轨道交通信号系统联锁控制权交接问题探究

2018-12-06耿文波

商品与质量 2018年50期

耿文波

上海市工程设备监理有限公司上海 200120

随着我国社会经济水平的不断提高，轨道交通也得到了迅猛的发展，很多城市都在大力修建地铁、轻轨。轨道交通信号系统是保证列车安全稳定运行的基础保证，其中的联锁系统能够对列车的进出站、岔道转换等进行控制，其控制源主要是车站工作站和自动监控系统中心工作站。同一之间内，这两个工作站只能有一个来控制联锁系统。因此，对联锁控制权交接问题进行研究就变得至关重要。

1 轨道交通信号系统概述

1.1 轨道交通列车自动控制系统概述

CBTC轨道交通列车自动控制系统是保证列车高效、安全运行的重要系统，其包括ATO列车自动驾驶系统、ATP列车自动防护系统、CBI计算机联锁系统以及ATS列车自动监控系统。轨旁与车载ATP之间以无线通信为主，辅以点式后备降级模式，即使出现通讯中断的情况，也能够保证列车运行工作的顺利进行。。

1.2 ATP、ATS、CBI系统概述

ATP系统运行的基础是CBI进路信息、列车运行速度、列车位置，其能够实时计算出前方障碍物和列车的距离-速度控制曲线，进而对相邻两辆列车的距离进行控制。这样能够实现移动闭塞，防止列车出现相撞的情况。CBTC模式能够正常运行的关键是无线通信设备以及ATP系统的正常运行。ATS系统主要分为车站ATS设备以及中心ATS设备，并且有车站工作站和中心工作站，从而实现车站站控以及中心远程遥控的作用。CBI系统主要分为联锁机以及上位机两个部分。联锁机可以收集紧急按钮、站台安全门、轨道电路、信号机以及道岔等设备的状态，能够实现列车进路的解锁和封闭、排列列车进路，并且进行联锁计算。上位机可以将控制指令发送给联锁机，从而实现信号机灯光显示以及道岔转换的功能。联锁上位机能够起到控显的作用，一般都是ATS车站工作站和ATS中心工作站来充当。

2 轨道交通信号系统联锁控制权交接问题及设计原则

2.1 轨道交通信号系统联锁控制权交接概述

列车运行的过程中，一般都是由调度中心的人员利用ATS中心工作站控制，命令传输给联锁机。当通信中断或者ATS中心设备故障的时候，为了保证轨道交通信号系统能够正常的运行，联锁控制权就会被车站工作站接管。车站工作站能够将控制命令传达给联锁机，从而实现对联锁机的控制。同时，为了保证车站信号管理部门可以方便的维护轨旁设备。非运营时段经过中心系统的调度员同意之后，可以将联锁控制权交出，并且由车站工作站的信号维护人员以及车站值班人员接管，从而进行轨旁设备的检验和调试工作。这种运行过程中，存在着两个指令源。为了保证联锁机能够正常的运行，需要设计一种控制权交接制度，保证在同一时刻至能够有一个指令源[2]。

2.2 轨道交通信号系统联锁控制权交接方案设计原则

轨道交通信号系统联锁控制权交接方案设计的过程中，应该遵循以下原则：当LOCK（联锁机）、LCW（上位机）、ATS（列车自动监控系统）都处于正常状态时，由ATS来进行控制；当LOCK、LCW、ATS都处于正常状态时，LCW要想进行控制，那么需要得到ATS的授权，并且生效需要经过双方的确认；当LOCK、LCW、ATS都处于正常状态时，如果LCW具有控制权，那么ATS可以随时将控制权收回；如果当LOCK、LCW、处于正常状态，ATS故障时，联锁控制权可以被LCW接管，这样信号系统能够实现联锁机控制；为了保证信号系统能够正常的运行，一般情况下，LOCK接收的操作指令只能够有一些指令源下发，不能出现LCW和ATS同时下发指令的情况。也就是说，LCW和ATS对LOCK的控制权是互斥状态。

3 轨道交通信号系统联锁控制权交接方案设计

3.1 轨道交通信号系统联锁控制权交接方案的总体描述

LOCK、LCW以及ATS系统之间的连接方式为安全以太网交换机，LCW与LOCK之间、ATS与LOCK之间的双向通信主要依靠的是TCP协议，并且LCW和ATS之间没有建立连接。LOCK能够实时监测分别于LCW、ATS的通信状态，并且根据通信状态将自己的控制权来授权给LCW或者ATS。LOCK还能够根据数据的变化报文，并且将当前的控制模式实时同步给LCW和ATS。LCW和ATS能够根据接收到的LOCK联锁控制模式，实现对LOCK的控制[3]。

当轨道交通信号系统运行的时候，如果联锁控制权是由ATS接管。当LOCK与ATS通信中断，但LOCK与LCW可以正常通讯时。为了保证运营工作的正常进行，“LOCK与ATS通信中断”的状态会被LOCK主动发送给LCW。LCW接收到此命令之后，就可以自动接管LOCK的控制权。

当交通信号系统的联锁控制权在LCW手中，如果LOCK与LCW出现通信中断的情况，但是LOCK与ATS可以正常通信时。为了保证运营工作的正常进行，“LOCK与LCW中断”的状态会被LOCK主动发送给ATS。ATS接收到此命令之后，就可以自动接管LOCK的控制权。

3.2 轨道交通信号系统联锁控制权方案的交接机制

假设LCW与LOCK、ATS与LOCK的通信都正常，并且控制模式是主控为ATS，监视为LCW。这种情况下，当LOCK与ATS出现通信中断的情况，但是LOCK与LCW之间的通信正常。为了保证轨道交通信号系统的控制功能能够正常使用，LOCK会根据LOCK与LCW通信正常、LOCK与ATS通信中断的状态，自动的将控制权转移给LCW，并且还需要使用变化数据报文将控制模式发送给LCW，从而使LCW实现控制权的接管。当LOCK与ATS之间的通讯恢复正常之后，LOCK就会将LCW为主要控制权的状态传输给ATS。ATS在接收到信号之后就会自动执行监视的命令，此时的系统状态是，主控为LCW，而监视为ATS。

同理，LCW与LOCK、ATS与LOCK的通信都正常，并且控制模式是主控为LCW，监视为ATS。这种情况下，当LOCK与LCW出现通信中断的情况，但是LOCK与ATS之间的通信正常。为了保证轨道交通信号系统的控制功能能够正常使用，LOCK会根据LOCK与ATS通信正常、LOCK与LCW通信中断的状态，自动的将控制权转移给ATS，并且还需要使用变化数据报文将控制模式发送给ATS，从而使ATS实现控制权的接管。当LOCK与LCW之间的通讯恢复正常之后，LOCK就会将ATS为主要控制权的状态传输给LCW。LCW在接收到信号之后就会自动执行监视的命令，此时的系统状态是，主控为ATS，而监视为LCW[4]。

3.3 轨道交通信号系统联锁控制权方案的特点

此方案中的数据模型，LCW只需要建立一个与LOCK通信状态的模型；ATS只需要建立一个与LOCK通信状态的模型；LOCK需要建立分别与LCW以及ATS通信状态的模型。联锁控制权掌握在LOCK手中，其可以自主决定被谁接管。此方案中的数据通信只在LOCK与LCW、LOCK与ATS之间，并且报文类型也只有控制权确认、控制权请求、数据同步以及数据请求四种。LCW与ATS之间没有进行通信，整个系统的结构都比较简单。