張娜敏

兼容3種閉塞制式的通用聯(lián)鎖系統(tǒng)

張娜敏

研究一種兼容固定閉塞、準移動閉塞和移動閉塞3種閉塞制式的高安全通用聯(lián)鎖系統(tǒng)。該聯(lián)鎖系統(tǒng)采用3取2安全計算機平臺，處理列車自動防護（ATP）發(fā)送的關于信號機的強制命令信息和虛擬區(qū)段的ATP空閑狀態(tài)，完成物理區(qū)段與虛擬區(qū)段的狀態(tài)信息映射，實現(xiàn)對進路3種控制級別的自動切換，實現(xiàn)多列車進路的排列與解鎖功能。

3取2安全計算機平臺；聯(lián)鎖系統(tǒng)；控制級別；閉塞

1 背景

隨著計算機技術、故障-安全技術、數(shù)字信號處理技術、網(wǎng)絡技術和通信技術的發(fā)展，列車自動控制（ATC）系統(tǒng)設備也在不斷地更新和變化。目前國內(nèi)在建的ATC系統(tǒng)制式逐步由準移動閉塞向移動閉塞過渡，傳統(tǒng)的以軌道電路作為信息傳輸媒體的列車運行控制系統(tǒng)已轉變成以無線通信技術為傳輸媒體的移動閉塞控制方式。伴隨著制式的變化，計算機聯(lián)鎖的信號和控制方法也發(fā)生了很大的變化，為適應當前城市軌道交通而研究的新一代通用計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)處理軌旁列車自動防護（ATP）系統(tǒng)發(fā)送的虛擬閉塞分區(qū)（即虛擬區(qū)段）的ATP空閑狀態(tài)以及ATP對信號機發(fā)出的強制命令信息，能夠根據(jù)當前進路條件實現(xiàn)對進路3種控制級別的自動切換，兼容固定閉塞、準移動閉塞以及移動閉塞3種制式，滿足ATC系統(tǒng)在不同運行模式下對聯(lián)鎖控制的要求。

本文研究的計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)硬件平臺采用3取2冗余容錯結構，在此平臺嵌入聯(lián)鎖應用軟件，形成完整的3取2計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)。對于3取2計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)，3塊邏輯運算板同步采集且同步進行邏輯運算，只要2塊邏輯運算板正常，系統(tǒng)就能正常工作，可以自動切除故障板卡。在1塊邏輯運算板卡故障情況下系統(tǒng)可自動降級為2取2工作狀態(tài)。當帶電更換故障板卡后，通過教育學習功能系統(tǒng)可再次恢復3取2工作狀態(tài)。因此，3取2計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)比雙機熱備或2乘2取2計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)具有更高的安全性和可靠性。

2 聯(lián)鎖系統(tǒng)概述

系統(tǒng)硬件由主處理板、中繼擴展板、通信板、采集板、驅(qū)動板以及狀態(tài)監(jiān)控板組成。主處理板主要執(zhí)行運算、數(shù)據(jù)交換及比較表決、軟件同步、安全自關斷等功能；通信板完成系統(tǒng)外部數(shù)據(jù)的轉發(fā)（數(shù)據(jù)發(fā)送與接收）；安全狀態(tài)監(jiān)測板負責產(chǎn)生同步信號、系統(tǒng)安全策略管理以及板內(nèi)系統(tǒng)監(jiān)控；采集板實現(xiàn)通用的采集功能；驅(qū)動板實現(xiàn)通用的驅(qū)動功能；中繼擴展板提供主處理板控制擴展機框采集板和驅(qū)動板的中繼功能。

聯(lián)鎖系統(tǒng)通過采集板卡采集室外設備（包括信號機、道岔、軌道區(qū)段、屏蔽門、緊急停車按鈕、防淹門以及折返按鈕）的狀態(tài)，經(jīng)聯(lián)鎖邏輯運算后通過驅(qū)動板卡實現(xiàn)對信號機、道岔、屏蔽門以及防淹門的控制功能；通過安全計算機平臺的安全數(shù)據(jù)通信完成與列車自動監(jiān)控（ATS）系統(tǒng)、軌旁ATP系統(tǒng)、相鄰聯(lián)鎖系統(tǒng)以及維護監(jiān)測系統(tǒng)（MMS）系統(tǒng)的接口功能。

聯(lián)鎖系統(tǒng)結構如圖1所示。

圖1 聯(lián)鎖系統(tǒng)結構圖

3 兼容3 種閉塞制式

為兼容固定閉塞、準移動閉塞以及移動閉塞3種制式，滿足ATC系統(tǒng)在不同運行模式下對聯(lián)鎖控制的要求，采取如下解決方案。

（1）對于區(qū)段空閑檢測功能，聯(lián)鎖軟件處理軌旁ATP系統(tǒng)發(fā)出的虛擬閉塞分區(qū)的出清/占用信息，并將采集到的物理區(qū)段（計軸區(qū)段或軌道電路）的出清/占用信息與ATP發(fā)送的虛擬區(qū)段的出清/占用信息相結合，分析得出虛擬區(qū)段的出清/占用信息作為聯(lián)鎖邏輯處理的輸入。

通常，使用ATP發(fā)送的虛擬區(qū)段的出清/占用信息作為聯(lián)鎖邏輯處理的輸入，如果ATP發(fā)送的虛擬區(qū)段的狀態(tài)為受干擾或未定義，則會將采集到的物理軌道區(qū)段的出清/占用信息映射到虛擬區(qū)段的出清/占用信息，作為聯(lián)鎖邏輯處理的輸入，該種映射方式使得聯(lián)鎖系統(tǒng)兼容3種閉塞制式成為可能。

（2）對于進路排列功能，為兼容3種閉塞制式，首先將進路劃分為3種控制級別：引導信號控制級、移動閉塞信號控制級以及主信號控制級別，在固定閉塞情況下可以排列引導進路以及主信號級別進路，在準移動閉塞以及移動閉塞下可以排列引導、移動閉塞控制級和主信號控制級別進路；其次排列進路過程中若進路滿足鎖閉條件則同時鎖閉進路中的虛擬區(qū)段和物理區(qū)段。

進路排列功能實現(xiàn)對進路3種控制級別的自動切換（圖2）。

圖2 進路控制級別切換狀態(tài)示意圖

將進路排列過程劃分為4個階段：征用、鎖閉、開放及開放保持階段。為減少排列進路時的檢查條件，提高程序運行效率，在排列進路各階段，首先檢查引導進路條件是否滿足，引導進路條件滿足，再檢查由引導進路升級到移動閉塞級別進路的增量檢查條件是否滿足，移動閉塞條件滿足再檢查由移動閉塞進路升級到主信號控制級別進路的增量條件是否滿足。只要進路元素條件滿足，聯(lián)鎖軟件總是按照當前進路能夠滿足的最高控制級別進行控制，以保證行車安全，但信號開放保持階段不再進行3種控制級別的切換。對于移動閉塞信號控制級別，除相應的進路元素要滿足排路條件外，聯(lián)鎖軟件必須要收到ATP對信號機發(fā)出的強制命令信息“自動列車接近”為“真”的狀態(tài)信息才能開放移動閉塞級別信號。

（3）對于進路正常解鎖功能，由于排列進路時同時鎖閉進路中的虛擬區(qū)段和物理區(qū)段，故可采取按物理區(qū)段解鎖和按虛擬區(qū)段解鎖2種解鎖方式，以提高效率。如果為自動列車進入進路且與ATP通信正常則按虛擬區(qū)段解鎖，否則按物理區(qū)段解鎖。只要進路監(jiān)控區(qū)段出清且已解鎖，則可為后續(xù)自動列車排列移動閉塞級別進路允許后續(xù)自動列車進入，以縮短列車運行間隔。進路再次被鎖閉后，前行列車的運行將不再解鎖通過區(qū)段，該情況下只有進路內(nèi)的最后1列車進行列車通過解鎖。當多列車進路辦理進路取消時，只能解鎖到最后1列車的尾部，即只能解鎖始端信號機到最后1列車所在虛擬區(qū)段之間的所有區(qū)段，進路剩余未解鎖區(qū)段由進路內(nèi)最后1列車通過后正常解鎖。

（4）在準移動閉塞情況下，前行列車本身也具有移動定位的能力，只是因為沒有將移動定位的結果傳給地面，不能供后續(xù)列車使用，因此，只要在準移動閉塞的基礎上增加車對地的安全數(shù)據(jù)通信，將前行列車的移動定位信息安全地傳給后續(xù)列車即可構成移動閉塞。準移動閉塞和移動閉塞下的聯(lián)鎖核心邏輯處理是相同的。只要在接口處理模塊稍作處理即可兼容準移動閉塞，為此，采用如下解決方案。

首先根據(jù)進路內(nèi)軌道數(shù)量設置進路表中的多列車進路，聯(lián)鎖上電時，系統(tǒng)默認列車均為非自動車，1條進路只能進1列車，聯(lián)鎖上位機根據(jù)人工檢查情況，某一進路需要進入多列車時，對進路的始端信號機下發(fā)多列車命令（設置為安全命令），聯(lián)鎖邏輯根據(jù)該命令排列移動閉塞控制級別進路，允許后方列車進入。

采用以上解決方案，聯(lián)鎖系統(tǒng)能夠兼容固定閉塞、準移動閉塞以及移動閉塞3種制式。對于基于通信的列車控制（CBTC）信號系統(tǒng)，當局部CBTC故障，自動車降級為非自動車時，系統(tǒng)自動降級為固定閉塞模式，可以排列引導進路以及主信號控制級別進路。

4 總結

綜上所述，本通用聯(lián)鎖系統(tǒng)采用3取2安全計算機平臺作為硬件平臺，具有高可靠性和安全性，能夠兼容固定閉塞、準移動閉塞以及移動閉塞3種制式，滿足ATC系統(tǒng)在不同運行模式下對聯(lián)鎖控制的要求，且能夠減少排路的檢查條件，提高程序運行效率，縮短列車運行間隔。該系統(tǒng)已于2013年3月通過由國際獨立第三方進行的SIL4級安全評估，于2013年9月通過了中鐵檢驗認證中心的評估審核，并于2014年4月通過了江蘇省經(jīng)信委組織的產(chǎn)品技術鑒定。本系統(tǒng)已具備在城市軌道交通正線示范應用和上道試驗條件。此外，在該聯(lián)鎖系統(tǒng)基礎上開發(fā)的有軌電車道岔控制系統(tǒng)和車輛段聯(lián)鎖系統(tǒng)均已上道運行。道岔控制系統(tǒng)應用于廣州海珠區(qū)環(huán)島新型有軌電車試驗段，已于2014年12月正式開通，至今該系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠；車輛段聯(lián)鎖系統(tǒng)應用于南京寧天城際大廠東車輛段，已于2014年4月正式開通，到目前為止系統(tǒng)一直運行穩(wěn)定可靠。

[1] 林瑜筠. 城市軌道交通信號[M]. 2版. 北京：中國鐵道出版社，2010.

[2] 林瑜筠，呂永昌. 計算機聯(lián)鎖[M]. 2版. 北京：中國鐵道出版社，2010.

[3] 李紅俠. 城市軌道交通移動閉塞ATC系統(tǒng)的運用分析[J]. 城市軌道交通研究，2004（3）：38-41.

[4] 趙明. 移動自動閉塞系統(tǒng)基本理論的研究[D]. 北京：北方交通大學，1996.

責任編輯 冒一平

General Interlocking System Compatible with 3 Kinds of Block Modes

Zhang Namin

The paper studies a high safety and general interlocking system which is compatible with 3 kinds of block modes, namely fi xed block, quasi moving block and moving block. The interlocking system take 2 from 3 safety computer platform, ATP sends a signal mandatory command information and ATP occupation state of virtual section, completes information mapping of status of physical section and virtual section, realizes the automatic switching of 3 kinds of train routing control levels.

take 2 from 3 safety computer platform, interlocking system, control level, blocking

U231.7

2014-12-09

張娜敏：南京恩瑞特實業(yè)有限公司軌道交通部，工程師，江蘇南京 210016