廣佛線信號系統(tǒng)無線通信子系統(tǒng)的維護

劉子陽

廣佛線信號系統(tǒng)無線通信子系統(tǒng)的維護

劉子陽

基于無線通信的CBTC系統(tǒng)是城市軌道交通信號系統(tǒng)的發(fā)展方向，無線車-地通信系統(tǒng)是CBTC系統(tǒng)發(fā)展的基礎(chǔ)。介紹廣佛線信號系統(tǒng)無線通信子系統(tǒng)的基本原理、結(jié)構(gòu)及功能;分析系統(tǒng)的冗余結(jié)構(gòu)，描述了無線通信系統(tǒng)的常見故障類型及日常維護方式。

無線車-地雙向通信;冗余;維護

廣州地鐵廣佛線采用西門子公司的基于無線通信的移動閉塞列車控制(TrainGuard MT)系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用獨立的無線車-地雙向通信系統(tǒng)，避免了鋼軌傳輸帶寬的限制和鋼軌牽引回流的影響，與列車的精確定位技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)移動閉塞功能，縮短列車的最小安全間隔距離，最大限度地提高線路運輸能力。其無線子系統(tǒng)實現(xiàn)了TGMT車載控制單元與軌旁控制單元的連接，其穩(wěn)定性和可靠性決定著整個信號系統(tǒng)的性能，因此設(shè)備維護人員必須掌握無線子系統(tǒng)的構(gòu)成與功能，深入了解各部件的工作特性，在日常維護中關(guān)注重點部位，做好預(yù)防性維護。

1 無線通信子系統(tǒng)的基本構(gòu)成

無線通信子系統(tǒng)采用西門子公司的Railcom WirelessWLAN系統(tǒng)，由通用無線局域網(wǎng)設(shè)備組成，采用IEEE802.11標準，工作在2.4 GHz頻段，使用直接序列擴頻技術(shù)(DSSS)傳輸信號，通過合作移交算法，保證系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸時間小于500 ms。無線通信子系統(tǒng)設(shè)計滿足列車運行速度不大于250 km/h時列車控制信號的無線傳輸。全套系統(tǒng)軟件基于Linux操作系統(tǒng)平臺開發(fā)，系統(tǒng)穩(wěn)定且安全性高，便于維護管理。廣佛線無線通信子系統(tǒng)(Airlink pulz8)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 廣佛線無線車-地通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

無線通信子系統(tǒng)由軌旁通信控制器(WCC)、無線骨干網(wǎng)設(shè)備、軌旁無線接入點(AP)、車載無線單元(TU)和相應(yīng)軟件構(gòu)成，其中軌旁通信控制器(WCC)包含中心系統(tǒng)路由器(CSR)、網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)(NMS)、服務(wù)和診斷系統(tǒng)。所有設(shè)備及其連接都為冗余配置，構(gòu)成完全冗余的結(jié)構(gòu)。

1.1 中心系統(tǒng)路由器(CSR)

中心系統(tǒng)路由器負責(zé)無線子系統(tǒng)和CBTC軌旁通信網(wǎng)絡(luò)之間的連接，軌旁部件和車載部件之間的數(shù)據(jù)傳輸，及運行數(shù)據(jù)通信的加密。CSR共設(shè)置2臺互為冗余的工業(yè)級服務(wù)器，每臺服務(wù)器配有5個300GB的硬盤，滿足系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲與恢復(fù)需求。

1.2 網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)(NMS)

網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)是用于配置無線子系統(tǒng)的MMI (人機接口)，是無線系統(tǒng)軟件和硬件配置的數(shù)據(jù)庫，還具備無線子系統(tǒng)部件的調(diào)試診斷和監(jiān)視功能。NMS的硬件配置與CSR相同。

1.3 無線骨干網(wǎng)

無線骨干網(wǎng)架構(gòu)如圖2，主要設(shè)備有骨干網(wǎng)交換機和環(huán)路接入交換機，與接入點組成若干個冗余環(huán)形拓撲結(jié)構(gòu)，1個環(huán)路出現(xiàn)故障不會影響線路上任何點的無線通信。每個光纖環(huán)路都連接2臺獨立的環(huán)路接入交換機，無線子系統(tǒng)中設(shè)置2臺冗余的骨干網(wǎng)交換機，將環(huán)路交換機接入CSR。

圖2 無線骨干網(wǎng)架構(gòu)圖

1.4 軌旁無線接入點(AP)

AP負責(zé)列車和無線骨干網(wǎng)之間的數(shù)據(jù)通信，AP通過AP交換機連接到光纖環(huán)路交換機。每個AP有4根天線，按交叉冗余方式進行安裝，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。線路上AP的布置使用雙網(wǎng)絡(luò)覆蓋，可以保證單獨一個AP故障時，不會出現(xiàn)覆蓋盲點。

1.5 車載無線單元(TU)

車載無線單元用于發(fā)送和接收OBCU(車載控制單元)和AP之間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。一套TU有2個天線，一列車有2套TU，分別位于列車的2個司機室。2個TU通過一個安裝在列車上的專用以太網(wǎng)來進行點對點通信，并且以熱備冗余的模式持續(xù)進行工作，事實上對于列車控制的相關(guān)數(shù)據(jù)，則以負載和數(shù)據(jù)分攤的模式進行工作，如圖1所示。

2 無線通信系統(tǒng)的冗余結(jié)構(gòu)分析

從系統(tǒng)架構(gòu)方式看，無線系統(tǒng)是一套完全冗余的系統(tǒng)，中央系統(tǒng)路由器、骨干網(wǎng)交換機、環(huán)路接入交換機、光纖環(huán)路、AP接入點、重疊的覆蓋區(qū)域及車載無線單元，這些直接參與數(shù)據(jù)通信的設(shè)備都采用雙通道配置方式，系統(tǒng)中任何單一設(shè)備出現(xiàn)故障，都不會對系統(tǒng)的功能造成影響，因此，不需要對系統(tǒng)故障立即進行在線維修，可等待運營結(jié)束后再進行維修，減小了設(shè)備故障對運營的影響，提高了設(shè)備的可用性。

無線子系統(tǒng)的冗余配置與普通的冗余方式不同，系統(tǒng)采用的是交叉熱備冗余的方式，每個設(shè)備都可與其他環(huán)節(jié)的2套設(shè)備進行通信，進一步提高了設(shè)備的可用性，即使同時出現(xiàn)不同設(shè)備的故障也不會影響系統(tǒng)的整體功能。

3 日常維護及常見故障處理

3.1 維護注意事項

1.防病毒。無線子系統(tǒng)是一個受保護的網(wǎng)絡(luò)，一般情況下病毒程序無法通過網(wǎng)絡(luò)連接或WLAN連接入侵無線網(wǎng)絡(luò)，但如果使用可移動數(shù)據(jù)媒介，網(wǎng)絡(luò)將不受保護，可能會使無線網(wǎng)絡(luò)受到侵害。維護過程中要注意防毒，必須使用專用的可移動存儲設(shè)備下載數(shù)據(jù)或更新軟件，專用存儲設(shè)備需按照相關(guān)規(guī)定存放和使用。

2.防靜電。系統(tǒng)設(shè)備多為電子板件，因此在操作設(shè)備前要執(zhí)行電荷平衡操作，如觸摸安裝裝置裸露的金屬部件，使用防靜電手環(huán)，防止靜電對設(shè)備造成損害。

3.備品備件保存。備品備件保存需符合溫度、濕度及防靜電要求，設(shè)置備件臺賬，入庫和使用備件時需進行登記，故障備件單獨管理。

4.維修后檢查。每完成一次例行的維修之后，要求檢查相應(yīng)的單元功能(如數(shù)據(jù)傳輸、診斷輸出)是否正常，檢查時計算機必須對自身進行同步，并且讀出的診斷數(shù)據(jù)不得含有任何錯誤信息(如LED顯示、日志信息等)，此外要求對各個模塊之間的所有機械部件和互聯(lián)部分進行目測檢查。

5.利用燈位顯示判斷設(shè)備故障。無線子系統(tǒng)設(shè)備故障，可以從服務(wù)和診斷系統(tǒng)的故障信息和模塊燈位顯示上判斷故障原因，充分利用這些診斷資源，可以快速判斷和處理故障。由于在維修工作期間，模塊上的顯示可能會改變，在故障狀態(tài)下開始從事維修工作之前，需注意LED和顯示屏的工作狀態(tài)，可以使用數(shù)字照相機進行記錄。維護過程中需使用適當(dāng)?shù)墓ぞ?、儀器對設(shè)備進行維護和故障處理，以免損害設(shè)備。

6.故障處理指南和設(shè)備維修規(guī)程。無線系統(tǒng)最常見的故障是無線丟失，車載無線單元與軌旁AP的通信中斷，造成列車移動授權(quán)丟失而緊急停車，對運營造成一定影響。因此，在日常設(shè)備的使用和維護中，需制定實用、有效的故障處理指南和設(shè)備維修規(guī)程，方便故障的解決和設(shè)備質(zhì)量的提高。要求:①每日在診斷服務(wù)器上查看AP的工作狀態(tài)，確保無AP存在頻繁重啟和吊死情況;每日對軌旁機柜、車載無線單元進行目視檢查，確認設(shè)備工作正常;②每季對車載無線單元、軌旁服務(wù)器、交換機等進行檢查，確保設(shè)備工作正常，車載無線單元檢查時需測量發(fā)射功率;③每年對軌旁AP進行檢查，需測量發(fā)射功率。

3.2 常見故障類型

1.同一列車在多個位置與軌旁AP的通信中斷，列車緊急制動。需要檢查列車兩端的無線單元各板塊、天線是否出現(xiàn)故障，列車兩端的設(shè)備通信是否正常，測量列車網(wǎng)卡發(fā)送功率。

2.多列車在線路同一位置與軌旁AP的通信中斷，列車緊急制動。需要檢查該處附近的幾個AP是否工作正常，并測量AP天線發(fā)送功率。

3.只有一列車在一個地方出現(xiàn)與軌旁AP的通信中斷，在確定為無線丟失的情況下，要對列車和軌旁AP都進行相關(guān)檢查。

4.軌旁AP或車載天線發(fā)射功率過低。需更換相應(yīng)部件使發(fā)射功率達到正常值。

5.AP頻繁自動重啟或吊死。重啟該AP，并檢查其部件是否工作正常。

6.系統(tǒng)中其他部件故障。根據(jù)系統(tǒng)報警信息查找故障原因，并更換相應(yīng)部件。

4 結(jié)束語

目前，該系統(tǒng)已在國內(nèi)廣州4號線、5號線、北京10號線、南京2號線等多條線路安裝使用。維護人員需要掌握設(shè)備故障的診斷和處理方法，在設(shè)備的維護保養(yǎng)過程中嚴格遵守維護手冊的要求，保證無線子系統(tǒng)處于良好的工作狀態(tài)，提高整個信號系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性。

基于無線通信的移動閉塞是城市軌道交通信號系統(tǒng)的發(fā)展方向，改變了以往列車運行時信息只能由軌旁設(shè)備向車上傳遞、信息量少的缺點，實現(xiàn)了列車與軌旁設(shè)備實時的雙向通信，使CBTC系統(tǒng)不依靠軌道電路也能夠判定列車位置，實現(xiàn)了列車速度、停站時間、區(qū)間運行時間的精確控制，進一步減小了行車間隔，并能提高系統(tǒng)節(jié)能水平和運營服務(wù)質(zhì)量。

雖然基于WLAN通信技術(shù)的信號系統(tǒng)已在國內(nèi)外多條地鐵線路成功實施，但仍然會出現(xiàn)因無線通信中斷而造成列車緊急制動的情況，在地面、高架線路尤為明顯，能否徹底解決無線通信中斷的問題已成為基于無線通信的移動閉塞系統(tǒng)的新考驗。

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［3］徐杲，黎江．無線傳輸系統(tǒng)在列車運行自動控制中的應(yīng)用與發(fā)展［J］.鐵道勘測與設(shè)計，2006，(5):35－44．

［4］珠江三角洲城際快速軌道交通廣州至佛山段信號系統(tǒng)無線系統(tǒng)維護手冊［G］.廣州，2010．

CBTC system based on wireless communication is the development direction of urban rail transit signal system and wirelesswayside-train communication system is the foundation of the development of CBTC system．This paper introduces the basic principle，structure and function of Guangfu line signal system ofwireless subsystem，analyzes the redundant structure of the system，and describes the common wireless system faults and routinemaintenancemanner．

Wirelesswayside－train communication;Redundance;Maintenance

劉子陽:廣州市地下鐵道總公司助理工程師510380廣州

2013-11-12

(責(zé)任編輯:諸紅)