淺析地鐵信號CBTC系統下的CBI子系統

劉業晨

摘? ?要：近年來，隨著我國科學技術的不斷進步，地鐵信號系統也從以往的固定閉塞逐漸提升為準移動閉塞和移動閉塞，實現了人工駕駛向自動駕駛邁進的重要功能。基于通信的列車控制系統成為很多地鐵信號系統的首選。文章結合地鐵信號CBTC系統的具體情況，詳細介紹組成CBTC系統的重要子系統—計算機聯鎖子系統，從而為后續維護維保CBI系統提供一定的理論基礎。

關鍵詞：地鐵信號;CBTC系統;計算機聯鎖子系統

1? ? 計算機聯鎖子系統概述

計算機聯鎖子系統（Computer Based Interlocking，CBI）是保證列車運行安全以及實現軌道區段、道岔、信號機之間正確聯鎖關系的系統，滿足故障—安全原則。聯鎖子系統采用二乘二取二的硬件結構和軟件設計，與之相關的通信通道均熱備冗余。

2? ? CBI的工作原理

2.1? 聯鎖控制器原理

聯鎖控制器是一個安全邏輯處理器，除處理聯鎖邏輯之外，還提供故障—安全的二進制輸入/輸出管理。大連地鐵工程2號線一期工程信號系統采用MicroLok軌旁控制系統作為聯鎖控制系統。

Microlok系統采用“故障-安全”的二乘二取二的冗余結構。MicroLok聯鎖控制器采用高性能FPGA技術的處理器PCB。該處理器PCB將與MicroLok機籠以及MicroLok主要外圍PCB兼容。該處理器PCB使用綜合故障—安全技術，所有安全處理功能將在雙FPGA上獨立執行，只有在兩個FPGA一致時才會得出允許性輸出。其包括用于實現內置安全診斷和表決功能的核心內部軟件。采用最新高性能FPGA技術處理器PCB的MicroLok系統實現二乘二取二的硬件冗余結構。與聯鎖設備的接口是由指定的I/O板（繼電器、信號機等）處理的。每個MicroLok系統包括兩套二取二單元，一套用于正常運行，另一套備用。如果在線單元故障，備用單元將自動轉為在線單元。在線單元實時監控備用單元的狀態，如果備用單元故障，在線單元向ATS發送報警信息。同時，此信息也轉發給維修系統，在本站的維護工作站MSW、控制中心及維修中心的維修工作站顯示并報警。

2.2? 通信

所有MicroLok設備通過冗余的以太骨干網互相通信。每個聯鎖控制器都有唯一的IP地址，通過軌旁網絡與區域控制器保持通信，通信協議允許安全數據在MicroLok設備之間交換。

每一套MicroLok設備經由分散控制系統（Distributed Control System，DCS）與列車車載控制器（Car Controller，CC）通信。

2.3? 現地控制工作站

在聯鎖區域內，設備集中站的現地控制工作站設置ATS工作站與本地控制工作站（Local Control Website，LCW），該工作站位于設備集中站的設備室。兩個工作站共設置兩臺LCD顯示器，該顯示器放置于設備集中站的車控室。

ATS工作站通過接入交換機（Access Switch，AS）接入DCS網絡，LCW工作站通過串口直接接入到聯鎖設備。當ATS故障時，系統具備通過LCW工作站實現設備全線聯鎖設備的監控功能。

3? ? 系統接口

3.1? 聯鎖控制器與ATS子系統的接口

聯鎖控制器與ATS子系統的通道基于10/100 M以太網連接和光纖骨干網，使用UDP/IP協議。

3.2? 聯鎖控制器與ZC的接口

聯鎖設備與ATP子系統地面計算機設備接口成熟、匹配性好，已成功應用于國內很多地鐵。

3.3? 聯鎖控制器與綜合后備盤的接口

聯鎖控制器通過繼電電路與綜合后備盤（Integrated Backup Panel，IBP）接口。對應IBP的每個按鈕，設置相應的繼電器，由聯鎖子系統采集該繼電器的狀態信息，從而實現聯鎖控制。

3.3.1? 緊急停車

在每個車站的站臺上，對應上下行線路，分別設置緊急停車按鈕;在室內綜合后備盤上，對應上下行線路，也分別設置緊急停車按鈕和緊急停車恢復按鈕。對應上下行的緊急停車按鈕，分別設置緊急停車按鈕繼電器供聯鎖采集。

當在室外或綜合后備盤上按壓緊急停車按鈕時，緊急停車按鈕繼電器回路斷開，緊急停車按鈕繼電器落下，綜合后備盤上的蜂鳴器響起，同時點亮緊急停車狀態燈，表明車站在緊急關閉狀態。

聯鎖設備采集到緊急停車按鈕繼電器落下狀態后，將緊急停車的信息傳遞給列車自動保護系統（Automatic Train Protection，ATP）子系統，ATP子系統通過車地通信將向列車發送相應的列車移動授權命令或將緊急停車信息送到列車。

當車站值班員確認緊急停車解除后，按壓緊急停車恢復按鈕，使緊急停車按鈕繼電器復原，報警蜂鳴器停止報警，緊急停車狀態燈熄滅。同時聯鎖設備采集到緊急停車按鈕繼電器復原后，將緊急停車按鈕的恢復信息傳遞給ATP子系統，ATP子系統解除對列車運行的限制。

3.3.2? 扣車

在綜合后備盤上，對應上下行線路，分別設置扣車按鈕、取消扣車按鈕。對應上下行的扣車按鈕，分別設置扣車按鈕繼電器，由聯鎖采集。

當在綜合后備盤上按壓扣車按鈕時，扣車按鈕繼電器回路斷開，扣車按鈕繼電器落下，同時點亮扣車狀態燈，表明車站在扣車狀態。

聯鎖設備采集到扣車按鈕繼電器落下狀態后，將扣車信息傳遞給ATP子系統，ATP子系統通過車地通信將向列車發送扣車命令。

當車站值班員確認扣車解除后，按壓扣車恢復按鈕，使扣車按鈕繼電器復原，扣車狀態燈熄滅。同時聯鎖設備采集到扣車按鈕繼電器復原后，將扣車按鈕的恢復信息傳遞給ATP子系統，ATP子系統允許列車出站。

3.3.3? 提前發車

在綜合后備盤上，對應上下行線路，分別設置一個提前發車按鈕。對應上下行的提前發車按鈕，分別設置一個提前發車按鈕繼電器，供聯鎖采集。

當需要提前發車時，值班員在綜合后備盤上按下提前發車按鈕，提前發車按鈕繼電器吸起，同時點亮提前發車狀態燈，表明車站在提前發車狀態。

聯鎖設備采集到提前發車按鈕繼電器吸起狀態后，將提前發車信息傳遞給ATP子系統，ATP子系統通過車地通信將向列車發送提前發車命令。

當不需要在車站提前發車時，車站值班員拉出提前發車按鈕，使提前發車按鈕繼電器落下，提前發車狀態燈熄滅。

[參考文獻]

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