新时期全自动驾驶信号系统中远程电源控制的应用探究

彭晓璐

（中铁通信信号勘测设计院有限公司）

1 引言

目前，随着我国城市化进程不断加快，在城市基础设施建设中轨道交通已经成为重要的公共交通设施之一，在缓解城市交通压力、创造便利出行条件方面发挥了重要作用。从当前国内轨道交通的运行情况来看，全自动驾驶已经成为重要发展趋势，诸多城市的轨道交通均采用全自动驾驶信号系统。从系统设计情况来看，均设计了一个主用控制中心，一个备用控制中心，并且在系统结构中二者为平行结构，这种设计的优势在于一旦主用控制中心出现故障且无法短时间恢复时，为保障轨道交通安全运行，可以手动切换到备用中心。但是该设计也存在明显缺陷，即手动切换主备用控制中心需要超过10min的时间，在此期间轨道交通无法恢复正常运营，因此有必要增加远程电源控制功能，从而实现主备用控制中心的自动化切换，缩短切换时间，确保轨道交通快速恢复正常运营。

2 全自动驾驶信号系统概述

全自动驾驶信号系统是一种全自动化的、高度集中控制的列车运行控制系统，具备列车自动唤醒启动和休眠、自动出入车辆段/停车场、自动清洗、自动行驶、自动停车、自动开/关车门等功能，并具有常规运行、降级运行和灾害工况等多种运行模式，其运用了计算机技术、现代通信技术等多种先进技术手段[1]。全自动驾驶信号系统最早可以追溯到20世纪80年代，巴黎14号线是首条采用全自动驾驶信号系统的轨道交通线路，根据公共交通国际联会（Union Internationale des Transports Publics，UITP）的统计数据显示，截至目前，国际上超过75%的城市新建轨道交通都采用了全自动驾驶信号系统，既有城市轨道交通的城市也有超过40%采用了全自动驾驶信号系统。在我国北京、上海、广州、成都、苏州、武汉、南京以及南宁等城市也都开始采用全自动驾驶信号系统，可以说未来全自动驾驶信号系统将成为城市轨道交通的重要发展方向。

3 全自动驾驶信号系统的优缺点分析

3.1 优点

全自动驾驶信号系统的优点主要表现在以下几方面：一是有助于提升轨道交通运行的可靠性与稳定性。全自动驾驶信号系统采用了计算机技术、现代通信技术以及自动化控制技术等多种先进技术手段，可以实现系统自动化控制，能够有效避免因人为失误造成影响，而在特殊情况下，全自动驾驶信号系统也允许控制中心与操作人员进行人工干预，可以有效应对一些紧急情况。此外全自动驾驶系统配备了故障监测以及诊断功能，可以有效降低系统故障发生风险以及产生的不利影响，能够提升轨道交通运行的可靠性与稳定性[2]。二是有助于提升轨道交通运营效率，优化乘客体验。城市轨道交通采用全自动驾驶信号系统后，列车运行全过程均可实现自动化控制，相较于人工操作可节省20%左右的时间，运行效率显著提升，同时全自动驾驶信号系统支持全天候服务，可以有效应对突发客流量变大的情况。三是有助于降低人力成本，降低工作人员作业强度。全自动驾驶信号系统的应用显著提升了轨道交通运行的自动化程度，包括司机、站务人员以及控制中心操作人员在内的岗位劳动强度均显著下降，同时所需的人员配置也相对较少，人力成本显著降低。四是有助于降低轨道交通全生命周期的运营成本。全自动驾驶信号系统具备故障诊断、运营维护等多种功能，可以有效降低轨道交通的故障发生率，减少故障时间，这在很大程度上能够降低设备检修维护费用以及相关材料、人工费用。

3.2 缺点

从目前全自动驾驶信号系统设计情况来看，主流设计基本包括1个主用控制中心和1个备用控制中心，在系统结构中二者为平行结构，其目的在于当主用控制中心出现故障且无法短时间恢复时，可以手动切换到备用中心，以确保轨道交通正常运行，避免造成不良影响。但这种系统设计的缺陷在于主备用控制中心的切换需要手动操作，需要较长的时间，并且无法实现远程控制，此外包括正线集中站的设备也无法进行远程控制，比如联锁、ZC等。这就导致当系统或者设备发生故障时，无法快速消除故障影响，恢复轨道交通运行。若在全自动驾驶信号系统中增加远程电源控制系统，则能够有效解决当下全自动驾驶信号系统存在的问题。

4 新时期全自动驾驶信号系统中远程电源控制系统设计

4.1 整体设计思路

在全自动驾驶信号系统中设计远程电源控制系统的主要目的是实现远程控制设备电源的开关，包括准备控制中心、正线集中站各项设备等，均可以远程进行控制，从而实现主备控制中心的快速切换以及正线集中站各项设备的快速重启。

本设计中出于系统可靠性、稳定性的考虑，决定采用两套软硬件系统与双机热备设计，并且两套系统相互独立，独自运行即可支持全自动驾驶信号系统运行。两套系统输出控制逻辑采用一致设计，以确保系统可靠性与准确性，若输出逻辑不一致，则控制命令无法生效。两套系统分别采用独立的通信链路，通信过程为：操作终端—中心服务器—硬件控制器—被控制设备。

4.2 系统运行机制

本设计中全自动驾驶信号系统远程电源控制系统运行机制如下：①系统操作人员通过控制终端输入远程控制电源命令，通过中心服务器将控制命令传输至被控制终端，被控制终端根据指令作出相应动作。②被控制硬件接收到控制指令后会随机生成验证码，同时将验证码经过中心服务器传输至控制终端，在此过程中中心服务器对远程控制指令与验证码进行校验，若控制指令与验证码一一对应，则验证通过，被控制硬件执行控制指令；若控制指令与验证码不对应，则被控制硬件拒绝执行控制指令，同时通过中心服务器向控制终端发送提示信息。

此外，为了确保远程电源控制系统运行过程中，系统信号设备冗余回路可以正常运行，还需遵循如下规则：①由于本系统采用的是两套软硬件系统与双机热备设计，因此无论出现什么情况，仅允许断开其中之一，二者不能同时中断；②若满足上述条件，则不同的信号设备允许控制切断多个设备电源；③若需要在同一时间内发送通断多个设备的控制指令，则操作人员必须严格遵循一次一路的原则下发命令，不能在同一个通断控制指令中包括不同设备。

4.3 系统硬件设计

4.3.1 执行设计

为确保远程电源控制系统准确执行控制指令，在系统硬件设计中设定如下执行原则：①由于本系统采用的是两套软硬件系统与双机热备设计，且两套系统相互独立，因此设定硬件控制单元仅执行对应远程控制终端的控制指令，并且也仅支持驱动对应的隔离继电器。②仅当两个隔离继电器同步动作时才能驱动系统控制模块作出通断动作，以避免因硬件故障或者其他原因造成误动作，进而导致被控制设备异常通断。③两套软硬件系统中PLC实时收集被控制设备状态信息，包括位置、故障、运行状态等，并将采集信息实时输送至系统控制模块，当两个PLC采集的信息一致时系统才会执行控制指令；若采集信息不一致，即认为不可信，则系统拒绝执行控制指令。④当PLC控制单元接收到来自控制终端的指令时，若逻辑判断正常，则回传反馈信号，同时报告预置状态，1min后若控制终端接收到反馈信号并验证指令正确，则PLC控制单元开始执行控制指令；若出现超时或者验证未通过的情况，则PLC控制单元重新保持预置状态，操作人员若需要再次发布控制指令则需要重复远程控制步骤。

4.3.2 防护设计

为确保远程电源控制系统运行过程中系统硬件安全，本系统设定如下安全防护原则：①系统控制回路的电源与操作系统的电源相互独立，同时操作系统的电源需要采取保护措施，避免因电流过大导致出现设备损坏的情况。②系统PLC控制单元仅负责传输控制信号，整体负荷较小，因此仅以继电器对PLC控制回路隔离，防止PLC控制回路出现损坏。③系统PLC信息采集回路额定电压为24V，操作系统电源为220V，为避免出现干扰的情况，二者均使用屏蔽电缆。④系统全部控制回路均设计为常开触点，仅当执行控制指令时才闭合，以确保系统各项设备在失电情况下不会作出误动作。⑤若系统在1min内操作循环超过1次，则系统自动闭锁，以避免频繁操作导致系统误动作。

4.4 系统功能设计

4.4.1 主备控制中心切换功能

切换主备控制中心是远程电源控制系统的主要功能，同时也是本设计的主要目的，以解决全自动驾驶信号系统主备控制中心切换速度慢且无法远程控制的问题。本系统设计通过控制主备控制中心的空气开关来执行切换操作，当主用控制中心发生故障，系统会发出关闭交换机的控制指令，同时开启备用控制中心，从而实现主备控制中心的迅速切换，确保轨道交通运行不受影响或者降低影响。

4.4.2 正线集中站设备远程重启功能

在全自动运行的轨道交通线路中，正线集中站通常无人员值守，因此当联锁、ZC等设备发生故障时无法及时采取措施，而通过远程电源控制系统则可以实现正线集中站各项设备的远程控制重启。在本系统设计中，正线集中站设备远程重启功能的控制原理与主备控制中心一致，主要是在设备机柜当中安装远程重启控制模块，当发现正线集中站设备运行状态异常或者出现其他需要重启设备的情况时即可远程控制设备重启。

5 结语

通过本文设计的全自动驾驶信号系统远程电源控制系统可以对全自动运行轨道交通线路中的主备控制中心以及正线集中站的各项设备实现远程控制，提升了主被控制中心切换的效率，当主用控制中心或者正线集中站各项设备发生故障时，可以快速实现远程控制，有效提升了全自动驾驶信号系统的运行效率，充分保障了全自动运行轨道交通线路的可靠性与安全性。