城市轨道交通信号维护支持系统研究

樊国林

（中铁第四勘察设计院集团有限公司，430063，武汉∥高级工程师）

城市轨道交通信号维护支持系统研究

樊国林

（中铁第四勘察设计院集团有限公司，430063，武汉∥高级工程师）

信号维护支持系统是提高城市轨道交通信号部门维护水平和维护效率的重要设备。根据目前信号维护设备配置现状，提出为城市轨道交通信号系统配备量身定做的维护支持系统。介绍了信号维护支持系统的结构、实现功能和设备配置。信号维护支持系统在每个正线车站、车辆段/停车场以及控制中心配备维护设备，并通过通信专业提供的传输通道组建独立的信号维护支持网络。该系统可实现信号设备的远程监测，智能分析信号设备故障原因，为维修人员及时发现信号设备隐患提供了可靠保障。

城市轨道交通；信号维护支持系统；远程监测；智能分析

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

城市轨道交通信号系统是运营生产的关键设备，日益增长的客流对信号设备安全、高效运行的要求越来越高［1］。为满足运营需求，迫切需要一个为城市轨道交通信号系统量身定做的信号维护支持系统。

1 信号维护设备配置现状

城市轨道交通信号系统通常由正线信号系统（移动闭塞或准移动闭塞）和车辆段/停车场的国产计算机联锁系统两部分组成。

车辆段/停车场计算机联锁系统分别配置一套独立的微机监测设备，完成对车辆段/停车场范围内所有信号设备的监测。正线信号系统的主要子系统ATS（列车自动监控）、ATP（列车自动防护）和ATO（列车自动运行）从国外进口，正线信号维护设备配置现状为：ATS中包含了ATS、ATP、ATO的设备故障报警提示功能；国内配套的信号电源系统组建了专用的电源屏监测网络；转辙机、信号机、电缆绝缘测试等，以及信号系统内部各子系统间、信号系统与其它系统接口部状态尚没有进行有效的监测。

正线信号设备监测的信息不全，部分信号设备采集的状态及报警信息分散于不同的系统，且系统间不能共享数据，信号维护人员在使用这些数据时需花费很大的精力进行查询、筛选，这些都增加了故障抢修的难度、延长了故障处理时间［2］。

信号系统核心设备ATS、ATP、ATO的状态及报警信息与ATS共网，一旦ATS网络发生故障，将失去对信号设备的维护支持功能。然而，ATS主要服务于运营调度，如果在ATS中增加信号设备状态及报警信息的采集数量、频次及故障诊断功能，势必影响ATS服务于运营的效率，且ATS软件受外商控制，任何维护数据的改动都会引起维护费用的大幅度增加。

2 主要技术要求

（1）信号维护支持系统应组建单一、独立的维护支持网络，以适应不同系统供应商提供的不同制式（准移动闭塞、移动闭塞）、不同类型的信号系统。配备的设备应小型化、模块化，适应城市轨道交通设备集中站、非设备集中站、车辆段/停车场、控制中心等现场配置的不同要求。

（2）信号维护支持系统应采用成熟可靠的技术手段，实现信号设备运用过程的动态实时监测、数据记录、统计分析，监测范围应包括计算机联锁、ATS、ATP、ATO、智能电源屏、UPS（不间断电源）、计轴、数据传输系统（DCS）、道岔、信号机等所有信号设备［3］。

（3）信号维护支持系统应能监督、记录信号系统与电力、通信、屏蔽门等系统结合部的有关状态。

（4）信号维护支持系统采集设备与被监测设备间必须有良好的电气隔离措施，任何情况下不得影响信号设备的正常工作；采集的数据应满足实时性、完整性、准确性要求，采集的信息应能与其它系统互联互通，实现资源共享。

（5）信号维护支持系统模拟量采集器须经过标准计量器具校核，测试精度应满足技术要求。

（6）信号维护支持系统可通过对信号设备工作信息的实时采集和智能分析，评估信号系统的运行质量，当信号设备的主要电气性能或机械特性偏离预定界限时应及时预警。

（7）信号维护支持系统应能及时记录监测设备的异常状况，并对设备故障进行分类及报警。

（8）信号维护支持系统应具有一定的故障诊断能力，当信号设备出现故障时，能根据设备的电气参数变化和关联信号设备的状态信息，给出故障定位和故障处理建议。

（9）信号维护支持系统与计算机联锁、计轴、电源屏、UPS、DCS、ATS、ATP/ATO等智能设备接口，实现对智能设备的远程监测功能。

（10）信号维护支持系统应具有抗电化干扰能力。

3 系统方案

信号维护支持系统采用二层三级网络结构，即线网维护中心、线路维修中心二层维护网；线网维护中心、线路维修中心、车站三级网络结构［4］。如图1所示。

图1 线网维护支持系统构成示意图

每条线路配置的信号维护支持系统的构成如图2所示。线网维护中心至线路维修中心利用通信专业提供的传输通道组建信号维护支持系统上层传输网络，线路维修中心至各站及控制中心间利用通信专业提供的传输通道组建信号维护支持系统下层传输网络。

图2 线路维护支持系统构成示意图

4 系统功能

信号维护支持系统提供以下功能：

（1）信号维护支持系统从控制中心ATS服务器获取并显示线路、站场、列车运行状态、行车人员操作等信息。

（2）信号维护支持系统从中央ATS服务器获取并显示轨旁ATP/ATO设备状态及报警信息。

（3）信号维护支持系统经控制中心ATS中央服务器获取并显示车载ATP/ATO设备的状态及报警信息。

（4）DCS通过数据接口向信号维护支持系统自主上报报警信息，周期性地传输DCS网络设备的在线状态及信息流量，在特定的信号维护终端上可通过IE浏览方式实现对DCS网络设备的远程监测及故障分析。

（5）计算机联锁系统通过设备集中站数据接口或控制中心接口计算机向信号维护支持系统提供站场信息、控制台所有按钮开关量信息、计算机联锁系统自身状态信息及报警信息，在特定的信号维护终端上可通过IE浏览方式实现对计算机联锁设备的远程监测及故障分析。

（6）计轴系统通过数据接口向信号维护支持系统自主上报报警信息，周期性地传输计轴设备的状态信息及报警信息，在特定的信号维护终端上可通过IE浏览方式实现对计轴系统的远程监测及故障分析。

（7）智能电源屏向信号维护支持系统自主上报电源屏报警信息，周期性地传输智能屏的状态信息，在特定的信号维护终端上可通过IE浏览方式实现对智能电源屏的远程监测及故障分析。

（8）UPS通过数据接口向信号维护支持系统自主上报报警信息，周期性地传输UPS及电池的状态信息，在特定的信号维护终端上可通过IE浏览方式实现对UPS的远程监测及故障分析。

（9）智能灯丝报警装置向信号维护支持系统自主上报信号机灯丝状态及灯丝断丝报警信息，故障定位到每架信号机的每个灯位，在特定的信号维护终端上可通过IE浏览方式实现对信号机灯丝的远程监测。

（10）信号维护支持系统可对各车站外电网综合质量（电压、电流、功率）进行远程监测，当外电网发生断电、缺相、相序不对等故障时提供报警功能。

（11）信号维护支持系统能对转辙机动作电流、动作时间、转换方向、表示电压等参数进行监测。

（12）信号维护支持系统可完成对车辆段/停车场50 Hz相敏轨道电路继电器端电压的监测。

（13）信号维护支持系统可对紧急关闭按钮电路、信号系统与屏蔽门接口电路、线网联络线接口电路、正线与出入场线接口电路、车辆段/停车场与试车线接口电路等进行监测。

（14）信号维护支持系统还可对电缆绝缘、电源对地漏泄电流、信号机房温度/湿度、室内熔丝报警、关键继电器状态等进行监测。

（15）当信号维护支持系统实时采集的数据偏离预定界限时及时发出预警信号；当信号设备发生故障时，能自动提取故障发生时刻前后若干分钟相关设备的状态数据，生成数据回放文件，在同一个回放界面上进行显示，并给出故障定位和故障处理建议。

（16）信号维护支持系统能输出反映信号设备电气特性的实时值报表、实时曲线、日报表、日曲线、月曲线和年曲线，反映设备不同时段的电气特性变化趋势。

（17）信号维护支持系统提供信号设备全寿命期档案管理功能，为每台信号设备建立档案，档案管理信息包括设备型号、生产日期、上道时间、主要技术参数、电气特性、安装位置、设备维修和维护记录等。

（18）信号维护支持系统根据信号设备的维护周期、使用次数、工作状态和预警信息，自动生成维护建议。

（19）信号维护支持系统监测到信号设备故障报警，可确定报警级别，对二级以上报警立即提供声光提示并在维护终端上显示，以便维护调度根据报警的紧急程度和报警处理预案，启动相应的报警处理流程。

5 系统设备配置

（1）线网维护中心设备配置：设置独立的电源供电系统（含UPS），配置1台应用服务器以便共享线网内信号维护资源，设置1台防病毒服务器管理各线路信号维护支持系统的防病毒软件、1套网管工作站管理信号维护支持网络及通信前置机、防火墙、交换机（或路由器）等网络设备，根据需要设置若干台线网中心维护工作站，采用与信号系统相同的网络时钟。参见图3。

图3 线网维护中心设备配置

（2）线路维修中心设备配置：配置独立的电源供电系统，配置2台数据库服务器及1套磁盘阵列存放信号设备的状态及报警信息，设置1台WEB服务器实现对智能设备的远程监测，根据需要设置若干台线路中心维修工作站以及必要的网络设备。如图4所示。

图4 线路维修中心设备配置

（3）控制中心设备配置：从控制中心ATS、ATP/ATO、DCS采集的信息尽量利用信号系统在控制中心设置的接口计算机上传至信号维护支持系统，如果因技术原因不能利用信号系统设置的接口计算机时，应在控制中心设置1台接口计算机。在线网的维护中心还没有建成时，时钟同步信息从控制中心的接口计算机引入信号维护支持系统。另外还需在控制中心配置必要的网络设备。如图5所示。

图5 控制中心设备配置

（4）设备集中站设备配置：配置1套车站采集设备，根据需要配置1台车站维护工作站，以及必要的网络设备。信号智能设备的状态及报警信息通过通信接口机上传至车站采集设备。计算机联锁设备的状态及报警信息视不同的供应商提供的产品，可在设备集中站接入信号维护支持网络，亦可通过控制中心ATS服务器接入信号维护支持网络。如图6所示。

图6 设备集中站设备配置

（5）非集中站设备配置：非集中站智能电源屏与UPS的状态及报警信息通过必要的网络设备接入信号维护支持网络。如图7所示。

图7 非集中站设备配置

（6）车辆段/停车场设备配置：车辆段/停车场各配置1套车站采集设备，并配备必要的网络设备，车辆段/停车场智能设备的信息通过通信接口机上传至车站采集机柜。如图8所示。

图8 车辆段/停车场设备配置

6 接口

（1）线网维护中心至各线路维修中心之间的数据通道带宽不小于100 Mbit/s，线路维修中心至各站、控制中心、车辆段/停车场的数据通道带宽不低于10 Mbit/s。

（2）信号维护支持系统采集机柜与计算机联锁系统及计轴系统之间采用带光电隔离的RS 232/ 422标准串行接口，与智能电源屏之间采用RS 485接口，与智能灯丝报警仪之间采用串行通信接口。信号维护支持系统在控制中心设置的接口计算机与ATS中央服务器间采用以太网连接。

（3）信号维护支持系统采集的轨旁ATS、ATP、ATO设备的报警信息通常已由信号智能设备定位至板级，该板级应与提供的备品备件相对应，不同的信号系统供应商提供不同的ATP/ATO设备，信号维护支持系统与轨旁ATP/ATO接口时应对报警信息列表进行确认。

（4）信号维护支持系统接收车载ATP/ATO设备的报警信息，由于不同的供应商提供不同的车载ATP/ATO设备，信号维护支持系统与车载ATP/ ATO接口时应对车载设备报警信息列表进行确认。

（5）信号维护支持系统在控制中心设置的接口计算机与DCS服务器接口，获取DCS状态及报警信息，信号维护支持系统需与DCS共同确认报警信息列表。

7 结语

本信号维护支持系统具有良好的兼容性、灵活性、可扩展性及系统开发的延续性，提升了信号维护支持系统的可用性。信号维护支持系统与ATS系统分网设计，避免了维护信息与行车管理信息间的相互干扰，克服了ATS网络故障时维护系统不能发挥作用的缺陷。线网内配置该信号维护支持系统，便于维保部门对信号系统集约化维护管理，共享线网内信号维护资源，提升信号维护部门处理故障的能力。该系统全部为国产化设备，系统维护及时、维护费用较低，当用户需求发生变化时，对软件的修改成本较低且不影响行车。

目前，本信号维护支持系统已成功应用于上海轨道交通12、13、16号线及郑州轨道交通1号线。

［1］ 杜平.城市轨道交通信号系统的发展［J］.铁道通信信号，2010（5）：56.

［2］ 严波，李旭宏.城市轨道交通信号系统的维护与保养模式［J］.城市轨道交通研究，2005（5）：39.

［3］ 周庭梁，张兵建.地铁的信号维护支持系统［J］.城市轨道交通研究，2010（8）：101.

［4］ 贾萍.完善城市轨道交通信号维护支持系统的必要性［J］.中国铁路，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）