張娜敏

兼容3種閉塞制式的通用聯(lián)鎖系統(tǒng)

張娜敏

研究一種兼容固定閉塞、準(zhǔn)移動(dòng)閉塞和移動(dòng)閉塞3種閉塞制式的高安全通用聯(lián)鎖系統(tǒng)。該聯(lián)鎖系統(tǒng)采用3取2安全計(jì)算機(jī)平臺(tái)，處理列車(chē)自動(dòng)防護(hù)（ATP）發(fā)送的關(guān)于信號(hào)機(jī)的強(qiáng)制命令信息和虛擬區(qū)段的ATP空閑狀態(tài)，完成物理區(qū)段與虛擬區(qū)段的狀態(tài)信息映射，實(shí)現(xiàn)對(duì)進(jìn)路3種控制級(jí)別的自動(dòng)切換，實(shí)現(xiàn)多列車(chē)進(jìn)路的排列與解鎖功能。

3取2安全計(jì)算機(jī)平臺(tái)；聯(lián)鎖系統(tǒng)；控制級(jí)別；閉塞

1 背景

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、故障-安全技術(shù)、數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，列車(chē)自動(dòng)控制（ATC）系統(tǒng)設(shè)備也在不斷地更新和變化。目前國(guó)內(nèi)在建的ATC系統(tǒng)制式逐步由準(zhǔn)移動(dòng)閉塞向移動(dòng)閉塞過(guò)渡，傳統(tǒng)的以軌道電路作為信息傳輸媒體的列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)已轉(zhuǎn)變成以無(wú)線通信技術(shù)為傳輸媒體的移動(dòng)閉塞控制方式。伴隨著制式的變化，計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖的信號(hào)和控制方法也發(fā)生了很大的變化，為適應(yīng)當(dāng)前城市軌道交通而研究的新一代通用計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)處理軌旁列車(chē)自動(dòng)防護(hù)（ATP）系統(tǒng)發(fā)送的虛擬閉塞分區(qū)（即虛擬區(qū)段）的ATP空閑狀態(tài)以及ATP對(duì)信號(hào)機(jī)發(fā)出的強(qiáng)制命令信息，能夠根據(jù)當(dāng)前進(jìn)路條件實(shí)現(xiàn)對(duì)進(jìn)路3種控制級(jí)別的自動(dòng)切換，兼容固定閉塞、準(zhǔn)移動(dòng)閉塞以及移動(dòng)閉塞3種制式，滿足ATC系統(tǒng)在不同運(yùn)行模式下對(duì)聯(lián)鎖控制的要求。

本文研究的計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)硬件平臺(tái)采用3取2冗余容錯(cuò)結(jié)構(gòu)，在此平臺(tái)嵌入聯(lián)鎖應(yīng)用軟件，形成完整的3取2計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)。對(duì)于3取2計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)，3塊邏輯運(yùn)算板同步采集且同步進(jìn)行邏輯運(yùn)算，只要2塊邏輯運(yùn)算板正常，系統(tǒng)就能正常工作，可以自動(dòng)切除故障板卡。在1塊邏輯運(yùn)算板卡故障情況下系統(tǒng)可自動(dòng)降級(jí)為2取2工作狀態(tài)。當(dāng)帶電更換故障板卡后，通過(guò)教育學(xué)習(xí)功能系統(tǒng)可再次恢復(fù)3取2工作狀態(tài)。因此，3取2計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)比雙機(jī)熱備或2乘2取2計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)具有更高的安全性和可靠性。

2 聯(lián)鎖系統(tǒng)概述

系統(tǒng)硬件由主處理板、中繼擴(kuò)展板、通信板、采集板、驅(qū)動(dòng)板以及狀態(tài)監(jiān)控板組成。主處理板主要執(zhí)行運(yùn)算、數(shù)據(jù)交換及比較表決、軟件同步、安全自關(guān)斷等功能；通信板完成系統(tǒng)外部數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)（數(shù)據(jù)發(fā)送與接收）；安全狀態(tài)監(jiān)測(cè)板負(fù)責(zé)產(chǎn)生同步信號(hào)、系統(tǒng)安全策略管理以及板內(nèi)系統(tǒng)監(jiān)控；采集板實(shí)現(xiàn)通用的采集功能；驅(qū)動(dòng)板實(shí)現(xiàn)通用的驅(qū)動(dòng)功能；中繼擴(kuò)展板提供主處理板控制擴(kuò)展機(jī)框采集板和驅(qū)動(dòng)板的中繼功能。

聯(lián)鎖系統(tǒng)通過(guò)采集板卡采集室外設(shè)備（包括信號(hào)機(jī)、道岔、軌道區(qū)段、屏蔽門(mén)、緊急停車(chē)按鈕、防淹門(mén)以及折返按鈕）的狀態(tài)，經(jīng)聯(lián)鎖邏輯運(yùn)算后通過(guò)驅(qū)動(dòng)板卡實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)機(jī)、道岔、屏蔽門(mén)以及防淹門(mén)的控制功能；通過(guò)安全計(jì)算機(jī)平臺(tái)的安全數(shù)據(jù)通信完成與列車(chē)自動(dòng)監(jiān)控（ATS）系統(tǒng)、軌旁ATP系統(tǒng)、相鄰聯(lián)鎖系統(tǒng)以及維護(hù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（MMS）系統(tǒng)的接口功能。

聯(lián)鎖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 聯(lián)鎖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3 兼容3 種閉塞制式

為兼容固定閉塞、準(zhǔn)移動(dòng)閉塞以及移動(dòng)閉塞3種制式，滿足ATC系統(tǒng)在不同運(yùn)行模式下對(duì)聯(lián)鎖控制的要求，采取如下解決方案。

（1）對(duì)于區(qū)段空閑檢測(cè)功能，聯(lián)鎖軟件處理軌旁ATP系統(tǒng)發(fā)出的虛擬閉塞分區(qū)的出清/占用信息，并將采集到的物理區(qū)段（計(jì)軸區(qū)段或軌道電路）的出清/占用信息與ATP發(fā)送的虛擬區(qū)段的出清/占用信息相結(jié)合，分析得出虛擬區(qū)段的出清/占用信息作為聯(lián)鎖邏輯處理的輸入。

通常，使用ATP發(fā)送的虛擬區(qū)段的出清/占用信息作為聯(lián)鎖邏輯處理的輸入，如果ATP發(fā)送的虛擬區(qū)段的狀態(tài)為受干擾或未定義，則會(huì)將采集到的物理軌道區(qū)段的出清/占用信息映射到虛擬區(qū)段的出清/占用信息，作為聯(lián)鎖邏輯處理的輸入，該種映射方式使得聯(lián)鎖系統(tǒng)兼容3種閉塞制式成為可能。

（2）對(duì)于進(jìn)路排列功能，為兼容3種閉塞制式，首先將進(jìn)路劃分為3種控制級(jí)別：引導(dǎo)信號(hào)控制級(jí)、移動(dòng)閉塞信號(hào)控制級(jí)以及主信號(hào)控制級(jí)別，在固定閉塞情況下可以排列引導(dǎo)進(jìn)路以及主信號(hào)級(jí)別進(jìn)路，在準(zhǔn)移動(dòng)閉塞以及移動(dòng)閉塞下可以排列引導(dǎo)、移動(dòng)閉塞控制級(jí)和主信號(hào)控制級(jí)別進(jìn)路；其次排列進(jìn)路過(guò)程中若進(jìn)路滿足鎖閉條件則同時(shí)鎖閉進(jìn)路中的虛擬區(qū)段和物理區(qū)段。

進(jìn)路排列功能實(shí)現(xiàn)對(duì)進(jìn)路3種控制級(jí)別的自動(dòng)切換（圖2）。

圖2 進(jìn)路控制級(jí)別切換狀態(tài)示意圖

將進(jìn)路排列過(guò)程劃分為4個(gè)階段：征用、鎖閉、開(kāi)放及開(kāi)放保持階段。為減少排列進(jìn)路時(shí)的檢查條件，提高程序運(yùn)行效率，在排列進(jìn)路各階段，首先檢查引導(dǎo)進(jìn)路條件是否滿足，引導(dǎo)進(jìn)路條件滿足，再檢查由引導(dǎo)進(jìn)路升級(jí)到移動(dòng)閉塞級(jí)別進(jìn)路的增量檢查條件是否滿足，移動(dòng)閉塞條件滿足再檢查由移動(dòng)閉塞進(jìn)路升級(jí)到主信號(hào)控制級(jí)別進(jìn)路的增量條件是否滿足。只要進(jìn)路元素條件滿足，聯(lián)鎖軟件總是按照當(dāng)前進(jìn)路能夠滿足的最高控制級(jí)別進(jìn)行控制，以保證行車(chē)安全，但信號(hào)開(kāi)放保持階段不再進(jìn)行3種控制級(jí)別的切換。對(duì)于移動(dòng)閉塞信號(hào)控制級(jí)別，除相應(yīng)的進(jìn)路元素要滿足排路條件外，聯(lián)鎖軟件必須要收到ATP對(duì)信號(hào)機(jī)發(fā)出的強(qiáng)制命令信息“自動(dòng)列車(chē)接近”為“真”的狀態(tài)信息才能開(kāi)放移動(dòng)閉塞級(jí)別信號(hào)。

（3）對(duì)于進(jìn)路正常解鎖功能，由于排列進(jìn)路時(shí)同時(shí)鎖閉進(jìn)路中的虛擬區(qū)段和物理區(qū)段，故可采取按物理區(qū)段解鎖和按虛擬區(qū)段解鎖2種解鎖方式，以提高效率。如果為自動(dòng)列車(chē)進(jìn)入進(jìn)路且與ATP通信正常則按虛擬區(qū)段解鎖，否則按物理區(qū)段解鎖。只要進(jìn)路監(jiān)控區(qū)段出清且已解鎖，則可為后續(xù)自動(dòng)列車(chē)排列移動(dòng)閉塞級(jí)別進(jìn)路允許后續(xù)自動(dòng)列車(chē)進(jìn)入，以縮短列車(chē)運(yùn)行間隔。進(jìn)路再次被鎖閉后，前行列車(chē)的運(yùn)行將不再解鎖通過(guò)區(qū)段，該情況下只有進(jìn)路內(nèi)的最后1列車(chē)進(jìn)行列車(chē)通過(guò)解鎖。當(dāng)多列車(chē)進(jìn)路辦理進(jìn)路取消時(shí)，只能解鎖到最后1列車(chē)的尾部，即只能解鎖始端信號(hào)機(jī)到最后1列車(chē)所在虛擬區(qū)段之間的所有區(qū)段，進(jìn)路剩余未解鎖區(qū)段由進(jìn)路內(nèi)最后1列車(chē)通過(guò)后正常解鎖。

（4）在準(zhǔn)移動(dòng)閉塞情況下，前行列車(chē)本身也具有移動(dòng)定位的能力，只是因?yàn)闆](méi)有將移動(dòng)定位的結(jié)果傳給地面，不能供后續(xù)列車(chē)使用，因此，只要在準(zhǔn)移動(dòng)閉塞的基礎(chǔ)上增加車(chē)對(duì)地的安全數(shù)據(jù)通信，將前行列車(chē)的移動(dòng)定位信息安全地傳給后續(xù)列車(chē)即可構(gòu)成移動(dòng)閉塞。準(zhǔn)移動(dòng)閉塞和移動(dòng)閉塞下的聯(lián)鎖核心邏輯處理是相同的。只要在接口處理模塊稍作處理即可兼容準(zhǔn)移動(dòng)閉塞，為此，采用如下解決方案。

首先根據(jù)進(jìn)路內(nèi)軌道數(shù)量設(shè)置進(jìn)路表中的多列車(chē)進(jìn)路，聯(lián)鎖上電時(shí)，系統(tǒng)默認(rèn)列車(chē)均為非自動(dòng)車(chē)，1條進(jìn)路只能進(jìn)1列車(chē)，聯(lián)鎖上位機(jī)根據(jù)人工檢查情況，某一進(jìn)路需要進(jìn)入多列車(chē)時(shí)，對(duì)進(jìn)路的始端信號(hào)機(jī)下發(fā)多列車(chē)命令（設(shè)置為安全命令），聯(lián)鎖邏輯根據(jù)該命令排列移動(dòng)閉塞控制級(jí)別進(jìn)路，允許后方列車(chē)進(jìn)入。

采用以上解決方案，聯(lián)鎖系統(tǒng)能夠兼容固定閉塞、準(zhǔn)移動(dòng)閉塞以及移動(dòng)閉塞3種制式。對(duì)于基于通信的列車(chē)控制（CBTC）信號(hào)系統(tǒng)，當(dāng)局部CBTC故障，自動(dòng)車(chē)降級(jí)為非自動(dòng)車(chē)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)降級(jí)為固定閉塞模式，可以排列引導(dǎo)進(jìn)路以及主信號(hào)控制級(jí)別進(jìn)路。

4 總結(jié)

綜上所述，本通用聯(lián)鎖系統(tǒng)采用3取2安全計(jì)算機(jī)平臺(tái)作為硬件平臺(tái)，具有高可靠性和安全性，能夠兼容固定閉塞、準(zhǔn)移動(dòng)閉塞以及移動(dòng)閉塞3種制式，滿足ATC系統(tǒng)在不同運(yùn)行模式下對(duì)聯(lián)鎖控制的要求，且能夠減少排路的檢查條件，提高程序運(yùn)行效率，縮短列車(chē)運(yùn)行間隔。該系統(tǒng)已于2013年3月通過(guò)由國(guó)際獨(dú)立第三方進(jìn)行的SIL4級(jí)安全評(píng)估，于2013年9月通過(guò)了中鐵檢驗(yàn)認(rèn)證中心的評(píng)估審核，并于2014年4月通過(guò)了江蘇省經(jīng)信委組織的產(chǎn)品技術(shù)鑒定。本系統(tǒng)已具備在城市軌道交通正線示范應(yīng)用和上道試驗(yàn)條件。此外，在該聯(lián)鎖系統(tǒng)基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的有軌電車(chē)道岔控制系統(tǒng)和車(chē)輛段聯(lián)鎖系統(tǒng)均已上道運(yùn)行。道岔控制系統(tǒng)應(yīng)用于廣州海珠區(qū)環(huán)島新型有軌電車(chē)試驗(yàn)段，已于2014年12月正式開(kāi)通，至今該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠；車(chē)輛段聯(lián)鎖系統(tǒng)應(yīng)用于南京寧天城際大廠東車(chē)輛段，已于2014年4月正式開(kāi)通，到目前為止系統(tǒng)一直運(yùn)行穩(wěn)定可靠。

[1] 林瑜筠. 城市軌道交通信號(hào)[M]. 2版. 北京：中國(guó)鐵道出版社，2010.

[2] 林瑜筠，呂永昌. 計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖[M]. 2版. 北京：中國(guó)鐵道出版社，2010.

[3] 李紅俠. 城市軌道交通移動(dòng)閉塞ATC系統(tǒng)的運(yùn)用分析[J]. 城市軌道交通研究，2004（3）：38-41.

[4] 趙明. 移動(dòng)自動(dòng)閉塞系統(tǒng)基本理論的研究[D]. 北京：北方交通大學(xué)，1996.

責(zé)任編輯 冒一平

General Interlocking System Compatible with 3 Kinds of Block Modes

Zhang Namin

The paper studies a high safety and general interlocking system which is compatible with 3 kinds of block modes, namely fi xed block, quasi moving block and moving block. The interlocking system take 2 from 3 safety computer platform, ATP sends a signal mandatory command information and ATP occupation state of virtual section, completes information mapping of status of physical section and virtual section, realizes the automatic switching of 3 kinds of train routing control levels.

take 2 from 3 safety computer platform, interlocking system, control level, blocking

U231.7

2014-12-09

張娜敏：南京恩瑞特實(shí)業(yè)有限公司軌道交通部，工程師，江蘇南京 210016