馬 衛(wèi)

CBTC系統(tǒng)在天津地鐵3號(hào)線的應(yīng)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(diǎn)研究CBTC系統(tǒng)技術(shù)在天津地鐵3號(hào)線的應(yīng)用，展示現(xiàn)代地鐵信號(hào)技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r，為地鐵發(fā)展提供技術(shù)資料。

關(guān)鍵詞：信號(hào)技術(shù);地鐵;應(yīng)用

天津地鐵3號(hào)線采用的是CITYFLO 650型CBTC系統(tǒng)，是龐巴迪運(yùn)輸集團(tuán)開發(fā)的新一代信號(hào)系統(tǒng)，它是由信號(hào)基礎(chǔ)設(shè)備、計(jì)算機(jī)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(hào)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(wù)，以實(shí)現(xiàn)無人自動(dòng)運(yùn)行或有人自動(dòng)運(yùn)行等運(yùn)營(yíng)功能。3號(hào)線客車允許最大速度限制在80 km/h，列車采用4種模式運(yùn)行，即ATO模式、ATP模式、RM模式、NRM模式。整個(gè)行車采用右側(cè)行車，軌旁信號(hào)機(jī)在正常運(yùn)行方向的右側(cè)，站臺(tái)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(dòng)閉塞，是一種先進(jìn)的列車自動(dòng)控制技術(shù)。3號(hào)線設(shè)置3個(gè)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(jí)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(jī)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(jì)軸系統(tǒng)為系統(tǒng)提供傳統(tǒng)的固定閉塞方式對(duì)列車進(jìn)行跟蹤，為后備的站間人工駕駛模式提供防護(hù)功能。信標(biāo)為系統(tǒng)提供列車準(zhǔn)確行駛位置，計(jì)軸為系統(tǒng)提供次級(jí)列車位置檢測(cè)，CBI檢測(cè)計(jì)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(dòng)授權(quán)。道岔、信號(hào)機(jī)均由CBI和OCS系統(tǒng)進(jìn)行控制，給出命令，并將狀態(tài)、信息發(fā)送給RATP，對(duì)列車進(jìn)行控制。

2 系統(tǒng)構(gòu)成及功能

天津地鐵3號(hào)線CBTC系統(tǒng)地面設(shè)備主要由RATP和 RATO、ATS監(jiān)控、DTS、計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖CBI、OCS目標(biāo)控制、計(jì)軸、門控及車輛段計(jì)算機(jī)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(jìn)行數(shù)據(jù)通信來完成對(duì)車輛的控制。RATP負(fù)責(zé)接收聯(lián)鎖機(jī)CBI傳來的地面設(shè)備信息(信號(hào)機(jī)開放、轉(zhuǎn)轍機(jī)定反位、股道占用)，同時(shí)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(duì)加入無線輪詢的列車進(jìn)行初始化，在保證安全的情況下對(duì)列車進(jìn)行限速、追蹤、列車安全間隔等的授權(quán)，啟動(dòng)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(dòng)閉塞的制式完成列車的運(yùn)行。當(dāng)通信故障時(shí)司機(jī)進(jìn)行緊急制動(dòng)，隨后降級(jí)駕駛，運(yùn)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(shí)現(xiàn)對(duì)列車的實(shí)時(shí)監(jiān)控。RATO系統(tǒng)為主、備系統(tǒng)，由RATP對(duì)其進(jìn)行授權(quán)，主要完成列車定位、門操作、站停時(shí)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(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)

ATS列車自動(dòng)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(shí)現(xiàn)全線的系統(tǒng)監(jiān)控，本地監(jiān)控實(shí)現(xiàn)本區(qū)域的系統(tǒng)監(jiān)控。全線3個(gè)區(qū)域各有一臺(tái)本地監(jiān)控機(jī)ATS。中心監(jiān)控與本地監(jiān)控ATS都具有排列進(jìn)路、重復(fù)開放信號(hào)、道岔操作、虛擬號(hào)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(yán)格權(quán)力下放。中心監(jiān)控可對(duì)3個(gè)區(qū)域故障的ATS服務(wù)器實(shí)行遠(yuǎn)程重啟，優(yōu)先權(quán)高于本地監(jiān)控。從ATS機(jī)上可以查詢本區(qū)域的站場(chǎng)監(jiān)控圖、聯(lián)鎖狀態(tài)、事件、報(bào)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(wù)器的工作狀態(tài)，并對(duì)站場(chǎng)圖進(jìn)行回放。由于3號(hào)線的ATS實(shí)行全線聯(lián)網(wǎng)，在本地監(jiān)控機(jī)C盤上可以按地址碼遠(yuǎn)程登錄區(qū)域站，查詢RATP日志和RATO日志及其他遠(yuǎn)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(jī)、交換機(jī)的電涌保護(hù)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(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)

龐巴迪信號(hào)聯(lián)鎖系統(tǒng)主要包括計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)CBI和OCS目標(biāo)控制系統(tǒng)，通過OCS采集信號(hào)機(jī)、轉(zhuǎn)轍機(jī)、計(jì)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(dòng)信號(hào)機(jī)給出正確顯示，或給轉(zhuǎn)轍機(jī)送出電源，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)進(jìn)行動(dòng)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(jī)、RATP的信息交換主要由系統(tǒng)內(nèi)的COM5板和交換機(jī)來完成。CBI聯(lián)鎖機(jī)包括1系和2系，每個(gè)系又包括A、B、C主機(jī)，主要接收控制中心、本地中心和RATP的命令進(jìn)行控制，根據(jù)采集信息自動(dòng)進(jìn)行進(jìn)路檢查、聯(lián)鎖條件的判斷，開放信號(hào)。

在CBTC模式下，CBI作為后備模式，在CBTC運(yùn)行模式未開通或者CBTC發(fā)生較大故障時(shí)使用。它只負(fù)責(zé)采集各路信息 (如信號(hào)機(jī)、轉(zhuǎn)轍機(jī)、軌道繼電器)發(fā)送給RATP，由RATP對(duì)列車進(jìn)行授權(quán)自動(dòng)控制，完成無人、有人自動(dòng)運(yùn)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(hào)發(fā)出開門命令。C機(jī)是CBI聯(lián)鎖機(jī)的診斷機(jī)，完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)機(jī)、轉(zhuǎn)轍機(jī)、軌道的監(jiān)控管理，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)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(jìn)路，并進(jìn)行自動(dòng)進(jìn)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(tái)上，完成ATS的實(shí)時(shí)監(jiān)控功能。

2.5 計(jì)軸系統(tǒng)

計(jì)軸系統(tǒng)與信標(biāo)相比，具有軌道上次級(jí)檢測(cè)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(jì)軸主機(jī)、計(jì)軸串口板、計(jì)軸并口板、PDCU模塊和繼電器組成，室外連接軌道計(jì)軸，完成軌道無車占用時(shí)軌道繼電器的吸起;有車占用時(shí)，軌道繼電器落下的功能。其電路如圖2所示。

圖2 計(jì)軸系統(tǒng)原理圖

PDCU是光電耦合隔離開關(guān)，當(dāng)無車通過軌道時(shí)，PDCU接收DC120V，通過4、5端子發(fā)送至計(jì)軸點(diǎn)，為計(jì)軸點(diǎn)供電。1個(gè)PDCU供1個(gè)計(jì)軸點(diǎn)使用。當(dāng)計(jì)軸點(diǎn)接收DC120V時(shí)，計(jì)軸點(diǎn)的2個(gè)磁頭在無車經(jīng)過時(shí)會(huì)產(chǎn)生2.4V的高頻交流電 (有車經(jīng)過時(shí)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(jì)軸串口板，計(jì)軸主機(jī)在接收到高頻電信號(hào)時(shí)根據(jù)是否有反向的高頻信號(hào)，以判斷軌道是否有車占用，并給并口板發(fā)出命令。當(dāng)無車占用時(shí)，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(shí)，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(jì)軸系統(tǒng)不能檢測(cè)軌道上隨意進(jìn)入的軌道車或其他行車工具，為此在站臺(tái)上安裝了屏蔽門和軌道監(jiān)控設(shè)備，實(shí)現(xiàn)全封閉運(yùn)行，以保證軌道上運(yùn)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(hào)繼電器、K3/MPJ屏蔽門旁路或互鎖解除信號(hào)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(hào)繼電器、K3/MPJ屏蔽門旁路或互鎖解除信號(hào)繼電器、PLC、小K6～K10繼電器。

以上行開門、關(guān)門、旁路為例，當(dāng)接到上行開門命令時(shí)，由目標(biāo)控制柜給出信號(hào)，上行K1/SNJ屏蔽使能繼電器吸起，接點(diǎn)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(dāng)接到關(guān)門命令時(shí)，上行K2/MGJ屏蔽門關(guān)閉且鎖緊信號(hào)繼電器接到24V電信號(hào)吸起，接點(diǎn)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(hào)線的信號(hào)地線全部采用扁銅接地排方式，保證現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)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(jì)軸紅軌故障和道岔失表示。

1．當(dāng)計(jì)軸設(shè)備發(fā)生紅軌現(xiàn)象時(shí)，先看主機(jī)是否死機(jī)需要重啟，然后對(duì)無車占用的各區(qū)段進(jìn)行復(fù)位，直至全部恢復(fù)正常為止。此時(shí)會(huì)影響列車行駛，列車改變采用NRM模式駕駛，可擺脫故障對(duì)列車的影響。當(dāng)計(jì)軸故障處理完畢時(shí)，恢復(fù)ATP、ATO控制模式。

2．當(dāng)?shù)啦沓霈F(xiàn)失表示時(shí)，首先進(jìn)行室內(nèi)、室外故障判斷。對(duì)于室外故障，需對(duì)運(yùn)營(yíng)中的道岔執(zhí)行先通后修復(fù)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(yùn)營(yíng)要求，等運(yùn)營(yíng)結(jié)束后再進(jìn)行修復(fù)。若發(fā)生室內(nèi)故障，則先對(duì)室內(nèi)聯(lián)鎖機(jī)進(jìn)行分析，找出解決的辦法，一般情況下故障時(shí)聯(lián)鎖機(jī)自動(dòng)重啟，若同一個(gè)地方多次發(fā)生此問題，則在不運(yùn)營(yíng)的時(shí)間內(nèi)更換板卡處理。

4 結(jié)束語

通過對(duì)CBTC系統(tǒng)在天津地鐵3號(hào)線的應(yīng)用研究和分析，理解龐巴迪系統(tǒng)技術(shù)特點(diǎn)，為日后地鐵信號(hào)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(tuán)電務(wù)工程有限公司 工程師 300150天津

(責(zé)任編輯：張 利)