CBTC系統在天津地鐵3號線的應用

馬 衛

CBTC系統在天津地鐵3號線的應用

馬 衛

摘 要：主要介紹CBTC系統的技術構成、原理，重點研究CBTC系統技術在天津地鐵3號線的應用，展示現代地鐵信號技術的發展狀況，為地鐵發展提供技術資料。

關鍵詞：信號技術;地鐵;應用

天津地鐵3號線采用的是CITYFLO 650型CBTC系統，是龐巴迪運輸集團開發的新一代信號系統，它是由信號基礎設備、計算機聯鎖、無線通信車載技術三者相結合而成的地鐵信號系統，可為城市軌道交通提供可靠安全的行車指揮和列車控制服務，以實現無人自動運行或有人自動運行等運營功能。3號線客車允許最大速度限制在80 km/h，列車采用4種模式運行，即ATO模式、ATP模式、RM模式、NRM模式。整個行車采用右側行車，軌旁信號機在正常運行方向的右側，站臺設有安全門/屏蔽門。

1 系統技術原理

CITYFLO 650 CBTC系統為移動閉塞，是一種先進的列車自動控制技術。3號線設置3個ATC區域，各子系統 RATP(軌旁 ATP)、VATP(車載ATD)、CBI采用二乘二取二冗余結構且滿足SIL4的安全級別，非安全子系統RATO、ATS在安全子系統的控制下完成自己的功能，且是熱備雙機冗余結構，保障系統在有故障的情況下不影響正常模式的行車。底層CBI聯鎖子系統和計軸系統為系統提供傳統的固定閉塞方式對列車進行跟蹤，為后備的站間人工駕駛模式提供防護功能。信標為系統提供列車準確行駛位置，計軸為系統提供次級列車位置檢測，CBI檢測計軸狀態、明確股道占用情況，并通過DTS發送給RATP，RATP據此發出列車移動授權。道岔、信號機均由CBI和OCS系統進行控制，給出命令，并將狀態、信息發送給RATP，對列車進行控制。

2 系統構成及功能

天津地鐵3號線CBTC系統地面設備主要由RATP和 RATO、ATS監控、DTS、計算機聯鎖CBI、OCS目標控制、計軸、門控及車輛段計算機聯鎖DS6-60等系統組成。

2.1 RATP與RATO系統

RATP與 RATO系統主要通過 DTS與車載VATP、VATO進行數據通信來完成對車輛的控制。RATP負責接收聯鎖機CBI傳來的地面設備信息(信號機開放、轉轍機定反位、股道占用)，同時將地面信息傳送給CBI，VATP通過車-地通信獲取地面信息，通過無線網將車載信息發送給RATP，RATP對加入無線輪詢的列車進行初始化，在保證安全的情況下對列車進行限速、追蹤、列車安全間隔等的授權，啟動駕駛模式，ATO在ATP設置的權限范圍內執行非安全的列車控制命令，按照移動閉塞的制式完成列車的運行。當通信故障時司機進行緊急制動，隨后降級駕駛，運行模式改為固定閉塞方式人工駕駛。RATP設備存有RATP日志和電子地圖，實現對列車的實時監控。RATO系統為主、備系統，由RATP對其進行授權，主要完成列車定位、門操作、站停時間、車站扣車命令、跳停、限速等功能，RATO也有日志下載功能。

2.2 ATS列車自動監控系統

ATS列車自動監控系統由中心監控和本地監控組成，中心監控實現全線的系統監控，本地監控實現本區域的系統監控。全線3個區域各有一臺本地監控機ATS。中心監控與本地監控ATS都具有排列進路、重復開放信號、道岔操作、虛擬號刪除及故障切換功能。一般本地監控受中心監控系統的控制，嚴格權力下放。中心監控可對3個區域故障的ATS服務器實行遠程重啟，優先權高于本地監控。從ATS機上可以查詢本區域的站場監控圖、聯鎖狀態、事件、報警、系統狀態圖、無線網絡系統狀態圖，查看服務器的工作狀態，并對站場圖進行回放。由于3號線的ATS實行全線聯網，在本地監控機C盤上可以按地址碼遠程登錄區域站，查詢RATP日志和RATO日志及其他遠程功能。

2.3 DTS系統

DTS作為CBTC系統的骨干網，主要由配電盤、交換機、交換機的電涌保護模塊、光纖配線盤及室外WNRA箱、LOS漏纜等設備組成，完成站間通信，RATP與CBI的通信，中心控制ATS、本地控制ATS與CBI的通信傳輸等。

2.4 計算機聯鎖系統

龐巴迪信號聯鎖系統主要包括計算機聯鎖系統CBI和OCS目標控制系統，通過OCS采集信號機、轉轍機、計軸軌道繼電器的狀態信息，并發送給CBI;由CBI發送指令，驅動信號機給出正確顯示，或給轉轍機送出電源，驅動轉轍機進行動作并溝通表示電路。

OCS柜主要由采集電路和執行電路組成，與聯鎖機、RATP的信息交換主要由系統內的COM5板和交換機來完成。CBI聯鎖機包括1系和2系，每個系又包括A、B、C主機，主要接收控制中心、本地中心和RATP的命令進行控制，根據采集信息自動進行進路檢查、聯鎖條件的判斷，開放信號。

在CBTC模式下，CBI作為后備模式，在CBTC運行模式未開通或者CBTC發生較大故障時使用。它只負責采集各路信息 (如信號機、轉轍機、軌道繼電器)發送給RATP，由RATP對列車進行授權自動控制，完成無人、有人自動運行功能。CBI還接收從RATP傳來的關于屏蔽門的開門使能指令，并通過OCS給門控柜電源信號發出開門命令。C機是CBI聯鎖機的診斷機，完成對現場信號機、轉轍機、軌道的監控管理，實現遠程跟蹤。CBI原理圖如圖1所示。

圖1 CBI聯鎖系統原理圖

CBI根據聯鎖表選擇進路，并進行自動進路設置。CBI與中心控制、本地控制的聯系，主要是通過DTS主干網的通信完成指令的發送和狀態的接收，并顯示在ATS控制臺上，完成ATS的實時監控功能。

2.5 計軸系統

計軸系統與信標相比，具有軌道上次級檢測列車位置的功能，是人工駕駛模式中固定閉塞的重要組成部分。室內部分主要由計軸主機、計軸串口板、計軸并口板、PDCU模塊和繼電器組成，室外連接軌道計軸，完成軌道無車占用時軌道繼電器的吸起;有車占用時，軌道繼電器落下的功能。其電路如圖2所示。

圖2 計軸系統原理圖

PDCU是光電耦合隔離開關，當無車通過軌道時，PDCU接收DC120V，通過4、5端子發送至計軸點，為計軸點供電。1個PDCU供1個計軸點使用。當計軸點接收DC120V時，計軸點的2個磁頭在無車經過時會產生2.4V的高頻交流電 (有車經過時產生反向的高頻交流電)，并發送至PDCU 4、5端子，由PDCU 14、15端子發送給計軸串口板，計軸主機在接收到高頻電信號時根據是否有反向的高頻信號，以判斷軌道是否有車占用，并給并口板發出命令。當無車占用時，并口板10、11端子接收9、12端子給出24V的電壓保證繼電器吸起;有車占用時，并口板10、11端子不能接收9、12端子送來的24V電壓，無電壓輸出，繼電器落下。計軸系統不能檢測軌道上隨意進入的軌道車或其他行車工具，為此在站臺上安裝了屏蔽門和軌道監控設備，實現全封閉運行，以保證軌道上運行的安全。

2.6 門控柜系統

門控柜主要由上行屏蔽門和下行屏蔽門組成。上行屏蔽門室內控制電路主要構件：K1/SNJ屏蔽使能繼電器、K2/MGJ屏蔽門關閉且鎖緊信號繼電器、K3/MPJ屏蔽門旁路或互鎖解除信號繼電器、PLC、小K1～K5繼電器。下行屏蔽門電路主要構件：K1/SNJ屏蔽使能繼電器、K2/MGJ屏蔽門關閉且鎖緊信號繼電器、K3/MPJ屏蔽門旁路或互鎖解除信號繼電器、PLC、小K6～K10繼電器。

以上行開門、關門、旁路為例，當接到上行開門命令時，由目標控制柜給出信號，上行K1/SNJ屏蔽使能繼電器吸起，接點接通PLC處理器的電路，PLC處理器下端IN-16燈亮、OUT-1燈亮，小K1繼電器吸起，溝通開門電路，屏蔽門打開。當接到關門命令時，上行K2/MGJ屏蔽門關閉且鎖緊信號繼電器接到24V電信號吸起，接點接通PLC處理器的電路，PLC處理器下端IN-15燈亮、OUT-2燈亮，小K2繼電器吸起，溝通關門電路，門關閉。

2.7 接地系統

3號線的信號地線全部采用扁銅接地排方式，保證現場信號用電的安全。

3 系統故障處理情況

系統比較常見的故障主要有2種：計軸紅軌故障和道岔失表示。

1．當計軸設備發生紅軌現象時，先看主機是否死機需要重啟，然后對無車占用的各區段進行復位，直至全部恢復正常為止。此時會影響列車行駛，列車改變采用NRM模式駕駛，可擺脫故障對列車的影響。當計軸故障處理完畢時，恢復ATP、ATO控制模式。

2．當道岔出現失表示時，首先進行室內、室外故障判斷。對于室外故障，需對運營中的道岔執行先通后修復的原則，下軌道作業，將道岔用鉤鎖器鎖定在定位或反位，滿足運營要求，等運營結束后再進行修復。若發生室內故障，則先對室內聯鎖機進行分析，找出解決的辦法，一般情況下故障時聯鎖機自動重啟，若同一個地方多次發生此問題，則在不運營的時間內更換板卡處理。

4 結束語

通過對CBTC系統在天津地鐵3號線的應用研究和分析，理解龐巴迪系統技術特點，為日后地鐵信號技術的發展提供有力幫助。

［1］林瑜筠，朱宏．城市軌道交通信號設備［M］.北京：中國鐵道出版社，2006．

［2］何文卿．6502電氣集中電路［M］．北京：中國鐵道出版社，1997．

［3］林瑜筠，李鵬，李黛峰等．鐵路信號新技術概論［M］．北京：中國鐵道出版社，2005．

［4］傅世善．鐵路信號顯示［M］．北京：中國鐵道出版社，2001．

［5］趙相榮．TJWX2000信號微機監測系統［M］．北京：中國鐵道出版社，2006．5．

［6］趙志熙，盧元昌．計算機聯鎖系統技術［M］．北京：中國鐵道出版社，1999.

Abstract:This article introduces the technical compositions and principles of CBTC system and focuses on its applications in Tianjin subway line 3．The paper also demonstrates the development of modern metro signaling technology and provides technical documentation for the subway advancement simultaneously．

Key words:Signaling technology;Subway;Applications

2013-06-27

馬 衛：中鐵十三局集團電務工程有限公司 工程師 300150天津

(責任編輯：張 利)