新時期全自動駕駛信號系統(tǒng)中遠程電源控制的應(yīng)用探究

彭曉璐

（中鐵通信信號勘測設(shè)計院有限公司）

1 引言

目前，隨著我國城市化進程不斷加快，在城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中軌道交通已經(jīng)成為重要的公共交通設(shè)施之一，在緩解城市交通壓力、創(chuàng)造便利出行條件方面發(fā)揮了重要作用。從當(dāng)前國內(nèi)軌道交通的運行情況來看，全自動駕駛已經(jīng)成為重要發(fā)展趨勢，諸多城市的軌道交通均采用全自動駕駛信號系統(tǒng)。從系統(tǒng)設(shè)計情況來看，均設(shè)計了一個主用控制中心，一個備用控制中心，并且在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中二者為平行結(jié)構(gòu)，這種設(shè)計的優(yōu)勢在于一旦主用控制中心出現(xiàn)故障且無法短時間恢復(fù)時，為保障軌道交通安全運行，可以手動切換到備用中心。但是該設(shè)計也存在明顯缺陷，即手動切換主備用控制中心需要超過10min的時間，在此期間軌道交通無法恢復(fù)正常運營，因此有必要增加遠程電源控制功能，從而實現(xiàn)主備用控制中心的自動化切換，縮短切換時間，確保軌道交通快速恢復(fù)正常運營。

2 全自動駕駛信號系統(tǒng)概述

全自動駕駛信號系統(tǒng)是一種全自動化的、高度集中控制的列車運行控制系統(tǒng)，具備列車自動喚醒啟動和休眠、自動出入車輛段/停車場、自動清洗、自動行駛、自動停車、自動開/關(guān)車門等功能，并具有常規(guī)運行、降級運行和災(zāi)害工況等多種運行模式，其運用了計算機技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)等多種先進技術(shù)手段[1]。全自動駕駛信號系統(tǒng)最早可以追溯到20世紀80年代，巴黎14號線是首條采用全自動駕駛信號系統(tǒng)的軌道交通線路，根據(jù)公共交通國際聯(lián)會（Union Internationale des Transports Publics，UITP）的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，截至目前，國際上超過75%的城市新建軌道交通都采用了全自動駕駛信號系統(tǒng)，既有城市軌道交通的城市也有超過40%采用了全自動駕駛信號系統(tǒng)。在我國北京、上海、廣州、成都、蘇州、武漢、南京以及南寧等城市也都開始采用全自動駕駛信號系統(tǒng)，可以說未來全自動駕駛信號系統(tǒng)將成為城市軌道交通的重要發(fā)展方向。

3 全自動駕駛信號系統(tǒng)的優(yōu)缺點分析

3.1 優(yōu)點

全自動駕駛信號系統(tǒng)的優(yōu)點主要表現(xiàn)在以下幾方面：一是有助于提升軌道交通運行的可靠性與穩(wěn)定性。全自動駕駛信號系統(tǒng)采用了計算機技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)以及自動化控制技術(shù)等多種先進技術(shù)手段，可以實現(xiàn)系統(tǒng)自動化控制，能夠有效避免因人為失誤造成影響，而在特殊情況下，全自動駕駛信號系統(tǒng)也允許控制中心與操作人員進行人工干預(yù)，可以有效應(yīng)對一些緊急情況。此外全自動駕駛系統(tǒng)配備了故障監(jiān)測以及診斷功能，可以有效降低系統(tǒng)故障發(fā)生風(fēng)險以及產(chǎn)生的不利影響，能夠提升軌道交通運行的可靠性與穩(wěn)定性[2]。二是有助于提升軌道交通運營效率，優(yōu)化乘客體驗。城市軌道交通采用全自動駕駛信號系統(tǒng)后，列車運行全過程均可實現(xiàn)自動化控制，相較于人工操作可節(jié)省20%左右的時間，運行效率顯著提升，同時全自動駕駛信號系統(tǒng)支持全天候服務(wù)，可以有效應(yīng)對突發(fā)客流量變大的情況。三是有助于降低人力成本，降低工作人員作業(yè)強度。全自動駕駛信號系統(tǒng)的應(yīng)用顯著提升了軌道交通運行的自動化程度，包括司機、站務(wù)人員以及控制中心操作人員在內(nèi)的崗位勞動強度均顯著下降，同時所需的人員配置也相對較少，人力成本顯著降低。四是有助于降低軌道交通全生命周期的運營成本。全自動駕駛信號系統(tǒng)具備故障診斷、運營維護等多種功能，可以有效降低軌道交通的故障發(fā)生率，減少故障時間，這在很大程度上能夠降低設(shè)備檢修維護費用以及相關(guān)材料、人工費用。

3.2 缺點

從目前全自動駕駛信號系統(tǒng)設(shè)計情況來看，主流設(shè)計基本包括1個主用控制中心和1個備用控制中心，在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中二者為平行結(jié)構(gòu)，其目的在于當(dāng)主用控制中心出現(xiàn)故障且無法短時間恢復(fù)時，可以手動切換到備用中心，以確保軌道交通正常運行，避免造成不良影響。但這種系統(tǒng)設(shè)計的缺陷在于主備用控制中心的切換需要手動操作，需要較長的時間，并且無法實現(xiàn)遠程控制，此外包括正線集中站的設(shè)備也無法進行遠程控制，比如聯(lián)鎖、ZC等。這就導(dǎo)致當(dāng)系統(tǒng)或者設(shè)備發(fā)生故障時，無法快速消除故障影響，恢復(fù)軌道交通運行。若在全自動駕駛信號系統(tǒng)中增加遠程電源控制系統(tǒng)，則能夠有效解決當(dāng)下全自動駕駛信號系統(tǒng)存在的問題。

4 新時期全自動駕駛信號系統(tǒng)中遠程電源控制系統(tǒng)設(shè)計

4.1 整體設(shè)計思路

在全自動駕駛信號系統(tǒng)中設(shè)計遠程電源控制系統(tǒng)的主要目的是實現(xiàn)遠程控制設(shè)備電源的開關(guān)，包括準備控制中心、正線集中站各項設(shè)備等，均可以遠程進行控制，從而實現(xiàn)主備控制中心的快速切換以及正線集中站各項設(shè)備的快速重啟。

本設(shè)計中出于系統(tǒng)可靠性、穩(wěn)定性的考慮，決定采用兩套軟硬件系統(tǒng)與雙機熱備設(shè)計，并且兩套系統(tǒng)相互獨立，獨自運行即可支持全自動駕駛信號系統(tǒng)運行。兩套系統(tǒng)輸出控制邏輯采用一致設(shè)計，以確保系統(tǒng)可靠性與準確性，若輸出邏輯不一致，則控制命令無法生效。兩套系統(tǒng)分別采用獨立的通信鏈路，通信過程為：操作終端—中心服務(wù)器—硬件控制器—被控制設(shè)備。

4.2 系統(tǒng)運行機制

本設(shè)計中全自動駕駛信號系統(tǒng)遠程電源控制系統(tǒng)運行機制如下：①系統(tǒng)操作人員通過控制終端輸入遠程控制電源命令，通過中心服務(wù)器將控制命令傳輸至被控制終端，被控制終端根據(jù)指令作出相應(yīng)動作。②被控制硬件接收到控制指令后會隨機生成驗證碼，同時將驗證碼經(jīng)過中心服務(wù)器傳輸至控制終端，在此過程中中心服務(wù)器對遠程控制指令與驗證碼進行校驗，若控制指令與驗證碼一一對應(yīng)，則驗證通過，被控制硬件執(zhí)行控制指令；若控制指令與驗證碼不對應(yīng)，則被控制硬件拒絕執(zhí)行控制指令，同時通過中心服務(wù)器向控制終端發(fā)送提示信息。

此外，為了確保遠程電源控制系統(tǒng)運行過程中，系統(tǒng)信號設(shè)備冗余回路可以正常運行，還需遵循如下規(guī)則：①由于本系統(tǒng)采用的是兩套軟硬件系統(tǒng)與雙機熱備設(shè)計，因此無論出現(xiàn)什么情況，僅允許斷開其中之一，二者不能同時中斷；②若滿足上述條件，則不同的信號設(shè)備允許控制切斷多個設(shè)備電源；③若需要在同一時間內(nèi)發(fā)送通斷多個設(shè)備的控制指令，則操作人員必須嚴格遵循一次一路的原則下發(fā)命令，不能在同一個通斷控制指令中包括不同設(shè)備。

4.3 系統(tǒng)硬件設(shè)計

4.3.1 執(zhí)行設(shè)計

為確保遠程電源控制系統(tǒng)準確執(zhí)行控制指令，在系統(tǒng)硬件設(shè)計中設(shè)定如下執(zhí)行原則：①由于本系統(tǒng)采用的是兩套軟硬件系統(tǒng)與雙機熱備設(shè)計，且兩套系統(tǒng)相互獨立，因此設(shè)定硬件控制單元僅執(zhí)行對應(yīng)遠程控制終端的控制指令，并且也僅支持驅(qū)動對應(yīng)的隔離繼電器。②僅當(dāng)兩個隔離繼電器同步動作時才能驅(qū)動系統(tǒng)控制模塊作出通斷動作，以避免因硬件故障或者其他原因造成誤動作，進而導(dǎo)致被控制設(shè)備異常通斷。③兩套軟硬件系統(tǒng)中PLC實時收集被控制設(shè)備狀態(tài)信息，包括位置、故障、運行狀態(tài)等，并將采集信息實時輸送至系統(tǒng)控制模塊，當(dāng)兩個PLC采集的信息一致時系統(tǒng)才會執(zhí)行控制指令；若采集信息不一致，即認為不可信，則系統(tǒng)拒絕執(zhí)行控制指令。④當(dāng)PLC控制單元接收到來自控制終端的指令時，若邏輯判斷正常，則回傳反饋信號，同時報告預(yù)置狀態(tài)，1min后若控制終端接收到反饋信號并驗證指令正確，則PLC控制單元開始執(zhí)行控制指令；若出現(xiàn)超時或者驗證未通過的情況，則PLC控制單元重新保持預(yù)置狀態(tài)，操作人員若需要再次發(fā)布控制指令則需要重復(fù)遠程控制步驟。

4.3.2 防護設(shè)計

為確保遠程電源控制系統(tǒng)運行過程中系統(tǒng)硬件安全，本系統(tǒng)設(shè)定如下安全防護原則：①系統(tǒng)控制回路的電源與操作系統(tǒng)的電源相互獨立，同時操作系統(tǒng)的電源需要采取保護措施，避免因電流過大導(dǎo)致出現(xiàn)設(shè)備損壞的情況。②系統(tǒng)PLC控制單元僅負責(zé)傳輸控制信號，整體負荷較小，因此僅以繼電器對PLC控制回路隔離，防止PLC控制回路出現(xiàn)損壞。③系統(tǒng)PLC信息采集回路額定電壓為24V，操作系統(tǒng)電源為220V，為避免出現(xiàn)干擾的情況，二者均使用屏蔽電纜。④系統(tǒng)全部控制回路均設(shè)計為常開觸點，僅當(dāng)執(zhí)行控制指令時才閉合，以確保系統(tǒng)各項設(shè)備在失電情況下不會作出誤動作。⑤若系統(tǒng)在1min內(nèi)操作循環(huán)超過1次，則系統(tǒng)自動閉鎖，以避免頻繁操作導(dǎo)致系統(tǒng)誤動作。

4.4 系統(tǒng)功能設(shè)計

4.4.1 主備控制中心切換功能

切換主備控制中心是遠程電源控制系統(tǒng)的主要功能，同時也是本設(shè)計的主要目的，以解決全自動駕駛信號系統(tǒng)主備控制中心切換速度慢且無法遠程控制的問題。本系統(tǒng)設(shè)計通過控制主備控制中心的空氣開關(guān)來執(zhí)行切換操作，當(dāng)主用控制中心發(fā)生故障，系統(tǒng)會發(fā)出關(guān)閉交換機的控制指令，同時開啟備用控制中心，從而實現(xiàn)主備控制中心的迅速切換，確保軌道交通運行不受影響或者降低影響。

4.4.2 正線集中站設(shè)備遠程重啟功能

在全自動運行的軌道交通線路中，正線集中站通常無人員值守，因此當(dāng)聯(lián)鎖、ZC等設(shè)備發(fā)生故障時無法及時采取措施，而通過遠程電源控制系統(tǒng)則可以實現(xiàn)正線集中站各項設(shè)備的遠程控制重啟。在本系統(tǒng)設(shè)計中，正線集中站設(shè)備遠程重啟功能的控制原理與主備控制中心一致，主要是在設(shè)備機柜當(dāng)中安裝遠程重啟控制模塊，當(dāng)發(fā)現(xiàn)正線集中站設(shè)備運行狀態(tài)異常或者出現(xiàn)其他需要重啟設(shè)備的情況時即可遠程控制設(shè)備重啟。

5 結(jié)語

通過本文設(shè)計的全自動駕駛信號系統(tǒng)遠程電源控制系統(tǒng)可以對全自動運行軌道交通線路中的主備控制中心以及正線集中站的各項設(shè)備實現(xiàn)遠程控制，提升了主被控制中心切換的效率，當(dāng)主用控制中心或者正線集中站各項設(shè)備發(fā)生故障時，可以快速實現(xiàn)遠程控制，有效提升了全自動駕駛信號系統(tǒng)的運行效率，充分保障了全自動運行軌道交通線路的可靠性與安全性。