有軌電車信號系統(tǒng)設(shè)計簡析

王海艷

（遼寧鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，遼寧錦州 121000）

有軌電車工程信號系統(tǒng)正線一般采用司機通過車載設(shè)備遙控道岔或自動觸發(fā)進(jìn)路的控制方式，系統(tǒng)一般不具備區(qū)間的列車追蹤和車載防護(hù)的功能。司機在區(qū)間遵照運營規(guī)定駕駛，在岔區(qū)按照基本的地面信號顯示命令駕駛列車安全通過道岔。

1 有軌電車正線信號系統(tǒng)原理

有軌電車正線信號系統(tǒng)一般由車載設(shè)備和軌旁設(shè)備組成。車載設(shè)備和軌旁控制設(shè)備采用無線通信設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。車載設(shè)備與控制中心采用無線AP進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，軌旁控制設(shè)備采用光纖網(wǎng)絡(luò)與控制中心進(jìn)行通信。

軌旁設(shè)備的布置如圖1所示，通過無源信標(biāo)將正線軌道劃分成道岔區(qū)段和非道岔區(qū)段，無源信標(biāo)又將道岔區(qū)段劃分成接近區(qū)段和道岔鎖閉區(qū)段。

當(dāng)電車到達(dá)道岔接近區(qū)段，信標(biāo)觸發(fā)車載顯示終端切換到進(jìn)路控制模式。車載顯示終端顯示當(dāng)前道岔區(qū)域的站場圖、信號機狀態(tài)、道岔定反位狀態(tài)、將要通過進(jìn)路，并通過聲光提示司機操縱道岔排列進(jìn)路。

司機可以通過車載設(shè)備控制單組道岔的定反位，也可以通過車載設(shè)備自動或人工辦理運行方向進(jìn)路。具體操作方式與控制系統(tǒng)當(dāng)前的運行模式有關(guān)。對同一道岔和進(jìn)路的操作權(quán)具有特定、唯一、一次性。

在辦理進(jìn)路時，車載設(shè)備經(jīng)過運算，將合法的操作命令通過車地?zé)o線通信單元發(fā)送到軌旁控制設(shè)備。再由軌旁控制設(shè)備對電車的操作命令進(jìn)行聯(lián)鎖運算、解析和執(zhí)行。

道岔轉(zhuǎn)換到需求位置后自動鎖閉，信號機開放。軌旁道岔及信號機的狀態(tài)通過車地?zé)o線通信實時發(fā)送到車載設(shè)備。

電車司機根據(jù)信號機的信號行車。電車一旦越過信號機，進(jìn)路將鎖閉，車載設(shè)備則不能控制扳動道岔；故障條件下，道岔將處于鎖閉狀態(tài)。

電車通過道岔區(qū)段后，進(jìn)路自動解鎖。車載顯示終端自動從道岔控制畫面切換到運營管理畫面。

2 有軌電車控制模式

有軌電車控制模式分為自動進(jìn)路模式、人工進(jìn)路模式、道岔單操模式。故障情況下由司機通過軌旁控制箱操作道岔或手扳道岔。

2.1 自動進(jìn)路模式

控制中心編制行車計劃，由相關(guān)軟件自動由行車計劃生成電車行車進(jìn)路計劃。在發(fā)車之前，由司機通過車載操作終端向控制中心發(fā)送發(fā)車請求。控制中心同意發(fā)車并將行車計劃和行車進(jìn)路計劃通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到車載設(shè)備。同時將行車進(jìn)路計劃通過光纖網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到信號系統(tǒng)軌旁控制箱。

在自動進(jìn)路模式下，電車運行至道岔接近區(qū)段，在行車進(jìn)路條件滿足時，系統(tǒng)自動轉(zhuǎn)動道岔至相應(yīng)位置并鎖閉，車載顯示終端自動顯示前方進(jìn)路并通過聲光提醒司機確認(rèn)進(jìn)路。司機確認(rèn)進(jìn)路后，系統(tǒng)自動開放信號。

電車一旦越過信號機，進(jìn)路將鎖閉，車載設(shè)備則不能控制搬動道岔；故障條件下，道岔將處于鎖閉狀態(tài)。

當(dāng)電車通過道岔區(qū)域時，進(jìn)路自動解鎖，且電車失去對道岔的控制權(quán)限。

2.2 人工進(jìn)路模式

當(dāng)電車到達(dá)道岔接近區(qū)段時，車載設(shè)備自動顯示當(dāng)前道岔區(qū)域站場圖、電車位置、地面道岔和信號機的狀態(tài)。

進(jìn)路由司機按壓進(jìn)路始終端按鈕選擇進(jìn)路，系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)前道岔區(qū)段實際情況對進(jìn)路命令進(jìn)行聯(lián)鎖運算，屏蔽無效的進(jìn)路操作命令。進(jìn)路選擇成功后動作道岔，道岔動作到位后鎖閉，開放信號。

當(dāng)電車通過道岔區(qū)域時，進(jìn)路自動解鎖，且電車失去對道岔的控制權(quán)限。

2.3 道岔單操模式

特殊情況下，司機可以通過車載終端選擇道岔單操模式對單個道岔進(jìn)行定反位操作。對同一道岔和進(jìn)路的操作權(quán)具有特定、唯一和一次性。

2.4 故障情況下的控制模式

可根據(jù)需要通過道岔按鈕操縱道岔或手扳操縱道岔，人工駕駛保證安全。此時列車的安全完全由人工保證。道岔控制箱內(nèi)的按鈕僅作為電動操作道岔用，不做聯(lián)鎖運算和防護(hù)功能。

2.5 控制模式的轉(zhuǎn)換

控制模式的轉(zhuǎn)換需征得控制中心的同意，由控制中心授權(quán)司機進(jìn)行模式轉(zhuǎn)換，車載設(shè)備予以記錄和顯示當(dāng)前模式。電車進(jìn)行模式轉(zhuǎn)換時，需要停車操作。

駕駛模式間的轉(zhuǎn)換通過模式轉(zhuǎn)換按鈕進(jìn)行。當(dāng)按下模式轉(zhuǎn)換按鈕時，終端顯示屏上會彈出模式轉(zhuǎn)換選擇對話框，在選擇要轉(zhuǎn)換的模式后，按下操作盤上的確認(rèn)按鈕轉(zhuǎn)換操作模式。

3 軟件設(shè)計

車載控制主機和軌旁控制主機一起，實現(xiàn)有軌電車對道岔的控制功能，實現(xiàn)道岔、信號的聯(lián)鎖功能。

3.1 車載控制主機功能

軟件具有一定的聯(lián)鎖運算功能，并能夠?qū)Σ僮髅钸M(jìn)行一定的聯(lián)鎖運算，保障操作命令的合法性。一般采用嵌入式低功耗設(shè)計，操作系統(tǒng)采用嵌入式操作系統(tǒng)。

根據(jù)運行計劃提醒司機即將辦理的進(jìn)路，同時屏蔽其他非計劃進(jìn)路按鈕，能夠有效屏蔽非法操作、誤操作等。

能夠獨立并通過標(biāo)簽進(jìn)行獨立定位，并將位置信息通過無線通信發(fā)送到軌旁控制箱。

車載控制主機內(nèi)部組成包括：車地?zé)o線通信單元、信標(biāo)讀取主機、核心控制單元和電源。

每輛車安裝兩臺車載控制主機，兩臺車載控制主機通過網(wǎng)絡(luò)連接，構(gòu)成熱備冗余系統(tǒng)。控制主機的網(wǎng)絡(luò)同時與電車兩端的車載顯示器進(jìn)行連接，通過顯示器顯示當(dāng)前站場信息。

3.2 有軌電車控制系統(tǒng)

有軌電車控制系統(tǒng)原理如圖2所示。地面設(shè)備由無源信標(biāo)、轉(zhuǎn)轍機、進(jìn)路表示和軌旁控制箱組成。

在道岔區(qū)域，無源電子標(biāo)簽安放在岔前直股、岔后側(cè)股、岔后直股位置，電子標(biāo)簽將道岔區(qū)域邏輯上分為接近區(qū)段和道岔區(qū)段。無源電子標(biāo)簽用于確定列車位置和識別前方道岔。只有道岔區(qū)段空閑，并且沒有被其他列車占用，當(dāng)前列車才可以操作道岔。當(dāng)多臺列車都要經(jīng)過道岔區(qū)段時，只有最前方的列車對道岔擁有控制權(quán)。

采用4個CPU構(gòu)成熱備冗余的二乘二取二系統(tǒng)。負(fù)責(zé)對車載命令的執(zhí)行，實現(xiàn)道岔、信號的聯(lián)鎖關(guān)系。

4 結(jié)論

有軌電車信號系統(tǒng)是保障現(xiàn)代有軌電車安全、可靠和高效運行的重要部分，在滿足安全可靠的前提下，無論從硬件構(gòu)成還是軟件設(shè)計上，充分利用可利用資源，降低整個系統(tǒng)的投資和運營成本。

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[2]曾小青,王長林,張樹京.基于通信的軌道交通運行控制[M].上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，2007.

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[4]唐淼，馬韻.現(xiàn)代有軌電車在城市區(qū)域內(nèi)的適應(yīng)性[J].上海交通大學(xué)學(xué)報，2011，45（S1）：71.