馬 衛(wèi)

CBTC系統(tǒng)在天津地鐵3號線的應用

馬 衛(wèi)

摘 要：主要介紹CBTC系統(tǒng)的技術(shù)構(gòu)成、原理，重點研究CBTC系統(tǒng)技術(shù)在天津地鐵3號線的應用，展示現(xiàn)代地鐵信號技術(shù)的發(fā)展狀況，為地鐵發(fā)展提供技術(shù)資料。

關(guān)鍵詞：信號技術(shù);地鐵;應用

天津地鐵3號線采用的是CITYFLO 650型CBTC系統(tǒng)，是龐巴迪運輸集團開發(fā)的新一代信號系統(tǒng)，它是由信號基礎(chǔ)設(shè)備、計算機聯(lián)鎖、無線通信車載技術(shù)三者相結(jié)合而成的地鐵信號系統(tǒng)，可為城市軌道交通提供可靠安全的行車指揮和列車控制服務，以實現(xiàn)無人自動運行或有人自動運行等運營功能。3號線客車允許最大速度限制在80 km/h，列車采用4種模式運行，即ATO模式、ATP模式、RM模式、NRM模式。整個行車采用右側(cè)行車，軌旁信號機在正常運行方向的右側(cè)，站臺設(shè)有安全門/屏蔽門。

1 系統(tǒng)技術(shù)原理

CITYFLO 650 CBTC系統(tǒng)為移動閉塞，是一種先進的列車自動控制技術(shù)。3號線設(shè)置3個ATC區(qū)域，各子系統(tǒng) RATP(軌旁 ATP)、VATP(車載ATD)、CBI采用二乘二取二冗余結(jié)構(gòu)且滿足SIL4的安全級別，非安全子系統(tǒng)RATO、ATS在安全子系統(tǒng)的控制下完成自己的功能，且是熱備雙機冗余結(jié)構(gòu)，保障系統(tǒng)在有故障的情況下不影響正常模式的行車。底層CBI聯(lián)鎖子系統(tǒng)和計軸系統(tǒng)為系統(tǒng)提供傳統(tǒng)的固定閉塞方式對列車進行跟蹤，為后備的站間人工駕駛模式提供防護功能。信標為系統(tǒng)提供列車準確行駛位置，計軸為系統(tǒng)提供次級列車位置檢測，CBI檢測計軸狀態(tài)、明確股道占用情況，并通過DTS發(fā)送給RATP，RATP據(jù)此發(fā)出列車移動授權(quán)。道岔、信號機均由CBI和OCS系統(tǒng)進行控制，給出命令，并將狀態(tài)、信息發(fā)送給RATP，對列車進行控制。

2 系統(tǒng)構(gòu)成及功能

天津地鐵3號線CBTC系統(tǒng)地面設(shè)備主要由RATP和 RATO、ATS監(jiān)控、DTS、計算機聯(lián)鎖CBI、OCS目標控制、計軸、門控及車輛段計算機聯(lián)鎖DS6-60等系統(tǒng)組成。

2.1 RATP與RATO系統(tǒng)

RATP與 RATO系統(tǒng)主要通過 DTS與車載VATP、VATO進行數(shù)據(jù)通信來完成對車輛的控制。RATP負責接收聯(lián)鎖機CBI傳來的地面設(shè)備信息(信號機開放、轉(zhuǎn)轍機定反位、股道占用)，同時將地面信息傳送給CBI，VATP通過車-地通信獲取地面信息，通過無線網(wǎng)將車載信息發(fā)送給RATP，RATP對加入無線輪詢的列車進行初始化，在保證安全的情況下對列車進行限速、追蹤、列車安全間隔等的授權(quán)，啟動駕駛模式，ATO在ATP設(shè)置的權(quán)限范圍內(nèi)執(zhí)行非安全的列車控制命令，按照移動閉塞的制式完成列車的運行。當通信故障時司機進行緊急制動，隨后降級駕駛，運行模式改為固定閉塞方式人工駕駛。RATP設(shè)備存有RATP日志和電子地圖，實現(xiàn)對列車的實時監(jiān)控。RATO系統(tǒng)為主、備系統(tǒng)，由RATP對其進行授權(quán)，主要完成列車定位、門操作、站停時間、車站扣車命令、跳停、限速等功能，RATO也有日志下載功能。

2.2 ATS列車自動監(jiān)控系統(tǒng)

ATS列車自動監(jiān)控系統(tǒng)由中心監(jiān)控和本地監(jiān)控組成，中心監(jiān)控實現(xiàn)全線的系統(tǒng)監(jiān)控，本地監(jiān)控實現(xiàn)本區(qū)域的系統(tǒng)監(jiān)控。全線3個區(qū)域各有一臺本地監(jiān)控機ATS。中心監(jiān)控與本地監(jiān)控ATS都具有排列進路、重復開放信號、道岔操作、虛擬號刪除及故障切換功能。一般本地監(jiān)控受中心監(jiān)控系統(tǒng)的控制，嚴格權(quán)力下放。中心監(jiān)控可對3個區(qū)域故障的ATS服務器實行遠程重啟，優(yōu)先權(quán)高于本地監(jiān)控。從ATS機上可以查詢本區(qū)域的站場監(jiān)控圖、聯(lián)鎖狀態(tài)、事件、報警、系統(tǒng)狀態(tài)圖、無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)狀態(tài)圖，查看服務器的工作狀態(tài)，并對站場圖進行回放。由于3號線的ATS實行全線聯(lián)網(wǎng)，在本地監(jiān)控機C盤上可以按地址碼遠程登錄區(qū)域站，查詢RATP日志和RATO日志及其他遠程功能。

2.3 DTS系統(tǒng)

DTS作為CBTC系統(tǒng)的骨干網(wǎng)，主要由配電盤、交換機、交換機的電涌保護模塊、光纖配線盤及室外WNRA箱、LOS漏纜等設(shè)備組成，完成站間通信，RATP與CBI的通信，中心控制ATS、本地控制ATS與CBI的通信傳輸?shù)取?/p>

2.4 計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)

龐巴迪信號聯(lián)鎖系統(tǒng)主要包括計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)CBI和OCS目標控制系統(tǒng)，通過OCS采集信號機、轉(zhuǎn)轍機、計軸軌道繼電器的狀態(tài)信息，并發(fā)送給CBI;由CBI發(fā)送指令，驅(qū)動信號機給出正確顯示，或給轉(zhuǎn)轍機送出電源，驅(qū)動轉(zhuǎn)轍機進行動作并溝通表示電路。

OCS柜主要由采集電路和執(zhí)行電路組成，與聯(lián)鎖機、RATP的信息交換主要由系統(tǒng)內(nèi)的COM5板和交換機來完成。CBI聯(lián)鎖機包括1系和2系，每個系又包括A、B、C主機，主要接收控制中心、本地中心和RATP的命令進行控制，根據(jù)采集信息自動進行進路檢查、聯(lián)鎖條件的判斷，開放信號。

在CBTC模式下，CBI作為后備模式，在CBTC運行模式未開通或者CBTC發(fā)生較大故障時使用。它只負責采集各路信息 (如信號機、轉(zhuǎn)轍機、軌道繼電器)發(fā)送給RATP，由RATP對列車進行授權(quán)自動控制，完成無人、有人自動運行功能。CBI還接收從RATP傳來的關(guān)于屏蔽門的開門使能指令，并通過OCS給門控柜電源信號發(fā)出開門命令。C機是CBI聯(lián)鎖機的診斷機，完成對現(xiàn)場信號機、轉(zhuǎn)轍機、軌道的監(jiān)控管理，實現(xiàn)遠程跟蹤。CBI原理圖如圖1所示。

圖1 CBI聯(lián)鎖系統(tǒng)原理圖

CBI根據(jù)聯(lián)鎖表選擇進路，并進行自動進路設(shè)置。CBI與中心控制、本地控制的聯(lián)系，主要是通過DTS主干網(wǎng)的通信完成指令的發(fā)送和狀態(tài)的接收，并顯示在ATS控制臺上，完成ATS的實時監(jiān)控功能。

2.5 計軸系統(tǒng)

計軸系統(tǒng)與信標相比，具有軌道上次級檢測列車位置的功能，是人工駕駛模式中固定閉塞的重要組成部分。室內(nèi)部分主要由計軸主機、計軸串口板、計軸并口板、PDCU模塊和繼電器組成，室外連接軌道計軸，完成軌道無車占用時軌道繼電器的吸起;有車占用時，軌道繼電器落下的功能。其電路如圖2所示。

圖2 計軸系統(tǒng)原理圖

PDCU是光電耦合隔離開關(guān)，當無車通過軌道時，PDCU接收DC120V，通過4、5端子發(fā)送至計軸點，為計軸點供電。1個PDCU供1個計軸點使用。當計軸點接收DC120V時，計軸點的2個磁頭在無車經(jīng)過時會產(chǎn)生2.4V的高頻交流電 (有車經(jīng)過時產(chǎn)生反向的高頻交流電)，并發(fā)送至PDCU 4、5端子，由PDCU 14、15端子發(fā)送給計軸串口板，計軸主機在接收到高頻電信號時根據(jù)是否有反向的高頻信號，以判斷軌道是否有車占用，并給并口板發(fā)出命令。當無車占用時，并口板10、11端子接收9、12端子給出24V的電壓保證繼電器吸起;有車占用時，并口板10、11端子不能接收9、12端子送來的24V電壓，無電壓輸出，繼電器落下。計軸系統(tǒng)不能檢測軌道上隨意進入的軌道車或其他行車工具，為此在站臺上安裝了屏蔽門和軌道監(jiān)控設(shè)備，實現(xiàn)全封閉運行，以保證軌道上運行的安全。

2.6 門控柜系統(tǒng)

門控柜主要由上行屏蔽門和下行屏蔽門組成。上行屏蔽門室內(nèi)控制電路主要構(gòu)件：K1/SNJ屏蔽使能繼電器、K2/MGJ屏蔽門關(guān)閉且鎖緊信號繼電器、K3/MPJ屏蔽門旁路或互鎖解除信號繼電器、PLC、小K1～K5繼電器。下行屏蔽門電路主要構(gòu)件：K1/SNJ屏蔽使能繼電器、K2/MGJ屏蔽門關(guān)閉且鎖緊信號繼電器、K3/MPJ屏蔽門旁路或互鎖解除信號繼電器、PLC、小K6～K10繼電器。

以上行開門、關(guān)門、旁路為例，當接到上行開門命令時，由目標控制柜給出信號，上行K1/SNJ屏蔽使能繼電器吸起，接點接通PLC處理器的電路，PLC處理器下端IN-16燈亮、OUT-1燈亮，小K1繼電器吸起，溝通開門電路，屏蔽門打開。當接到關(guān)門命令時，上行K2/MGJ屏蔽門關(guān)閉且鎖緊信號繼電器接到24V電信號吸起，接點接通PLC處理器的電路，PLC處理器下端IN-15燈亮、OUT-2燈亮，小K2繼電器吸起，溝通關(guān)門電路，門關(guān)閉。

2.7 接地系統(tǒng)

3號線的信號地線全部采用扁銅接地排方式，保證現(xiàn)場信號用電的安全。

3 系統(tǒng)故障處理情況

系統(tǒng)比較常見的故障主要有2種：計軸紅軌故障和道岔失表示。

1．當計軸設(shè)備發(fā)生紅軌現(xiàn)象時，先看主機是否死機需要重啟，然后對無車占用的各區(qū)段進行復位，直至全部恢復正常為止。此時會影響列車行駛，列車改變采用NRM模式駕駛，可擺脫故障對列車的影響。當計軸故障處理完畢時，恢復ATP、ATO控制模式。

2．當?shù)啦沓霈F(xiàn)失表示時，首先進行室內(nèi)、室外故障判斷。對于室外故障，需對運營中的道岔執(zhí)行先通后修復的原則，下軌道作業(yè)，將道岔用鉤鎖器鎖定在定位或反位，滿足運營要求，等運營結(jié)束后再進行修復。若發(fā)生室內(nèi)故障，則先對室內(nèi)聯(lián)鎖機進行分析，找出解決的辦法，一般情況下故障時聯(lián)鎖機自動重啟，若同一個地方多次發(fā)生此問題，則在不運營的時間內(nèi)更換板卡處理。

4 結(jié)束語

通過對CBTC系統(tǒng)在天津地鐵3號線的應用研究和分析，理解龐巴迪系統(tǒng)技術(shù)特點，為日后地鐵信號技術(shù)的發(fā)展提供有力幫助。

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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

馬 衛(wèi)：中鐵十三局集團電務工程有限公司 工程師 300150天津

(責任編輯：張 利)