畢磊

（昆明地鐵運營有限公司）

摘要：城市軌道交通信號系統(tǒng)中，列車的行車設(shè)備或者子系統(tǒng)的計算機系統(tǒng)采用二取二或者三取二的計算機冗余技術(shù)，這種冗余技術(shù)對于提高列車指揮和運行的安全可靠性是最為有效的。每輛列車上面可以配置二取二或者三取二的冗余技術(shù)的車載設(shè)備，對列車的自動防護系統(tǒng)等安全設(shè)備采用計算機冗余技術(shù)，這樣就能有效的運用列車的自動防護系統(tǒng)，提高列車的行車安全性。

關(guān)鍵詞：軌道交通，信號系統(tǒng)，故障—安全，冗余性

一、昆明地鐵1、2號線冗余分析

昆明城軌1、2號線是昆明軌道交通網(wǎng)絡(luò)中的一條重要的骨干線，也是昆明城市軌道交通全網(wǎng)絡(luò)中第一條CBTC運行的線路?？紤]到在CBTC模式下的運營安全和系統(tǒng)的穩(wěn)定性，該信號系統(tǒng)采用了多重冗余的設(shè)計結(jié)構(gòu)來確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性從而也保障了運營的安全。基于此，本文針對昆明城軌1、2號線信號系統(tǒng)的冗余進行分析。

1、昆明1、2號線信號系統(tǒng)總體框架

昆明軌道交通1、2號線信號系統(tǒng)采用的是Urbalis結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)使用了SDH（同步數(shù)字體系）冗余骨干網(wǎng)， 以確保各子系統(tǒng)之間能相互通信，以及保證車—地之間連續(xù)的雙向通信。

沿線分布的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)包括設(shè)備車站及中間車站的若干SDH冗余骨干節(jié)點（熱備冗余SDH多路復(fù)用器和雙以太網(wǎng)接入交換機）和沿軌道分布的許多無線接入點。

二、昆明地鐵1、2號線信號系統(tǒng)設(shè)備功能簡介及冗余分析

昆明1、2號線信號系統(tǒng)主要設(shè)備有：線路控制器LC、區(qū)域控制器ZC、聯(lián)鎖系統(tǒng)CBI、DCS數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、列車監(jiān)控系統(tǒng)ATS、車載ATC系統(tǒng)、維護支持系統(tǒng)MSS（不冗余）、網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)NMS（不冗余）、計軸（不冗余）、信標與歐式編碼器（不冗余）、數(shù)據(jù)存儲單元DSU。

1、線路控制器LC

線路控制器LC的功能簡述

線路控制器LC采用3取2的冗余結(jié)構(gòu)，其功能提供正線所有設(shè)備和進路的狀態(tài)，以及線路地圖的中央信息系統(tǒng)，主要功能包括臨時限速TSR、數(shù)據(jù)版本更新。

主要功能描述：

A.臨時限速

臨時限速是指線路上對于應(yīng)用速度限制的要求。臨時限速區(qū)是由限速值、開始坐標和結(jié)束坐標構(gòu)成的。

LC功能的目的是處理全線的臨時限速并發(fā)送至列車。臨時限速可以存儲在LC中，要求下載到車載控制器中，臨時限速可以由操作員通過ATS接口進行設(shè)置或刪除。

B.數(shù)據(jù)版本更新

線路數(shù)據(jù)永久性地裝載到每個車載控制器中，這些數(shù)據(jù)包括線路描述數(shù)據(jù)，線路限速，軟件版本等，該功能的主要目的是為每個車載CC和每個ZC提供子系統(tǒng)應(yīng)用的不同有效數(shù)據(jù)。

總的來說，LC在工作時會實時定向的對ZC和CC的軟件及數(shù)據(jù)的版本進行檢測，若檢測結(jié)果并非最新版本的軟件和數(shù)據(jù)，則LC將向ZC和CC發(fā)送軟件和數(shù)據(jù)的最新有效版本。除此之外，與所有TSR有關(guān)的數(shù)據(jù)由LC向所有車載控制器（CC）發(fā)送一次。CC定期檢查TSR的有效性，并在必要時，向LC發(fā)送請求，獲取有效的TSR數(shù)據(jù)。軌旁LC能夠保證軌道不變量的描述，軟件以及TSR等為最新版本。

線路控制器LC的冗余簡析

線路控制器LC都采用熱備冗余， 由三個通道構(gòu)成， 以便具有很高的可用性。如果一個通道發(fā)生故障，系統(tǒng)的運行將不會受到干擾。OCC將得到發(fā)生該故障的通知，維護和矯正操作將被執(zhí)行，以便恢復(fù)至正常狀態(tài)。因此單個設(shè)備故障不會影響整條線路的正常運營。因為LC自身是完全冗余的，所以整條線路由一個位于控制中心的LC管理，在備用控制中心另外設(shè)置的一個LC用于備用。LC的軟件由任何線路中所有LC通用軟件以及一些LC管理相應(yīng)線路的專用數(shù)據(jù)組成。

2、區(qū)域控制器ZC

區(qū)域控制器ZC的功能簡析

區(qū)域控制器ZC采用3取2的冗余結(jié)構(gòu)配置，ZC管理每輛列車的位置并向每輛列車提供授權(quán)終點及相關(guān)變量。昆明1、2號線有三個ZC管理正線線路，ZC軟件由線路中所有ZC通用軟件及各ZC管理的區(qū)域內(nèi)一些專用數(shù)據(jù)組成。ZC提供的授權(quán)終點數(shù)據(jù)是列車被授權(quán)在ATP全面保護下運行的極限點。

區(qū)域控制器的功能及工作原理：

區(qū)域控制器ZC的主要功能為監(jiān)控列車的位置和間隔，并根據(jù)列車間的間隔和軌旁的設(shè)備狀態(tài)授權(quán)列車的運行終點。區(qū)域控制器（ZC）根據(jù)移動閉塞原理管理列車間隔，每個車載控制器CC將一直向它運行區(qū)域的ZC發(fā)送位置和速度報告，若為無通信列車、CC故障列車或非設(shè)備列車，ZC將使用二級列車檢測設(shè)備狀態(tài)，并認為整個閉塞區(qū)段被占用，無論列車在哪一種狀態(tài)只要在ATC的模式下，ZC均會為軌道上的每一輛列車分配一個AP（自動防護的安全范圍），從而防止其他列車或軌道車輛不能進入該列車的安全防護范圍。ZC了解到運行在其控制區(qū)域的每列列車的位置和速度后，將一直計算EOA（授權(quán)終點），并向每個CC發(fā)送前方能運行的自由距離即EOA信息。若ZC接收到該區(qū)域的緊急停車ESA的狀態(tài)時，它將發(fā)送給每輛列車的車載控制器CC控制列車在該區(qū)域不被授權(quán)移動，從而防護所有通信或非通信列車間可能發(fā)生的任何碰撞。

ZC根據(jù)接收的位置報告中列車位置信息的建立AP，位置報告每隔400 ms發(fā)送一次。主要信息為列車的最大和最小定位位置、速度、列車數(shù)量及其相應(yīng)的時間標記和時效性。因此，在ZC中，每列列車的AP大小和位置每隔400 ms刷新一次。

ZC為區(qū)域內(nèi)每輛列車建立一個AP，因此可以知道任何時刻每個自動防護在線路上的位置，如下圖所示。然后根據(jù)相鄰AP的位置，計算每列列車的授權(quán)限制，列車之間可以相互提供防護。

區(qū)域控制器ZC的冗余簡析

軌旁ZC由三個通道構(gòu)成，以便具有很高的可用性。因此，如果一個通道發(fā)生故障，系統(tǒng)的運行將不會受到干擾。OCC將得到發(fā)生該故障的通知，維護和矯正操作將被執(zhí)行，以便恢復(fù)至正常狀態(tài)；

昆明地鐵1、2號線正線配置有3個ZC，分別位于在南部汽車站、環(huán)城南路站（2臺）。每一個ZC管理其相應(yīng)區(qū)間的列車運行。在這種極不可能情況下，當(dāng)其中一個ZC發(fā)生故障時，該ZC所管理的區(qū)域不能正常運行（除下面所描述的站間閉塞模式之外），同時在該區(qū)段的列車將停車。臨近區(qū)間的列車仍然保持從一個區(qū)間邊界到另一個區(qū)間邊界的正常運行。

通過對前文的分析，可以看見冗余技術(shù)對于城市軌道交通信號系統(tǒng)的運行有著十分巨大的作用，合理的冗余技術(shù)對于提高城市軌道交通信號系統(tǒng)的安全可靠性有著巨大的影響。城市軌道交通信號系統(tǒng)采用冗余技術(shù)，可以在城市軌道交通信號系統(tǒng)發(fā)生故障時，重復(fù)配置的部件就會介入并且承擔(dān)故障部件的工作，這樣就可以減少城市軌道交通信號系統(tǒng)發(fā)生故障的時間，從而達到提高城市軌道交通信號系統(tǒng)安全可靠性的目的。