適用于城市軌道交通的全電子計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)設(shè)計(jì)及研究

馮浩楠

(1. 中國(guó)鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司 通信信號(hào)研究所，北京100081；2. 國(guó)家鐵路智能運(yùn)輸系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心，北京100081)

CBTC(communication based train control，CBTC)系統(tǒng)突破固定閉塞系統(tǒng)的局限性，提升了軌道交通的運(yùn)行效率，在眾多城市地鐵中廣泛應(yīng)用，成為城市軌道交通控制系統(tǒng)的首選。計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)(computer interlocking，CI)是CBTC 系統(tǒng)中的一個(gè)重要安全系統(tǒng)，根據(jù)列車(chē)自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)(auto‐matic train supervision，ATS)下發(fā)的命令，為不同模式的列車(chē)辦理進(jìn)路，提供保護(hù)進(jìn)路、自動(dòng)折返和自動(dòng)通過(guò)等功能，檢查相鄰站聯(lián)鎖狀態(tài)，對(duì)控區(qū)內(nèi)屏蔽門(mén)、緊急停車(chē)按鈕、防淹門(mén)等設(shè)備的監(jiān)督和控制。CBTC 系統(tǒng)各個(gè)系統(tǒng)的信息交互如圖1所示[1]。全電子計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、智能化程度更高、功能更加豐富、配置靈活和控制范圍廣等優(yōu)點(diǎn)[2]，它取消了繼電系統(tǒng)的接口柜和組合柜，可節(jié)省室內(nèi)空間，降低連線排查、安裝調(diào)試等工程環(huán)節(jié)的工作量，成為計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)之一。目前，蘭州交通大學(xué)[3-5]、眾合科技、北京全路通信信號(hào)設(shè)計(jì)研究院、西南交通大學(xué)[6]等對(duì)全電子聯(lián)鎖系統(tǒng)進(jìn)行研究，并在我國(guó)的部分國(guó)鐵線路和車(chē)輛段中使用。國(guó)外，西門(mén)子[7-8]、日立公司的SAINT 系統(tǒng)、龐巴迪公司的OCS950 系統(tǒng)都通過(guò)目標(biāo)控制器實(shí)現(xiàn)全電子聯(lián)鎖系統(tǒng)[9]，英國(guó)鐵路RGS聯(lián)鎖技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)全電子聯(lián)鎖系統(tǒng)的技術(shù)要求也做出了規(guī)定[10]。中國(guó)鐵道科學(xué)研究院自主研發(fā)的TYJL-Ⅲ型CI 系統(tǒng)已經(jīng)在城市軌道交通的CBTC 系統(tǒng)中得到成熟應(yīng)用[11]，本文通過(guò)對(duì)其設(shè)計(jì)和增加與全電子系統(tǒng)接口的方式，升級(jí)改造為T(mén)YJL-ⅢE 型CI 系統(tǒng)，替換現(xiàn)有的繼電接口，增強(qiáng)系統(tǒng)的適配性和靈活性，更好地滿足城市軌道交通運(yùn)營(yíng)場(chǎng)景的需求。

圖1 CBTC系統(tǒng)各系統(tǒng)信息交互圖Fig.1 Information interaction diagram of each system in CBTC system

1 TYJL-ⅢE型CI系統(tǒng)

為了城市軌道交通和CBTC 系統(tǒng)的需求，TYJL-Ⅲ型CI系統(tǒng)采用安全控制平臺(tái)[12]。平臺(tái)采用二乘二取二的冗余架構(gòu)，由相同且獨(dú)立的兩系A(chǔ)系和B系組成，兩系地架構(gòu)采用互為主、備的冗余方式，可減少兩系之間的共因失效故障，便于現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)。平臺(tái)分為人機(jī)交互層、主控層和執(zhí)行部3個(gè)層次。

在人機(jī)交互層，操作人員命令的下發(fā)和站場(chǎng)顯示功能由MMI(man machine interface, MMI)實(shí)現(xiàn)。

在主控層，實(shí)現(xiàn)功能包括：1) 聯(lián)鎖邏輯和應(yīng)用層信息處理；2) 冗余處理功能；3) 其他CBTC系統(tǒng)的信息交互。功能1 由CPU 板完成，功能2 由兩系的CPU 通過(guò)ARCNET 連接，交互信息實(shí)現(xiàn)主備狀態(tài)切換；功能3通過(guò)各種通信板實(shí)現(xiàn)。

在通信板設(shè)計(jì)時(shí)，采用不同對(duì)象分離設(shè)置通信板卡方式實(shí)現(xiàn)信息交互，具有降低故障影響范圍和增設(shè)新的通信對(duì)象便利等優(yōu)勢(shì)。當(dāng)聯(lián)鎖系統(tǒng)與某個(gè)通信對(duì)象的通信板卡出現(xiàn)故障時(shí)，故障僅限于此通信對(duì)象，系統(tǒng)仍可能繼續(xù)運(yùn)行。例如當(dāng)聯(lián)鎖系統(tǒng)的ETH-ZC 板卡通信故障而與其他系統(tǒng)通信正常時(shí)，CBTC 系統(tǒng)仍可以采用點(diǎn)式模式繼續(xù)運(yùn)行。在TYJL-ⅢE 型CI 系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，僅需在原有TYJL-Ⅲ型CI系統(tǒng)上增設(shè)1 個(gè)安全通信板與全電子系統(tǒng)通信即可，擴(kuò)展方便。TYJL-ⅢE 型CI系統(tǒng)在CBTC系統(tǒng)中的通信對(duì)象總結(jié)如表1所示。

表1 TYJL-ⅢE型CI系統(tǒng)中通信對(duì)象Table 1 Communication objects in the TYJL-IIIE CI system

在執(zhí)行層，全電子執(zhí)行系統(tǒng)為主控層提供軌旁狀態(tài)信號(hào)和將主控層驅(qū)動(dòng)命令發(fā)送至軌旁設(shè)備。全電子系統(tǒng)分為OCU(object control unit,OCU)和電子執(zhí)行單元2 部分。OCU 設(shè)置靈活，可安置在遠(yuǎn)距離進(jìn)行區(qū)域控制，CI 邏輯部與OCU 選擇以太網(wǎng)連接，通信網(wǎng)絡(luò)為Ⅰ和Ⅱ雙網(wǎng)物理通道冗余；OCU 由A 和B 2 系構(gòu)成，每系OCU 均為二取二結(jié)構(gòu)，板卡內(nèi)包含2 個(gè)CPU，其中CPU1 接入Ⅰ網(wǎng)，CPU2接入Ⅱ網(wǎng)。OCU與電子執(zhí)行單元之間的信息數(shù)據(jù)量不大，但交互的實(shí)時(shí)性和安全性需求較高，因此采用雙CAN 總線實(shí)現(xiàn)。雙套電子執(zhí)行單元為熱備結(jié)構(gòu)，OCU 完成對(duì)熱備執(zhí)行單元數(shù)據(jù)的接收處理后，向CI 邏輯部發(fā)送安全I(xiàn)O 信息，并將冗余過(guò)程的相關(guān)狀態(tài)及錯(cuò)誤信息發(fā)送至CI邏輯部。

綜上所述，與在CBTC 系統(tǒng)中應(yīng)用的TYJL-Ⅲ型CI系統(tǒng)相比，TYJL-ⅢE型CI系統(tǒng)用全電子系統(tǒng)代替繼電接口引起的變化總結(jié)如表2 所示，TYJL-ⅢE型CI系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示。

圖2 全電子CI系統(tǒng)的架構(gòu)圖Fig.2 Structure of all-electric CI system

表2 TYJL-ⅢE型CI系統(tǒng)變化Table 2 Changes in TYJL-IIIE CI system

2 TYJL-ⅢE型CI系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)城市軌道交通環(huán)境中全電子接口功能，在原有安全平臺(tái)基礎(chǔ)上，TYJL-ⅢE 型CI系統(tǒng)在系統(tǒng)的切換原則、安全通信板、目標(biāo)控制器和全電子執(zhí)行單元4 個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行安全設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。

2.1 安全設(shè)計(jì)原則

全電子計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)滿足以下安全原則：

1) 在安全標(biāo)準(zhǔn)方面，設(shè)計(jì)應(yīng)遵循EN50159 標(biāo)準(zhǔn)的安全設(shè)計(jì)原則；

2) 在機(jī)械設(shè)計(jì)方面，機(jī)柜、機(jī)箱能夠電磁兼容、散熱隔熱、防潮和防塵，應(yīng)采用防錯(cuò)插機(jī)制保障板卡的正確安裝；

3) 在通信設(shè)計(jì)方面，系統(tǒng)內(nèi)部和外部的通信協(xié)議應(yīng)才有安全防護(hù)措施，防止通信過(guò)程中丟幀、亂序、損壞、延遲等錯(cuò)誤情況；

4) 在系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)方面，系統(tǒng)應(yīng)采用安全冗余架構(gòu)設(shè)計(jì)，主從單元獨(dú)立計(jì)算后比較，滿足故障-安全原則；

5) 在軟件設(shè)計(jì)方面，系統(tǒng)應(yīng)對(duì)軟件版本進(jìn)行管理，對(duì)聯(lián)鎖驅(qū)動(dòng)命令、采集軌旁設(shè)備狀態(tài)信息進(jìn)行安全校核，發(fā)生嚴(yán)重錯(cuò)誤時(shí)立即切斷輸出；

6)在硬件設(shè)計(jì)方面，系統(tǒng)應(yīng)能周期自檢判斷，能安全驅(qū)動(dòng)軌旁設(shè)備，發(fā)生嚴(yán)重錯(cuò)誤時(shí)立即切斷輸出；7) 在和軌旁設(shè)備接口設(shè)計(jì)方面，系統(tǒng)應(yīng)具有防雷、過(guò)流和過(guò)壓保護(hù)功能。

2.2 系統(tǒng)切換原則

TYJL-ⅢE 型全電子CI 系統(tǒng)涉及多個(gè)通信對(duì)象，與任何系統(tǒng)的通信中斷，將導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行故障，因此需要設(shè)計(jì)一套切換原則，能夠兼顧系統(tǒng)的安全性和可用性。

由表1 中CI 系統(tǒng)與各個(gè)通信對(duì)象功能可知，如果聯(lián)鎖主系在與2 臺(tái)MMI 都中斷，將影響整個(gè)操作命令下達(dá)，危及行車(chē)安全，因此切換級(jí)別設(shè)計(jì)為最高。如果聯(lián)鎖主系與OCU 發(fā)生中斷，將無(wú)法接收軌旁狀態(tài)信息，同時(shí)無(wú)法下達(dá)操作命令，也將危機(jī)行車(chē)安全，切換優(yōu)先級(jí)排為第二。如果聯(lián)鎖主系與臨站CI 聯(lián)鎖通信中斷，將危及列車(chē)的跨區(qū)辦理，影響行車(chē)運(yùn)行效率，切換優(yōu)先級(jí)排為第三。如果聯(lián)鎖主系與ZC(zone controller，ZC)系統(tǒng)發(fā)生通信中斷，控區(qū)內(nèi)的列車(chē)將由連續(xù)模式變?yōu)辄c(diǎn)式模式運(yùn)行，影響行車(chē)效率，切換優(yōu)先級(jí)排為第四。聯(lián)鎖系統(tǒng)與VOBC(vehicle on-board con‐troller，VOBC)系統(tǒng)不連續(xù)通信，只有當(dāng)列車(chē)靠近或在站臺(tái)時(shí)才與聯(lián)鎖系統(tǒng)進(jìn)行通信，發(fā)送查詢(xún)、開(kāi)關(guān)屏蔽門(mén)命令，因此切換優(yōu)先級(jí)設(shè)計(jì)為不切換。在聯(lián)鎖與LEU 通信中，聯(lián)鎖系統(tǒng)兩系發(fā)給相同報(bào)文信息，LEU 自主判斷選取使用一系報(bào)文；LEU給聯(lián)鎖返回LEU 狀態(tài)信息，如果二者通信中斷，聯(lián)鎖系統(tǒng)向維修機(jī)和MMI 提示與LEU 通信中斷的報(bào)警，通知人員維修處理。在評(píng)估和CBTC系統(tǒng)各個(gè)通信對(duì)象特性、通信機(jī)制和通信中斷造成的危害分析的基礎(chǔ)上，確定全電子CI 系統(tǒng)切換的優(yōu)先級(jí)，如表3所示。

表3 全電子CI系統(tǒng)切換優(yōu)先級(jí)Table 3 Switching priority of all-electric CI system

2.3 安全通信板的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

TYJL-ⅢE 型全電子CI 系統(tǒng)安全通信板采用的Linux 操作系統(tǒng)，支持多平臺(tái)操作，具有多線程多任務(wù)功能，靈活實(shí)現(xiàn)任務(wù)調(diào)度、以太網(wǎng)口數(shù)據(jù)收發(fā)、共享內(nèi)存和中斷等功能。安全通信板的安全功能主要包括雙網(wǎng)通信數(shù)據(jù)去冗余處理和安全通信協(xié)議的處理。安全通信板的通信功能包括與各個(gè)通信對(duì)象的數(shù)據(jù)傳輸以及通信狀態(tài)健康狀態(tài)的監(jiān)控、通信報(bào)警功能。

安全通信板的程序在通信和定時(shí)器初始化后，打開(kāi)看門(mén)狗程序，接收通信對(duì)象發(fā)送的帶安全協(xié)議的數(shù)據(jù)，程序根據(jù)不同對(duì)象采用不同的安全協(xié)議處理，對(duì)安全協(xié)議進(jìn)行處理后，將應(yīng)用層數(shù)據(jù)和報(bào)警寫(xiě)入雙口RAM，交給CPU 板進(jìn)一步處理，處理流程如圖3所示。

圖3 安全通信板工作流程圖Fig.3 Workflow diagram of safety communication board

由表1 可知，與ETH-ZC 和ETH-CI 相同，ETH-OCU安全通信板也采用RSSP-1型安全通信協(xié)議，三者采用相同的安全通信板，區(qū)別在于程序在系統(tǒng)初始化時(shí)加載的IP 地址和安全通信參數(shù)的配置數(shù)據(jù)不同。

由于TYJL-ⅢE 型全電子CI 系統(tǒng)屬于SIL4 級(jí)的安全苛求系統(tǒng)，在與表1通信對(duì)象進(jìn)行以太網(wǎng)通信時(shí)，需要結(jié)合通信對(duì)象的特點(diǎn)和通信應(yīng)用環(huán)境因素，采用相應(yīng)的安全通信措施。MMI 安全等級(jí)為SIL0 級(jí)，采用CRC 和序列號(hào)安全措施防護(hù)信息；OCU、ZC、相鄰CI和VOBC系統(tǒng)均為SIL4級(jí)系統(tǒng)，在復(fù)雜通信環(huán)境中通信中可能存在的干擾和威脅包括[13]：報(bào)文的重復(fù)、刪除、非法注入、改變順序、損壞報(bào)文、報(bào)文延遲、偽裝等，需采用成熟的安全通信協(xié)議保證通信安全。TYJL-ⅢE 型全電子CI 系統(tǒng)的安全通信板采用相應(yīng)的安全防御措施，如表4所示。

表4 TYJL-ⅢE全電子CI系統(tǒng)通信對(duì)象Table 4 Communication objects of TYJL-IIIE all-electric CI system

2.4 OCU設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

OCU 將CI 邏輯部的執(zhí)行命令轉(zhuǎn)換為全電子執(zhí)行單元命令格式，并接收全電子執(zhí)行單元信息發(fā)送給CI 邏輯部。為了達(dá)到SIL4 級(jí)的安全性需求，OCU 硬件設(shè)計(jì)為二取二CPU 架構(gòu)，主CPU 和從CPU 分別進(jìn)行獨(dú)立的運(yùn)算，并通過(guò)高速同步串口交換信息，依靠雙核時(shí)鐘同步，實(shí)現(xiàn)主從間的高速大容量安全數(shù)據(jù)交換和同步。OCU 通過(guò)百兆以太網(wǎng)接口與以太網(wǎng)板ETH-OCU 通信，通過(guò)CAN總線與執(zhí)行單元通信。硬件結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。

圖4 OCU結(jié)構(gòu)圖Fig.4 Structure of OCU

OCU 軟件分為初始化模塊、邏輯處理模塊和接口模塊3類(lèi)。3類(lèi)模塊功能分配如表5所示。

表5 OCU軟件模塊功能分配Table 5 Function allocation in OCU software module

在CI 邏輯部與OCU 間應(yīng)用層協(xié)議中，為了保證信息的安全，除了采用RSSP-1 型協(xié)議外，協(xié)議中還包含OCU 的ID、協(xié)議版本號(hào)、數(shù)據(jù)版本號(hào)和電子執(zhí)行單元數(shù)量等配置信息用以?xún)烧唛g相互校核。

2.5 全電子執(zhí)行單元的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

全電子執(zhí)行單元實(shí)現(xiàn)對(duì)軌旁設(shè)備的輸出控制和輸入采集，在城市軌道交通中，涉及軌旁設(shè)備包括信號(hào)、道岔、開(kāi)關(guān)量。為了達(dá)到SIL4 級(jí)的安全性需求，全電子執(zhí)行單元設(shè)計(jì)為二乘二取二結(jié)構(gòu)，單個(gè)全電子執(zhí)行單元包括主從CPU(CPU1 和CPU2)，二者構(gòu)成“取2”安全性冗余關(guān)系，2 個(gè)全電子執(zhí)行單元再構(gòu)成“乘2”可靠性冗余關(guān)系。單個(gè)電子執(zhí)行單元的結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。當(dāng)電子執(zhí)行單元對(duì)外控制(信號(hào)開(kāi)放或者操控道岔)時(shí)，必須滿足電子開(kāi)關(guān)和機(jī)械開(kāi)關(guān)同時(shí)開(kāi)通的條件才能實(shí)現(xiàn)對(duì)外輸出控制操作，2個(gè)開(kāi)關(guān)分別被主CPU和從CPU 控制。電子開(kāi)關(guān)和機(jī)械開(kāi)關(guān)的異構(gòu)結(jié)構(gòu)有效避免了共因故障。此外，輸出器件要實(shí)時(shí)自檢，在電子開(kāi)關(guān)和機(jī)械開(kāi)關(guān)設(shè)有狀態(tài)監(jiān)測(cè)電路，及時(shí)發(fā)現(xiàn)輸出器件狀態(tài)異常。最后，全電子執(zhí)行單元設(shè)計(jì)事故繼電器，事故繼電器由雙輸入動(dòng)態(tài)電路驅(qū)動(dòng)，雙輸入動(dòng)態(tài)電路的輸入分別由主從CPU 控制，只有主從CPU 同時(shí)提供頻率相同、相位相反的兩路動(dòng)態(tài)脈沖，雙輸入動(dòng)態(tài)電路才會(huì)有輸出，事故繼電器才會(huì)吸起；事故繼電器一方面可以在出現(xiàn)極端故障時(shí)切斷控制電源，同時(shí)還具有檢測(cè)主從CPU 是否失控的功能。全電子執(zhí)行單元還設(shè)計(jì)有狀態(tài)監(jiān)測(cè)功能，由CPU3 實(shí)時(shí)測(cè)量并記錄單元模擬量信息，并且不對(duì)CPU1 和CPU2 的安全功能產(chǎn)生影響。全電子執(zhí)行單元中的CPU1 和CPU2 分別通過(guò)冗余CAN 總線(CAN-A、CAN-B)與OCU 通信，CPU3 通過(guò)監(jiān)測(cè)CAN 總線(CAN-C)與監(jiān)測(cè)維護(hù)分機(jī)通信。

圖5 單個(gè)全電子執(zhí)行單元結(jié)構(gòu)Fig.5 Structure of a single all-electronic execution unit

以信號(hào)電子執(zhí)行單元為例，說(shuō)明全電子執(zhí)行單元軟件設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。根據(jù)《鐵路信號(hào)微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)條件》的要求和城市軌道交通CBTC系統(tǒng)的需求，對(duì)信號(hào)機(jī)的工作交流電流進(jìn)行檢查。信號(hào)電子執(zhí)行單元具有驅(qū)動(dòng)的燈絲電流采集功能，采集電流指標(biāo)需滿足相關(guān)技術(shù)條件中關(guān)于信號(hào)燈點(diǎn)燈燈絲繼電器吸起或落下的電流值要求，當(dāng)出現(xiàn)異常情況時(shí)未設(shè)置防護(hù)，如果點(diǎn)燈后沒(méi)有檢查到燈絲電流，設(shè)置燈絲斷絲狀態(tài)，在未點(diǎn)燈情況下，對(duì)燈絲斷絲不能檢查。信號(hào)電子執(zhí)行單元具備熱備切換功能，當(dāng)備用單元檢查到工作單元故障離線后，主動(dòng)升為工作模式。二乘二取二結(jié)構(gòu)的信號(hào)電子執(zhí)行單元包括初始化、離線、備用和工作4 個(gè)工作狀態(tài)，各工作狀態(tài)含義如表6 所示，4個(gè)狀態(tài)在命令或故障情況下的轉(zhuǎn)換如圖6所示。

表6 信號(hào)電子執(zhí)行單元工作狀態(tài)Table 6 Working state of the signal electric execution unit

圖6 全電子執(zhí)行單元狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖Table 6 State transition of an all-electronic execution unit

3 全電子CI的監(jiān)控設(shè)計(jì)

TYJL-ⅢE 型全電子CI 系統(tǒng)的監(jiān)控記錄信息設(shè)計(jì)為2 個(gè)級(jí)別。第一級(jí)為系統(tǒng)級(jí)監(jiān)控信息，包括OCU 與CI 邏輯部通信狀態(tài)，安全通信報(bào)警等錯(cuò)誤信息，這些信息由OCU 通過(guò)以太網(wǎng)傳送給CI 邏輯部，再經(jīng)CI 邏輯部發(fā)送給維修機(jī)。第二級(jí)為全電子執(zhí)行單元級(jí)監(jiān)控信息，包括由信號(hào)電子執(zhí)行單元提供的燈絲電流模擬量；由道岔全電子執(zhí)行單元提供的道岔動(dòng)作時(shí)間、定位反位狀態(tài)、動(dòng)作電流數(shù)據(jù)等信息。這些信息由各個(gè)全電子執(zhí)行單元通過(guò)CAN-C 通信發(fā)送給維修分機(jī)，再由維修分機(jī)發(fā)送給維修機(jī)記錄。與傳統(tǒng)繼電接口的CI 系統(tǒng)監(jiān)測(cè)信息僅能夠提供開(kāi)關(guān)量信息相比，全電子CI 系統(tǒng)的監(jiān)控信息包含開(kāi)關(guān)量信息外，電子模塊監(jiān)控信息還包括軌旁設(shè)備的模擬量狀態(tài)功能，節(jié)省部分采集傳感器，節(jié)省工程造價(jià)。

為了對(duì)全電子執(zhí)行系統(tǒng)故障的快速診斷和維修，還設(shè)計(jì)了遠(yuǎn)程智能運(yùn)維系統(tǒng)，通過(guò)2套冗余結(jié)構(gòu)的NB-IoT 將關(guān)于全電子的維修信息先存儲(chǔ)到云服務(wù)器，然后根據(jù)用戶權(quán)限將監(jiān)控信息和報(bào)警及時(shí)推送給相關(guān)維修人員，便于維修人員對(duì)全電子執(zhí)行系統(tǒng)的在線維修和健康狀態(tài)分析[14]。

4 全電子CI的遠(yuǎn)程控制

為了節(jié)省系統(tǒng)成本，在城市軌道交通全電子聯(lián)鎖系統(tǒng)的站控設(shè)計(jì)中，聯(lián)鎖站被劃分為主控站和被控站。主控站設(shè)置MMI、維修機(jī)、聯(lián)鎖邏輯部、OCU 和全電子執(zhí)行單元；被控站僅設(shè)置OCU、全電子執(zhí)行單元和維修機(jī)，沒(méi)有MMI、聯(lián)鎖邏輯部。主控站和被控站間設(shè)置OC-A 網(wǎng)、OCB網(wǎng)和維修網(wǎng)。主控站聯(lián)鎖邏輯部完成整個(gè)控區(qū)內(nèi)的聯(lián)鎖邏輯關(guān)系運(yùn)算，并通過(guò)OC-A 網(wǎng)、OC-B 網(wǎng)光纖網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)被控站OCU-A 和OCU-B 的控制和采集，由被控站的OCU 和電子執(zhí)行單元完成被控站室外設(shè)備的控制。主控站的維修機(jī)顯示主控站、被控站的全部站場(chǎng)信息以及主控站和被控站的模塊報(bào)警信息；被控站的維修機(jī)顯示記錄本被控站內(nèi)的模塊報(bào)警信息，同時(shí)通過(guò)維修網(wǎng)與主控站維修機(jī)通信獲取主控站和被控站的全部站場(chǎng)信息。TYJL-ⅢE 型全電子聯(lián)鎖的遠(yuǎn)程控制架構(gòu)在保證聯(lián)鎖控制范圍和維修信息全覆蓋的同時(shí)，減少了被控站設(shè)備數(shù)量，節(jié)省系統(tǒng)能耗和成本，顯示了TYJL-ⅢE 型全電子聯(lián)鎖系統(tǒng)配置靈活的優(yōu)勢(shì)。TYJL-ⅢE 型全電子CI 系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制架構(gòu)圖如圖7所示。

圖7 TYJL-ⅢE型全電子CI系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制架構(gòu)Fig.7 Remote control architecture of TYJL-IIIE all-electronic CI system

5 全電子CI試驗(yàn)驗(yàn)證

5.1 全電子CI的可靠性指標(biāo)

為了評(píng)估全電子執(zhí)行系統(tǒng)對(duì)繼電器的安全效果，根據(jù)全電子電子執(zhí)行系統(tǒng)的組成、全電子執(zhí)行單元的可靠性參數(shù)[15]和維修參數(shù)，進(jìn)行RAM 分析，全電子執(zhí)行單元維修參數(shù)如表7所示。

表7 全電子執(zhí)行單元維修參數(shù)Table 7 Service parameter of all electric execution unit

Relex 軟件計(jì)算得到TYJL-ⅢE 電子執(zhí)行系統(tǒng)的MTBF 為124 550 h，可用度為99.999 2%。滿足系統(tǒng)需求規(guī)范中的平均故障間隔時(shí)間(MTBF)大于或等于105小時(shí)和A>99.999%的要求。

5.2 全電子CI的試驗(yàn)

在全電子模塊全部通過(guò)軟硬件試驗(yàn)后，搭建測(cè)試環(huán)境對(duì)全電子CI 的集成試驗(yàn)。集成測(cè)試環(huán)境如圖8 所示，測(cè)試案例內(nèi)容及數(shù)目如表8 所示。集成測(cè)試項(xiàng)全部通過(guò)，證明全電子CI 系統(tǒng)的可用性。

表8 全電子CI系統(tǒng)集成測(cè)試Table 8 Integration test of all electric CI system

6 結(jié)論

1) 為實(shí)現(xiàn)安全可靠的對(duì)軌旁設(shè)備進(jìn)行全電子控制，TYJL-ⅢE 系統(tǒng)在切換原則、安全通信板、OCU 和全電子執(zhí)行單元等4 個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行安全設(shè)計(jì)，針對(duì)CBTC系統(tǒng)中通信對(duì)象的特點(diǎn)和功能需求，采用安全通信協(xié)議、二乘二取二架構(gòu)、正反驅(qū)動(dòng)碼校驗(yàn)、事故繼電器防護(hù)等多種安全措施。

2)TYJL-ⅢE 型全電子CI系統(tǒng)的電子模塊監(jiān)控除了報(bào)警和監(jiān)測(cè)開(kāi)關(guān)量信息外，提供軌旁設(shè)備狀態(tài)模擬量信息，便于維修和狀態(tài)監(jiān)測(cè)。

3) TYJL-ⅢE 型全電子CI 系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制的方式，擴(kuò)展聯(lián)鎖系統(tǒng)的控制范圍，同時(shí)兼顧成本能耗的目標(biāo)。

4) 依托實(shí)際地鐵工程，通過(guò)增設(shè)安全通信接口的方式，在TYJL-Ⅲ型計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)原有功能和性能的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)在城市軌道交通CBTC系統(tǒng)場(chǎng)景下的對(duì)全電子化軌旁設(shè)備控制。自主化的TYJL-ⅢE 型全電子CI系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，將促進(jìn)其在城市軌道交通工程領(lǐng)域中推廣應(yīng)用。