西安地鐵2號線正線計算機聯鎖子系統分析

雷錫絨

(西安鐵路職業技術學院交通運輸系， 西安710014)

目前，我國城市軌道交通運用的計算機聯鎖制式較多，其控制技術均有差異。西安地鐵2 號線正線信號系統采用以聯鎖控制器（MicroLok II）為核心的軌旁控制系統作為聯鎖控制系統，實現軌旁信號設備的狀態信息采集與安全聯鎖控制。

1 系統組成

西安地鐵2 號線采用無線通信移動閉塞列車控制系統（CBTC）技術。其正線信號系統采用分布式聯鎖控制方式，每個聯鎖區包括有岔站和無岔站，聯鎖控制系統主要由位于設備集中站信號設備室內的雙機熱備Microlok II聯鎖控制器控制。典型聯鎖控制器的使用配置參見圖1[1]（ ZC：區域控制器； Microlok II：USSI 生產的聯鎖系統；RI：繼電接口； BS：骨干交換機；AS：接入交換機；ACS：計軸系統； TR：分線柜；NVI：非安全接口；LCW ：Microlok II本地控制工作站；MSW：維護工作站）。

圖1 典型的聯鎖設備配置

Microlok II通過100Base-TX以太網接口連接到接入交換機，接入交換機通過光纖連接到骨干交換機，然后到軌旁骨干網絡。Microlok II通過安全繼電器接口電路與軌旁設備接口。軌旁設備包括本站及其聯鎖區內其它車站的信號機、轉轍機、計軸器、現地控制盤、緊急停車按鈕、自動折返按鈕、站臺屏蔽門及區間隔斷門等。

2 系統功能

CBTC系統正常工作時，Microlok II根據來自中央ATS或本地ATS工作站的進路請求，主要控制軌旁設備動作并采集軌旁設備的狀態信息來實現軌旁全部聯鎖邏輯的安全性功能，還提供故障安全的輸入/輸出管理，并將聯鎖的有關信息傳送至ATP/ATO子系統[2]。

Microlok II主要控制的項目有：列車進路、引導進路、進路的鎖閉與解鎖、信號機開放與關閉、道岔操縱及鎖閉、區間臨時限速、扣車和取消、站臺屏蔽門打開和關閉等。

Microlok II實現的進路聯鎖邏輯關系為：正確的進路設定并鎖閉后，列車才會獲得移動授權，只有在列車駛過被證實后或移動授權已被取消并且生效后，相關進路才會解鎖，敵對進路才可建立。

Microlok II控制的進路聯鎖功能為：接近鎖閉（列車進入聯鎖區前），進路鎖閉（列車進入聯鎖區后），道岔鎖閉（岔區有車占用時），運行方向鎖閉（防止在聯鎖范圍內向同一區段上排列敵對進路）等。確保轉轍機在岔區被列車占用時不動作并避免列車正面沖突或追尾。還能夠辦理取消進路、人工解鎖、引導進路解鎖等。

3 系統工作原理

（1）Microlok II聯鎖控制器

Microlok II是一個專為鐵路安全應用而設計的基于微處理器的計算機系統和接口/通信系統，其基本硬件主要包括機柜、CPU 電路板、多塊安全的I/O 電路板、電源板、串口適配器電路板、多塊非安全的I/O電路板等設備。

Microlok II系統的每個現場設備點都由一個常規單元和一個后備單元構成，其中，一個處于常規運行狀態，而另一個作為冗余備用。當在線系統出現故障時，備用系統會自動變成在線系統。在線單元監視備用單元的性能狀況，如果備用單元不可用，在線單元將向控制中心報警，本站的MSW也有顯示。在線和備用單元之間的故障切換也能人工通過控制器上的硬件復位設備完成。某個特定單元的復位還可通過應用程序內的軟件復位來實現[3]。

Microlok II系統由68322安全微處理器單板機控制，并基于一種特定的安全結構，軟件多樣且帶有診斷。該系統根據一個標準的系統程序和一個專為安全功能而設計的應用程序來實現軌旁設備安全聯鎖的功能。它實質上是一個滿足故障-安全原則的邏輯求值器，自動采集、處理信號機、道岔等信息，把有關命令和現場各種表示信息輸入計算機，再根據儲存在計算機內的有關條件，進行聯鎖關系的邏輯運算和判斷，然后輸出信息至執行機構，實現對軌旁信號設備的控制和監督。

每個Microlok II都有一個唯一的IP 地址，Microlok II單元通過軌旁通信網絡與ZC（ZC的作用是跟蹤列車位置并發出移動授權）接口并保持通信，并通過專用網絡（光纖連接）與相鄰的Microlok II接口并保持通信。CBTC正常運作時，ZC向MicrolokII發出指令，棄用計軸系統的一定功能及計軸區段占用表示。如果某輛列車的ATP設備出現故障或ZC失效，Microlok II從輔助列車檢查計軸系統中獲得列車位置信息，系統還可通過每個本地Microlok II的控制保持運行。

（2）Microlok II 本地控制工作站（LCW）

ATS子系統對列車運行監控可實現中央ATS和本地ATS兩級控制，能自動或人工進路控制。人工控制進路優先級高于自動控制進路，特殊情況下不經控制權的轉換操作強制進行本地ATS控制。

當中央ATS和本地ATS均不可用時，將開關鎖在本地控制位置，本地人工僅通過LCW（每個聯鎖控制器Microlok II配備一套操作和顯示設備作為本地控制工作站）進行，人工控制僅限于該Microlok II控制的聯鎖區域。鄰近聯鎖區仍將在其既有模式下繼續運行。

4 系統軟件

MicroLok II系統的軟件有兩種類型：系統軟件和應用軟件。

系統軟件是固化在硬盤上的標準的安全軟件。包括了一個實時操作系統和有關的I/O處理軟件，不隨具體的應用環境而變化。實現系統資源的分配管理、接口的輸入/輸出控制和通信等。保證所有的安全輸出是完全可控的并在系統出現故障的情況下，切斷安全輸出的電源。

應用軟件是在一臺計算機上用布爾代數書寫和編譯的，以應用工程師易于理解的方式生成系統邏輯。該軟件可在開發系統上編寫、編譯。該軟件的開發及文檔由USSI軟件控制程序PR-1320管理。應用軟件執行實際的控制和安全任務。

Microlok II編程和診斷工具由編譯器、模擬器、非易失性應用程序存儲器的編程軟件和端口模擬器組成[3]。編譯器、模擬器和編程軟件允許用戶對系統的應用軟件做編寫、修改和校驗（離線）。端口模擬程序被用來監測或模擬任何串口。診斷程序可完成每個輸入輸出比特的測試。這些應用軟件的工具軟件在一臺帶有兼容串口的便攜式計算機上，服從于認證和確認質量及安全保障。

（1）編譯器：是一個計算機程序，將帶布爾等式的ASCII文本文件轉換成EPROM表文件，生成一系列文件顯示錯誤和程序開關設置，這一系列文件是ASCII文件，可用任何計算機文本編輯器查看。

（2）模擬器：是一個用于便攜式計算機上的計算機程序，在開發過程中，利用它仿效布爾等式生成相應顯示來調試軟件。Microlok II系統的所有方面都能利用這一系統進行離線仿效。

（3）端口模擬器：用來仿效或監督每個串口的計算機程序。這些程序和Microlok II上的任何串口相連。在測試期間，利用這些程序校驗每個獨立的輸入和輸出位。

5 系統接口

5.1 系統內部接口

（1）Microlok II與ATS子系統的接口：通道基于10/100 M 以太網連接，使用UDP/IP 協議。其間的數據流包括以下信息：

ATS 至Microlok II的控制：進路請求（進站和出站）、受限的人工辦理進路請求（進站和出站）、信號鎖閉（進站、出站信號）、信號引導請求（進站）、道岔定位/反位/鎖閉請求、計軸器復位請求等。

Microlok II至ATS的表示：閉塞占用－計軸、信號機狀態、道岔位置、站臺屏蔽門狀態、激活站臺緊急停車按鈕、區間隔斷門狀態等。

（2）Microlok II與ZC接口：通道基于10/100 M以太網連接和骨干網，使用UDP/IP協議。其間的數據流包括以下信息：

ZC 至Microlok II的控制：信號取消、進路取消、接近鎖閉取消等。

Microlok II至ZC的表示：每個道岔的位置、道岔鎖閉、計軸區段占用狀態、信號顯示、屏蔽門、緊急停車按鈕、現地控制盤、區間隔斷門、自動折返按鈕狀態及到CBTC 區域的入口閉塞等。

（3）Microlok II至轉轍機的接口。

（4）Microlok II至信號機的接口。

（5）Microlok II至計軸器的接口。

（6）Microlok II至現地控制盤的接口。

（7）Microlok II至緊急停車按鈕的接口。

（8）Microlok II至自動折返按鈕的接口。

（9）聯鎖控制器至車輛段的接口。

正線聯鎖與車輛段聯鎖在轉換軌處通過繼電電路實現接口。列車從車輛段至轉換軌的進路由車輛段系統完成。正線系統和車輛段系統共同接收進路請求，正線系統可以控制列車進入該進路。

5.2 系統外部接口

（1）Microlok II至站臺屏蔽門的接口。

（2）Microlok II至區間隔斷門的接口。

（3）Microlok II與其他線路聯絡線接口。

6 結束語

基于無線移動閉塞制式的西安地鐵2號線正線計算機聯鎖子系統具有設備數量少、建設及維護成本低，采用統一標準、易于實現互通互聯，硬件冗余、軟件多樣，且帶有診斷，保證實現聯鎖區軌旁信號設備全部聯鎖邏輯的安全性功能，還提供故障安全的輸入/輸出管理，并將聯鎖的有關信息傳送至ATP/ATO子系統。目前該設計方案已進入實際應用階段。

[1] 美國聯合道岔與信號國際公司. 西安地鐵2號線信號系統初步方案[S] . 2007.

[2] 劉曉娟. 城市軌道交通智能控制系統[M] . 北京：中國鐵道出版社，2008，27.

[3] 林瑜筠. 城市軌道交通信號[M] . 北京：中國鐵道出版社，2008：169-170.