地鐵信號系統功能分析

高京顯+黃毅

摘要：隨著城市地鐵的快速發展，地鐵已經成為了城市交通的主力。為了方便人們出行，保證地鐵的安全、可靠、高效的運行是地鐵運營的重點。在城市軌道交通系統中，信號系統是一個集行車指揮和列車運行控制為一體的重要的機電系統。它直接關系到城市軌道交通系統的運營安全、運營效率，保證列車快速、高密度、有序的運行。

關鍵詞：城市軌道交通；信號；移動閉塞；后備系統；列車自動控制

在南昌地鐵一號線中信號系統可在兩種模式下運行：CBTC模式及后備模式。列車控制系統（CBTC）根據移動閉塞原則，提供基于無線通信的列車控制系統，在CBTC模式下MAU接收來自ATS的進路請求，然后沿著ATS請求的進路，以列車報告的位置起始為列車計算LMA（移動授權限制）。；后備系統是基于固定信號機的列車運行保護系統，當CBTC模式失效或特殊需要時，能啟動降級或后備運行模式組織列車正方向運營。本文對信號系統的結構及功能實現進行介紹。

信號系統的架構及功能

信號系統由列車自動監督（ATS）、車載控制器（VOBC）、區域控制器（ZC）和數據通信系統（DCS）構成。各子系統相互滲透，實現地面控制與車輛控制，本地與中央控制相結合實現集行車指揮、自動駕駛及運行調整為一體的自動控制系統。

列車自動監督（ATS）：ATS是一個非安全系統，它為ATS操作員提供人機接口界面，分成本地和中央ATS系統。正常工作控制權限在中央，中央可下方權限到本地。ATS在線路顯示屏上顯示列車具體位置，同時也提供接口軟件執行其它各種功能，如臨時限速、車站跳停等。 ATS負責精確地排列列車進路。ATS負責把進路命令只發送到與進路相關的控區中。ATS工作站可用來顯示線路全貌或時刻表。采用冗余的網絡（雙網）連接到DCS骨干網，并配有數據記錄器（單獨的PC），用于記錄聯鎖站發送和接收的網絡信息。

車載控制器（VOBC）：列車上的車載控制器VOBC和軌旁的區域控制器ZC是系統安全型部件，它們通過非安全的數據通信系統（DCS）進行通信，但端到端的連接是安全的。這是因為安全設備在它們生成的每一條報文中都包含序列號和循環冗余碼校驗（CRC），然后對該報文進行鑒定。對序列號和CRC的鑒定算法只有安全設備才能識別，因此可以防止DCS系統中非安全設備的干擾。VOBC通過檢測軌道上的應答器與檢索數據庫中數據來建立列車的位置。VOBC測量應答器之間的距離，并通過速度傳感器信號計算探測到應答器后列車的行駛距離。數據庫包括了所有相關的線路信息，包括應答器位置，車站停車位置，坡度，土建限速，道岔位置和信號機位置等。VOBC接收MAU發送的LMA（適用于所有通信列車的移動授權），確定列車在其LMA范圍內的停車點，停車點至少在LMA的端點之前一個安全距離。

區域控制器（ZC）：包括MAU和PMI，負責所有的聯鎖控制。所有軌旁設備，如信號機、道岔、EAK和B信標，用繼電器通過SER里面或外面的CTF架與ZC接口。在CBTC模式下，MAU接收來自ATS的進路請求，然后沿著ATS請求的進路，以列車報告的位置起始為列車計算LMA（移動授權限制）。LMA將限制到ATS進路上的最近障礙物，或如果沒有障礙物，將到最大距離（離線建立的），確保只有必要的軌道和設備為列車預留。如果列車的ATS進路與道岔交疊，MAU會請求執行通過聯鎖區域的PMI進路；當PMI報告要求的進路已授權后，MAU才延伸LMA通過該進路。當MAU確定受控列車的移動授權能夠通過信號機時，MAU將給PMI發送旁路信號命令，由MAU設置信號機為允許顯示（在固定閉塞原理下，該信號機通常是限制顯示）。MAU知道其控區內所有列車的準確位置，并通過系統確定何時可以安全的延伸列車的移動授權，從而旁路移動授權內的信號機。列車在控制模式下運行（ATO、ATPM）并用LMA建立其停車位置，應用移動閉塞運行。MAU基于設備及系統中其它列車狀態決定移動授權，MAU與VOBC及設備間進行連續的通信，并使用這些信息和請求的進路來不斷地確定和發送LMA給每列列車以實現移動閉塞列車控制。MAU也與相鄰的MAU進行通信，以監督相鄰MAU的健康狀態、為通過邊界的列車請求LMA、發送/接收鄰近邊界區段內的非通信障礙物和非通信列車的狀態。

PMI：PMI執行由ATS觸發并由MAU請求的進路，控制和監督信號機和道岔狀態，保證設備聯鎖。PMI接收所有軌旁設備包括站臺門狀態，且PMI向MAU發送信號狀態。PMI具有通用軟件，通過聯鎖表為每個聯鎖區域定制不同的聯鎖關系。

數據通信系統（DCS）：所有設備都和數據通信系統（DCS）相連。DCS設備包括：軌旁光纖骨干網，AP（軌旁無線設備），車載無線設備，車站和控制中心的網絡和骨干交換機。

CBTC模式：

CBTC 系統可由傳統的列車自動控制（ATC）信號系統部分組成：列車自動運行（ATO），列車自動防護（ATP）和列車自動監督（ATS）。CBTC通過ATS（提供監督功能）、PMI/MAU（提供聯鎖及安全移動授權功能）及車載VOBC實現其功能。在CBTC模式中，當ATS命令進路時，ATS生成進路請求給MAU，MAU通過預留相應ATS進路請求路徑上的軌旁設備，安全執行和授權該進路。這種預留是唯一的，兩列列車的預留不能交疊。MAU負責軌道上列車移動及間隔的安全，PMI會根據其它子系統的請求排列并鎖閉道岔。PMI也提供現場設備接口。軌旁子系統將提供移動閉塞的運營。

后備模式：

當區域控制器處于后備模式運行時，PMI負責所有的聯鎖功能、列車運行和間隔。軌旁子系統將提供固定閉塞的運營。當MAU子系統發生故障時，系統能夠降級到后備模式，不影響系統的安全。PMI被命令進入后備模式，所有進路請求直接到PMI而不經過MAU。后備模式時，PMI完全負責聯鎖。得知信號模式切換到后備（固定閉塞）后，PMI將完全負責聯鎖，并切換到接受ATS的進路請求并且忽略所有MAU進路請求。ATS操作員向PMI發送進路命令，PMI將根據固定閉塞信號規則設置轉轍機和信號機。然后，列車操作員根據軌旁信號機顯示以RMF模式駕駛列車。如果進入IATP模式的條件都滿足，則列車可以轉換到IATP模式。

總結：

隨著全國地鐵的快速發展，為了滿足乘客對地鐵安全、高效、快捷的要求。信號系統也在不斷進步，為地鐵的發展而努力。endprint