地铁信号系统ATS子系统冗余功能分析

黄毅 胡文龙

摘  要：南昌地铁1号线采用上海电气泰雷兹的SelTrac@CBTC信号系统，该系统直接关系到城市轨道交通运营的安全、正点。文章就ATS采用的冗余方式进行分析，并对ECPC设备的冗余措施保证信号系统的可靠性及可用性方面进行探讨。

关键词：信号;ATS;冗余;ECPC

中图分类号：U231.7        文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2019）24-0083-02

Abstract： The SelTrac@ CBTC signal system of Shanghai Electric Therese is adopted in Nanchang Metro Line 1， which is directly related to the safety and punctuality of urban rail transit operation. This paper analyzes the redundancy mode adopted by ATS， and discusses the redundancy measures of ECPC equipment to ensure the reliability and availability of the signal system.

Keywords： signal; ATS; redundancy; ECPC

1 列车自动监控系统（ATS）功能

ATS是CBTC系统重要子系统之一，与CBTC的其他子系统一起，实现了轨道交通行车安全和效率所需的各项功能。ATS子系统是为CBTC系统提供全面系统管理的工具，它作为系统和操作人员（即行车操作人员，维修人员等）之间的接口，提供ATS必需的自动控制功能。ATS系统为操作人员提供了符合人机工程学的对话操作界面，操作人员非常容易学习接受并掌握。由于ATS是一个非安全子系统，其本身不承担安全责任，所以所有的ATS发出的命令，需要行车操作人员经过两次确认后生效。

ATS子系统的主要功能包括：信号相关设备的状态和性能监督;列车进路控制和分配：列车时刻表和运行间隔的调整;列车的跟踪;ATS操作员的人机界面;自动获取系统运行数据和并能形成所选日志报告;保存设备运行情况回放及记录事件。

ATS控制方式有中央级控制、车站级控制、紧急控制PC操作（ECPC）。

2 列车自动监控系统（ATS）冗余方式

2.1 中央ATS冗余方式

中央ATS配置了2个SRS服务器，双机热备模式。当主用SRS服务器故障时，备用SRS服务器自动变为主用服务器，对系统运营没有任何影响。在ATS界面会提示故障报警信息。

2.2 中央ATS故障后的后备冗余

当中央两台ATS服务器都故障的情况下，CBTC系统将会自动切换至车站ATS本地控制模式，列车还将通过列车时刻表运行，该时刻表在中央服务器正常时由服务器传到位于联锁站的本地ATS。

本地控制模式下本地工作站可以与区域控制器（ZC）进行通信，在10秒内本地ATS系统将更新完成，在这10秒内，ATS本地工作站会显示最后接收到的列车、设备在系统的状况/位置。10秒以后，本地ATS将从PMI和MAU接收到设备数据。车站行车值班员会在ATS工作站上实时看见更新后的信息。需要注意的是不在联锁站的本地ATS将不会接收到升级的线路概況或发布的命令。

在本地ATS控制模式下，ATS继续与本地MAU/PMI系统进行通信。在这种模式下，车站行车操作人员只能拥有本地控制权，且仅能显示它的控制区内的设备状态。

ATS本地控制模式可以实现大部分中央ATS控制模式下的功能，本地ATS工作站只需要与本地区域控制器（ZC）交换这些命令的报文。由于本地ATS不与列车进行通信，故不支持那些需要本地ATS与列车发生通信的命令。但是本地ATS可以通过MAU的报告显示这些列车的位置。

自动分配命令是本地ATS控制模式特有的功能，该功能可以基于从中央ATS获得的时刻表来灵活的对进入预先定义的区域所有列车提供允许或者禁止自动分配的功能，自动分配功能是默认允许。

当中央ATS正常工作时，所有系统运行数据会记录到中央的SQL服务器。当中央ATS故障时，系统运行数据无法记录到SQL服务器。但是，每个联锁站都有数据记录器，它们记录本区域内的所有的系统运行数据报文。

2.3 中央ATS及车站ATS同时故障后的后备冗余

2.3.1 紧急控制PC（ECPC）的功能

在出现极端情况发生的场景下，本地和中央ATS工作站都出现故障，整个信号系统将处于瘫痪的状态，行车将出现极大的延误甚至中断，信号系统必须提供一个方法来维持排列进路。南昌地铁1号线基于此情况特别的增加了冗余设备紧急控制PC（ECPC），以保证当中央和本地ATS都故障时，ECPC能够使故障联锁车站的行车操作人员通过操作ECPC工作站，使PMI（联锁）能办理进路并且提供自动折返。

若发生故障后，行车操作人员决定使用ECPC，必须确定控区内列车及接近控区的列车全部处于停车状态，以免区域控制器ZC切换到后备模式时，列车紧急停车造成客伤或投诉。

然后发出安全命令给PMI，转换到“后备模式”。

ECPC的人机操作界面与中央ATS、本地ATS一样，这样使行车操作人员能直接进行操作。ECPC工作站连接到PMI来触发基本联锁功能。ECPC和VOBC或MAU没有连接。因此，这个功能不影响VOBC或MAU的由ATS触发或导致ATS更新的功能。当ECPC使用时，区域内列车必须根据轨旁信号机运行在RMF或IATP模式。同时ECPC拥有人工设置到站台进路;人工设置到信号机进路;取消进路;道岔控制;引导显示请求;分配线路;分配列车编号等功能。

当允许自动折返，ECPC允许操作员建立和PMI有关的所有区域进路。

每一个联锁车站有一套ECPC设备。

2.3.2 紧急控制PC（ECPC）的配置

ECPC设置于本地车控室。同时在车控室设置A/B开关以便于行车操作人员进行本地ATS与ECPC间的转换操作。值得注意的是，ATS或ECPC在同一时刻只有一个能与PMI联锁相连接。PMI与A/B开关之间，A/B开关与ECPC及ATS机柜之间以及ECPC与A/B开关之间是CAT5网线。具体示意图见图1。

2.3.3 案例：中央ATS故障时，除了中间联锁站ATS，其它所有车站ATS都工作正常

因为在控制中心没有SRS服务器可用，所以整条线的中央ATS操作无法使用。本地ATS工作站继续支持办理列车进路和分配运行线命令。对于本地ATS线路的中间站区域故障时，故障所在车站的行车操作人员必须首先将A/B開关从车站ATS切换到ECPC。

行车操作人员操作ECPC，选择运行线分配，按照运行线将道岔自动转换至规定的位置并给出正确的表示，使列车以RMF或IATP模式通过故障区域。

2.3.4 ATS设备恢复

一旦ATS设备恢复能重新工作， 行车操作人员将A/B开关转到ATS控制位置上，然后ATS连接恢复。行车操作人员成功登入ATS系统后，列车能被重新分配时刻表。同时PMI将操作从后备模式转为CBTC模式。

3 列车自动监控系统（ATS）冗余实际运用效果

当出现信号设备故障、设备检修功能测试、应急演练等场景时，行车操作人员会在中央级控制、车站级控制、紧急控制PC操作（ECPC）之间进行ATS操作切换。系统上线运用至今能够实现ATS各级之间的稳定可靠切换，同时能实现各级ATS功能。

此版CBTC系统上线后PMI联锁经常冗余丧失，ATS显示冗余丧失报警，有时候多达5次/月，严重影响了信号系统的可靠度。经分析日志，判断为PMI通信单元SCOM与ATS丢失通信造成。经分析造成PMI冗余丧失的原因可能是SCOM与ATS关键线路上设置在车控室紧急控制PC操作（ECPC）的A/B开关出现故障造成的。

4 紧急控制PC操作（ECPC）的优化措施

由于车控室人员出入频繁且均为非信号专业人员，对于信号设备的重要性认识不足，可能会出现误碰的情况，造成PMI联锁冗余丧失甚至区域联锁的故障，鉴于此原因信号专业对紧急控制PC操作（ECPC）的配置进行了优化。

根据现场环境和紧急控制PC操作（ECPC）的实际使用频率，优化措施为断开SCOMA和SCOMB至A/B开关C的网线，分别断开ATSSW01和ATSSW02至A/B开关A的网线，分别用两根网线直连SCOMA/B至ATSSW01/02，使在平时A/B开关不串联在SCOM与ATS关键线路上。当需激活ECPC功能时，由信号专业人员操作A/B开关接至SCOM与ATS线路上。通过优化后，减少了SCOM对外通信的物理接点，大大提高了SCOM通信的稳定性。

紧急控制PC操作（ECPC）的配置优化措施实施以来，通过对通信单元SCOM日志监控分析，并未发现异常报警信息。全线各联锁站PMI联锁运行稳定，没有出现PMI冗余丧失的故障，优化效果明显，且未对行车操作人员的操作有任何不利影响。

5 结束语

南昌地铁1号线通过硬件和软件实现了ATS系统的三重冗余配置，保证了ATS系统的绝对可靠运行;同时在运营过程中对系统配置进一步优化升级，以此进一步提升了信号系统整体运行的安全性及可靠性和稳定性，实现了地铁安全、高效、快捷的要求。

参考文献：

[1]上海申通地铁集团有限公司轨道交通培训中心.城市轨道交通信号技术[M].中国铁道出版社，2014：262.

[2]何宗华，汪松滋，何其光.城市轨道交通通信信号系统运行与维修[M].中国建筑工业出版社，2007：381.