現(xiàn)代有軌電車自動控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

朱國巍　王文寧　陳昌

【摘要】現(xiàn)代有軌電車作為一種新興的城市軌道交通形式在我國已經(jīng)蓬勃發(fā)展起來，本文結(jié)合現(xiàn)代有軌電車實(shí)際運(yùn)營情況，重點(diǎn)對現(xiàn)代有軌電車自動控制系統(tǒng)的構(gòu)成、系統(tǒng)設(shè)備組成及系統(tǒng)功能進(jìn)行分析研究。

【關(guān)鍵詞】現(xiàn)代有軌電車;自動控制系統(tǒng);系統(tǒng)設(shè)計(jì)

一、概述

現(xiàn)代有軌電車作為城市軌道交通類型之一，在我國得到了快速的發(fā)展，截至2019年12月31日，國內(nèi)已有16個(gè)城市開通了現(xiàn)代有軌電車并投入運(yùn)營，運(yùn)營里程達(dá)到405.64公里。現(xiàn)代有軌電車自動控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中更多的考慮故障——安全原則及較為完善的后備降級功能、路口的優(yōu)先要求，確保電車在不太影響社會車輛運(yùn)行的前提下，安全、可靠、高效運(yùn)行。

二、現(xiàn)代有軌電車自動控制系統(tǒng)構(gòu)成

現(xiàn)代有軌電車自動控制系統(tǒng)包括運(yùn)營調(diào)度管理（MOCS）子系統(tǒng)、道岔控制子系統(tǒng)（NSC）、車載控制（NTC）子系統(tǒng)、交叉路口控制（NRC）子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信（DCS）子系統(tǒng)和維修檢測子系統(tǒng)。系統(tǒng)總體分層圖如下圖1所示。

中央控制中心為運(yùn)營調(diào)度管理MOCS-T子系統(tǒng)，完成運(yùn)營調(diào)度管理功能。軌旁層為道岔控制NSC與信號基礎(chǔ)設(shè)備、現(xiàn)地控制箱SCP一起完成了軌旁聯(lián)鎖控制功能;交叉路口NRC與交通信號控制TSC一起完成了信號優(yōu)先功能。通信層提供中心、軌旁與車載之間的通信，無線系統(tǒng)提供用于車與中心、道岔控制和交叉路口間通信。有線系統(tǒng)提供中心與道岔控制、交叉路口控制間的通信。車載層主要是車載信號設(shè)備包括了車載NTC，司機(jī)人機(jī)界面TOD以及障礙物探測等。

三、現(xiàn)代有軌電車自動控制系統(tǒng)設(shè)備組成

運(yùn)營調(diào)度管理子系統(tǒng)（MOCS-T）由控制中心設(shè)備和車輛段的相關(guān)設(shè)備組成。控制中心設(shè)置了中央設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對全線電車及線路的監(jiān)控功能。應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器均為冗余設(shè)置，當(dāng)一臺服務(wù)器故障時(shí)系統(tǒng)自動切換到備機(jī)運(yùn)行，不影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。行車調(diào)度工作站用于調(diào)度員人工操作控制線路設(shè)備及線路監(jiān)控等。在車輛段配置車輛段DFEP和HMI，用以監(jiān)督進(jìn)出車輛段的電車運(yùn)行情況;培訓(xùn)中心配置一套HMI，用于培訓(xùn)功能;在派班室配備一套HMI，用于司機(jī)派班。運(yùn)營調(diào)度管理子系統(tǒng)的設(shè)備主要包括：（1）調(diào)度大廳：調(diào)度員工作站、值班主任工作站、維護(hù)工作站和打印機(jī);（2）信號設(shè)備室：數(shù)據(jù)服務(wù)器（DBS）、應(yīng)用服務(wù)器（CAS）、外部通訊前置機(jī)CFEP（與廣播系統(tǒng)，PIDS等非信號系統(tǒng)連接）、內(nèi)部通訊前置機(jī)FEP（與道岔控制系統(tǒng)、交叉路口控制器等信號系統(tǒng)連接）、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、顯示接口工作站、維護(hù)HMI、時(shí)刻表編輯器（TTE）、交換機(jī)和機(jī)柜等;（3）時(shí)刻表編輯室：時(shí)刻表編輯工作站和打印機(jī);（4）培訓(xùn)室：培訓(xùn)工作站、培訓(xùn)服務(wù)器、交通仿真器和打印機(jī)。

1.道岔控制子系統(tǒng)（NSC）對全線每個(gè)相對集中的道岔區(qū)域分別設(shè)置一套道岔控制主機(jī)和現(xiàn)地控制箱，用于管理本區(qū)域所有道岔、進(jìn)路表示器和軌道空閑檢測設(shè)備。道岔控制主機(jī)通過安全的繼電器接口電路，控制現(xiàn)場設(shè)備。現(xiàn)地控制箱與道岔控制主機(jī)也通過安全的繼電器進(jìn)行接口，實(shí)現(xiàn)異常情況下的司機(jī)現(xiàn)地控制。每一處的道岔控制設(shè)備，主要包括：三取二安全道岔控制主機(jī)（室外機(jī)柜）;現(xiàn)地控制箱;繼電器;防雷端子和模塊;現(xiàn)場元件（轉(zhuǎn)轍機(jī)、進(jìn)路表示器和計(jì)軸等）。

2.交叉路口控制子系統(tǒng)（NRC）對全線每處交叉路口/人行過街處，均設(shè)置一套NRC設(shè)備，NRC與車載控制子系統(tǒng)、運(yùn)營調(diào)度子系統(tǒng)以及智能交通信號控制器一起，共同完成有軌電車在平交路口和人行過街處的快速通過。NRC設(shè)備包含：室外箱;NRC控制器（含復(fù)位按鈕，用于故障下的司機(jī)現(xiàn)地處理）;通信模塊。

3.車載控制子系統(tǒng)（NTC）用來提供電車定位、進(jìn)路下發(fā)、障礙物探測和司機(jī)輔助駕駛等功能。為確保車載控制器子系統(tǒng)的安全性、可靠性及可用性，每列車頭尾各配置一套車載NTC和TOD設(shè)備，設(shè)備主要包括：車載控制器NTC（內(nèi)含車載控制主機(jī)、信標(biāo)讀取單元和GPS/BD處理器）;司機(jī)顯示單元TOD;駕駛臺按鈕盤;障礙物探測;信標(biāo)天線;GPS/BD天線;通信單元;軌旁布置的若干信標(biāo)。

4.數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng)（DCS）是一個(gè)有線與無線融合的通信網(wǎng)絡(luò)，有線網(wǎng)絡(luò)由通用的IT網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組成，無線網(wǎng)絡(luò)采用WLAN技術(shù)，由符合IEEE802.11a/b/g標(biāo)準(zhǔn)的AP、STA組成。采用IP技術(shù)作為基礎(chǔ)的寬帶傳輸網(wǎng)對上層應(yīng)用透明，可承載信號系統(tǒng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，各應(yīng)用就像使用普通的以太網(wǎng)交換機(jī)/路由器一樣使用該傳輸網(wǎng)。

系統(tǒng)各個(gè)組成部分都是冗余的，某一個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備故障不會影響系統(tǒng)正常通信，具有很高的可靠性。DCS子系統(tǒng)的主要設(shè)備包括：控制中心：通信控制器和網(wǎng)絡(luò)管理服務(wù)器（均冗余配置）;無線接入點(diǎn)（200米左右一個(gè)）;列車頭尾STA及天饋線;冗余的光纖環(huán)網(wǎng);交換機(jī)若干。

四、現(xiàn)代有軌電車自動控制系統(tǒng)功能

有軌電車在運(yùn)營調(diào)度子系統(tǒng)、道岔控制子系統(tǒng)、交叉路口控制

子系統(tǒng)和車載控制子系統(tǒng)的有序和諧工作下，按照運(yùn)營時(shí)刻表在司機(jī)的駕駛下與社會車輛運(yùn)行在線路上。

運(yùn)營調(diào)度子系統(tǒng)通過骨干網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與信號系統(tǒng)其它子系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，實(shí)現(xiàn)全線區(qū)域（含出入段線和車輛基地等）的集中監(jiān)督控制功能。根據(jù)當(dāng)日時(shí)刻表自動監(jiān)督每列車的運(yùn)行，當(dāng)電車下線后，從系統(tǒng)刪除電車。同時(shí)系統(tǒng)對各子系統(tǒng)進(jìn)行故障等級控制，并可根據(jù)車載及道岔控制子系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，對調(diào)度員進(jìn)行適當(dāng)提醒，使異常情況或設(shè)備故障所產(chǎn)生的不良影響降至最低。

道岔控制子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)道岔區(qū)段內(nèi)道岔、進(jìn)路表示器和軌道區(qū)段之間正確的聯(lián)鎖關(guān)系，從而確保電車運(yùn)行的安全。

交叉路口控制子系統(tǒng)的功能是在保證不對整個(gè)交叉路口或干線車輛運(yùn)行產(chǎn)生嚴(yán)重影響的前提下，優(yōu)先保證有軌電車通行，減少有軌電車的延誤，提高有軌電車準(zhǔn)點(diǎn)率及運(yùn)行效率。

車載子系統(tǒng)的功能主要是電車定位、司機(jī)輔助駕駛、與道岔控制子系統(tǒng)共同實(shí)現(xiàn)對道岔的控制、與運(yùn)營調(diào)度子系統(tǒng)共同實(shí)現(xiàn)有軌電車運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控、與交叉路口控制子系統(tǒng)共同實(shí)現(xiàn)路口優(yōu)先控制、事件記錄及保存和自診斷等。

參考文獻(xiàn)：

[1]朱國巍，王文寧，王康.徐州地鐵一號線CBTC信號系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].科技風(fēng)，2019（19）：86，96.

[2]張家銘.現(xiàn)代有軌電車信號系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案研究[A].第十三屆中國智能交通年會大會論文集[C]，2018.

[3]景順利，王恒.有軌電車信號系統(tǒng)中的交通信號控制及顯示系統(tǒng)研究[J].現(xiàn)代城市軌道交通，2018（7）：1-4.