城市軌道交通CBTC計算機聯(lián)鎖子系統(tǒng)分析

胡超林

(浙江浙大網(wǎng)新眾合軌道交通工程有限公司，浙江 杭州 310000)

城市軌道交通CBTC計算機聯(lián)鎖子系統(tǒng)分析

胡超林

(浙江浙大網(wǎng)新眾合軌道交通工程有限公司，浙江 杭州 310000)

CBTC因其技術(shù)優(yōu)勢已經(jīng)成為現(xiàn)代城市軌道交通首選控制方案，隨著這類控制方式的應(yīng)用推廣，對其計算機聯(lián)鎖子系統(tǒng)也提出了更高的要求?，F(xiàn)總結(jié)了城市軌道交通CBTC計算機聯(lián)鎖子系統(tǒng)的功能、技術(shù)特點及優(yōu)勢，并結(jié)合實際案例研究了其具體的工作方式。

城市軌道交通；CBTC；聯(lián)鎖子系統(tǒng)

0 引言

隨著經(jīng)濟社會發(fā)展和城市交通進步，城市軌道交通變得復(fù)雜而繁瑣，這對信號設(shè)備信息采集和列車安全聯(lián)鎖控制性能提出了很高的要求。而CBTC作為一種先進的列車控制系統(tǒng)，對其聯(lián)鎖子系統(tǒng)的控制精度要求也進一步提高。傳統(tǒng)的鐵路聯(lián)鎖技術(shù)雖已沿用20多年，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足城市內(nèi)復(fù)雜的交通信號在安全、高效、自動化、多功能方面的運營要求，必須開發(fā)設(shè)計出新的聯(lián)鎖子系統(tǒng)?？上驳氖?，現(xiàn)代通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計算機技術(shù)的飛速發(fā)展為這一復(fù)雜的控制系統(tǒng)提供了硬件基礎(chǔ)，它們構(gòu)成的聯(lián)鎖子系統(tǒng)信息量大、可靠性高、體積小、便于集中聯(lián)網(wǎng)，能實現(xiàn)整個城市的統(tǒng)一協(xié)調(diào)調(diào)度，減小系統(tǒng)維修的工作量，這些優(yōu)點使得計算機聯(lián)鎖子系統(tǒng)在城市軌道交通領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，它的出現(xiàn)使車站聯(lián)鎖進入了計算機聯(lián)鎖時代。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能簡述

CBTC整個信號系統(tǒng)主要包含計算機聯(lián)鎖子系統(tǒng)、列車防護自動駕駛ATP/ATO子系統(tǒng)、智能列車自動監(jiān)控ATS子系統(tǒng)和維護支持MSS子系統(tǒng)等，其通過這些系統(tǒng)來實現(xiàn)列車的自動控制、狀態(tài)監(jiān)測、安全運行、維修和故障診斷等功能。而計算機聯(lián)鎖子系統(tǒng)是信號系統(tǒng)的基礎(chǔ)，其主要功能是通過對軌旁信號設(shè)備實施監(jiān)控，完成列車運行預(yù)排、過程監(jiān)控等功能，這類子系統(tǒng)如西安地鐵2號線的Microlok Ⅱ聯(lián)鎖控制器，北京亦莊線CBI子系統(tǒng)、MTC-Ⅰ型系統(tǒng)及TYJL-ZC1型系統(tǒng)等，其設(shè)計和開發(fā)有一定區(qū)別，但大同小異。本文以北京亦莊線CBI子系統(tǒng)為例談?wù)勂浣Y(jié)構(gòu)。

CBI子系統(tǒng)的主要功能設(shè)備包含聯(lián)鎖機、現(xiàn)場工作站、通信網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)維護臺等，它們組成了以微處理器為基礎(chǔ)的計算機聯(lián)鎖信號控制系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 CBI子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

由圖1可知，CBI子系統(tǒng)中包含有很多設(shè)備，而聯(lián)鎖機是整個系統(tǒng)的核心。CBI子系統(tǒng)中的聯(lián)鎖機主要實現(xiàn)軌旁設(shè)備聯(lián)鎖控制，管轄所有聯(lián)鎖功能，通過既定程序來實現(xiàn)聯(lián)鎖邏輯和控制邏輯。這種冗余聯(lián)鎖機采用二乘二取二雙CPU作為核心控制器，增加獨立的“故障/安全”校驗?zāi)K，使用了一系列的可編程安全系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)，如“固有故障—安全”“獨立計時器”“組合故障—安全”“雙通道相異軟件”“反應(yīng)故障—安全”等，這些技術(shù)大大提高了系統(tǒng)的安全性。同時，系統(tǒng)采用雙網(wǎng)通信、邏輯上環(huán)網(wǎng)連接、模塊隔離技術(shù)，確保了可靠性和實用性，它能支持單點和多點安全型串行通信，能與很多列車自動駕駛子系統(tǒng)進行安全型數(shù)字通信。使用FSFB2安全通信協(xié)議的北京首都機場線證明，該子系統(tǒng)的信息交換是可靠的。

通信網(wǎng)絡(luò)是這些監(jiān)控信號和工作信號傳輸?shù)耐ǖ溃鐖D1所示，聯(lián)鎖機通過兩套熱冗余的高速交換機設(shè)備分別與ATS子網(wǎng)和ATP/ATO信號子網(wǎng)進行信息傳輸。這個網(wǎng)絡(luò)為兩臺聯(lián)鎖機和現(xiàn)場操作站以及系統(tǒng)維護臺各提供了兩個網(wǎng)絡(luò)接口，來實現(xiàn)各設(shè)備間的信息傳輸。另外，還可通過SDH節(jié)點來接入ATC骨干網(wǎng)，實現(xiàn)該子系統(tǒng)與中心應(yīng)用服務(wù)器之間的通訊。同理，其余區(qū)域的CBI子系統(tǒng)也可通過SDH節(jié)點接入骨干網(wǎng)來實現(xiàn)信息交換和集中控制。使用這種子系統(tǒng)時，ATS子網(wǎng)和信號子網(wǎng)同時處于工作狀態(tài)，相關(guān)的子系統(tǒng)均可單獨通過各自的兩個網(wǎng)絡(luò)來發(fā)送和接收信息。在其中一個網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)問題時，子系統(tǒng)仍可通過另一個網(wǎng)絡(luò)來進行通信，出現(xiàn)問題的網(wǎng)絡(luò)可進行維修或單獨維護，實現(xiàn)了整個系統(tǒng)的連續(xù)工作，便于及時維護和實時查詢。

現(xiàn)場工作站是聯(lián)鎖子系統(tǒng)控制的顯示單元，它作為人機交互界面能方便地對本聯(lián)鎖區(qū)的信號設(shè)備進行實時監(jiān)控，如道岔、進路、故障報警等信息，把這些信息通過車站ATS發(fā)送給中心。這里還可查看車站ATS所發(fā)送的中心操作指令，操作人員可根據(jù)操作指令將所需執(zhí)行的指令信息通過操作界面方便地傳送給聯(lián)鎖機。另外，它作為ATS子系統(tǒng)的車站及顯示終端，能形象地顯示子系統(tǒng)內(nèi)部所有列車運行的位置信息、運行計劃信息和告警信息等。這些信息能給車站值班人員提供參考和依據(jù)，對故障和告警能及時進行反應(yīng)和處理?，F(xiàn)場工作站的操作指令必須通過HILC校驗的二次確認(rèn)后才能實現(xiàn)有效的操作，確保了現(xiàn)場工作站操作的安全性。

系統(tǒng)維護臺也是該聯(lián)鎖子系統(tǒng)中重要的設(shè)備，它不但能完成聯(lián)鎖系統(tǒng)維護和接口設(shè)備監(jiān)測，還能打印設(shè)備操作信息記錄，將子系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備的運行狀態(tài)和報警信息及時反饋給維修人員，同時提供故障處理指導(dǎo)方法。亦莊線的維護臺還具有“電子向?qū)健痹\斷手段，它可通過高速網(wǎng)絡(luò)來接收和記錄聯(lián)鎖機系統(tǒng)的診斷結(jié)果信息、全站簡化參數(shù)信息、指定參數(shù)追蹤信息等。

2 系統(tǒng)實用功能舉例

前文已敘述了該聯(lián)鎖子系統(tǒng)的主要構(gòu)成，它能實現(xiàn)的基本功能包含列車防護、軌旁設(shè)備管理、列車運行管理、維護功能、運行指令、安全保障等。CBTC聯(lián)鎖子系統(tǒng)可為列車運行提供4種級別的控制進路功能，分別為連續(xù)式、點式、聯(lián)鎖、引導(dǎo)，以最大限度地提高列車運行的安全性、高效性和自動化水平?，F(xiàn)結(jié)合軌道交通信號的需求及特點，談?wù)勂湓诹熊囘\行過程中的一些具體工作方式。

例如進路、道岔的處理，在站控狀態(tài)下，進路的建立和取消是車站控制的，在建立進路前，聯(lián)鎖子系統(tǒng)會對進路中所有道岔是否在規(guī)定的位置上、有無敵對進路建立、后備下進路內(nèi)所有區(qū)段是否空閑等信息進行檢查，確保這些信息都處于正常狀態(tài)才能允許進路的建立。而進路指令下達后，CBI會轉(zhuǎn)換道岔至正確的位置并閉鎖，再檢查一些相關(guān)條件是否滿足，之后才會開放信號。聯(lián)鎖設(shè)備對進路實現(xiàn)預(yù)先閉鎖和接近閉鎖，閉鎖的進路隨列車的運行按三點檢查自動分段解鎖。一旦閉鎖，其他相關(guān)道岔是不能啟動的。信號機關(guān)閉后，未經(jīng)再次辦理，是不會重復(fù)開放的。一旦狀態(tài)發(fā)生變化，也會馬上顯示，操作人員能快速地作出判斷和正確操作。它反映了操作的唯一性和安全性。

3 系統(tǒng)的優(yōu)勢

這類聯(lián)鎖子系統(tǒng)是借鑒國外經(jīng)驗，結(jié)合我國城市交通實際情況和先進的計算機技術(shù)而研發(fā)的，較進口設(shè)備能降低投資成本，同時滿足技術(shù)要求，它的優(yōu)勢是設(shè)計參數(shù)化程度高，適應(yīng)性和兼容性強，能在滿足各種技術(shù)需要的同時實現(xiàn)系統(tǒng)的模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計，使其配置靈活，擴展和升級簡便，對新業(yè)務(wù)的適應(yīng)性強。國內(nèi)自主開發(fā)能實現(xiàn)快速調(diào)整和安裝維護，開發(fā)過程高標(biāo)準(zhǔn)、嚴(yán)要求，安全和質(zhì)量有保障，供貨速度快、周期短。

4 結(jié)語

本文簡要闡述了城市軌道交通CBTC計算機聯(lián)鎖子系統(tǒng)的構(gòu)成及功能，在其實用功能上僅僅提到了很小的一方面，而在實際運用過程中其是能滿足多方面要求的，如對軌旁設(shè)備的監(jiān)控、與其他子系統(tǒng)的接口、與旅客安全系統(tǒng)的信息交換、對列車運行的自動控制等，這些在實踐中也都得到了驗證和逐步完善。因此，這種子系統(tǒng)是一種非常安全和高效的信息接收、反饋系統(tǒng)，能適應(yīng)當(dāng)前城市軌道交通領(lǐng)域最新的基于移動閉塞式信號系統(tǒng)的要求。在城市軌道交通進一步發(fā)展后，應(yīng)不斷拓展系統(tǒng)功能，提高系統(tǒng)安全性，以適應(yīng)城市軌道交通的發(fā)展步伐。

[1]劉曉娟.城市軌道交通智能控制系統(tǒng)[M].中國鐵道出版社，2008

[2]許誠，徐瑞華，邢艷陽.北京軌道交通機場線信號系統(tǒng)[J].城市軌道交通，2008(12)

2014-05-27

胡超林(1979—)，男，陜西咸陽人，助理工程師，研究方向：軌道交通信號。