地鐵車輛CBTC系統(tǒng)車載信號常見故障歸類分析

摘 要：移動閉塞列車控制系統(tǒng)的故障問題隨著地鐵的普及也受到越來越多的關(guān)注。文章以深圳地鐵CBTC系統(tǒng)為研究對象，首先簡單介紹了移動閉塞列車控制系統(tǒng)（CBTC），進(jìn)而提出了ATP冗余和無線丟失故障的原因及處理措施，通過分析研究從而為以后相關(guān)方面的研究提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：地鐵車輛；CBTC系統(tǒng)；故障

1 移動閉塞列車控制系統(tǒng)（CBTC）簡介

1.1 移動閉塞列車控制系統(tǒng)的定義

IEEE在1999年將CBTC（移動閉塞列車控制系統(tǒng)）定義為：“是一種連續(xù)自動列車控制系統(tǒng)，利用高精度的不依賴于軌道電路列車定位，大容量、雙向連續(xù)的車地?cái)?shù)據(jù)通信，實(shí)現(xiàn)車載、地面的安全功能處理器”。與傳統(tǒng)基于軌道電路的列車控制系統(tǒng)相比，移動閉塞列車控制系統(tǒng)由于采用無線通信、安全處理器和列車定位技術(shù)，具有易于互聯(lián)互通、調(diào)度指揮自動化、工程建設(shè)周期短、系統(tǒng)安全性高、通過能力大、軌旁設(shè)備少、可以實(shí)現(xiàn)移動閉塞以及系統(tǒng)兼容性和靈活性強(qiáng)等特點(diǎn)。

1.2 移動閉塞列車控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能

ATS子系統(tǒng)、地面子系統(tǒng)、車載子系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng)共同組成了CBTC系統(tǒng)。CBTC的ATS子系統(tǒng)用于實(shí)現(xiàn)列車運(yùn)行調(diào)整，ATS的自動/人工設(shè)置進(jìn)路，列車的顯示、跟蹤和識別等；地面子系統(tǒng)是由一個設(shè)置在控制中心或軌旁的基于處理器的系統(tǒng)；車載子系統(tǒng)包括測速和定位傳感器以及智能控制器；設(shè)置在中心、軌旁及車上的數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)地面與列車、地面與地面以及車載設(shè)備內(nèi)部的數(shù)據(jù)通信。CBTC系統(tǒng)的功能與系統(tǒng)配置有關(guān)，其基本功能如下：定位功能、計(jì)算功能、車地雙向通信功能、構(gòu)成閉塞功能、遠(yuǎn)程診斷和監(jiān)測功能、提供線路參數(shù)和運(yùn)行狀態(tài)功能等。

2 ATP冗余原因及處理

2.1 ATP冗余簡介

一列車上有2套主要分布在列車兩端A車上的車載信號設(shè)備，對于這2套車載設(shè)備，尾端車載控制單元能夠在前端OBCU設(shè)備故障的情況下接管控制權(quán)，兩者互為冗余。在IXLC級別以及CTC級別下車載信號系統(tǒng)冗余可以正常運(yùn)用，但是故障端無法使用ITC級別。對于列車自動駕駛模式、ATP監(jiān)督人工駕駛模式、限制人工駕駛模式的選擇沒有影響，所有操作流程均與無冗余功能時(shí)相同。

2.2 ATP冗余原因及統(tǒng)計(jì)

深圳地鐵1號線從2010年3月17日-2010年9月17日的ATP冗余統(tǒng)計(jì)如表1所示。導(dǎo)致ATP冗余的原因有測速電機(jī)、雷達(dá)、無線或機(jī)柜、ITF到HMI的通信連接以及應(yīng)答器故障等。冗余發(fā)生切換之后，分析故障數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)某些列車的貫通線較短，在運(yùn)行過程中接頭松動，造成了ATP冗余切換。

2.3 ATP冗余處理方法

設(shè)備供應(yīng)商西門子公司在5月份升級了列車OBCU所有的設(shè)備軟件，大幅減少了ATP冗余的發(fā)生次數(shù)，ATP冗余問題得到了根本上的解決。如果正線運(yùn)營發(fā)生冗余后，由于所有功能不受影響，可以等到列車運(yùn)營結(jié)束回庫后再解決。冗余發(fā)生切換之后，將無法切換回故障端，這時(shí)重啟駕駛室兩端ATP并切除ATP開關(guān)即可。

3 無線丟失故障分析和處理方法

3.1 無線丟失故障原因及統(tǒng)計(jì)

移動閉塞列車控制系統(tǒng)常見的故障之一是無線丟失，發(fā)生頻率較高。該發(fā)生該故障后，列車級別降低，由CTC級別降到IXLC級別，無線圖標(biāo)在HMI上顯示出打叉（故障）信息，在這種情況下會導(dǎo)致列車丟失定位，從而造成緊急制動。列車由CTC級別降到IXLC級別后，只能啟用RM模式駕駛，限速25 km/h以內(nèi)，對正線運(yùn)營有一定的影響，會造成列車晚點(diǎn)。

深圳地鐵1號線從2010年3月17日-2010年10月17日共發(fā)生無線丟失115次，造成晚點(diǎn)26次，無線丟失統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如下表2所示。

我們從表2可以看出，故障次數(shù)隨著列車的運(yùn)營逐漸減少，并且故障基本上在控制范圍之內(nèi)。

3.2 出現(xiàn)故障原因及應(yīng)對措施

發(fā)生無線丟失故障的原因有很多，從發(fā)生故障站場的方面來分析：（1）無線丟失故障較多地面站場，由于無線信號本身的不穩(wěn)定性，設(shè)備在進(jìn)行狀態(tài)檢查時(shí)可能是正常情況，但是出庫后仍然可能出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接中斷故障。對于這種情況來說，可以采取統(tǒng)計(jì)無線丟失的規(guī)律，看故障列車都從哪些股道開出的；對早晚出入庫的列車設(shè)備加強(qiáng)檢查，從無線信號較弱股道開出的列車應(yīng)重點(diǎn)跟蹤；討論車站內(nèi)AP點(diǎn)設(shè)置的最佳數(shù)量。（2）折返車站，無線丟失故障可能會受列車折返的影響，折返后換端需有時(shí)間要求，兩端的激活時(shí)間間隔德國西門子公司建議應(yīng)在15s以上，列車司機(jī)應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行。（3）地下站相對于地面站干擾較少，CBTC系統(tǒng)更適用于地下線路。

從部分故障列車的方面來分析：在2010年6月8日，一列列車兩端無線TU單元之間進(jìn)行相互應(yīng)答測試時(shí)，其ping值丟包率大約為70%，出現(xiàn)這種現(xiàn)象說明2個無線單元之間的網(wǎng)線損耗過大。此后相關(guān)單位針對這一問題整改了無線設(shè)備貫通線。

從無線貫通線接頭的方面來分析：在正線運(yùn)營過程中，多次無線信號丟失是由于LEMO（無線連接貫通線）接頭松動而導(dǎo)致的，發(fā)生故障后，重啟ATP和無線單元，但故障并沒有解除。對此相關(guān)單位加強(qiáng)了對無線LEMO接頭的檢查，及時(shí)處里了有問題的LEMO接頭。

3.3 無線丟失的故障處理方法

無線信號丟失故障發(fā)生后，采取以下措施處理：重啟無線單元，首先檢查無線單元各相關(guān)燈位是否顯示正常，加密板、CPU板和電源板的狀態(tài)，若有異常，則重啟無線單元，無線單元的重啟步驟如下：首先將RCSCB斷路器扳下，斷開兩端RCSCB，其次將ATPFS的任一端打至故障位，經(jīng)過30s之后，“system down”字樣在HMI屏幕上消失，然后合上RCSCB斷路器，恢復(fù)兩端RCSCB，在此同時(shí)將ATPFS打至正常位，最后經(jīng)過150s之后，車載設(shè)備及無線單元各指示燈均顯示正常，設(shè)備啟動完畢。

但是如果列車在無線丟失故障發(fā)生后，如果無線單元沒有時(shí)間重啟，則可采取以下方式應(yīng)急處理。在滿足兩端ATP沒有冗余和另一端無線單元正常的基礎(chǔ)上，可以打下ATPFS、RCSCB或者ATOCB，冗余發(fā)生后使用另一端正常的無線單元，可以升至CTC模式。列車在無線丟失故障發(fā)生后，由CTC級別降到IXLC級別，此時(shí)列車以RM模式駕駛，限速在25 km/h以內(nèi)，對正線運(yùn)營有一定的影響，會造成列車晚點(diǎn)，在發(fā)生此類故障時(shí)，司機(jī)會切除ATP，在沒有信號系統(tǒng)防護(hù)下手動駕駛，這種情況下一般需要在折返軌執(zhí)行重啟操作。

3.4 盡量減少無線丟失故障出現(xiàn)概率

無線檢測芯片設(shè)計(jì)可能會導(dǎo)致列車的無線丟失故障，例如，信號相互干擾，無線信號到來之時(shí)需要進(jìn)行更高優(yōu)先級的操作等都會造成無線信號丟失，此時(shí)只有重啟設(shè)備，才能使系統(tǒng)再次進(jìn)入正常檢測無線信號狀態(tài)。但是這些情況出現(xiàn)是概率性的，只有不斷完善設(shè)備檢修和維護(hù)，才能逐漸降低無線丟失故障頻率。

4 結(jié)束語

列車控制系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展方向是基于通信的移動閉塞列車控制系統(tǒng)（CBTC），本文通過討論CBTC系統(tǒng)故障歸類及故障處理方法，認(rèn)清楚移動閉塞列車控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障的原因，通過維護(hù)人員跟蹤檢查、分析后，解決這一問題。

參考文獻(xiàn)

[1]馮麗娟.CBTC系統(tǒng)車載信號常見故障分析[J].現(xiàn)代城市軌道交通，2011（2）：39-41.

[2]肖彥博.談城軌交通CBTC系統(tǒng)故障歸類及其設(shè)計(jì)應(yīng)對策略[J].現(xiàn)代城市軌道交通，2011（3）：12-14.

[3]劉會明.CBTC系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)中需注意的幾個問題[J].鐵路通信信號工程技術(shù).2006，3（3）33-35.