樊國林

（中鐵第四勘察設(shè)計院集團有限公司，430063，武漢∥高級工程師）

城市軌道交通信號維護支持系統(tǒng)研究

樊國林

（中鐵第四勘察設(shè)計院集團有限公司，430063，武漢∥高級工程師）

信號維護支持系統(tǒng)是提高城市軌道交通信號部門維護水平和維護效率的重要設(shè)備。根據(jù)目前信號維護設(shè)備配置現(xiàn)狀，提出為城市軌道交通信號系統(tǒng)配備量身定做的維護支持系統(tǒng)。介紹了信號維護支持系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、實現(xiàn)功能和設(shè)備配置。信號維護支持系統(tǒng)在每個正線車站、車輛段/停車場以及控制中心配備維護設(shè)備，并通過通信專業(yè)提供的傳輸通道組建獨立的信號維護支持網(wǎng)絡(luò)。該系統(tǒng)可實現(xiàn)信號設(shè)備的遠程監(jiān)測，智能分析信號設(shè)備故障原因，為維修人員及時發(fā)現(xiàn)信號設(shè)備隱患提供了可靠保障。

城市軌道交通；信號維護支持系統(tǒng)；遠程監(jiān)測；智能分析

Author’s addressChina Railway Siyuan Survey and Design Group Co.，Ltd.，430063，Wuhan，China

城市軌道交通信號系統(tǒng)是運營生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備，日益增長的客流對信號設(shè)備安全、高效運行的要求越來越高［1］。為滿足運營需求，迫切需要一個為城市軌道交通信號系統(tǒng)量身定做的信號維護支持系統(tǒng)。

1 信號維護設(shè)備配置現(xiàn)狀

城市軌道交通信號系統(tǒng)通常由正線信號系統(tǒng)（移動閉塞或準移動閉塞）和車輛段/停車場的國產(chǎn)計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)兩部分組成。

車輛段/停車場計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)分別配置一套獨立的微機監(jiān)測設(shè)備，完成對車輛段/停車場范圍內(nèi)所有信號設(shè)備的監(jiān)測。正線信號系統(tǒng)的主要子系統(tǒng)ATS（列車自動監(jiān)控）、ATP（列車自動防護）和ATO（列車自動運行）從國外進口，正線信號維護設(shè)備配置現(xiàn)狀為：ATS中包含了ATS、ATP、ATO的設(shè)備故障報警提示功能；國內(nèi)配套的信號電源系統(tǒng)組建了專用的電源屏監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)；轉(zhuǎn)轍機、信號機、電纜絕緣測試等，以及信號系統(tǒng)內(nèi)部各子系統(tǒng)間、信號系統(tǒng)與其它系統(tǒng)接口部狀態(tài)尚沒有進行有效的監(jiān)測。

正線信號設(shè)備監(jiān)測的信息不全，部分信號設(shè)備采集的狀態(tài)及報警信息分散于不同的系統(tǒng)，且系統(tǒng)間不能共享數(shù)據(jù)，信號維護人員在使用這些數(shù)據(jù)時需花費很大的精力進行查詢、篩選，這些都增加了故障搶修的難度、延長了故障處理時間［2］。

信號系統(tǒng)核心設(shè)備ATS、ATP、ATO的狀態(tài)及報警信息與ATS共網(wǎng)，一旦ATS網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障，將失去對信號設(shè)備的維護支持功能。然而，ATS主要服務(wù)于運營調(diào)度，如果在ATS中增加信號設(shè)備狀態(tài)及報警信息的采集數(shù)量、頻次及故障診斷功能，勢必影響ATS服務(wù)于運營的效率，且ATS軟件受外商控制，任何維護數(shù)據(jù)的改動都會引起維護費用的大幅度增加。

2 主要技術(shù)要求

（1）信號維護支持系統(tǒng)應(yīng)組建單一、獨立的維護支持網(wǎng)絡(luò)，以適應(yīng)不同系統(tǒng)供應(yīng)商提供的不同制式（準移動閉塞、移動閉塞）、不同類型的信號系統(tǒng)。配備的設(shè)備應(yīng)小型化、模塊化，適應(yīng)城市軌道交通設(shè)備集中站、非設(shè)備集中站、車輛段/停車場、控制中心等現(xiàn)場配置的不同要求。

（2）信號維護支持系統(tǒng)應(yīng)采用成熟可靠的技術(shù)手段，實現(xiàn)信號設(shè)備運用過程的動態(tài)實時監(jiān)測、數(shù)據(jù)記錄、統(tǒng)計分析，監(jiān)測范圍應(yīng)包括計算機聯(lián)鎖、ATS、ATP、ATO、智能電源屏、UPS（不間斷電源）、計軸、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)（DCS）、道岔、信號機等所有信號設(shè)備［3］。

（3）信號維護支持系統(tǒng)應(yīng)能監(jiān)督、記錄信號系統(tǒng)與電力、通信、屏蔽門等系統(tǒng)結(jié)合部的有關(guān)狀態(tài)。

（4）信號維護支持系統(tǒng)采集設(shè)備與被監(jiān)測設(shè)備間必須有良好的電氣隔離措施，任何情況下不得影響信號設(shè)備的正常工作；采集的數(shù)據(jù)應(yīng)滿足實時性、完整性、準確性要求，采集的信息應(yīng)能與其它系統(tǒng)互聯(lián)互通，實現(xiàn)資源共享。

（5）信號維護支持系統(tǒng)模擬量采集器須經(jīng)過標(biāo)準計量器具校核，測試精度應(yīng)滿足技術(shù)要求。

（6）信號維護支持系統(tǒng)可通過對信號設(shè)備工作信息的實時采集和智能分析，評估信號系統(tǒng)的運行質(zhì)量，當(dāng)信號設(shè)備的主要電氣性能或機械特性偏離預(yù)定界限時應(yīng)及時預(yù)警。

（7）信號維護支持系統(tǒng)應(yīng)能及時記錄監(jiān)測設(shè)備的異常狀況，并對設(shè)備故障進行分類及報警。

（8）信號維護支持系統(tǒng)應(yīng)具有一定的故障診斷能力，當(dāng)信號設(shè)備出現(xiàn)故障時，能根據(jù)設(shè)備的電氣參數(shù)變化和關(guān)聯(lián)信號設(shè)備的狀態(tài)信息，給出故障定位和故障處理建議。

（9）信號維護支持系統(tǒng)與計算機聯(lián)鎖、計軸、電源屏、UPS、DCS、ATS、ATP/ATO等智能設(shè)備接口，實現(xiàn)對智能設(shè)備的遠程監(jiān)測功能。

（10）信號維護支持系統(tǒng)應(yīng)具有抗電化干擾能力。

3 系統(tǒng)方案

信號維護支持系統(tǒng)采用二層三級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，即線網(wǎng)維護中心、線路維修中心二層維護網(wǎng)；線網(wǎng)維護中心、線路維修中心、車站三級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)［4］。如圖1所示。

圖1 線網(wǎng)維護支持系統(tǒng)構(gòu)成示意圖

每條線路配置的信號維護支持系統(tǒng)的構(gòu)成如圖2所示。線網(wǎng)維護中心至線路維修中心利用通信專業(yè)提供的傳輸通道組建信號維護支持系統(tǒng)上層傳輸網(wǎng)絡(luò)，線路維修中心至各站及控制中心間利用通信專業(yè)提供的傳輸通道組建信號維護支持系統(tǒng)下層傳輸網(wǎng)絡(luò)。

圖2 線路維護支持系統(tǒng)構(gòu)成示意圖

4 系統(tǒng)功能

信號維護支持系統(tǒng)提供以下功能：

（1）信號維護支持系統(tǒng)從控制中心ATS服務(wù)器獲取并顯示線路、站場、列車運行狀態(tài)、行車人員操作等信息。

（2）信號維護支持系統(tǒng)從中央ATS服務(wù)器獲取并顯示軌旁ATP/ATO設(shè)備狀態(tài)及報警信息。

（3）信號維護支持系統(tǒng)經(jīng)控制中心ATS中央服務(wù)器獲取并顯示車載ATP/ATO設(shè)備的狀態(tài)及報警信息。

（4）DCS通過數(shù)據(jù)接口向信號維護支持系統(tǒng)自主上報報警信息，周期性地傳輸DCS網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的在線狀態(tài)及信息流量，在特定的信號維護終端上可通過IE瀏覽方式實現(xiàn)對DCS網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的遠程監(jiān)測及故障分析。

（5）計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)通過設(shè)備集中站數(shù)據(jù)接口或控制中心接口計算機向信號維護支持系統(tǒng)提供站場信息、控制臺所有按鈕開關(guān)量信息、計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)自身狀態(tài)信息及報警信息，在特定的信號維護終端上可通過IE瀏覽方式實現(xiàn)對計算機聯(lián)鎖設(shè)備的遠程監(jiān)測及故障分析。

（6）計軸系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)接口向信號維護支持系統(tǒng)自主上報報警信息，周期性地傳輸計軸設(shè)備的狀態(tài)信息及報警信息，在特定的信號維護終端上可通過IE瀏覽方式實現(xiàn)對計軸系統(tǒng)的遠程監(jiān)測及故障分析。

（7）智能電源屏向信號維護支持系統(tǒng)自主上報電源屏報警信息，周期性地傳輸智能屏的狀態(tài)信息，在特定的信號維護終端上可通過IE瀏覽方式實現(xiàn)對智能電源屏的遠程監(jiān)測及故障分析。

（8）UPS通過數(shù)據(jù)接口向信號維護支持系統(tǒng)自主上報報警信息，周期性地傳輸UPS及電池的狀態(tài)信息，在特定的信號維護終端上可通過IE瀏覽方式實現(xiàn)對UPS的遠程監(jiān)測及故障分析。

（9）智能燈絲報警裝置向信號維護支持系統(tǒng)自主上報信號機燈絲狀態(tài)及燈絲斷絲報警信息，故障定位到每架信號機的每個燈位，在特定的信號維護終端上可通過IE瀏覽方式實現(xiàn)對信號機燈絲的遠程監(jiān)測。

（10）信號維護支持系統(tǒng)可對各車站外電網(wǎng)綜合質(zhì)量（電壓、電流、功率）進行遠程監(jiān)測，當(dāng)外電網(wǎng)發(fā)生斷電、缺相、相序不對等故障時提供報警功能。

（11）信號維護支持系統(tǒng)能對轉(zhuǎn)轍機動作電流、動作時間、轉(zhuǎn)換方向、表示電壓等參數(shù)進行監(jiān)測。

（12）信號維護支持系統(tǒng)可完成對車輛段/停車場50 Hz相敏軌道電路繼電器端電壓的監(jiān)測。

（13）信號維護支持系統(tǒng)可對緊急關(guān)閉按鈕電路、信號系統(tǒng)與屏蔽門接口電路、線網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線接口電路、正線與出入場線接口電路、車輛段/停車場與試車線接口電路等進行監(jiān)測。

（14）信號維護支持系統(tǒng)還可對電纜絕緣、電源對地漏泄電流、信號機房溫度/濕度、室內(nèi)熔絲報警、關(guān)鍵繼電器狀態(tài)等進行監(jiān)測。

（15）當(dāng)信號維護支持系統(tǒng)實時采集的數(shù)據(jù)偏離預(yù)定界限時及時發(fā)出預(yù)警信號；當(dāng)信號設(shè)備發(fā)生故障時，能自動提取故障發(fā)生時刻前后若干分鐘相關(guān)設(shè)備的狀態(tài)數(shù)據(jù)，生成數(shù)據(jù)回放文件，在同一個回放界面上進行顯示，并給出故障定位和故障處理建議。

（16）信號維護支持系統(tǒng)能輸出反映信號設(shè)備電氣特性的實時值報表、實時曲線、日報表、日曲線、月曲線和年曲線，反映設(shè)備不同時段的電氣特性變化趨勢。

（17）信號維護支持系統(tǒng)提供信號設(shè)備全壽命期檔案管理功能，為每臺信號設(shè)備建立檔案，檔案管理信息包括設(shè)備型號、生產(chǎn)日期、上道時間、主要技術(shù)參數(shù)、電氣特性、安裝位置、設(shè)備維修和維護記錄等。

（18）信號維護支持系統(tǒng)根據(jù)信號設(shè)備的維護周期、使用次數(shù)、工作狀態(tài)和預(yù)警信息，自動生成維護建議。

（19）信號維護支持系統(tǒng)監(jiān)測到信號設(shè)備故障報警，可確定報警級別，對二級以上報警立即提供聲光提示并在維護終端上顯示，以便維護調(diào)度根據(jù)報警的緊急程度和報警處理預(yù)案，啟動相應(yīng)的報警處理流程。

5 系統(tǒng)設(shè)備配置

（1）線網(wǎng)維護中心設(shè)備配置：設(shè)置獨立的電源供電系統(tǒng)（含UPS），配置1臺應(yīng)用服務(wù)器以便共享線網(wǎng)內(nèi)信號維護資源，設(shè)置1臺防病毒服務(wù)器管理各線路信號維護支持系統(tǒng)的防病毒軟件、1套網(wǎng)管工作站管理信號維護支持網(wǎng)絡(luò)及通信前置機、防火墻、交換機（或路由器）等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，根據(jù)需要設(shè)置若干臺線網(wǎng)中心維護工作站，采用與信號系統(tǒng)相同的網(wǎng)絡(luò)時鐘。參見圖3。

圖3 線網(wǎng)維護中心設(shè)備配置

（2）線路維修中心設(shè)備配置：配置獨立的電源供電系統(tǒng)，配置2臺數(shù)據(jù)庫服務(wù)器及1套磁盤陣列存放信號設(shè)備的狀態(tài)及報警信息，設(shè)置1臺WEB服務(wù)器實現(xiàn)對智能設(shè)備的遠程監(jiān)測，根據(jù)需要設(shè)置若干臺線路中心維修工作站以及必要的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。如圖4所示。

圖4 線路維修中心設(shè)備配置

（3）控制中心設(shè)備配置：從控制中心ATS、ATP/ATO、DCS采集的信息盡量利用信號系統(tǒng)在控制中心設(shè)置的接口計算機上傳至信號維護支持系統(tǒng)，如果因技術(shù)原因不能利用信號系統(tǒng)設(shè)置的接口計算機時，應(yīng)在控制中心設(shè)置1臺接口計算機。在線網(wǎng)的維護中心還沒有建成時，時鐘同步信息從控制中心的接口計算機引入信號維護支持系統(tǒng)。另外還需在控制中心配置必要的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。如圖5所示。

圖5 控制中心設(shè)備配置

（4）設(shè)備集中站設(shè)備配置：配置1套車站采集設(shè)備，根據(jù)需要配置1臺車站維護工作站，以及必要的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。信號智能設(shè)備的狀態(tài)及報警信息通過通信接口機上傳至車站采集設(shè)備。計算機聯(lián)鎖設(shè)備的狀態(tài)及報警信息視不同的供應(yīng)商提供的產(chǎn)品，可在設(shè)備集中站接入信號維護支持網(wǎng)絡(luò)，亦可通過控制中心ATS服務(wù)器接入信號維護支持網(wǎng)絡(luò)。如圖6所示。

圖6 設(shè)備集中站設(shè)備配置

（5）非集中站設(shè)備配置：非集中站智能電源屏與UPS的狀態(tài)及報警信息通過必要的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備接入信號維護支持網(wǎng)絡(luò)。如圖7所示。

圖7 非集中站設(shè)備配置

（6）車輛段/停車場設(shè)備配置：車輛段/停車場各配置1套車站采集設(shè)備，并配備必要的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，車輛段/停車場智能設(shè)備的信息通過通信接口機上傳至車站采集機柜。如圖8所示。

圖8 車輛段/停車場設(shè)備配置

6 接口

（1）線網(wǎng)維護中心至各線路維修中心之間的數(shù)據(jù)通道帶寬不小于100 Mbit/s，線路維修中心至各站、控制中心、車輛段/停車場的數(shù)據(jù)通道帶寬不低于10 Mbit/s。

（2）信號維護支持系統(tǒng)采集機柜與計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)及計軸系統(tǒng)之間采用帶光電隔離的RS 232/ 422標(biāo)準串行接口，與智能電源屏之間采用RS 485接口，與智能燈絲報警儀之間采用串行通信接口。信號維護支持系統(tǒng)在控制中心設(shè)置的接口計算機與ATS中央服務(wù)器間采用以太網(wǎng)連接。

（3）信號維護支持系統(tǒng)采集的軌旁ATS、ATP、ATO設(shè)備的報警信息通常已由信號智能設(shè)備定位至板級，該板級應(yīng)與提供的備品備件相對應(yīng)，不同的信號系統(tǒng)供應(yīng)商提供不同的ATP/ATO設(shè)備，信號維護支持系統(tǒng)與軌旁ATP/ATO接口時應(yīng)對報警信息列表進行確認。

（4）信號維護支持系統(tǒng)接收車載ATP/ATO設(shè)備的報警信息，由于不同的供應(yīng)商提供不同的車載ATP/ATO設(shè)備，信號維護支持系統(tǒng)與車載ATP/ ATO接口時應(yīng)對車載設(shè)備報警信息列表進行確認。

（5）信號維護支持系統(tǒng)在控制中心設(shè)置的接口計算機與DCS服務(wù)器接口，獲取DCS狀態(tài)及報警信息，信號維護支持系統(tǒng)需與DCS共同確認報警信息列表。

7 結(jié)語

本信號維護支持系統(tǒng)具有良好的兼容性、靈活性、可擴展性及系統(tǒng)開發(fā)的延續(xù)性，提升了信號維護支持系統(tǒng)的可用性。信號維護支持系統(tǒng)與ATS系統(tǒng)分網(wǎng)設(shè)計，避免了維護信息與行車管理信息間的相互干擾，克服了ATS網(wǎng)絡(luò)故障時維護系統(tǒng)不能發(fā)揮作用的缺陷。線網(wǎng)內(nèi)配置該信號維護支持系統(tǒng)，便于維保部門對信號系統(tǒng)集約化維護管理，共享線網(wǎng)內(nèi)信號維護資源，提升信號維護部門處理故障的能力。該系統(tǒng)全部為國產(chǎn)化設(shè)備，系統(tǒng)維護及時、維護費用較低，當(dāng)用戶需求發(fā)生變化時，對軟件的修改成本較低且不影響行車。

目前，本信號維護支持系統(tǒng)已成功應(yīng)用于上海軌道交通12、13、16號線及鄭州軌道交通1號線。

［1］ 杜平.城市軌道交通信號系統(tǒng)的發(fā)展［J］.鐵道通信信號，2010（5）：56.

［2］ 嚴波，李旭宏.城市軌道交通信號系統(tǒng)的維護與保養(yǎng)模式［J］.城市軌道交通研究，2005（5）：39.

［3］ 周庭梁，張兵建.地鐵的信號維護支持系統(tǒng)［J］.城市軌道交通研究，2010（8）：101.

［4］ 賈萍.完善城市軌道交通信號維護支持系統(tǒng)的必要性［J］.中國鐵路，2012（4）：96.

On Signal Maintenance Support System of Urban Rail Transit

Fan Guolin

Being an important device，the signal MSScould improve the standard and efficiency of signal maintenance departments.According to the present condition，a specially tailored MSS is proposed，which should be allocated to each metro station，train depot and control center，and the same time an independent supporting maintenance network should be installed by special communication channel.This system will achieve the function of remote supervision and fault detection of signal equipment，and help the maintainers to find hidden troubles timely.

urban rail transit；signal maintenance support system；remote supervision；intelligent analysis

U 231.7

2013-12-27）