地鐵信號系統與相關專業的接口分析

孫 慧

孫 慧:西安市地下鐵道有限責任公司 工程師 710018 西安

地鐵工程是一項龐大的系統工程，它涉及到城市規劃、土木工程、機電設備、信息技術及環保衛生等眾多領域。在建設過程中，只有各專業之間相互協調、密切配合，才能滿足各專業的設計要求，充分發揮各專業的作用。信號系統作為機電設備的成員，是保證列車和乘客的安全，實現列車快速、高密、有序運行的關鍵系統之一。在信息化、網絡化、自動化技術快速發展的今天，信號系統功能的實現不僅要與城市規劃和乘客需求相結合，更需要與土建專業和其他設備專業密切配合，才能使整個系統體系得以完善，作用得以充分發揮。

1 信號系統與相關專業的接口特點

信號系統與其他專業的接口貫穿于項目建設的整個過程，且具有階段性，在項目執行的不同階段，接口的技術要求有不同的內容和形式。隨著工程的不斷推進，接口的內容逐步深化、細化和量化，形式也從定性向定量轉變。在初步設計階段，主要界定了接口雙方應考慮的基本功能、預留條件、接口分界;在招標設計階段，進一步界定了雙方的供貨范圍、設計范圍、施工范圍、功能要求和管理要求;在設計聯絡階段，接口雙方約定接口方案、接口原則、信息傳輸方式、格式、內容等;在施工調試階段，雙方按既定的原則組織施工并互相配合進行相關功能的調試。為保證項目的正常進行，各專業在設計、招標、施工、設備制造和安裝調試的各個階段，都必須嚴格遵從接口的各項技術要求，并承擔各自相應的責任。

2 信號系統與相關專業接口的內容及要求

信號系統所屬領域共有規劃管理類、土建結構類和設備系統類3類接口，具體包括的接口專業如圖1所示。

圖1 與信號系統有接口的專業

2.1 與規劃管理類的接口

規劃管理類主要包括:交通規劃、客流預測、行車組織、工期籌劃等，信號系統與這些專業的接口主要是信息接口。

交通規劃向信號系統提供線路的規劃情況、建設范圍、規模、站點設置情況，本線路與其他線路的換乘信息，與國鐵和其他地鐵線路的聯絡線信息等;客流預測專業提供初、近、遠期客流信息;行車組織向信號系統提供要求的行車間隔、運營組織原則、列車最高運行速度及平均運行速度、運行交路、初近遠期的配車數等;工期籌劃向信號提供整個工程的工期安排。信號系統根據這些信息確定設計范圍、系統構成、系統方案、系統功能以及主要技術指標等。

2.2 與土建結構類的接口

土建結構類主要包括線路、軌道、限界、建筑結構、裝修等，與這些專業的接口主要是安裝接口。

1．線路專業向信號提供車站配線、線路的平縱斷面圖，信號專業根據軌旁設備的安裝要求，向線路專業提供對線路盡頭線、折返線、安全線、存車線、轉換軌等的設計要求。

2．軌道專業根據信號的速度要求確定曲線的超高;預留轉轍機和應答器的安裝基坑、槽;提供場段的配軌圖、道床類型分段圖、道岔類型和結構，以供信號專業確定道岔的牽引方式及安裝裝置;軌道按照信號要求的位置預留信號纜線過軌管、在軌道上設置絕緣節。信號要求的過軌預埋管直徑、鋼軌上轉轍機的安裝孔、軌連線與鋼軌的連接方式等應滿足軌道專業的相關技術要求。

3．限界專業需要信號專業提供道岔轉轍機、信號機的安裝限界要求，區間電纜及支架數量、尺寸，全線信號機的布置位置等資料。

4．建筑結構根據信號專業提出的要求，在區間、車站和控制中心建筑工程中，預留信號電纜通過人防門、防淹門、站臺板下、站廳結構中板、聯絡線和站臺等的電纜通道，在結構中預留孔和部分預埋管。

5．裝修專業根據信號的要求并結合裝修設計在裝修面板上預留車站站臺上緊急停車按鈕、自動折返按鈕和發車指示器的安裝孔，信號專業根據裝修進度適時進行安裝。

2.3 與設備系統類的接口

設備系統主要包括車輛、供電、通信、綜合監控、屏蔽門、防淹門等，與這些專業的接口主要是信息和電氣接口。

2.3.1 車輛

信號與車輛是地鐵工程中最重要的2個設備系統，共同承擔著運輸旅客、保證安全、提高效率的任務。為有效地控制列車，需要兩系統密切配合，滿足各自在機械、電氣、功能、安裝、電磁兼容、調試等方面的接口要求。

1．在機械方面，信號系統應向車輛提供所有車載設備的尺寸和數量、安裝及配線要求、相應的資料和圖紙及其他的技術要求等。車輛應根據信號系統提出的信號設備安裝要求，設計并提供車載設備的安裝空間及條件并負責安裝，為車載信號設備間的連接線纜提供路徑及防護措施，為車載設備提供電源及相應的斷路保護裝置、適宜的設備工作環境等。

2．在電氣方面，信號系統應向列車提供信號設備的消耗功率、從車輛引入的連接線數量、特性和功能要求、所有控制邏輯輸出、列車線和安裝線路要求、電磁兼容要求、設備接地要求、電氣接線圖、車門/屏蔽門開門允許信號響應時間和其他相關的技術文件等。車輛應向信號提供用于信號設備的DC 110V電源及斷路器的特性、列車線纜的特性、列車牽引和制動特性、與列車管理系統通信的協議和響應時間、列車接到命令到執行等文件。二系統應協商模式選擇開關、模式開關位置及功能定義。

3．在功能方面，信號和車輛系統能有效地配合，在規定的模式下能有效地控制列車前進、后退和折返，能正確地控制車門的開啟和關閉，在危險情況下對列車實施緊急制動，ATO模式下站臺停車時應能滿足停車精度要求。在信號系統全功能使用時，應向車輛提供運行方向、牽引/制動力的增減及變化率、開/關左/右門、允許開/關門信息，能控制、確定駕駛模式，切換控制等級，駕駛室的換端。車輛應向信號系統提供牽引、常用制動、緊急制動的故障和失效信息，牽引/制動主控器狀態、門狀態信息、列車完整性信息、司機對列車駕駛模式的選擇信息、司機室激活信息、運行方向設置信息、車輛產生的緊急制動信息等，車輛應能實現信號車載單元的切除功能以旁路信號對行車的控制和監督。

信號系統與車輛控制系統接口分界點在車載ATC控制柜外線接線端子排。

2.3.2 供電及低壓配電

低壓配電專業根據信號專業提出的設備用電點供電要求，來提供相應配電箱或轉換箱，兩者的物理接口分界點在配電箱出線端。根據信號系統提出的設備用房及維修管理用房的用電要求，由中、低壓供電配置相應的照明及電源插座。

信號專業提出信號軌旁設備對牽引回流、均流電纜在鋼軌上的連接位置要求，并配合牽引供電專業確定其連接點及回流箱位置。兩專業應相互配合以保證信號軌旁設備不與牽引供電的接觸網設施發生位置沖突。另外，供電系統應向信號系統提供雜散電流防護絕緣節位置，及對軌旁信號設備的接地防護相關要求等資料，并按照信號專業的要求，在車站、控制中心、車輛段信號設備室、維修中心、培訓中心、試車線設備室提供接地電阻不大于1 Ω的接地母排(區間接地的接地扁鋼由通信專業設計并提供)。

2.3.3 通信系統

信號與通信系統的接口包括:傳輸系統、無線系統、乘客信息系統以及時鐘系統等的接口。

通信傳輸系統為信號系統在各車站、車輛段/停車場、控制中心提供10Mb/s的以太網通道和RJ-45的電氣接口。接口分界點在通信設備室配線架出線端。

信號系統在控制中心通過RS-422接口為無線系統提供列車的位置、目的地、車次號、運行方向、乘務組號、服務號、車組號信息以及列車出入場段、聯絡線的信息。通信雙方互發心跳信息以確認雙方的通信連接正常。接口分界點在控制中心信號設備室配線架外線端。

信號系統在控制中心通過RS-422接口為乘客信息系統提供列車?？空九_信息(當列車從轉換軌進入正線或折返時發送)、站臺信息(包括車站號、站臺號、各站臺當前后兩列車的目的地號、車組號、車次號、服務號、司機號、到站時間、發車時間、到站時間倒計時、跳停信息等)。通信雙方互發心跳信息。接口分界點在控制中心信號設備室配線架外線端。

時鐘系統在控制中心、車輛段/停車場通過RS-422接口為信號系統提供時鐘校準信息。接口分界點在通信設備室配線架外側。

2.3.4 綜合監控系統

信號系統與綜合監控系統在控制中心通過冗余以太網方式進行通信，信號系統向綜合監控系統提供列車信息(列車位置、列車類型、列車識別號、早晚點、列車進/出場段信息等)、計劃時刻表更新信息、用于提供給廣播系統的列車預到站信息、列車到站/離站信息;綜合監控系統向信號系統提供牽引供電信息、火災報警信息。雙方互發心跳信息。接口分界在控制中心信號設備室配線架外側。

信號系統與綜合監控IBP盤在各車站控制室通過硬線進行連接;綜合監控系統按照信號系統所提的工藝設計及布置要求，提供IBP盤上與信號相關的按鈕(扣車/終止扣車、緊急停車/取消緊停、燈測試、報警切除、計軸區段復位等)及表示燈;信號系統采集按鈕的狀態、執行相應的功能，驅動IBP盤上與信號有關的表示燈。接口分界在車站控制室綜合監控系統IBP配線架外線側。

信號系統與綜合監控大屏幕顯示系統通過冗余以太網方式連接，信號系統提供背投接口工作站和基于大屏分辨率的大屏HMI應用軟件;大屏顯示系統提供在該工作站上用于將本地顯示畫面進行顯示的遠程顯示軟件。信號系統為大屏顯示系統專門提供一個軌道視圖窗口，窗口中顯示所有的主要對象，如車站、軌道、道岔、信號機、列車等。接口分界點在大屏幕顯示控制器網絡接口處。

2.3.5 屏蔽門系統

信號系統與屏蔽門系統通過繼電方式進行接口，分界點在各站的站臺屏蔽門設備室PSC的接口端子盤上。信號系統提供2組干接點用于當列車停在站臺規定的停車窗時，向屏蔽門系統發送持續穩定的“開門命令”和“關門命令”(持續時間≥0.2 s視為有效)，此命令保持至下次命令發送時消失，屏蔽門系統根據信號系統發送的開/關門命令正確控制相應的門單元開/關門;屏蔽門系統提供1組干接點用以發送持續、穩定的“所有門關閉且鎖緊”信息，信號系統收到此信號后，才允許列車進入站臺或從站臺發車;屏蔽門系統還提供1組干接點，用于當屏蔽門“故障”狀態時，通過操作PSL上自復位鑰匙開關向信號系統發送實時的“互鎖解除”信號，解除“所有門關閉且鎖緊”信號與信號系統的互鎖關系。

2.3.6 防淹門系統

信號系統與防淹門系統通過繼電方式進行接口，接口分界點在防淹門設備室的接口端子盤上。

當需要關閉防淹門時，防淹門操作員按下防淹門關閉請求按鈕，信號系統接到請求關閉信息后，根據進路排列情況和列車運行情況對信號系統涉及安全的相關元素進行確認和處理后，向防淹門系統發出允許關門信號;防淹門系統向信號系統提供防淹門的開啟狀態信息，如果信號系統未能不間斷地收到防淹門完全開啟信息時，兩端車站均不能再向相應線路設置進路，若已設置進路，則防淹門防護信號機應立即關閉并封鎖。

3 接口建議

由于信號系統所涉及的接口專業較多，交互信息復雜，各專業的介入時間也有先有后，因此信號系統應從建設角度出發，根據各專業的工期計劃和接口技術要求，制定出合理的接口協調計劃，為各專業有序開展工作提供條件。此外，信號系統涉及行車安全，與其他專業接口時理應從安全角度出發，關鍵信息采用硬線傳輸，網絡連接時應設置防火墻。

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