城市轨道交通CBTC计算机联锁子系统分析

综合研究 城市轨道交通 计算机联锁子系统分析 胡超林 （ 浙江浙大网新众合轨道交通工程有限公司， 浙江 杭州 ） 摘 要： 因其技术优势已经成为现代城市轨道交通首选控制方案， 随着这类控制方式的应用推广， 对其计算机联锁子系统也提 出了更高的要求。现总结了城市轨道交通 计算机联锁子系统的功能、 技术特点及优势， 并结合实际案例研究了其具体的工作方式。 关键词： 城市轨道交通； ； 联锁子系统 引言 随着经济社会发展和城市交通进步， 城市轨道交通变得复 杂而繁琐， 这对信号设备信息采集和列车安全联锁控制性能提 出了很高的要求。而 作为一种先进的列车控制系统， 对 其联锁子系统的控制精度要求也进一步提高。传统的铁路联 锁技术虽已沿用 多年， 但远远无法满足城市内复杂的交通 信号在安全、 高效、 自动化、 多功能方面的运营要求， 必须开发 设计出新的联锁子系统。可喜的是， 现代通信技术、 网络技术、 计算机技术的飞速发展为这一复杂的控制系统提供了硬件基 础， 它们构成的联锁子系统信息量大、 可靠性高、 体积小、 便于 集中联网， 能实现整个城市的统一协调调度， 减小系统维修的 工作量， 这些优点使得计算机联锁子系统在城市轨道交通领域 得到了广泛的应用， 它的出现使车站联锁进入了计算机联锁 时代。 系统结构及功能简述 整个信号系统主要包含计算机联锁子系统、 列车防 护自动驾驶 子系统、 智能列车自动监控 子系 统和维护支持 子系统等， 其通过这些系统来实现列车的 自动控制、 状态监测、 安全运行、 维修和故障诊断等功能。而计 算机联锁子系统是信号系统的基础， 其主要功能是通过对轨旁 信号设备实施监控， 完成列车运行预排、 过程监控等功能， 这类 子系统如西安地铁号线的 联锁控制器， 北京亦庄 线 子系统、 型系统及 型系统等， 其设计 和开发有一定区别， 但大同小异。本文以北京亦庄线 子系 统为例谈谈其结构。 子系统的主要功能设备包含联锁机、 现场工作站、 通 信网络、 系统维护台等， 它们组成了以微处理器为基础的计算 机联锁信号控制系统， 结构如图所示。 由图可知， 子系统中包含有很多设备， 而联锁机是整 个系统的核心。 子系统中的联锁机主要实现轨旁设备联 锁控制， 管辖所有联锁功能， 通过既定程序来实现联锁逻辑和 控制逻辑。这种冗余联锁机采用二乘二取二双 作为核心 控制器， 增加独立的“ 故障安全” 校验模块， 使用了一系列的可 编程安全系统设计技术， 如“ 固有故障安全” “ 独立计时器” “ 组合故障安全” “ 双通道相异软件” “ 反应故障安全” 等， 这 些技术大大提高了系统的安全性。同时， 系统采用双网通信、 逻辑上环网连接、 模块隔离技术， 确保了可靠性和实用性， 它能 支持单点和多点安全型串行通信， 能与很多列车自动驾驶子系 统进行安全型数字通信。使用 安全通信协议的北京首 都机场线证明， 该子系统的信息交换是可靠的。 通信网络是这些监控信号和工作信号传输的通道， 如图 图 子系统结构示意图 所示， 联锁机通过两套热冗余的高速交换机设备分别与 子网和 信号子网进行信息传输。这个网络为两台 联锁机和现场操作站以及系统维护台各提供了两个网络接口， 来实现各设备间的信息传输。另外， 还可通过 节点来接 入 骨干网， 实现该子系统与中心应用服务器之间的通讯。 同理， 其余区域的 子系统也可通过 节点接入骨干网 来实现信息交换和集中控制。使用这种子系统时， 子网和 信号子网同时处于工作状态， 相关的子系统均可单独通过各自 的两个网络来发送和接收信息。在其中一个网络出现问题时， 子系统仍可通过另一个网络来进行通信， 出现问题的网络可进 行维修或单独维护， 实现了整个系统的连续工作， 便于及时维 护和实时查询。 现场工作站是联锁子系统控制的显示单元， 它作为人机交 互界面能方便地对本联锁区的信号设备进行实时监控， 如道 岔、 进路、 故障报警等信息， 把这些信息通过车站 发送给 中心。这里还可查看车站 所发送的中心操作指令， 操作 人员可根据操作指令将所需执行的指令信息通过操作界面方 便地传送给联锁机。另外， 它作为 子系统的车站及显示 终端， 能形象地显示子系统内部所有列车运行的位置信息、 运 行计划信息和告警信息等。这些信息能给车站值班人员提供 参考和依据， 对故障和告警能及时进行反应和处理。现场工作 站的操作指令必须通过 校验的二次确认后才能实现有 效的操作， 确保了现场工作站操作的安全性。 系统维护台也是该联锁子系统中重要的设备， 它不但能完 成联锁系统维护和接口设备监测， 还能打印设备操作信息记 录， 将子系统内设备的运行状态和报警信息及时反馈给维修人 综合研究 机电信息 年第 期总第 期 员， 同时提供故障处理指导方法。亦庄线的维护台还具有“ 电 子向导式” 诊断手段， 它可通过高速网络来接收和记录联锁机 系统的诊断结果信息、 全站简化参数信息、 指 定 参 数 追 踪 信 息等。 系统实用功能举例 前文已叙述了该联锁子系统的主要构成， 它能实现的基本 功能包含列车防护、 轨旁设备管理、 列车运行管理、 维护功能、 运行指令、 安全保障等。 联锁子系统可为列车运行提供 种级别的控制进路功能， 分别为连续式、 点式、 联锁、 引导， 以 最大限度地提高列车运行的安全性、 高效性和自动化水平。现 结合轨道交通信号的需求及特点， 谈谈其在列车运行过程中的 一些具体工作方式。 例如进路、 道岔的处理， 在站控状态下， 进路的建立和取消 是车站控制的， 在建立进路前， 联锁子系统会对进路中所有道 岔是否在规定的位置上、 有无敌对进路建立、 后备下进路内所 有区段是否空闲等信息进行检查， 确保这些信息都处于正常状 态才能允许进路的建立。而进路指令下达后， 会转换道岔 至正确的位置并闭锁， 再检查一些相关条件是否满足， 之后才 会开放信号。联锁设备对进路实现预先闭锁和接近闭锁， 闭锁 的进路随列车的运行按三点检查自动分段解锁。一旦闭锁， 其 他相关道岔是不能启动的。信号机关闭后， 未经再次办理， 是 不会重复开放的。一旦状态发生变化， 也会马上显示， 操作人 员能快速地作出判断和正确操作。它反映了操作的唯一性和 安全性。 系统的优势 这类联锁子系统是借鉴国外经验， 结合我国城市交通实际 情况和先进的计算机技术而研发的， 较进口设备能降低投资成 本， 同时满足技术要求， 它的优势是设计参数化程度高， 适应性 和兼容性强， 能在满足各种技术需要的同时实现系统的模块 化、 标准化设计， 使其配置灵活， 扩展和升级简便， 对新业务的 适应性强。国内自主开发能实现快速调整和安装维护， 开发过 程高标准、 严要求， 安全和质量有保障， 供货速度快、 周期短。 结语 本文简要阐述了城市轨道交通 计算机联锁子系统 的构成及功能， 在其实用功能上仅仅提到了很小的一方面， 而 在实际运用过程中其是能满足多方面要求的， 如对轨旁设备的 监控、 与其他子系统的接口、 与旅客安全系统的信息交换、 对列 车运行的自动控制等， 这些在实践中也都得到了验证和逐步完 善。因此， 这种子系统是一种非常安全和高效的信息接收、 反 馈系统， 能适应当前城市轨道交通领域最新的基于移动闭塞式 信号系统的要求。在城市轨道交通进一步发展后， 应不断拓展 系统功能， 提高系统安全性， 以适应城市 轨 道 交 通 的 发 展 步 伐。 参考文献 刘 晓 娟城 市 轨 道 交 通 智 能 控 制 系 统 中 国 铁 道 出 版 社， 许诚， 徐瑞华， 邢艳阳北京轨道交通机场线信号系统城市 轨道交通， （ ） 收稿日期： 作者简介： 胡超林（ ） ， 男， 陕西咸阳人， 助理工程师， 研 究方向： 轨道交通信号。 （ 上接第 页） 曲线多、 半径小， 其中最小半径为 ， 转向架通过曲线时， 轮 缘与外轨内侧面密贴。图为 曲线处轮轨实际接触 情况。 图 曲线处轮轨实际接触状态 通过测量数据发现， 动车车轮轮缘磨耗约为拖车车轮轮缘 磨耗量的倍， 且动车轮和轮磨耗最为严重， 这主要是 由于车辆通过曲线时， 滚动的同时会伴随出现滑动（ 一般多为 横向滑动） ， 车轮在曲线段产生的附加动压力与曲线半径成反 比， 在曲线段轮轨接触应力会变大， 造成轮缘加速磨耗。 采取的措施 大量的车轮异常磨耗极大地缩短了车轮的使用寿命， 增加 了车辆检修成本， 在大量调查分析的基础上， 我们采取了如下 几点措施： （）与国内闸瓦厂家合作， 通过有效控制树脂的分解 残留物， 增加闸瓦微孔率， 提高闸瓦散热性能， 有效防止或减少 闸瓦金属镶嵌物和车轮踏面热裂纹的产生。自 年采用新 型闸瓦后， 再未出现车轮踏面热裂纹， 闸瓦金属镶嵌现象降低 超过 。（）通过在曲线段钢轨内侧涂抹润滑材料， 改善轨 道曲线处轮轨接触条件， 轮缘磨耗量由 万 降至 万 ， 轮缘磨耗量降低约 。（）根据轮缘厚度 变化情况及时启用 和 标准对车轮进行经济镟 轮， 降低车轮镟修量。 结语