地鐵信號系統(tǒng)ATS子系統(tǒng)冗余功能分析

黃毅 胡文龍

摘? 要：南昌地鐵1號線采用上海電氣泰雷茲的SelTrac@CBTC信號系統(tǒng)，該系統(tǒng)直接關(guān)系到城市軌道交通運營的安全、正點。文章就ATS采用的冗余方式進行分析，并對ECPC設(shè)備的冗余措施保證信號系統(tǒng)的可靠性及可用性方面進行探討。

關(guān)鍵詞：信號;ATS;冗余;ECPC

中圖分類號：U231.7? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）24-0083-02

Abstract： The SelTrac@ CBTC signal system of Shanghai Electric Therese is adopted in Nanchang Metro Line 1， which is directly related to the safety and punctuality of urban rail transit operation. This paper analyzes the redundancy mode adopted by ATS， and discusses the redundancy measures of ECPC equipment to ensure the reliability and availability of the signal system.

Keywords： signal; ATS; redundancy; ECPC

1 列車自動監(jiān)控系統(tǒng)（ATS）功能

ATS是CBTC系統(tǒng)重要子系統(tǒng)之一，與CBTC的其他子系統(tǒng)一起，實現(xiàn)了軌道交通行車安全和效率所需的各項功能。ATS子系統(tǒng)是為CBTC系統(tǒng)提供全面系統(tǒng)管理的工具，它作為系統(tǒng)和操作人員（即行車操作人員，維修人員等）之間的接口，提供ATS必需的自動控制功能。ATS系統(tǒng)為操作人員提供了符合人機工程學的對話操作界面，操作人員非常容易學習接受并掌握。由于ATS是一個非安全子系統(tǒng)，其本身不承擔安全責任，所以所有的ATS發(fā)出的命令，需要行車操作人員經(jīng)過兩次確認后生效。

ATS子系統(tǒng)的主要功能包括：信號相關(guān)設(shè)備的狀態(tài)和性能監(jiān)督;列車進路控制和分配：列車時刻表和運行間隔的調(diào)整;列車的跟蹤;ATS操作員的人機界面;自動獲取系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)和并能形成所選日志報告;保存設(shè)備運行情況回放及記錄事件。

ATS控制方式有中央級控制、車站級控制、緊急控制PC操作（ECPC）。

2 列車自動監(jiān)控系統(tǒng)（ATS）冗余方式

2.1 中央ATS冗余方式

中央ATS配置了2個SRS服務(wù)器，雙機熱備模式。當主用SRS服務(wù)器故障時，備用SRS服務(wù)器自動變?yōu)橹饔梅?wù)器，對系統(tǒng)運營沒有任何影響。在ATS界面會提示故障報警信息。

2.2 中央ATS故障后的后備冗余

當中央兩臺ATS服務(wù)器都故障的情況下，CBTC系統(tǒng)將會自動切換至車站ATS本地控制模式，列車還將通過列車時刻表運行，該時刻表在中央服務(wù)器正常時由服務(wù)器傳到位于聯(lián)鎖站的本地ATS。

本地控制模式下本地工作站可以與區(qū)域控制器（ZC）進行通信，在10秒內(nèi)本地ATS系統(tǒng)將更新完成，在這10秒內(nèi)，ATS本地工作站會顯示最后接收到的列車、設(shè)備在系統(tǒng)的狀況/位置。10秒以后，本地ATS將從PMI和MAU接收到設(shè)備數(shù)據(jù)。車站行車值班員會在ATS工作站上實時看見更新后的信息。需要注意的是不在聯(lián)鎖站的本地ATS將不會接收到升級的線路概況或發(fā)布的命令。

在本地ATS控制模式下，ATS繼續(xù)與本地MAU/PMI系統(tǒng)進行通信。在這種模式下，車站行車操作人員只能擁有本地控制權(quán)，且僅能顯示它的控制區(qū)內(nèi)的設(shè)備狀態(tài)。

ATS本地控制模式可以實現(xiàn)大部分中央ATS控制模式下的功能，本地ATS工作站只需要與本地區(qū)域控制器（ZC）交換這些命令的報文。由于本地ATS不與列車進行通信，故不支持那些需要本地ATS與列車發(fā)生通信的命令。但是本地ATS可以通過MAU的報告顯示這些列車的位置。

自動分配命令是本地ATS控制模式特有的功能，該功能可以基于從中央ATS獲得的時刻表來靈活的對進入預(yù)先定義的區(qū)域所有列車提供允許或者禁止自動分配的功能，自動分配功能是默認允許。

當中央ATS正常工作時，所有系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)會記錄到中央的SQL服務(wù)器。當中央ATS故障時，系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)無法記錄到SQL服務(wù)器。但是，每個聯(lián)鎖站都有數(shù)據(jù)記錄器，它們記錄本區(qū)域內(nèi)的所有的系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)報文。

2.3 中央ATS及車站ATS同時故障后的后備冗余

2.3.1 緊急控制PC（ECPC）的功能

在出現(xiàn)極端情況發(fā)生的場景下，本地和中央ATS工作站都出現(xiàn)故障，整個信號系統(tǒng)將處于癱瘓的狀態(tài)，行車將出現(xiàn)極大的延誤甚至中斷，信號系統(tǒng)必須提供一個方法來維持排列進路。南昌地鐵1號線基于此情況特別的增加了冗余設(shè)備緊急控制PC（ECPC），以保證當中央和本地ATS都故障時，ECPC能夠使故障聯(lián)鎖車站的行車操作人員通過操作ECPC工作站，使PMI（聯(lián)鎖）能辦理進路并且提供自動折返。

若發(fā)生故障后，行車操作人員決定使用ECPC，必須確定控區(qū)內(nèi)列車及接近控區(qū)的列車全部處于停車狀態(tài)，以免區(qū)域控制器ZC切換到后備模式時，列車緊急停車造成客傷或投訴。

然后發(fā)出安全命令給PMI，轉(zhuǎn)換到“后備模式”。

ECPC的人機操作界面與中央ATS、本地ATS一樣，這樣使行車操作人員能直接進行操作。ECPC工作站連接到PMI來觸發(fā)基本聯(lián)鎖功能。ECPC和VOBC或MAU沒有連接。因此，這個功能不影響VOBC或MAU的由ATS觸發(fā)或?qū)е翧TS更新的功能。當ECPC使用時，區(qū)域內(nèi)列車必須根據(jù)軌旁信號機運行在RMF或IATP模式。同時ECPC擁有人工設(shè)置到站臺進路;人工設(shè)置到信號機進路;取消進路;道岔控制;引導顯示請求;分配線路;分配列車編號等功能。

當允許自動折返，ECPC允許操作員建立和PMI有關(guān)的所有區(qū)域進路。

每一個聯(lián)鎖車站有一套ECPC設(shè)備。

2.3.2 緊急控制PC（ECPC）的配置

ECPC設(shè)置于本地車控室。同時在車控室設(shè)置A/B開關(guān)以便于行車操作人員進行本地ATS與ECPC間的轉(zhuǎn)換操作。值得注意的是，ATS或ECPC在同一時刻只有一個能與PMI聯(lián)鎖相連接。PMI與A/B開關(guān)之間，A/B開關(guān)與ECPC及ATS機柜之間以及ECPC與A/B開關(guān)之間是CAT5網(wǎng)線。具體示意圖見圖1。

2.3.3 案例：中央ATS故障時，除了中間聯(lián)鎖站ATS，其它所有車站ATS都工作正常

因為在控制中心沒有SRS服務(wù)器可用，所以整條線的中央ATS操作無法使用。本地ATS工作站繼續(xù)支持辦理列車進路和分配運行線命令。對于本地ATS線路的中間站區(qū)域故障時，故障所在車站的行車操作人員必須首先將A/B開關(guān)從車站ATS切換到ECPC。

行車操作人員操作ECPC，選擇運行線分配，按照運行線將道岔自動轉(zhuǎn)換至規(guī)定的位置并給出正確的表示，使列車以RMF或IATP模式通過故障區(qū)域。

2.3.4 ATS設(shè)備恢復(fù)

一旦ATS設(shè)備恢復(fù)能重新工作， 行車操作人員將A/B開關(guān)轉(zhuǎn)到ATS控制位置上，然后ATS連接恢復(fù)。行車操作人員成功登入ATS系統(tǒng)后，列車能被重新分配時刻表。同時PMI將操作從后備模式轉(zhuǎn)為CBTC模式。

3 列車自動監(jiān)控系統(tǒng)（ATS）冗余實際運用效果

當出現(xiàn)信號設(shè)備故障、設(shè)備檢修功能測試、應(yīng)急演練等場景時，行車操作人員會在中央級控制、車站級控制、緊急控制PC操作（ECPC）之間進行ATS操作切換。系統(tǒng)上線運用至今能夠?qū)崿F(xiàn)ATS各級之間的穩(wěn)定可靠切換，同時能實現(xiàn)各級ATS功能。

此版CBTC系統(tǒng)上線后PMI聯(lián)鎖經(jīng)常冗余喪失，ATS顯示冗余喪失報警，有時候多達5次/月，嚴重影響了信號系統(tǒng)的可靠度。經(jīng)分析日志，判斷為PMI通信單元SCOM與ATS丟失通信造成。經(jīng)分析造成PMI冗余喪失的原因可能是SCOM與ATS關(guān)鍵線路上設(shè)置在車控室緊急控制PC操作（ECPC）的A/B開關(guān)出現(xiàn)故障造成的。

4 緊急控制PC操作（ECPC）的優(yōu)化措施

由于車控室人員出入頻繁且均為非信號專業(yè)人員，對于信號設(shè)備的重要性認識不足，可能會出現(xiàn)誤碰的情況，造成PMI聯(lián)鎖冗余喪失甚至區(qū)域聯(lián)鎖的故障，鑒于此原因信號專業(yè)對緊急控制PC操作（ECPC）的配置進行了優(yōu)化。

根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境和緊急控制PC操作（ECPC）的實際使用頻率，優(yōu)化措施為斷開SCOMA和SCOMB至A/B開關(guān)C的網(wǎng)線，分別斷開ATSSW01和ATSSW02至A/B開關(guān)A的網(wǎng)線，分別用兩根網(wǎng)線直連SCOMA/B至ATSSW01/02，使在平時A/B開關(guān)不串聯(lián)在SCOM與ATS關(guān)鍵線路上。當需激活ECPC功能時，由信號專業(yè)人員操作A/B開關(guān)接至SCOM與ATS線路上。通過優(yōu)化后，減少了SCOM對外通信的物理接點，大大提高了SCOM通信的穩(wěn)定性。

緊急控制PC操作（ECPC）的配置優(yōu)化措施實施以來，通過對通信單元SCOM日志監(jiān)控分析，并未發(fā)現(xiàn)異常報警信息。全線各聯(lián)鎖站PMI聯(lián)鎖運行穩(wěn)定，沒有出現(xiàn)PMI冗余喪失的故障，優(yōu)化效果明顯，且未對行車操作人員的操作有任何不利影響。

5 結(jié)束語

南昌地鐵1號線通過硬件和軟件實現(xiàn)了ATS系統(tǒng)的三重冗余配置，保證了ATS系統(tǒng)的絕對可靠運行;同時在運營過程中對系統(tǒng)配置進一步優(yōu)化升級，以此進一步提升了信號系統(tǒng)整體運行的安全性及可靠性和穩(wěn)定性，實現(xiàn)了地鐵安全、高效、快捷的要求。

參考文獻：

[1]上海申通地鐵集團有限公司軌道交通培訓中心.城市軌道交通信號技術(shù)[M].中國鐵道出版社，2014：262.

[2]何宗華，汪松滋，何其光.城市軌道交通通信信號系統(tǒng)運行與維修[M].中國建筑工業(yè)出版社，2007：381.