天津地鐵3 號線列控系統故障及行車組織處置原則淺析

付 強，王 丹

(1.天津市地下鐵道運營有限公司，天津 300222;2.天津鐵道職業技術學院，天津 300240)

0 引言

天津地鐵3 號線采用了基于通信的列車控制系統(Communication Based Train Control，簡稱CBTC)。自2012 年底試運營以來，系統運行狀況總體穩定，為運營的安全與穩定提供了有力的保障。雖然系統采用了先進的控制技術、計算機技術、冗余技術、網絡通信技術，充分實現了系統的集成化、網絡化和自動化，同時采用了高安全性設計，主要設備均采用多重冗余技術，但故障的發生在所難免。本文主要分析設備故障的主要類型，對行車組織的影響及應對措施。

1 概況

1999 年9 月，美國電氣和電子工程師協會(IEEE)將CBTC 定義為:利用高精度的列車定位(不依賴于軌道電路)，雙向連續、大容量的車地數據通信，車載、地面的安全功能處理器實現的一種連續自動列車控制系統。由于采用了先進的列車定位技術、安全處理器技術和無線通信技術，CBTC 技術較基于軌道電路的列車控制系統具有如下優點:

①通過車地雙向通信，實現對列車的閉環控制，大大降低人為錯誤，提高可靠性;

②調度人員可實時掌握列車位置、速度等參數，更好地指揮行車;

③根據列車運行狀態，結合列車運行智能調整技術，實現運行節能和舒適度提升;

④列車參數自動提供給監控系統，將控制與管理緊密結合，提升信息化水平;

⑤減少軌旁設備，將設備集中在車站和機車上，減輕管理維護的工作強度，受環境影響小;

⑥可實現移動閉塞。

CBTC 系統的車地通信傳輸方式有查詢-應答器、感應回線和漏泄電纜等幾種。天津地鐵3 號線采用的CBTC 是Bombardier 公司研發的CITYFLO650 系統。該系統通過漏纜方式進行無線通信傳輸，實現車-地間雙向的、連續的通信，提供了移動閉塞、列車自動駕駛等功能。

2 系統結構及功能

2.1 基本結構

CITYFLO650 列控系統包括ATS、車載ATC(VATC)、軌旁ATC(WaysideATC)、計算機聯鎖(CBI)及實現車地信息雙向傳輸的無線通信網絡(NRS)等幾個部分，基本結構如圖1 所示。該系統控制全線列車運行是基于劃分的區域來工作的。根據系統設備的容量，全線劃分為若干個控制區域，將軌旁ATC 設備和聯鎖設備安裝在區域內的某一個車站，在通信網絡的互聯下負責整個區域信號設備和列車的控制。

圖1 CITYFLO650 列控系統基本結構示意圖

圖1 中可見，ATS 系統分為兩級:中央級ATS(CATS)和本地級ATS(LATS)，分設于控制中心和車站。VATC 設備包括車載ATP(VATP)和車載ATO(VATO)兩類主要設備，安裝在列車內部。軌旁ATC 設備包括區域ATP (RATP)和區域ATO(RATO)兩類設備，設置在區域控制站。CBI 包括聯鎖核心系統(CIS)和目標控制器系統(OCS)，設置在區域控制站和設備集中站。軌旁設備與列車的數據通信則通過無線通信網絡(NRS)實現。

2.2 基本功能

2.2.1 VATP

VATP 執行所有安全相關操作，基本功能包括:①列車初始化。②與RATP 通信。從RATP 接收進路、沖突位置和限速等信息，并發送駕駛模式、速度、方向等信息給RATP。列車要采用ATP、ATO 等模式運行，必須要與RATP 建立通信。③與RATO 通信。④安全制動。根據各種影響因素計算安全制動距離，確保列車任何時間內都能安全制動。⑤超速防護和制動保證。⑥后溜防護。⑦車門控制聯鎖。⑧發車聯鎖。⑨列車定位。⑩車輪直徑校準。

2.2.2 VATO

VATO 只執行非安全相關的功能，其故障與否不會影響安全。VATO 的主要功能是執行牽引/制動控制、門控制和人機界面等。

2.2.3 RATP

RATP 執行列車安全相關的操作，主要功能有:①列車初始化。②列車刪除。③列車追蹤。通過獲取列車定位信息，實時計算列車的移動授權，并將列車位置和移動授權發給RATO 和ATS，通過激活沖突點來確定列車移動授權，實現CBTC 列車的追蹤防護。④計算列車移動授權。⑤確保追蹤列車安全的間隔。⑥實現混跑模式，保證CBTC 列車能夠安全地追蹤非CBTC 列車運行。⑦列車完整性防護。⑧強制限速。⑨屏蔽門智能控制。⑩區域控制權的交接。?RATP 后備系統切換和遠程重啟。?道岔監控。?接近鎖閉監控。?信號監控。?運行方向控制。?PEP 監控。?列車站停防護。?自動折返和無人自動折返。

2.2.4 RATO

RATO 主要用以實現正線非安全類的運營監控功能，如計劃進路和聯鎖進路的請求、調整列車運行性能、控制屏蔽門開關門、處理和記錄報警信息等。

2.2.5 CIS

CIS 負責通過安全或非安全的通信接收并處理來自控制中心的指令，執行聯鎖功能，發送命令至OCS，接收來自OCS 的軌旁設備狀態信息并發送狀態指令至控制中心。

2.2.6 OCS

OCS 負責控制軌旁目標(如信號機、轉轍機)，接收并執行來自CIS 的命令，監視目標狀態(如計軸、信號機等)并發送狀態信息至CIS。

2.2.7 NRS

NRS 提供車-地間的雙向通信。中央控制系統通過以太網連接軌旁網絡無線組件(WNRAs)發送有關信息，WNRAs 連接軌旁漏纜，漏纜與列車漏纜天線實現通信。控制系統傳輸至列車的信息主要包括進路(移動授權)、目標地、限速、沖突點、性能調整等;列車發送的信息主要包括列車位置、虛擬占用、列車速度和方向、駕駛模式、警報和診斷等。

3 常見故障類型

根據CITYFLO650 系統中設備安裝的位置，可將設備故障分為車載設備故障和軌旁設備故障兩大類，見表1。

表1 CITYFLO650 基本故障類型

4 常見故障應對措施

故障原因千差萬別，但故障造成的影響或現象是有相似之處的。根據CITYFLO650 系統常見故障現象及影響，天津地鐵公司制定了合理的處置原則和行車組織方式。

4.1 單個列車丟失車地通信

單個列車車地通信中斷，其原因可能是多方面的，如漏纜天線故障、移動數據電臺故障、通信處理器故障、VATO 處理器故障、VATP 處理器故障等。車地通信中斷時，列車信號人機界面中會顯示RAD打叉的提示，同時列車無法進入正常的駕駛模式，ATS 也將無法顯示故障列車的有關運行參數。行車指揮人員應組織故障列車降級為人工駕駛模式行車，組織車站手工開關屏蔽門、配合乘降作業。列車故障無法消除的，還應組織故障列車退出運營。

4.2 多個列車丟失車地通信

當多個列車在某一個范圍同時丟失車地通信時，可能是由于該區域內無線通信設備故障。此時，行車指揮人員應組織區域內列車降級為人工駕駛模式運行，并將該區域降級為站間閉塞法組織行車，同時組織車站手工開關屏蔽門、配合乘降作業，直到故障消除。

4.3 計軸區段非正常占用

當ATS 顯示單個或多個計軸區段非正常占用時，可能是由于計軸磁頭、計軸板卡等故障造成的。此時故障區段將被施加零限速，列車無法以正常駕駛模式(ATP/ATO)通過該位置。行車指揮人員應組織有關設備集中站對故障計軸區段實施計軸預復位操作，并讓列車以限制人工駕駛模式通過該區域，以嘗試恢復正常，同時組織信號維護人員處置故障。若故障無法消除，應組織列車降級為人工駕駛模式在故障所在區域運行，同時降級為行車閉塞法組織行車。若故障計軸區段包含道岔區段，應組織有關設備集中站配合使用計軸旁路操作，完成道岔的轉換，維持列車正常轉線。若整個集中站范圍計軸均故障，直接降級組織行車，直至故障消除。

4.4 計軸區段非正常占用且車地通信中斷

當ATS 顯示某一個或幾個集中站范圍計軸全部非正常占用且范圍內列車均失去車地通信時，此情況下ATS 無法監視列車位置，此時應降級為電話閉塞法組織行車，列車按人工駕駛模式運行。

4.5 控制區域零限速

當ATS 顯示整個控制區域內軌道均被施加零限速時，應組織該區域列車降級為人工駕駛模式按站間閉塞法行車，直到故障消除。

4.6 聯鎖中斷

當ATS 顯示整個控制區域內軌道紫光帶時，可判斷是聯鎖系統故障造成，此時應降級該區域行車閉塞法，列車按人工駕駛模式行車。對于包含折返站的，應組織有關人員實施手搖道岔作業維持列車折返。若與此同時出現列車通信中斷的現象，必須做好列車定位后，降級為電話閉塞法組織行車。

4.7 ATS 離線

當中央ATS 服務器故障造成中央ATS 工作站離線時，ATS 工作站將無法正常顯示和操作，并有服務器離線狀態顯示，此時應組織車站降級為緊急站控模式控制行車。

4.8 道岔失表示

當ATS 顯示道岔無表示時，可能是有關控制板卡、繼電器或轉轍機內部電路故障造成。此時，應通過ATS 嘗試操作;無法恢復時，應立即組織變更折返進路維持運營或者手搖道岔作業維持折返，直到故障消除。

5 結束語

天津地鐵采用的CITYFLO650 列控系統技術含量高、結構復雜，行車專業人員應對設備系統結構及基本功能進行全面了解，在理解列車控制基本原理的基礎上，掌握故障現象及對行車的影響，進而制定設備故障條件下行之有效的行車組織方法，這是行車技術管理人員重點研究和思考的內容。

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