地鐵車輛基地綜合自動(dòng)化系統(tǒng)與外部系統(tǒng)接口總體方案研究

胡 敏 汪 崢 范 琪 譚冠華

地鐵車輛基地作為地鐵全線運(yùn)營(yíng)的基本保障，承擔(dān)了地鐵全線車輛停放、車輛檢修、車輛運(yùn)用（收車、發(fā)車、段內(nèi)調(diào)車轉(zhuǎn)線）以及全線設(shè)備設(shè)施檢維修的生產(chǎn)任務(wù)，相對(duì)于地鐵正線的高度自動(dòng)化水平，車輛基地內(nèi)生產(chǎn)作業(yè)基本依靠電話（專用電話或800 MHz 語(yǔ)音）、紙質(zhì)工單流轉(zhuǎn)、人工錄入等方式進(jìn)行作業(yè)管理，信息化、自動(dòng)化水平較低。為了提高車輛基地的生產(chǎn)作業(yè)效率、以及運(yùn)營(yíng)管理的信息化和自動(dòng)化水平，成都地鐵集團(tuán)公司招標(biāo)建設(shè)成都地鐵5 號(hào)線車輛基地綜合自動(dòng)化系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱MDIAS）［1-4］。成都地鐵5 號(hào)線也是成都首條采用MDIAS 的線路。

由于MDIAS 涉及車輛、信號(hào)、供電、通信等多個(gè)專業(yè)設(shè)備，接口較為復(fù)雜、實(shí)施難度較大，亟需確定MDIAS 外部系統(tǒng)的總體接口方案，明確接口通信方式、接口界面劃分、接口功能等設(shè)計(jì)內(nèi)容，以便后期進(jìn)行接口實(shí)施和維護(hù)。

本文重點(diǎn)研究MDIAS 功能設(shè)置，結(jié)合成都地鐵5 號(hào)線車輛基地的機(jī)電設(shè)備、信息化系統(tǒng)建設(shè)情況，總結(jié)并提出MDIAS 與外部系統(tǒng)接口的總體設(shè)計(jì)方案，為成都地鐵后續(xù)線路以及其他城市地鐵建設(shè)車輛基地綜合自動(dòng)化系統(tǒng)提供一定的參考。

1 MDIAS 概述

成都地鐵5 號(hào)線建設(shè)車輛基地3 座（含元華車輛段、大豐停車場(chǎng)和回龍停車場(chǎng)）。MDIAS 主要是實(shí)現(xiàn)車輛基地內(nèi)車輛檢修、列車收/發(fā)/調(diào)車、司機(jī)派班計(jì)劃的自動(dòng)編制，以及計(jì)劃的執(zhí)行、跟蹤及結(jié)果反饋等功能，總體可劃分為以下3 部分。

1） 計(jì)劃編制部分。MDIAS 結(jié)合地鐵正線的運(yùn)營(yíng)時(shí)刻表（也稱運(yùn)行圖）及車輛故障情況自動(dòng)編制車輛檢修計(jì)劃，檢修計(jì)劃中應(yīng)能提供滿足正線運(yùn)營(yíng)要求的列車數(shù)量；結(jié)合運(yùn)行圖、車輛檢修計(jì)劃自動(dòng)編制生成列車收車和發(fā)車計(jì)劃，同時(shí)可與車輛基地內(nèi)的施工計(jì)劃進(jìn)行沖突檢查，避免列車開進(jìn)施工區(qū)域，造成人身安全事故；結(jié)合運(yùn)行圖自動(dòng)生成司機(jī)的派班計(jì)劃。

2） 計(jì)劃執(zhí)行部分。MDIAS 結(jié)合自身制定的收/發(fā)/調(diào)車計(jì)劃，自動(dòng)觸發(fā)收/發(fā)/調(diào)車進(jìn)路的辦理，自動(dòng)將計(jì)劃轉(zhuǎn)化成進(jìn)路辦理的指令，且在進(jìn)路辦理之前，能夠自動(dòng)與車輛基地內(nèi)正在執(zhí)行的施工任務(wù)進(jìn)行沖突檢查，避免列車開進(jìn)施工區(qū)域；能夠標(biāo)記車輛基地內(nèi)股道接觸網(wǎng)斷送電信息，避免電客車開進(jìn)無(wú)電區(qū)；實(shí)現(xiàn)車輛基地內(nèi)信號(hào)設(shè)備的實(shí)時(shí)控制與狀態(tài)顯示。

3）計(jì)劃跟蹤及反饋部分。MDIAS 具備車輛基地內(nèi)車輛位置、車號(hào)信息的實(shí)時(shí)跟蹤功能，要求獲取列車發(fā)車至正線后的列車交路實(shí)時(shí)信息，在列車交路發(fā)生變化時(shí)，能夠及時(shí)調(diào)整列車的收車計(jì)劃。

2 成都地鐵5 號(hào)線車輛基地建設(shè)情況

1） 信號(hào)設(shè)備室設(shè)有車輛段計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)，通過(guò)聯(lián)鎖控顯機(jī)（分為A、B 機(jī)，一主一備）實(shí)現(xiàn)車輛基地內(nèi)信號(hào)設(shè)備的控制與狀態(tài)顯示、信號(hào)進(jìn)路的開放，且基本都是由車輛基地信號(hào)值班員手動(dòng)完成操作。

2）信號(hào)設(shè)備室設(shè)有信號(hào)ATS 分機(jī)（分為A、B 機(jī)，一主一備），可提供與外部系統(tǒng)的接口，實(shí)現(xiàn)車輛基地內(nèi)車輛的跟蹤、車號(hào)的顯示功能等。

3）采用PSCADA 系統(tǒng)對(duì)全線的接觸網(wǎng)供電狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

4）全線設(shè)置施工調(diào)度管理系統(tǒng)，對(duì)地鐵正線、車輛基地內(nèi)的施工計(jì)劃申報(bào)、審批，施工的請(qǐng)點(diǎn)、銷點(diǎn)進(jìn)行全面的信息化管理，該系統(tǒng)部署運(yùn)行在成都地鐵辦公網(wǎng)絡(luò)上（簡(jiǎn)稱OA 網(wǎng)絡(luò)）。

5） 采用資產(chǎn)管理系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱PMS） 實(shí)現(xiàn)車輛故障的提報(bào)、跟蹤處理及結(jié)果反饋，存儲(chǔ)車輛檢修計(jì)劃信息，該系統(tǒng)也部署運(yùn)行在成都地鐵辦公網(wǎng)絡(luò)上［5］。

3 MDIAS 接口需求分析

結(jié)合MIDAS 系統(tǒng)功能設(shè)置以及成都地鐵5 號(hào)線車輛基地機(jī)電設(shè)備和信息化系統(tǒng)建設(shè)情況，梳理MDAIS 系統(tǒng)接口需求如表1 所示。

表1 MDIAS 與外部系統(tǒng)接口需求

4 MDIAS 與外部系統(tǒng)接口總體方案

4.1 總體框架

4.1.1 硬件接口通信方案設(shè)計(jì)

MDIAS 是涉及行車調(diào)度的系統(tǒng)，在3 個(gè)場(chǎng)段建立了MDIAS 專網(wǎng)，MDIAS 的中心設(shè)備、接口設(shè)備、終端設(shè)備都掛載在MDIAS 專網(wǎng)上；同時(shí)為了保障系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的可靠性和穩(wěn)定性，MDIAS 采用雙網(wǎng)絡(luò)冗余結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

對(duì)MDIAS 的外部接口進(jìn)行重要性等級(jí)排序，如表2 所示。各接口設(shè)計(jì)如下。

1）與施工調(diào)度管理系統(tǒng)、PMS 系統(tǒng)的接口。由于與MDIAS 接口的施工調(diào)度管理系統(tǒng)、PMS 系統(tǒng)都運(yùn)行在地鐵公司OA 網(wǎng)絡(luò)上，因此MDIAS 網(wǎng)絡(luò)需與OA 網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)接口互通，以實(shí)現(xiàn)MDIAS 與施工調(diào)度管理系統(tǒng)、PMS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互。

表2 MDIAS 與外部系統(tǒng)接口重要性等級(jí)

地鐵公司OA 網(wǎng)在地鐵全線都是貫通的，因此只在元華車輛段設(shè)置MDIAS 網(wǎng)絡(luò)與OA 網(wǎng)絡(luò)的接口連接。如圖1 所示，MDIAS 專網(wǎng)通過(guò)MDIAS 防火墻與OA 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接，在防火墻中設(shè)置防護(hù)策略，只允許施工調(diào)度管理系統(tǒng)與MDIAS 的接口端口數(shù)據(jù)及PMS 系統(tǒng)與MDIAS 的接口端口數(shù)據(jù)進(jìn)入MDIAS 專網(wǎng)，接口數(shù)據(jù)直接由MDIAS 中心服務(wù)器進(jìn)行處理。

2）與ATS 接口。相比與施工調(diào)度管理系統(tǒng)和PMS 系統(tǒng)的接口，MDIAS 與ATS 接口的穩(wěn)定性和可靠性要求更高，在元華、大豐、回龍3 個(gè)場(chǎng)段均設(shè)置了MDIAS 與ATS 的接口服務(wù)器（簡(jiǎn)稱FEP）。

如圖1 所示，以元華場(chǎng)段舉例，在車輛段運(yùn)轉(zhuǎn)樓MDIAS 機(jī)房設(shè)置了與ATS 接口服務(wù)器2 臺(tái)，分別為FEP-A 和FEP-B。FEP-A 通過(guò)以太網(wǎng)線連接至車輛段運(yùn)轉(zhuǎn)樓信號(hào)設(shè)備室ATS 分機(jī)-A、FEP-B 連 接 至 車 輛 段ATS 分 機(jī)-B。 FEP-A，F(xiàn)EP-B 接收的數(shù)據(jù)均相同，采用互為主備的工作模式。一般是FEP-A 作為主用對(duì)外發(fā)送數(shù)據(jù)，當(dāng)FEP-A 發(fā)生故障時(shí)， 采用FEP-B 對(duì)外發(fā)送數(shù)據(jù)［7］。

3） 與PSCADA 系統(tǒng) 接口。PSCADA 主機(jī)位于每個(gè)場(chǎng)段的牽引混合所的PSCADA 主機(jī)柜內(nèi)，需通過(guò)光纖與MDIAS 連接。選取每個(gè)場(chǎng)段的FEP-A，作為與PSCADA 連接的接口服務(wù)器。

4）與車輛基地計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的接口。相比與其他對(duì)外接口，MDIAS 與聯(lián)鎖系統(tǒng)的接口要求最高，在每個(gè)場(chǎng)段均設(shè)置了與聯(lián)鎖系統(tǒng)接口的串口服務(wù)器2 臺(tái)，也稱為程序進(jìn)路控制器（簡(jiǎn)稱PRC）。

如圖1 所示，PRC 與聯(lián)鎖系統(tǒng)的接口方式為交叉互聯(lián)方式，通過(guò)RS422 串口線連接。PRC-A 與PRC-B 是一主一備，只是在通信鏈路上，PRC-A與聯(lián)鎖控顯機(jī)-A、聯(lián)鎖控顯機(jī)-B 各有1 條通道可以選擇，增強(qiáng)了通信連接的可靠性與穩(wěn)定性。［8］

圖1 MDIAS 與外部系統(tǒng)接口連接示意圖

4.1.2 關(guān)于FEP 設(shè)置的特殊說(shuō)明

在整個(gè)系統(tǒng)接口設(shè)計(jì)中，F(xiàn)EP 起到了承上啟下的作用，除了完成與ATS、PSCADA 的接口數(shù)據(jù)交互外，還需負(fù)責(zé)完成以下任務(wù)：①把PRC 從聯(lián)鎖系統(tǒng)接口接收的數(shù)據(jù)直接轉(zhuǎn)發(fā)至MDIAS 各個(gè)調(diào)度終端；②把ATS 接口的數(shù)據(jù)、PSCADA 接口的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至中心服務(wù)器處理，再通過(guò)FEP 反饋至各個(gè)調(diào)度終端進(jìn)行顯示；③把中心接口發(fā)送的施工信息、PMS 信息轉(zhuǎn)發(fā)至各個(gè)調(diào)度終端進(jìn)行顯示；④把中心制定的計(jì)劃信息轉(zhuǎn)發(fā)至PRC，由PRC 把計(jì)劃轉(zhuǎn)化成指令信息，在收到觸發(fā)信息之后，把指令信息下發(fā)至聯(lián)鎖系統(tǒng)，由聯(lián)鎖系統(tǒng)開放進(jìn)路辦理。

4.2 接口分界面劃分

在所有的接口設(shè)計(jì)中，接口分界面的劃分非常重要，直接關(guān)系到接口實(shí)施中接口雙方的職責(zé)以及后期系統(tǒng)交付之后的接口維護(hù)界面［9］。MDIAS 與外部系統(tǒng)接口方式及接口分界面劃分見(jiàn)表3。

4.3 接口功能設(shè)計(jì)

結(jié)合前述MDIAS 對(duì)外接口需求分析，總結(jié)MDIAS 對(duì)外接口 功能如表4 所示［10-12］。

表3 MDIAS 與外部系統(tǒng)接口方式及接口分界面劃分

表4 MDIAS 與外部系統(tǒng)接口數(shù)據(jù)信息［10］

5 方案應(yīng)用效果

成都地鐵5 號(hào)線已開通運(yùn)營(yíng)，本文所研究的MDIAS 對(duì)外接口總體方案也已得到具體應(yīng)用。從2019 年4 月完成接口調(diào)試至今，MDIAS 對(duì)外接口一直運(yùn)行穩(wěn)定。經(jīng)全線綜合聯(lián)調(diào)及用戶使用驗(yàn)證，其接口通信設(shè)計(jì)和功能設(shè)計(jì)均能滿足MDIAS 的用戶使用要求，效果良好。

隨著城市軌道交通信息化、自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的城市地鐵開展了車輛基地綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的建設(shè)或研究，本文可為其建設(shè)實(shí)施、系統(tǒng)研究提供一定的參考。