有轨电车目视驾驶信号系统方案研究

2015-01-01李杰

铁道通信信号 2015年12期

李杰

现代有轨电车的运行存在不同的路权形式，包括全开放的混合路权、半封闭的部分独立路权和全封闭独立路权。根据不同路权，有轨电车的信号系统大致可分为3种不同的解决方案：①目视驾驶方案；②具备列车自动停车（防止闯红灯Train stop）的驾驶方案；③具备自动列车防护功能（ATP）的驾驶方案。

根据实际运能需求、项目投资预算、行车调度和运营管理等多方面因素，目前国内已建和拟建的有轨电车项目多采用司机目视驾驶方案。该方案的信号系统不具备超速防护、间隔追踪、冒进信号机防护等安全功能，司机在行车过程中需要观察其他车辆、限速标志、进路表示器、交通信号灯等设备设施。

1 目视驾驶模式的信号系统结构

以成都现代有轨电车项目为例，介绍目视驾驶模式下的信号系统结构。如图1所示，主要包括：运营控制中心、道岔区域联锁控制系统、IMU100车－地传输系统、轨道空闲检测系统、路口交通控制系统、信号机和车载及其他轨旁设备等。

图1 系统结构示意图

2 系统配置方案

2．1 道岔区域联锁控制系统

图2是一个简化的联锁配置示意图，其核心是基于标准的工业级SIMATIC S7平台，由一个搭载了应用软件的CPU模块和连接外部元件的I／O数字接口模块组成。接口模块和CPU之间使用Profisafe协议通信。整个系统符合故障导向安全。整个联锁机柜采用模块化的软硬件设计，可大大降低项目的设计和维护成本。

联锁机柜实现对外部元件的集中控制和监控，通过PLC的I／O模块实现远程控制轨旁设备，如转辙机、进路信号机等，同时负责监控道岔位置、轨道的空闲／占用信息、信号机显示状态，接收有轨电车发来的进路请求等。联锁CPU通过分析收到的信息，从而控制输出，锁闭并开放用于列车运行的进路。

2．2 IMU100车－地传输系统

IMU100（西门子车－地通信感应传输系统）包括：车载单元、车载天线、轨旁天线或环线、轨旁接收器。它是通过车载天线传输数据报文，来实现路口优先权请求和岔区进路请求的功能。当有轨电车通过轨旁天线时，车载单元将预设好的车辆信息以数据报文的形式，通过车载天线发送给轨旁天线或环线，轨旁天线或环线将收到的信息传递给轨旁接收器。

轨旁接收器CPU850放置在路口机柜内，用来接收来自轨旁天线的信息，并传送信息给路口交通控制器。路口交通控制器根据收到的信息，判断有轨电车距离路口的距离，并结合交管局设定的路口红绿灯相位逻辑，给出有轨电车行车信号。平交路口信号优先的控制策略可分为绝对优先策略、相对优先策略和部分优先策略3种，见表1。

表1 有轨电车路口信号优先控制策略比选表

2．3 轨道空闲检测系统

轨道空闲检测系统由轨道电路和轨道电路控制器Tracon（西门子有轨电车专用轨道电路）组成，布置在道岔区域，用作检测轨道电路区域是否存在轨道车辆。轨道电路包含轨道电感和电容组成的谐振电路。有轨电车通过轨道电路时，由于车轮短路铁轨，从而降低了输出电压。任何电压的跌落会被Tracon模块采集，并作为轨道电路被占用的标准而被评估。如果车辆离开轨道电路区域，输出电压开始再次回升，Tracon模块评估后给出轨道电路空闲的指示。系统可以在社会车辆和有轨电车占用之间做出区分，确保给出可靠的占用／空闲指示。

图2 联锁配置示意图

2．4 路口交通控制系统

路口交通控制系统中，交通控制器接收来自车地传输系统的信息，评估有轨电车距离路口的相对位置，再根据当前路口交通信号灯的相位以及预定的路口优先策略最终发出交通信号灯信号。

2．5 运营控制系统

目前，国内司机目视驾驶的有轨电车项目要求设置运营控制系统（OCC），OCC需能实现对有轨电车的运输组织管理、运行监控、车辆运用、供电监控、维修管理等 “人－车－路－站－段”一体化、智能化、综合化和集成化管理。

3 设计讨论

根据目前有轨电车信号系统设计中存在的不同需求，给出一些建议。

3．1 正线联锁的冗余设计

PLC的冗余设计在工控领域已有成熟方案。包括CPU冗余、软件设计冗余、通信通道冗余、I／O模块冗余等。其中PLC双CPU的硬件冗余方案是通过软件完成双CPU的控制，2块CPU同时在线运行，一块处于主控制模式，另一块处于热备模式。拥有主控制权的CPU具有输出控制权，而热备CPU同时采集数据和保持通信连接，但输出被禁止。2个CPU模块互相监视对方的运行状态和通信情况，一旦发现对方故障，立即发出报警，并上传给运营调度中心。如果是主控CPU故障，热备CPU自动切入获得主控权，双CPU模块实现无扰动切换。

但对于有轨电车目视驾驶，正线联锁是否必须采用冗余设计的要求，行业中有不同的意见。虽然冗余技术提高系统的平均无故障时间，缩短系统平均故障修复时间，但如果独立系统自身已经达到要求的平均无故障时间，那么就没有必要采用冗余技术。因为冗余设计会增加系统的复杂度，同时冗余配置会增加用户的系统投资。

3．2 有轨电车专用信号机

有轨电车要求司机根据地面有轨电车专用信号机的显示、目视驾驶行车。此时除道岔区段设有轨电车专用信号机（进路信号机）外，在平交路口也需设置有轨电车专用信号机，司机目视并依据专用信号灯显示控制行车。这样就需要在路口交通控制系统中，增加安装专用信号机控制设备，接收交通控制器的指令，控制信号机的显示，同时监控信号机的显示状态，并反馈给交通信号控制器。即交通信号控制器不仅要控制和检测路口交通信号红绿灯，还要控制和检测有轨电车专用信号机。针对这一点的设计需要预先与交通管理部门确定控制策略。