CBTC系统在天津地铁3号线的应用

马 卫

CBTC系统在天津地铁3号线的应用

马 卫

摘 要：主要介绍CBTC系统的技术构成、原理，重点研究CBTC系统技术在天津地铁3号线的应用，展示现代地铁信号技术的发展状况，为地铁发展提供技术资料。

关键词：信号技术;地铁;应用

天津地铁3号线采用的是CITYFLO 650型CBTC系统，是庞巴迪运输集团开发的新一代信号系统，它是由信号基础设备、计算机联锁、无线通信车载技术三者相结合而成的地铁信号系统，可为城市轨道交通提供可靠安全的行车指挥和列车控制服务，以实现无人自动运行或有人自动运行等运营功能。3号线客车允许最大速度限制在80 km/h，列车采用4种模式运行，即ATO模式、ATP模式、RM模式、NRM模式。整个行车采用右侧行车，轨旁信号机在正常运行方向的右侧，站台设有安全门/屏蔽门。

1 系统技术原理

CITYFLO 650 CBTC系统为移动闭塞，是一种先进的列车自动控制技术。3号线设置3个ATC区域，各子系统 RATP(轨旁 ATP)、VATP(车载ATD)、CBI采用二乘二取二冗余结构且满足SIL4的安全级别，非安全子系统RATO、ATS在安全子系统的控制下完成自己的功能，且是热备双机冗余结构，保障系统在有故障的情况下不影响正常模式的行车。底层CBI联锁子系统和计轴系统为系统提供传统的固定闭塞方式对列车进行跟踪，为后备的站间人工驾驶模式提供防护功能。信标为系统提供列车准确行驶位置，计轴为系统提供次级列车位置检测，CBI检测计轴状态、明确股道占用情况，并通过DTS发送给RATP，RATP据此发出列车移动授权。道岔、信号机均由CBI和OCS系统进行控制，给出命令，并将状态、信息发送给RATP，对列车进行控制。

2 系统构成及功能

天津地铁3号线CBTC系统地面设备主要由RATP和 RATO、ATS监控、DTS、计算机联锁CBI、OCS目标控制、计轴、门控及车辆段计算机联锁DS6-60等系统组成。

2.1 RATP与RATO系统

RATP与 RATO系统主要通过 DTS与车载VATP、VATO进行数据通信来完成对车辆的控制。RATP负责接收联锁机CBI传来的地面设备信息(信号机开放、转辙机定反位、股道占用)，同时将地面信息传送给CBI，VATP通过车-地通信获取地面信息，通过无线网将车载信息发送给RATP，RATP对加入无线轮询的列车进行初始化，在保证安全的情况下对列车进行限速、追踪、列车安全间隔等的授权，启动驾驶模式，ATO在ATP设置的权限范围内执行非安全的列车控制命令，按照移动闭塞的制式完成列车的运行。当通信故障时司机进行紧急制动，随后降级驾驶，运行模式改为固定闭塞方式人工驾驶。RATP设备存有RATP日志和电子地图，实现对列车的实时监控。RATO系统为主、备系统，由RATP对其进行授权，主要完成列车定位、门操作、站停时间、车站扣车命令、跳停、限速等功能，RATO也有日志下载功能。

2.2 ATS列车自动监控系统

ATS列车自动监控系统由中心监控和本地监控组成，中心监控实现全线的系统监控，本地监控实现本区域的系统监控。全线3个区域各有一台本地监控机ATS。中心监控与本地监控ATS都具有排列进路、重复开放信号、道岔操作、虚拟号删除及故障切换功能。一般本地监控受中心监控系统的控制，严格权力下放。中心监控可对3个区域故障的ATS服务器实行远程重启，优先权高于本地监控。从ATS机上可以查询本区域的站场监控图、联锁状态、事件、报警、系统状态图、无线网络系统状态图，查看服务器的工作状态，并对站场图进行回放。由于3号线的ATS实行全线联网，在本地监控机C盘上可以按地址码远程登录区域站，查询RATP日志和RATO日志及其他远程功能。

2.3 DTS系统

DTS作为CBTC系统的骨干网，主要由配电盘、交换机、交换机的电涌保护模块、光纤配线盘及室外WNRA箱、LOS漏缆等设备组成，完成站间通信，RATP与CBI的通信，中心控制ATS、本地控制ATS与CBI的通信传输等。

2.4 计算机联锁系统

庞巴迪信号联锁系统主要包括计算机联锁系统CBI和OCS目标控制系统，通过OCS采集信号机、转辙机、计轴轨道继电器的状态信息，并发送给CBI;由CBI发送指令，驱动信号机给出正确显示，或给转辙机送出电源，驱动转辙机进行动作并沟通表示电路。

OCS柜主要由采集电路和执行电路组成，与联锁机、RATP的信息交换主要由系统内的COM5板和交换机来完成。CBI联锁机包括1系和2系，每个系又包括A、B、C主机，主要接收控制中心、本地中心和RATP的命令进行控制，根据采集信息自动进行进路检查、联锁条件的判断，开放信号。

在CBTC模式下，CBI作为后备模式，在CBTC运行模式未开通或者CBTC发生较大故障时使用。它只负责采集各路信息 (如信号机、转辙机、轨道继电器)发送给RATP，由RATP对列车进行授权自动控制，完成无人、有人自动运行功能。CBI还接收从RATP传来的关于屏蔽门的开门使能指令，并通过OCS给门控柜电源信号发出开门命令。C机是CBI联锁机的诊断机，完成对现场信号机、转辙机、轨道的监控管理，实现远程跟踪。CBI原理图如图1所示。

图1 CBI联锁系统原理图

CBI根据联锁表选择进路，并进行自动进路设置。CBI与中心控制、本地控制的联系，主要是通过DTS主干网的通信完成指令的发送和状态的接收，并显示在ATS控制台上，完成ATS的实时监控功能。

2.5 计轴系统

计轴系统与信标相比，具有轨道上次级检测列车位置的功能，是人工驾驶模式中固定闭塞的重要组成部分。室内部分主要由计轴主机、计轴串口板、计轴并口板、PDCU模块和继电器组成，室外连接轨道计轴，完成轨道无车占用时轨道继电器的吸起;有车占用时，轨道继电器落下的功能。其电路如图2所示。

图2 计轴系统原理图

PDCU是光电耦合隔离开关，当无车通过轨道时，PDCU接收DC120V，通过4、5端子发送至计轴点，为计轴点供电。1个PDCU供1个计轴点使用。当计轴点接收DC120V时，计轴点的2个磁头在无车经过时会产生2.4V的高频交流电 (有车经过时产生反向的高频交流电)，并发送至PDCU 4、5端子，由PDCU 14、15端子发送给计轴串口板，计轴主机在接收到高频电信号时根据是否有反向的高频信号，以判断轨道是否有车占用，并给并口板发出命令。当无车占用时，并口板10、11端子接收9、12端子给出24V的电压保证继电器吸起;有车占用时，并口板10、11端子不能接收9、12端子送来的24V电压，无电压输出，继电器落下。计轴系统不能检测轨道上随意进入的轨道车或其他行车工具，为此在站台上安装了屏蔽门和轨道监控设备，实现全封闭运行，以保证轨道上运行的安全。

2.6 门控柜系统

门控柜主要由上行屏蔽门和下行屏蔽门组成。上行屏蔽门室内控制电路主要构件：K1/SNJ屏蔽使能继电器、K2/MGJ屏蔽门关闭且锁紧信号继电器、K3/MPJ屏蔽门旁路或互锁解除信号继电器、PLC、小K1～K5继电器。下行屏蔽门电路主要构件：K1/SNJ屏蔽使能继电器、K2/MGJ屏蔽门关闭且锁紧信号继电器、K3/MPJ屏蔽门旁路或互锁解除信号继电器、PLC、小K6～K10继电器。

以上行开门、关门、旁路为例，当接到上行开门命令时，由目标控制柜给出信号，上行K1/SNJ屏蔽使能继电器吸起，接点接通PLC处理器的电路，PLC处理器下端IN-16灯亮、OUT-1灯亮，小K1继电器吸起，沟通开门电路，屏蔽门打开。当接到关门命令时，上行K2/MGJ屏蔽门关闭且锁紧信号继电器接到24V电信号吸起，接点接通PLC处理器的电路，PLC处理器下端IN-15灯亮、OUT-2灯亮，小K2继电器吸起，沟通关门电路，门关闭。

2.7 接地系统

3号线的信号地线全部采用扁铜接地排方式，保证现场信号用电的安全。

3 系统故障处理情况

系统比较常见的故障主要有2种：计轴红轨故障和道岔失表示。

1．当计轴设备发生红轨现象时，先看主机是否死机需要重启，然后对无车占用的各区段进行复位，直至全部恢复正常为止。此时会影响列车行驶，列车改变采用NRM模式驾驶，可摆脱故障对列车的影响。当计轴故障处理完毕时，恢复ATP、ATO控制模式。

2．当道岔出现失表示时，首先进行室内、室外故障判断。对于室外故障，需对运营中的道岔执行先通后修复的原则，下轨道作业，将道岔用钩锁器锁定在定位或反位，满足运营要求，等运营结束后再进行修复。若发生室内故障，则先对室内联锁机进行分析，找出解决的办法，一般情况下故障时联锁机自动重启，若同一个地方多次发生此问题，则在不运营的时间内更换板卡处理。

4 结束语

通过对CBTC系统在天津地铁3号线的应用研究和分析，理解庞巴迪系统技术特点，为日后地铁信号技术的发展提供有力帮助。

［1］林瑜筠，朱宏．城市轨道交通信号设备［M］.北京：中国铁道出版社，2006．

［2］何文卿．6502电气集中电路［M］．北京：中国铁道出版社，1997．

［3］林瑜筠，李鹏，李黛峰等．铁路信号新技术概论［M］．北京：中国铁道出版社，2005．

［4］傅世善．铁路信号显示［M］．北京：中国铁道出版社，2001．

［5］赵相荣．TJWX2000信号微机监测系统［M］．北京：中国铁道出版社，2006．5．

［6］赵志熙，卢元昌．计算机联锁系统技术［M］．北京：中国铁道出版社，1999.

Abstract:This article introduces the technical compositions and principles of CBTC system and focuses on its applications in Tianjin subway line 3．The paper also demonstrates the development of modern metro signaling technology and provides technical documentation for the subway advancement simultaneously．

Key words:Signaling technology;Subway;Applications

2013-06-27

马 卫：中铁十三局集团电务工程有限公司 工程师 300150天津

(责任编辑：张 利)