地铁信号系统功能分析

高京显+黄毅

摘要：随着城市地铁的快速发展，地铁已经成为了城市交通的主力。为了方便人们出行，保证地铁的安全、可靠、高效的运行是地铁运营的重点。在城市轨道交通系统中，信号系统是一个集行车指挥和列车运行控制为一体的重要的机电系统。它直接关系到城市轨道交通系统的运营安全、运营效率，保证列车快速、高密度、有序的运行。

关键词：城市轨道交通；信号；移动闭塞；后备系统；列车自动控制

在南昌地铁一号线中信号系统可在两种模式下运行：CBTC模式及后备模式。列车控制系统（CBTC）根据移动闭塞原则，提供基于无线通信的列车控制系统，在CBTC模式下MAU接收来自ATS的进路请求，然后沿着ATS请求的进路，以列车报告的位置起始为列车计算LMA（移动授权限制）。；后备系统是基于固定信号机的列车运行保护系统，当CBTC模式失效或特殊需要时，能启动降级或后备运行模式组织列车正方向运营。本文对信号系统的结构及功能实现进行介绍。

信号系统的架构及功能

信号系统由列车自动监督（ATS）、车载控制器（VOBC）、区域控制器（ZC）和数据通信系统（DCS）构成。各子系统相互渗透，实现地面控制与车辆控制，本地与中央控制相结合实现集行车指挥、自动驾驶及运行调整为一体的自动控制系统。

列车自动监督（ATS）：ATS是一个非安全系统，它为ATS操作员提供人机接口界面，分成本地和中央ATS系统。正常工作控制权限在中央，中央可下方权限到本地。ATS在线路显示屏上显示列车具体位置，同时也提供接口软件执行其它各种功能，如临时限速、车站跳停等。 ATS负责精确地排列列车进路。ATS负责把进路命令只发送到与进路相关的控区中。ATS工作站可用来显示线路全貌或时刻表。采用冗余的网络（双网）连接到DCS骨干网，并配有数据记录器（单独的PC），用于记录联锁站发送和接收的网络信息。

车载控制器（VOBC）：列车上的车载控制器VOBC和轨旁的区域控制器ZC是系统安全型部件，它们通过非安全的数据通信系统（DCS）进行通信，但端到端的连接是安全的。这是因为安全设备在它们生成的每一条报文中都包含序列号和循环冗余码校验（CRC），然后对该报文进行鉴定。对序列号和CRC的鉴定算法只有安全设备才能识别，因此可以防止DCS系统中非安全设备的干扰。VOBC通過检测轨道上的应答器与检索数据库中数据来建立列车的位置。VOBC测量应答器之间的距离，并通过速度传感器信号计算探测到应答器后列车的行驶距离。数据库包括了所有相关的线路信息，包括应答器位置，车站停车位置，坡度，土建限速，道岔位置和信号机位置等。VOBC接收MAU发送的LMA（适用于所有通信列车的移动授权），确定列车在其LMA范围内的停车点，停车点至少在LMA的端点之前一个安全距离。

区域控制器（ZC）：包括MAU和PMI，负责所有的联锁控制。所有轨旁设备，如信号机、道岔、EAK和B信标，用继电器通过SER里面或外面的CTF架与ZC接口。在CBTC模式下，MAU接收来自ATS的进路请求，然后沿着ATS请求的进路，以列车报告的位置起始为列车计算LMA（移动授权限制）。LMA将限制到ATS进路上的最近障碍物，或如果没有障碍物，将到最大距离（离线建立的），确保只有必要的轨道和设备为列车预留。如果列车的ATS进路与道岔交叠，MAU会请求执行通过联锁区域的PMI进路；当PMI报告要求的进路已授权后，MAU才延伸LMA通过该进路。当MAU确定受控列车的移动授权能够通过信号机时，MAU将给PMI发送旁路信号命令，由MAU设置信号机为允许显示（在固定闭塞原理下，该信号机通常是限制显示）。MAU知道其控区内所有列车的准确位置，并通过系统确定何时可以安全的延伸列车的移动授权，从而旁路移动授权内的信号机。列车在控制模式下运行（ATO、ATPM）并用LMA建立其停车位置，应用移动闭塞运行。MAU基于设备及系统中其它列车状态决定移动授权，MAU与VOBC及设备间进行连续的通信，并使用这些信息和请求的进路来不断地确定和发送LMA给每列列车以实现移动闭塞列车控制。MAU也与相邻的MAU进行通信，以监督相邻MAU的健康状态、为通过边界的列车请求LMA、发送/接收邻近边界区段内的非通信障碍物和非通信列车的状态。

PMI：PMI执行由ATS触发并由MAU请求的进路，控制和监督信号机和道岔状态，保证设备联锁。PMI接收所有轨旁设备包括站台门状态，且PMI向MAU发送信号状态。PMI具有通用软件，通过联锁表为每个联锁区域定制不同的联锁关系。

数据通信系统（DCS）：所有设备都和数据通信系统（DCS）相连。DCS设备包括：轨旁光纤骨干网，AP（轨旁无线设备），车载无线设备，车站和控制中心的网络和骨干交换机。

CBTC模式：

CBTC 系统可由传统的列车自动控制（ATC）信号系统部分组成：列车自动运行（ATO），列车自动防护（ATP）和列车自动监督（ATS）。CBTC通过ATS（提供监督功能）、PMI/MAU（提供联锁及安全移动授权功能）及车载VOBC实现其功能。在CBTC模式中，当ATS命令进路时，ATS生成进路请求给MAU，MAU通过预留相应ATS进路请求路径上的轨旁设备，安全执行和授权该进路。这种预留是唯一的，两列列车的预留不能交叠。MAU负责轨道上列车移动及间隔的安全，PMI会根据其它子系统的请求排列并锁闭道岔。PMI也提供现场设备接口。轨旁子系统将提供移动闭塞的运营。

后备模式：

当区域控制器处于后备模式运行时，PMI负责所有的联锁功能、列车运行和间隔。轨旁子系统将提供固定闭塞的运营。当MAU子系统发生故障时，系统能够降级到后备模式，不影响系统的安全。PMI被命令进入后备模式，所有进路请求直接到PMI而不经过MAU。后备模式时，PMI完全负责联锁。得知信号模式切换到后备（固定闭塞）后，PMI将完全负责联锁，并切换到接受ATS的进路请求并且忽略所有MAU进路请求。ATS操作员向PMI发送进路命令，PMI将根据固定闭塞信号规则设置转辙机和信号机。然后，列车操作员根据轨旁信号机显示以RMF模式驾驶列车。如果进入IATP模式的条件都满足，则列车可以转换到IATP模式。

总结：

随着全国地铁的快速发展，为了满足乘客对地铁安全、高效、快捷的要求。信号系统也在不断进步，为地铁的发展而努力。endprint