地铁信号系统与相关专业的接口分析

孙 慧

孙 慧:西安市地下铁道有限责任公司 工程师 710018 西安

地铁工程是一项庞大的系统工程，它涉及到城市规划、土木工程、机电设备、信息技术及环保卫生等众多领域。在建设过程中，只有各专业之间相互协调、密切配合，才能满足各专业的设计要求，充分发挥各专业的作用。信号系统作为机电设备的成员，是保证列车和乘客的安全，实现列车快速、高密、有序运行的关键系统之一。在信息化、网络化、自动化技术快速发展的今天，信号系统功能的实现不仅要与城市规划和乘客需求相结合，更需要与土建专业和其他设备专业密切配合，才能使整个系统体系得以完善，作用得以充分发挥。

1 信号系统与相关专业的接口特点

信号系统与其他专业的接口贯穿于项目建设的整个过程，且具有阶段性，在项目执行的不同阶段，接口的技术要求有不同的内容和形式。随着工程的不断推进，接口的内容逐步深化、细化和量化，形式也从定性向定量转变。在初步设计阶段，主要界定了接口双方应考虑的基本功能、预留条件、接口分界;在招标设计阶段，进一步界定了双方的供货范围、设计范围、施工范围、功能要求和管理要求;在设计联络阶段，接口双方约定接口方案、接口原则、信息传输方式、格式、内容等;在施工调试阶段，双方按既定的原则组织施工并互相配合进行相关功能的调试。为保证项目的正常进行，各专业在设计、招标、施工、设备制造和安装调试的各个阶段，都必须严格遵从接口的各项技术要求，并承担各自相应的责任。

2 信号系统与相关专业接口的内容及要求

信号系统所属领域共有规划管理类、土建结构类和设备系统类3类接口，具体包括的接口专业如图1所示。

图1 与信号系统有接口的专业

2.1 与规划管理类的接口

规划管理类主要包括:交通规划、客流预测、行车组织、工期筹划等，信号系统与这些专业的接口主要是信息接口。

交通规划向信号系统提供线路的规划情况、建设范围、规模、站点设置情况，本线路与其他线路的换乘信息，与国铁和其他地铁线路的联络线信息等;客流预测专业提供初、近、远期客流信息;行车组织向信号系统提供要求的行车间隔、运营组织原则、列车最高运行速度及平均运行速度、运行交路、初近远期的配车数等;工期筹划向信号提供整个工程的工期安排。信号系统根据这些信息确定设计范围、系统构成、系统方案、系统功能以及主要技术指标等。

2.2 与土建结构类的接口

土建结构类主要包括线路、轨道、限界、建筑结构、装修等，与这些专业的接口主要是安装接口。

1．线路专业向信号提供车站配线、线路的平纵断面图，信号专业根据轨旁设备的安装要求，向线路专业提供对线路尽头线、折返线、安全线、存车线、转换轨等的设计要求。

2．轨道专业根据信号的速度要求确定曲线的超高;预留转辙机和应答器的安装基坑、槽;提供场段的配轨图、道床类型分段图、道岔类型和结构，以供信号专业确定道岔的牵引方式及安装装置;轨道按照信号要求的位置预留信号缆线过轨管、在轨道上设置绝缘节。信号要求的过轨预埋管直径、钢轨上转辙机的安装孔、轨连线与钢轨的连接方式等应满足轨道专业的相关技术要求。

3．限界专业需要信号专业提供道岔转辙机、信号机的安装限界要求，区间电缆及支架数量、尺寸，全线信号机的布置位置等资料。

4．建筑结构根据信号专业提出的要求，在区间、车站和控制中心建筑工程中，预留信号电缆通过人防门、防淹门、站台板下、站厅结构中板、联络线和站台等的电缆通道，在结构中预留孔和部分预埋管。

5．装修专业根据信号的要求并结合装修设计在装修面板上预留车站站台上紧急停车按钮、自动折返按钮和发车指示器的安装孔，信号专业根据装修进度适时进行安装。

2.3 与设备系统类的接口

设备系统主要包括车辆、供电、通信、综合监控、屏蔽门、防淹门等，与这些专业的接口主要是信息和电气接口。

2.3.1 车辆

信号与车辆是地铁工程中最重要的2个设备系统，共同承担着运输旅客、保证安全、提高效率的任务。为有效地控制列车，需要两系统密切配合，满足各自在机械、电气、功能、安装、电磁兼容、调试等方面的接口要求。

1．在机械方面，信号系统应向车辆提供所有车载设备的尺寸和数量、安装及配线要求、相应的资料和图纸及其他的技术要求等。车辆应根据信号系统提出的信号设备安装要求，设计并提供车载设备的安装空间及条件并负责安装，为车载信号设备间的连接线缆提供路径及防护措施，为车载设备提供电源及相应的断路保护装置、适宜的设备工作环境等。

2．在电气方面，信号系统应向列车提供信号设备的消耗功率、从车辆引入的连接线数量、特性和功能要求、所有控制逻辑输出、列车线和安装线路要求、电磁兼容要求、设备接地要求、电气接线图、车门/屏蔽门开门允许信号响应时间和其他相关的技术文件等。车辆应向信号提供用于信号设备的DC 110V电源及断路器的特性、列车线缆的特性、列车牵引和制动特性、与列车管理系统通信的协议和响应时间、列车接到命令到执行等文件。二系统应协商模式选择开关、模式开关位置及功能定义。

3．在功能方面，信号和车辆系统能有效地配合，在规定的模式下能有效地控制列车前进、后退和折返，能正确地控制车门的开启和关闭，在危险情况下对列车实施紧急制动，ATO模式下站台停车时应能满足停车精度要求。在信号系统全功能使用时，应向车辆提供运行方向、牵引/制动力的增减及变化率、开/关左/右门、允许开/关门信息，能控制、确定驾驶模式，切换控制等级，驾驶室的换端。车辆应向信号系统提供牵引、常用制动、紧急制动的故障和失效信息，牵引/制动主控器状态、门状态信息、列车完整性信息、司机对列车驾驶模式的选择信息、司机室激活信息、运行方向设置信息、车辆产生的紧急制动信息等，车辆应能实现信号车载单元的切除功能以旁路信号对行车的控制和监督。

信号系统与车辆控制系统接口分界点在车载ATC控制柜外线接线端子排。

2.3.2 供电及低压配电

低压配电专业根据信号专业提出的设备用电点供电要求，来提供相应配电箱或转换箱，两者的物理接口分界点在配电箱出线端。根据信号系统提出的设备用房及维修管理用房的用电要求，由中、低压供电配置相应的照明及电源插座。

信号专业提出信号轨旁设备对牵引回流、均流电缆在钢轨上的连接位置要求，并配合牵引供电专业确定其连接点及回流箱位置。两专业应相互配合以保证信号轨旁设备不与牵引供电的接触网设施发生位置冲突。另外，供电系统应向信号系统提供杂散电流防护绝缘节位置，及对轨旁信号设备的接地防护相关要求等资料，并按照信号专业的要求，在车站、控制中心、车辆段信号设备室、维修中心、培训中心、试车线设备室提供接地电阻不大于1 Ω的接地母排(区间接地的接地扁钢由通信专业设计并提供)。

2.3.3 通信系统

信号与通信系统的接口包括:传输系统、无线系统、乘客信息系统以及时钟系统等的接口。

通信传输系统为信号系统在各车站、车辆段/停车场、控制中心提供10Mb/s的以太网通道和RJ-45的电气接口。接口分界点在通信设备室配线架出线端。

信号系统在控制中心通过RS-422接口为无线系统提供列车的位置、目的地、车次号、运行方向、乘务组号、服务号、车组号信息以及列车出入场段、联络线的信息。通信双方互发心跳信息以确认双方的通信连接正常。接口分界点在控制中心信号设备室配线架外线端。

信号系统在控制中心通过RS-422接口为乘客信息系统提供列车停靠站台信息(当列车从转换轨进入正线或折返时发送)、站台信息(包括车站号、站台号、各站台当前后两列车的目的地号、车组号、车次号、服务号、司机号、到站时间、发车时间、到站时间倒计时、跳停信息等)。通信双方互发心跳信息。接口分界点在控制中心信号设备室配线架外线端。

时钟系统在控制中心、车辆段/停车场通过RS-422接口为信号系统提供时钟校准信息。接口分界点在通信设备室配线架外侧。

2.3.4 综合监控系统

信号系统与综合监控系统在控制中心通过冗余以太网方式进行通信，信号系统向综合监控系统提供列车信息(列车位置、列车类型、列车识别号、早晚点、列车进/出场段信息等)、计划时刻表更新信息、用于提供给广播系统的列车预到站信息、列车到站/离站信息;综合监控系统向信号系统提供牵引供电信息、火灾报警信息。双方互发心跳信息。接口分界在控制中心信号设备室配线架外侧。

信号系统与综合监控IBP盘在各车站控制室通过硬线进行连接;综合监控系统按照信号系统所提的工艺设计及布置要求，提供IBP盘上与信号相关的按钮(扣车/终止扣车、紧急停车/取消紧停、灯测试、报警切除、计轴区段复位等)及表示灯;信号系统采集按钮的状态、执行相应的功能，驱动IBP盘上与信号有关的表示灯。接口分界在车站控制室综合监控系统IBP配线架外线侧。

信号系统与综合监控大屏幕显示系统通过冗余以太网方式连接，信号系统提供背投接口工作站和基于大屏分辨率的大屏HMI应用软件;大屏显示系统提供在该工作站上用于将本地显示画面进行显示的远程显示软件。信号系统为大屏显示系统专门提供一个轨道视图窗口，窗口中显示所有的主要对象，如车站、轨道、道岔、信号机、列车等。接口分界点在大屏幕显示控制器网络接口处。

2.3.5 屏蔽门系统

信号系统与屏蔽门系统通过继电方式进行接口，分界点在各站的站台屏蔽门设备室PSC的接口端子盘上。信号系统提供2组干接点用于当列车停在站台规定的停车窗时，向屏蔽门系统发送持续稳定的“开门命令”和“关门命令”(持续时间≥0.2 s视为有效)，此命令保持至下次命令发送时消失，屏蔽门系统根据信号系统发送的开/关门命令正确控制相应的门单元开/关门;屏蔽门系统提供1组干接点用以发送持续、稳定的“所有门关闭且锁紧”信息，信号系统收到此信号后，才允许列车进入站台或从站台发车;屏蔽门系统还提供1组干接点，用于当屏蔽门“故障”状态时，通过操作PSL上自复位钥匙开关向信号系统发送实时的“互锁解除”信号，解除“所有门关闭且锁紧”信号与信号系统的互锁关系。

2.3.6 防淹门系统

信号系统与防淹门系统通过继电方式进行接口，接口分界点在防淹门设备室的接口端子盘上。

当需要关闭防淹门时，防淹门操作员按下防淹门关闭请求按钮，信号系统接到请求关闭信息后，根据进路排列情况和列车运行情况对信号系统涉及安全的相关元素进行确认和处理后，向防淹门系统发出允许关门信号;防淹门系统向信号系统提供防淹门的开启状态信息，如果信号系统未能不间断地收到防淹门完全开启信息时，两端车站均不能再向相应线路设置进路，若已设置进路，则防淹门防护信号机应立即关闭并封锁。

3 接口建议

由于信号系统所涉及的接口专业较多，交互信息复杂，各专业的介入时间也有先有后，因此信号系统应从建设角度出发，根据各专业的工期计划和接口技术要求，制定出合理的接口协调计划，为各专业有序开展工作提供条件。此外，信号系统涉及行车安全，与其他专业接口时理应从安全角度出发，关键信息采用硬线传输，网络连接时应设置防火墙。

［1］董向阳．地铁建设中的技术接口管理［J］．城市轨道交通研究，2003(3):16－19.

［2］西安市地下铁道有限责任公司．西安市地铁二号线一期工程(北客站～会展中心)初步设计［R］．2007.

［3］GB50157－2003.地铁设计规范［S］．北京:中国计划出版社．2003.

［4］禹宏鹏，徐伟．城市轨道交通车辆与信号系统接口分析［J］．电力机车与城轨车辆，2010．33(4):43－44.

［5］西安市地下铁道有限责任公司．西安市地铁二号线一期工程正线信号系统集承采购招标文件［R］．2008.

［6］赵加建．在地铁建设、运营中屏蔽门系统与相关专业的接口分析［J］．现代城市轨道交通，2009(5):15－17．

［7］西安市地下铁道有限责任公司．西安市地铁二号线一期工程正线信号系统设计联络文件［R］．2010.