地铁通信时钟系统方案分析

刘志红

(中铁一局集团电务工程有限公司，陕西 西安 710054)

地铁通信时钟系统方案分析

刘志红

(中铁一局集团电务工程有限公司，陕西 西安 710054)

针对地铁时钟传输系统，介绍了其系统设计原则和系统方案设计、系统工作原理和设备构成，叙述了其系统功能，并指出系统对地铁运营的重要性。

地铁；时钟系统；方案设计；工作原理

1 概述

地铁时间系统是轨道交通运行的重要组成部分之一，其主要作用是为地铁工作人员和乘客提供统一的标准时间，并为其他各有关系统如通信系统、信号系统等提供统一的标准时间信号，使各系统的定时设备与本系统同步，从而实现地铁全线统一的时间标准。时间系统的设置对保证地铁运行计时准确、提高运营服务质量起到了重要的作用。

2 系统设计思想

2.1 设计原则

系统具备可监控性，通过设置在控制中心的监控计算机能够实时监测时间系统主要设备的运行状态及故障状态，并具有集中告警和远程联网告警功能，可满足每天24 h不间断连续运行。

系统采用分布式结构，由一级母钟、二级母钟、监控设备、子钟、防雷保护器及传输通道等组成。通过计算机进行集散式控制。二级母钟独立于一级母钟，可单独控制子钟，一级母钟可对二级母钟进行管理监控。

一级母钟通过公共信息网时间系统时间信号接收单元接收来自公共信息网时间系统的标准时间信号，产生精确时间码。从而保证整个系统时间的精确性和一致性。接口类型是基于NTP协议RJ45以太网接口。

系统接口界面在共用通信传输网的EDF配线架。通信各子系统每隔一段时间主动申请与共用通信传输网时间系统服务器同步，同步间隔时间不小于5 s。全线各车站/车辆段/停车场至OCC之间需要提供一个以太网总线通道给时间系统，接口类型为10/100M自适应接口。

2.2 系统方案设计

时间系统由一级母钟、输出接口箱(增加基于NTP的以太网接口以使一级母钟接收来自上层网时间同步系统的标准时间信号、发送标准时间信号至各新设二级母钟)、监控设备、二级母钟、输出接口箱、子钟等组成。一级母钟与二级母钟间利用传输通道总线连接，二级母钟与子钟间通过电缆连接。

二级母钟及输出接口箱等设备安装在各车站的通信设备机房内，各车站车控室安装数字式日历子钟、办公室安装单面指针式子钟，站台、站厅公共区安装双面指针式子钟。

中心一级母钟设在控制中心中央设备室，能接收共用通信传输网时钟系统的标准时间信息；各车站的通信设备室设置二级母钟设备。二级母钟通过传输系统数据通道接收一级母钟发送的标准的时间信息，使二级母钟与一级母钟保持同步，并产生输出时间驱动信息，用于驱动车站的所有子钟。二级母钟通过以太网传输通道向中心一级母钟回馈各车站时间系统设备的网管信息。

控制中心维护终端用来监控时钟系统，实时监测时钟系统设备的运行状态。系统出现故障时，监控终端能够进行声音报警，指示故障部位。

3 系统工作原理

3.1 工作原理

时间系统采用控制中心与车站两级组网方式。主要由中心一级母钟、车站二级母钟、子钟、信号输出接口及系统网管设备(维护管理终端)组成。

一级母钟设于控制中心中央设备室，其中高稳晶振工作钟采用主备用方式，主备工作钟能自动和手动倒换且可人工调整时间。

二级母钟设于各车站通信设备室内，二级母钟采用一主一备工作方式，接收一级母钟的校时信号，并向子钟发送标准时间信号校准子钟。

子钟设于各车站的站台、站厅等公共区域；车站控制室、弱电综合机房、客服中心、票务室、站长室、站台值班室、变电所值班室、多功能队伍办公室及其他与行车有关的处所。

时间系统网管设备设于OCC(运营维护中心)网管室，用于管理时间系统，实时监测一级母钟、二级母钟及子钟的工作状态，当某个时钟设备产生故障时，一级母钟、二级母钟可实时将告警信号发送到控制中心时钟系统网管设备。

图1 时间系统工作原理结构图

3.2 设备构成

3.2.1 控制中心设备构成

控制中心的时钟设备包括设于通信机房的一级母钟、网管设备、控制中心的数显式子钟组成。其基于NTP协议的以太网口输出设备，接收上层网的标准时间信号作为时间基准，一级母钟与二级母钟的通信通道为10M/100M以太网口，母钟设备校时基于标准NTP协议，时钟设备网管协议基于TCP/IP协议，增强校时的准确性和网络监控的实时性，见图2。

图2 控制中心设备构成图

3.2.2 车站设备构成

在每个车站通信设备室设置1台二级母钟。数字式日历子钟安装在各车站的车控室，单面指针式子钟安装在站长室、变电所值班室、弱电综合机房、票务室、站台值班室等办公室，在站台、站厅等公共区域设双面指针式子钟。数字式日历子钟尺寸为640×300×70mm，时、分、秒字高为 0.99 m，年、月、日字高为0.594m；在办公室设置单面指针式子钟为Φ330mm，时、分针显示；公共区域双面指针式子钟尺寸为Φ600×220mm，时分针显示，钟面内照明。车站时钟设备构成见图3。

图3 车站设备构成图

4 系统功能

4.1 一级母钟功能

一级母钟设置在控制中心内。一级母钟的主备信号处理单元是整个时间系统的中枢部分，其工作的稳定性很大程度上决定了整个系统的可靠性，因此将其设计为主、备机配置的双机系统模式，主、备机具有自检和互检功能，并且主、备机之间可实现自动或手动切换。一级母钟的输出为数字信号，符合行业标准及国际电信联盟(ITU)相关规范。

4.2 二级母钟功能

二级母钟机设置在各车站/车辆段/停车场的通信设备室内。为了保证系统的可靠性，二级母钟设置为双机热备份模式。在正常情况下，主机工作，当出现故障时，自动转换到备用机上工作，提高了系统的可靠性。

4.3 子钟功能

控制中心、车站/车辆段/停车场的子钟均通过RS422接口，采用超五类八芯线等直接电缆以共线或点对点的方式与一级母钟或本站二级母钟相连，接收一级母钟或二级母钟发送的同步时间信号，对自身的内部时钟进行校准，向工作人员及乘客直接指示时间信息。子钟在接收到标准时间信号后，向所属一级母钟或二级母钟回送自身的工作状态。

子钟不直接接入车站电源系统均由一级母钟或二级母钟采用点对点的方式提供220 V交流电源。各子钟通过点亮时钟面板上的LED指示灯，表示接收到正确的控制数据，并已与一级母钟/二级母钟同步。

当子钟从一级母钟或本地二级母钟接收到有效控制信号时，其与一级母钟或二级母钟的时间误差不超过10ms。

所有子钟均具有独立的计时功能，平时跟踪一级母钟或二级母钟工作。当一级母钟或二级母钟出现故障或因其他原因，接收不到同步时间信号时，子钟仍能依靠自身晶振工作，并通过RS422接口向一级母钟或二级母钟发送告警信息。

5 总结

时钟子系统作为地铁通信系统的组成部分，在地铁运营过程中为工作人员、乘客及全线其他系统(如信号系统等)提供统一的时间标准，对于列车的安全、正点、高效运营提供可靠保障。

[1]崔建乐.地铁时钟系统浅析[J].都市快轨交通.2006，19(1):28-31.

[2]刘粤，林兰兰.广州地铁一号线时钟系统的应用[J].科技资讯.2005,26:117-118.

[3]刘雨，唐涛，刘波，陆启进.北京地铁超速防护设备的校时系统[J].都市快轨交通.2007,20(5):85-88.

Thesubway communication clock system schemeanalysis

Liu Zhihong

In the subway clock transmission system,introduces the system design principle and system design,system working principle and equipmentstructure,describes the system function,and thatsystem to the importanceofmetro operation.

the subway;The clock system;Design;Working principle

U 231+.7

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1000-8136(2011)29-0153-02