廣州地鐵總公司 董武軍

廣州地鐵一號線ATS信號傳輸通道改造

廣州地鐵總公司 董武軍

通過建立一套獨立于現(xiàn)有傳輸系統(tǒng)的通道作為ATS系統(tǒng)備用通道，實現(xiàn)在傳輸系統(tǒng)因各種原因完全癱瘓的情況下，仍然能夠保證ATS信號的可靠傳送，OCC仍可對聯(lián)鎖區(qū)實行監(jiān)控，將傳輸系統(tǒng)故障對地鐵行車的影響降到最低。

地鐵；ATS；傳輸通道；改造

1.背景

信號ATS（自動列車監(jiān)控）系統(tǒng)是信號系統(tǒng)的核心關(guān)鍵設(shè)備，ATS系統(tǒng)聯(lián)鎖站與OCC的傳輸通道承載著將聯(lián)鎖站行車信息傳送給OCC的重任，現(xiàn)廣州地鐵一號線信號ATS系統(tǒng)聯(lián)鎖站與OCC的傳輸通道采用RS422協(xié)議，通過一號線傳輸系統(tǒng)OTN實現(xiàn)，在各聯(lián)鎖站與OCC之間分別設(shè)置一主一備各兩個通道。當(dāng)主用通道故障時，系統(tǒng)自動啟用備用通道，切換過程不中斷中心對該聯(lián)鎖區(qū)域的監(jiān)控。目前通道的實現(xiàn)方式如圖1所示。

現(xiàn)有系統(tǒng)設(shè)計的缺陷是主備兩個通道同時依賴于OTN系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，一旦OTN系統(tǒng)出現(xiàn)問題，或者OTN系統(tǒng)由于供電中斷，ATS系統(tǒng)聯(lián)鎖站到OCC的通訊將完全中斷。

在一號線十幾年的運營過程中曾多次發(fā)生過由于電源故障造成OTN傳輸系統(tǒng)癱瘓，而影響行車的事件。特別是2012年1月29日下班高峰時段，由于OCC通信機房的電源故障造成OTN傳輸系統(tǒng)癱瘓，從OCC到各聯(lián)鎖站的ATS通道中斷，造成多次列車晚點和清客，對當(dāng)天的地鐵運營產(chǎn)生了極大的影響，引起媒體和市民的廣泛關(guān)注，從而使我們下決心對ATS傳輸通道進(jìn)行改造，以從根本上解決ATS傳輸通道的可靠性問題。

2.設(shè)計思路

為保障信號ATS系統(tǒng)傳輸通道的正常運行，需建立一套完全獨立于現(xiàn)有傳輸系統(tǒng)的通道作為ATS系統(tǒng)備用通道，從根本上提高ATS傳輸通道的可靠性。

圖1 ATS通道現(xiàn)狀

圖2 總體改造方案

首先，備用通道的實現(xiàn)方式：通過光端機將ATS數(shù)據(jù)進(jìn)行電光轉(zhuǎn)換后通過光纖通道連接OCC及聯(lián)鎖站設(shè)備，從提供主通道的OTN中獨立出來。

光端機通信的實現(xiàn)方案有兩種，節(jié)點式環(huán)網(wǎng)和點對點式。前者：各聯(lián)鎖站光端機通過光纖回路逐站相連，構(gòu)建一個光纖環(huán)網(wǎng)——這種方式可節(jié)省光路資源，但可靠性較差——單點故障將擴散，影響其他聯(lián)鎖站通信；后者：每個聯(lián)鎖點與OCC之間各建立一條光纖回路，光路資源耗費大，但好處在于單點或多點的故障僅對本站有影響，不影響其他聯(lián)鎖區(qū)域。對于可靠性要求甚高的信號系統(tǒng)來說，點對點的通信方式為首選。

其次，設(shè)備的供電保證：在OCC和各聯(lián)鎖站各新增1臺小功率UPS專門為光端機供電，小功率UPS從低壓配電柜內(nèi)專用UPS接入點上并聯(lián)的備用空開處取電。此處有兩路并聯(lián)接觸開關(guān)保障，與專用UPS取電方式一致，空開不同，避免因單路空開故障導(dǎo)致ATS兩個通道都無法使用的極端情況。

具體實現(xiàn)方式請參見圖2（彩色部分）。

3.設(shè)備選型

3.1 數(shù)據(jù)光端機

根據(jù)已知的應(yīng)用經(jīng)驗，我們查找了三種品牌的串口數(shù)據(jù)光端機進(jìn)行比較，也聯(lián)系了廠家借用實物進(jìn)行上線測試。這三樣產(chǎn)品分別是：

(1)深圳三旺公司自產(chǎn)的Model277系列（SCADA系統(tǒng)RS422通道保護(hù)項目中應(yīng)用）；

(2)臺灣MOXA公司的TCF142系列（MOXA以太光端機在廣佛線無線系統(tǒng)中應(yīng)用）；

(3)澳大利亞OSD公司的OSD1250系列（其視頻光端機在老二號線CCTV中曾應(yīng)用）。

經(jīng)上線測試，三個品牌產(chǎn)品對比數(shù)據(jù)如表1所示。

綜上，雖然OSD1250光端機價格昂貴，但它具備以下幾點重要的優(yōu)勢：

(1)能實現(xiàn)光纖環(huán)1+1冗余備份，在選擇光路時，我們選擇兩條回路分處上下行兩條光纜，即便某區(qū)間光纜故障導(dǎo)致一條回路中斷，它可以在不中斷業(yè)務(wù)的前提下，自動切換到另一回路。相當(dāng)于為ATS數(shù)據(jù)傳輸提供了兩條備用通道，更加可靠；

(2)其豐富且明確的指示燈狀態(tài)顯示，為日常維護(hù)提供了判斷依據(jù)，提高檢修效率。

(3)連接方式：OSD1250的串口數(shù)據(jù)線利用焊接型針腳的D型頭接入光端機，比普通光端機的WAGO接頭要穩(wěn)固牢靠，降低接線不良的可能性；

(4)產(chǎn)品質(zhì)量：OSD光端機無論是外殼制作工藝、各數(shù)據(jù)口和光口的制作工藝上的做工精良度都要優(yōu)于普通品牌。

OSD1250型光端機具有兩種規(guī)格：兩纖型和四纖型，二者在功能上完全一致，區(qū)別在于，兩纖型光端機使用了更高技術(shù)，使得同一個光口即可作為光源也可作為光接收器，使用一條光纖即可實現(xiàn)光收發(fā)，比四纖型光端機節(jié)省了2條光路資源。從節(jié)省備用光路資源的角度考慮，最終確定采用OSD1250兩纖型光端機，由于采購原因，初期先使用深圳三旺公司自產(chǎn)的Model277系列。

3.2 小功率UPS選型

選型思路如下：

(1)品牌選擇：一號線全線UPS將改造成索科曼UPS，考慮到將七臺小UPS也接入到專用UPS的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)中，聯(lián)鎖站小UPS也將選擇索科曼產(chǎn)品。

(2)工作方式選擇：考慮到設(shè)備的重要性，我們需要保證光端機設(shè)備用電純凈、干擾小，要求UPS盡量多的濾除電網(wǎng)上的任何干擾，與電池零中斷切換，保證UPS輸出持續(xù)的高質(zhì)量電源。在后備式、準(zhǔn)在線式和在線式三種工作方式的UPS中，在線式UPS能更好保證上述功能的完全實現(xiàn)。

(3)容量選擇：在索科曼公司生產(chǎn)的在線式小容量機型中，1KVA為其最小機型。標(biāo)機配備3節(jié)7Ah、12V的蓄電池，能為光端機（＜10VA）提供大于4小時的后備供電時間。

綜合以上考慮，UPS型號最終確定為索科曼單相在線雙變換式UPS：ITYS 1KVA。

(4)確定電資源使用方案

OCC及各聯(lián)鎖站各引入一路二類或以上的220V電源（利用低壓配電箱內(nèi)第二路電源），增購8臺小功率UPS作為新建ATS備用傳輸系統(tǒng)的電源。

4.通道轉(zhuǎn)換操作

當(dāng)需要使用光端機通道時：

(1)確認(rèn)：聯(lián)鎖站與OCC兩端的光端機未開機，且兩端①處四線端子已用斷路塞卡斷，②處未卡斷。

(2)聯(lián)鎖站與OCC同時將①處四線端子接通（無斷路塞卡斷），②處四線端子用斷路塞卡斷——隔絕OTN通道。

(3)將光端機上電，通過ATS設(shè)備確認(rèn)通道是否恢復(fù)。

表1 上線測試情況對比

當(dāng)需要恢復(fù)使用OTN通道時：

(1)確認(rèn)：聯(lián)鎖站與OCC兩端①處四線端子未卡斷，②處已用斷路塞卡斷。

(2)將光端機關(guān)機，通過ATS設(shè)備確認(rèn)通道是否恢復(fù)。

(3)聯(lián)鎖站與OCC拔開②處四線端子上的斷路塞，使其接通；并用斷路塞將①處四線端子卡斷——隔絕光端機數(shù)據(jù)。

注：①處四線端子——光端機側(cè)使用的端子排

②處四線端子——OTN側(cè)使用的端子排

①處和②處端子排的外線側(cè)已用4芯數(shù)據(jù)線跳通，共同與ATS設(shè)備端4芯數(shù)據(jù)線并接。

5.結(jié)束語

廣州地鐵一號線ATS傳輸通道的改造，完全由我們通信維護(hù)人員自行設(shè)計，自行安裝調(diào)試。改造已于2012年4月完成，經(jīng)過近一年的試運行，運行狀態(tài)正常，效果良好，完全達(dá)到改造的預(yù)期目標(biāo)，為ATS信號的傳輸提供了更為可靠的保障，使地鐵運營安全得到進(jìn)一步加強。

董武軍（1968—），男，工程師，廣州地鐵運營總部通信一分部主任，主要從事廣州地鐵一號線、廣佛線通信系統(tǒng)設(shè)備維護(hù)工作。