浅谈城市轨道交通信号ATS系统与主控牵引供电的接口

陈 微 吴应攀 辛 骥

陈 微:广州地铁通号中心 工程师 510000 广州

吴应攀:广州地铁通号中心 助理工程师 510000 广州

辛 骥:广州地铁通号中心 工程师 510000 广州

城市轨道交通信号系统的专业接口多而复杂，特别是与牵引供电的接口，一旦设备出现故障，在人机交互界面 (HMI)上就会显示错误的供电信息，给线路的正常运营造成不便。本文在介绍信号与主控牵引供电接口原理的基础上，详细讲述了广州地铁3号线处理牵引供电信息系统故障的方法及步骤。

1 信号系统与主控系统接口

信号系统与主控系统的接口在车站控制室和控制中心。在车站控制室，为车站行车值班员进行“紧急停车/扣车/放行”操作提供接口;在控制中心，ATS子系统通过以太网接入主控系统的中心交换机，接口类型一般为IEEE802.3 10/100BASE-TX以太网 (一主一备)，协议类型为TCP/IP。高层协议由主控系统统一提出。广州地铁3号线采用MODBUS协议，信号系统负责进行通信规约和接口的转换，以满足数据传输的要求。

信号系统为主控提供:运行时刻表、实时的列车位置及识别号、列车实际的区间运行时间或阻塞、旅客向导等信息。主控为信号系统提供:牵引供电、火灾报警、实际客流及客流统计报告、对信号与主控之间的通道检测等信息。

控制中心信号系统与主控系统接口为各种信息的传输提供了通道，即各种信息的硬件传输通道是相同的。对于非事件触发且传输不频繁的数据，采用FEP协议，而对于有事件触发或者传输比较频繁的数据，采用MODBUS TCP/IP协议。同时，由同一种协议传输不同类型的数据，采用不同的功能码加以区分。

2 MODBUS TCP/IP协议

主控系统的FEP配置为主机，信号系统的DL工作站配置为从机，主机每500 ms向从机发送一次轮询报文。MODBUS TCP/IP协议的报文格式包括报头、功能码和数据3个部分，如图1所示。其中报头包括:①2个字节的报文序列号，例如0X0B 0X40表示第0X0B40=2880条报文;②2个字节的协议标志，恒为0X00 0X00;③2个字节的长度标志，以字节计，表示自单元标志开始的数据长度，例如0X02 0X53表示其后有0X0253=595字节数据;④1个字节的单元标志，恒为0XFF。

图1 MODBUS TCP/IP协议的报文格式

从机报文的报文序列号、协议标志和单元标志是从主机拷贝的。功能码为1个字节:0X04表示读输入寄存器，即主控FEP读取信号相应寄存器的数据;0X10表示预置可写寄存器，即主控FEP向信号相应寄存器写入数据，写入的数据其实就是牵引供电信息。每一个寄存器有16位。主控FEP向信号发送报文功能码后，跟随有2个字节的读写寄存器起始地址和2个字节的读写寄存器数量，从而确定了读写寄存器的范围。

3 牵引供电信息的传输原理

牵引供电信息通过接口，从主控的FEP传输到信号系统的DL工作站，再经过信号系统SRS的处理，最终在HMI上显示出来。牵引供电信息的传输采用MODBUS TCP/IP协议，其信息传输的流程如图2所示。

图2 牵引供电信息传输流程

若信号与主控的链接中断 (一般是信号重启SRS和DL工作站)，主控会以5 s的周期不断地发送状态检测报文，检测信号设备的状态，直到设备状态正常。该报文请求读取以寄存器01开始的寄存器数据，即读取寄存器01的数据。

信号可读寄存器01的低2位表示信号设备的状态:01表示数据无效，10表示信号有效。当信号系统接收到该报文之后，如果信号设备准备就绪，将会发送表示信号设备有效的报文，否则发送无效的报文。

当主控系统检测到信号设备可用之后，将会以500 ms的周期不断地发送轮询报文，从信号设备获取运营信息。典型报文:0X00 0X05 0X00 0X00 0X00 0X06 0XFF 0X04 0X00 0X01 0X01 0XD7表示读取以寄存器01开始的0X01D7=471个寄存器的数据。

信号系统接收到该报文之后，将会返回主控需要的线路运营信息。如果是第一次接收到该轮询报文，信号系统会将寄存器02的最低一位置为1，表示请求牵引供电信息，如0X00 0X05 0X00 0X00 0X03 0XB1 0XFF 0X04 0X00 0X00……(功能码0X04之后的0X00表示字节个数，在此无效，恒为00);否则，该位为0。

主控系统在接收到牵引供电请求之后，将会发送牵引供电信息。该报文将以寄存器0X01F5=501开始的8个可写寄存器数据预置。

信号可写寄存器501—508共8个寄存器128个位，每2个位表示一个牵引供电区段的状态:00和11表示不确定、01表示带电、10表示掉电。牵引供电区段与寄存器位的对应关系如表1所示。信号系统收到牵引供电信息之后，保存该信息，并在HMI上显示。如果某一牵引供电区段带电，相应轨道上不会有显示;否侧，将显示2条绿色的直线。

信号系统接收到牵引供电信息之后，将返回主控确认报文。

主控系统接收到信号系统返回的确认报文之后，将会立即发送牵引请求复位的报文，复位信号对牵引供电的请求。信号系统接收到该报文之后，将牵引供电请求位置0，不再请求牵引供电信息，牵引供电信息保持不变，直到再次重新连接，或者主控检测到牵引供电信息改变。

主控系统检测到牵引供电信息出现更新时，会主动再次向信号系统发送可写寄存器的报文，将更新的牵引供电信息写入可写寄存器。信号系统接收到该报文之后，更新并存储更新之后的牵引供电信息，同时更新HMI的显示。

4 牵引供电信息故障的处理

牵引供电信息故障主要是HMI显示的牵引供电信息与现场情况不一致，包括2种情况:HMI显示牵引掉电而现场为牵引供电，HMI显示牵引供电而现场显示牵引掉电。

表1 牵引供电区段与寄存器位的对应关系

4.1 牵引供电信息报文的阅读

在处理牵引供电信息故障的时候，需要阅读牵引供电信息报文。在报文中搜索内容“0X10 0X01 0XF5 0X00 0X08 0X00 0X10”，将其后16个字节的数据转换为二进制之后，从左到右自上而下依次填入表1所示的牵引供电信息与寄存器位的对应表中，即可得出结论。

4.2 牵引供电信息故障的处理流程

3号线信号维护人员处理牵引供电信息故障的流程及方法如图3所示。

当出现HMI显示牵引供电信息与现场不一致时，立即查看MODBUS报文，找到最新的由主控发向信号系统的牵引供电信息 (写入可写寄存器)报文。需要注意的是一定要找到最新的供电信息报文，因为HMI是根据最新的牵引供电报文显示牵引供电信息的。为此，可从文件最底端向上搜索，若未找到，继续查看上一个文件，依次类推。

轨道区段与寄存器位的映射关系:轨道区段→供电区段编号→寄存器位。

1．牵引供电区段与轨道区段的对应关系可查看相关工程图纸，以便得到故障区段的牵引供电区段编号。

2．找到最新的牵引供电信息报文之后，依据该供电区段编号，按照上述方法阅读报文得到故障牵引供电区段的牵引供电信息 (00、01、10、11)。

图3 3号线信号维护人员处理牵引供电信息故障的流程及方法

3．将报文的信息与HMI显示对比即可判断报文信息与HMI显示是否一致。如果报文信息与HMI显示不一致，则证明是SRS或者DL工作站软件出错，可待运营结束之后，重启SRS和DL工作站。若未恢复则重装SRS和DL工作站软件。若还未恢复则证明故障原因为软件缺陷，需联系供货商升级软件。如果报文信息与HMI显示一致，则故障原因可能是信号与主控连接中断或者主控专业问题。此时可以分别在2个DL工作站上ping主控FEP的 2个 IP地址 192.168.70.11和192.168.70.12。若能够ping通 (有一条链路ping通就行)，则证明信号与主控链接正常，故障原因在主控一方，通知主控人员检查其设备;若不能ping通，则证明信号DL工作站到主控FEP的链接中断，联系主控人员一起检查并恢复链路。

5 结束语

本文从系统需求、软硬件的设计和实现方面，详细讲述了广州地铁3号线ATS与主控关于牵引供电信息的接口，以及信号方面关于牵引供电信息故障的处理流程和方法，可为城市轨道交通信号关于接口的设计、施工和维护提供参考。

［1］ 王长林，林颖.列车运行控制技术［M］.成都:西南交通大学出版社，2006.