淺析地鐵信號CBTC系統(tǒng)下的CBI子系統(tǒng)

劉業(yè)晨

摘? ?要：近年來，隨著我國科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，地鐵信號系統(tǒng)也從以往的固定閉塞逐漸提升為準(zhǔn)移動閉塞和移動閉塞，實現(xiàn)了人工駕駛向自動駕駛邁進(jìn)的重要功能?；谕ㄐ诺牧熊嚳刂葡到y(tǒng)成為很多地鐵信號系統(tǒng)的首選。文章結(jié)合地鐵信號CBTC系統(tǒng)的具體情況，詳細(xì)介紹組成CBTC系統(tǒng)的重要子系統(tǒng)—計算機聯(lián)鎖子系統(tǒng)，從而為后續(xù)維護(hù)維保CBI系統(tǒng)提供一定的理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：地鐵信號;CBTC系統(tǒng);計算機聯(lián)鎖子系統(tǒng)

1? ? 計算機聯(lián)鎖子系統(tǒng)概述

計算機聯(lián)鎖子系統(tǒng)（Computer Based Interlocking，CBI）是保證列車運行安全以及實現(xiàn)軌道區(qū)段、道岔、信號機之間正確聯(lián)鎖關(guān)系的系統(tǒng)，滿足故障—安全原則。聯(lián)鎖子系統(tǒng)采用二乘二取二的硬件結(jié)構(gòu)和軟件設(shè)計，與之相關(guān)的通信通道均熱備冗余。

2? ? CBI的工作原理

2.1? 聯(lián)鎖控制器原理

聯(lián)鎖控制器是一個安全邏輯處理器，除處理聯(lián)鎖邏輯之外，還提供故障—安全的二進(jìn)制輸入/輸出管理。大連地鐵工程2號線一期工程信號系統(tǒng)采用MicroLok軌旁控制系統(tǒng)作為聯(lián)鎖控制系統(tǒng)。

Microlok系統(tǒng)采用“故障-安全”的二乘二取二的冗余結(jié)構(gòu)。MicroLok聯(lián)鎖控制器采用高性能FPGA技術(shù)的處理器PCB。該處理器PCB將與MicroLok機籠以及MicroLok主要外圍PCB兼容。該處理器PCB使用綜合故障—安全技術(shù)，所有安全處理功能將在雙FPGA上獨立執(zhí)行，只有在兩個FPGA一致時才會得出允許性輸出。其包括用于實現(xiàn)內(nèi)置安全診斷和表決功能的核心內(nèi)部軟件。采用最新高性能FPGA技術(shù)處理器PCB的MicroLok系統(tǒng)實現(xiàn)二乘二取二的硬件冗余結(jié)構(gòu)。與聯(lián)鎖設(shè)備的接口是由指定的I/O板（繼電器、信號機等）處理的。每個MicroLok系統(tǒng)包括兩套二取二單元，一套用于正常運行，另一套備用。如果在線單元故障，備用單元將自動轉(zhuǎn)為在線單元。在線單元實時監(jiān)控備用單元的狀態(tài)，如果備用單元故障，在線單元向ATS發(fā)送報警信息。同時，此信息也轉(zhuǎn)發(fā)給維修系統(tǒng)，在本站的維護(hù)工作站MSW、控制中心及維修中心的維修工作站顯示并報警。

2.2? 通信

所有MicroLok設(shè)備通過冗余的以太骨干網(wǎng)互相通信。每個聯(lián)鎖控制器都有唯一的IP地址，通過軌旁網(wǎng)絡(luò)與區(qū)域控制器保持通信，通信協(xié)議允許安全數(shù)據(jù)在MicroLok設(shè)備之間交換。

每一套MicroLok設(shè)備經(jīng)由分散控制系統(tǒng)（Distributed Control System，DCS）與列車車載控制器（Car Controller，CC）通信。

2.3? 現(xiàn)地控制工作站

在聯(lián)鎖區(qū)域內(nèi)，設(shè)備集中站的現(xiàn)地控制工作站設(shè)置ATS工作站與本地控制工作站（Local Control Website，LCW），該工作站位于設(shè)備集中站的設(shè)備室。兩個工作站共設(shè)置兩臺LCD顯示器，該顯示器放置于設(shè)備集中站的車控室。

ATS工作站通過接入交換機（Access Switch，AS）接入DCS網(wǎng)絡(luò)，LCW工作站通過串口直接接入到聯(lián)鎖設(shè)備。當(dāng)ATS故障時，系統(tǒng)具備通過LCW工作站實現(xiàn)設(shè)備全線聯(lián)鎖設(shè)備的監(jiān)控功能。

3? ? 系統(tǒng)接口

3.1? 聯(lián)鎖控制器與ATS子系統(tǒng)的接口

聯(lián)鎖控制器與ATS子系統(tǒng)的通道基于10/100 M以太網(wǎng)連接和光纖骨干網(wǎng)，使用UDP/IP協(xié)議。

3.2? 聯(lián)鎖控制器與ZC的接口

聯(lián)鎖設(shè)備與ATP子系統(tǒng)地面計算機設(shè)備接口成熟、匹配性好，已成功應(yīng)用于國內(nèi)很多地鐵。

3.3? 聯(lián)鎖控制器與綜合后備盤的接口

聯(lián)鎖控制器通過繼電電路與綜合后備盤（Integrated Backup Panel，IBP）接口。對應(yīng)IBP的每個按鈕，設(shè)置相應(yīng)的繼電器，由聯(lián)鎖子系統(tǒng)采集該繼電器的狀態(tài)信息，從而實現(xiàn)聯(lián)鎖控制。

3.3.1? 緊急停車

在每個車站的站臺上，對應(yīng)上下行線路，分別設(shè)置緊急停車按鈕;在室內(nèi)綜合后備盤上，對應(yīng)上下行線路，也分別設(shè)置緊急停車按鈕和緊急停車恢復(fù)按鈕。對應(yīng)上下行的緊急停車按鈕，分別設(shè)置緊急停車按鈕繼電器供聯(lián)鎖采集。

當(dāng)在室外或綜合后備盤上按壓緊急停車按鈕時，緊急停車按鈕繼電器回路斷開，緊急停車按鈕繼電器落下，綜合后備盤上的蜂鳴器響起，同時點亮緊急停車狀態(tài)燈，表明車站在緊急關(guān)閉狀態(tài)。

聯(lián)鎖設(shè)備采集到緊急停車按鈕繼電器落下狀態(tài)后，將緊急停車的信息傳遞給列車自動保護(hù)系統(tǒng)（Automatic Train Protection，ATP）子系統(tǒng)，ATP子系統(tǒng)通過車地通信將向列車發(fā)送相應(yīng)的列車移動授權(quán)命令或?qū)⒕o急停車信息送到列車。

當(dāng)車站值班員確認(rèn)緊急停車解除后，按壓緊急停車恢復(fù)按鈕，使緊急停車按鈕繼電器復(fù)原，報警蜂鳴器停止報警，緊急停車狀態(tài)燈熄滅。同時聯(lián)鎖設(shè)備采集到緊急停車按鈕繼電器復(fù)原后，將緊急停車按鈕的恢復(fù)信息傳遞給ATP子系統(tǒng)，ATP子系統(tǒng)解除對列車運行的限制。

3.3.2? 扣車

在綜合后備盤上，對應(yīng)上下行線路，分別設(shè)置扣車按鈕、取消扣車按鈕。對應(yīng)上下行的扣車按鈕，分別設(shè)置扣車按鈕繼電器，由聯(lián)鎖采集。

當(dāng)在綜合后備盤上按壓扣車按鈕時，扣車按鈕繼電器回路斷開，扣車按鈕繼電器落下，同時點亮扣車狀態(tài)燈，表明車站在扣車狀態(tài)。

聯(lián)鎖設(shè)備采集到扣車按鈕繼電器落下狀態(tài)后，將扣車信息傳遞給ATP子系統(tǒng)，ATP子系統(tǒng)通過車地通信將向列車發(fā)送扣車命令。

當(dāng)車站值班員確認(rèn)扣車解除后，按壓扣車恢復(fù)按鈕，使扣車按鈕繼電器復(fù)原，扣車狀態(tài)燈熄滅。同時聯(lián)鎖設(shè)備采集到扣車按鈕繼電器復(fù)原后，將扣車按鈕的恢復(fù)信息傳遞給ATP子系統(tǒng)，ATP子系統(tǒng)允許列車出站。

3.3.3? 提前發(fā)車

在綜合后備盤上，對應(yīng)上下行線路，分別設(shè)置一個提前發(fā)車按鈕。對應(yīng)上下行的提前發(fā)車按鈕，分別設(shè)置一個提前發(fā)車按鈕繼電器，供聯(lián)鎖采集。

當(dāng)需要提前發(fā)車時，值班員在綜合后備盤上按下提前發(fā)車按鈕，提前發(fā)車按鈕繼電器吸起，同時點亮提前發(fā)車狀態(tài)燈，表明車站在提前發(fā)車狀態(tài)。

聯(lián)鎖設(shè)備采集到提前發(fā)車按鈕繼電器吸起狀態(tài)后，將提前發(fā)車信息傳遞給ATP子系統(tǒng)，ATP子系統(tǒng)通過車地通信將向列車發(fā)送提前發(fā)車命令。

當(dāng)不需要在車站提前發(fā)車時，車站值班員拉出提前發(fā)車按鈕，使提前發(fā)車按鈕繼電器落下，提前發(fā)車狀態(tài)燈熄滅。

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