng)求關(guān)閉屏蔽門，ZC對(duì)屏蔽門系統(tǒng)發(fā)出“關(guān)門”命令。

接口電路采用的是繼電設(shè)備互相傳遞安全信息，不間斷地從屏蔽門系統(tǒng)接收屏蔽門的狀態(tài)信息。它的所有輸出和輸入全部使用雙斷方式。值得注意的是信號(hào)集中站至各非集中站屏蔽門設(shè)備控制室的接口電纜需根據(jù)電纜長度而采用不同大小的電纜規(guī)格，以免距離過長造成壓降使得設(shè)備無法收到可靠信息。

7 信號(hào)系統(tǒng)與（FGD）防淹門接口

信號(hào)系統(tǒng)軌旁區(qū)域控制器（ZC）采用安全繼電器接口單元與防淹門系統(tǒng)連接，從防淹門系統(tǒng)獲得“門打開且鎖閉”的信息與信號(hào)系統(tǒng)建立聯(lián)鎖關(guān)系。兩個(gè)系統(tǒng)之間的接口為繼電方式，接口分界位置在防淹門系統(tǒng)設(shè)備控制柜的接口端子。

當(dāng)防淹門系統(tǒng)向信號(hào)系統(tǒng)發(fā)送請(qǐng)求關(guān)閉防淹門的命令，信號(hào)系統(tǒng)收到命令后確保防護(hù)區(qū)段中沒有列車的條件下，信號(hào)系統(tǒng)向防淹門系統(tǒng)輸出“允許關(guān)閉”的防淹門命令。

考慮到關(guān)閉防淹門的情況一般是發(fā)生在異常、緊急的情況下，此時(shí)信號(hào)系統(tǒng)不一定在正常工作，信號(hào)與防淹門的聯(lián)鎖關(guān)系可能已經(jīng)失效，不能給出允許關(guān)閉的條件。所以信號(hào)給出的允許關(guān)門信號(hào)不是必要條件，防淹門可以強(qiáng)制關(guān)門。

8 信號(hào)系統(tǒng)與車輛接口

車載ATC系統(tǒng)的核心是兩套車載控制器（VOBC）單元，每套VOBC采用冗余校驗(yàn)“2取2”的原則執(zhí)行ATP和ATO功能。每套VOBC 都能單獨(dú)控制列車實(shí)現(xiàn)ATC功能。兩套VOBC 熱備冗余，當(dāng)一臺(tái)VOBC 主用時(shí)，另一臺(tái)處于待機(jī)狀態(tài)。

在電氣接口方面，信號(hào)系統(tǒng)應(yīng)向車輛提供VOBC機(jī)架的電磁兼容和干擾（輻射和靈敏性）、車輛環(huán)境-震動(dòng)、設(shè)備環(huán)境的標(biāo)準(zhǔn)，信號(hào)各設(shè)備的消耗功率等。車輛為信號(hào)系統(tǒng)提供標(biāo)稱值大小為直流110V的電池供電，同時(shí)提供能容忍指定的開關(guān)電源的沖擊電流要求的斷路器。車輛還需提供給VOBC設(shè)備的安全列車線，所有安全列車線（除EB）整根線都應(yīng)屏蔽，或采用雙斷回路且安全命令電路工作時(shí)應(yīng)該有一個(gè)獨(dú)立的回線;不能用列車地或公共的回線。從車輛底部到VOBC機(jī)架的接地連接由車輛方提供。

在功能方面，信號(hào)系統(tǒng)安全輸出緊急制動(dòng)命令、零速度命令、牽引使能命令、左/右門使能、開左/右門命令、前進(jìn)/后退命令、ATO牽引/制動(dòng)命令、EB復(fù)位命令、VOBC復(fù)位等命令至車輛，信號(hào)系統(tǒng)應(yīng)從車輛安全輸入緊急制動(dòng)狀態(tài)、駕駛模式選擇、門關(guān)并鎖閉狀態(tài)、列車完整性、激活駕駛室、制動(dòng)緩解狀態(tài)、開關(guān)左/右門請(qǐng)求、ATO啟動(dòng)按鈕、前進(jìn)/后退方向選擇、司機(jī)緊急制動(dòng)復(fù)位請(qǐng)求、門牽引互鎖旁路等命令。

信號(hào)系統(tǒng)與車輛控制系統(tǒng)接口分界點(diǎn)在車輛控制柜外線接線端。

9 結(jié)束語

信號(hào)系統(tǒng)與其他專業(yè)接口較多，均涉及行車安全。在與其他專業(yè)接口聯(lián)系應(yīng)從設(shè)計(jì)之初就予以考慮，向其他專業(yè)從軟、硬件上進(jìn)行對(duì)接，確保接口安全、可靠。同時(shí)要重視運(yùn)營接口的維護(hù)，各專業(yè)間分工應(yīng)清晰，同步配合檢查和測(cè)試才能使得整個(gè)CBTC信號(hào)系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]何宗華，汪松滋，何其光.城市軌道交通通信信號(hào)系統(tǒng)運(yùn)行與維修[M].中國建筑工業(yè)出版社，2007：383.