城市軌道交通信號維護支持系統研究

樊國林

（中鐵第四勘察設計院集團有限公司，430063，武漢∥高級工程師）

城市軌道交通信號維護支持系統研究

樊國林

（中鐵第四勘察設計院集團有限公司，430063，武漢∥高級工程師）

信號維護支持系統是提高城市軌道交通信號部門維護水平和維護效率的重要設備。根據目前信號維護設備配置現狀，提出為城市軌道交通信號系統配備量身定做的維護支持系統。介紹了信號維護支持系統的結構、實現功能和設備配置。信號維護支持系統在每個正線車站、車輛段/停車場以及控制中心配備維護設備，并通過通信專業提供的傳輸通道組建獨立的信號維護支持網絡。該系統可實現信號設備的遠程監測，智能分析信號設備故障原因，為維修人員及時發現信號設備隱患提供了可靠保障。

城市軌道交通；信號維護支持系統；遠程監測；智能分析

Author’s addressChina Railway Siyuan Survey and Design Group Co.，Ltd.，430063，Wuhan，China

城市軌道交通信號系統是運營生產的關鍵設備，日益增長的客流對信號設備安全、高效運行的要求越來越高［1］。為滿足運營需求，迫切需要一個為城市軌道交通信號系統量身定做的信號維護支持系統。

1 信號維護設備配置現狀

城市軌道交通信號系統通常由正線信號系統（移動閉塞或準移動閉塞）和車輛段/停車場的國產計算機聯鎖系統兩部分組成。

車輛段/停車場計算機聯鎖系統分別配置一套獨立的微機監測設備，完成對車輛段/停車場范圍內所有信號設備的監測。正線信號系統的主要子系統ATS（列車自動監控）、ATP（列車自動防護）和ATO（列車自動運行）從國外進口，正線信號維護設備配置現狀為：ATS中包含了ATS、ATP、ATO的設備故障報警提示功能；國內配套的信號電源系統組建了專用的電源屏監測網絡；轉轍機、信號機、電纜絕緣測試等，以及信號系統內部各子系統間、信號系統與其它系統接口部狀態尚沒有進行有效的監測。

正線信號設備監測的信息不全，部分信號設備采集的狀態及報警信息分散于不同的系統，且系統間不能共享數據，信號維護人員在使用這些數據時需花費很大的精力進行查詢、篩選，這些都增加了故障搶修的難度、延長了故障處理時間［2］。

信號系統核心設備ATS、ATP、ATO的狀態及報警信息與ATS共網，一旦ATS網絡發生故障，將失去對信號設備的維護支持功能。然而，ATS主要服務于運營調度，如果在ATS中增加信號設備狀態及報警信息的采集數量、頻次及故障診斷功能，勢必影響ATS服務于運營的效率，且ATS軟件受外商控制，任何維護數據的改動都會引起維護費用的大幅度增加。

2 主要技術要求

（1）信號維護支持系統應組建單一、獨立的維護支持網絡，以適應不同系統供應商提供的不同制式（準移動閉塞、移動閉塞）、不同類型的信號系統。配備的設備應小型化、模塊化，適應城市軌道交通設備集中站、非設備集中站、車輛段/停車場、控制中心等現場配置的不同要求。

（2）信號維護支持系統應采用成熟可靠的技術手段，實現信號設備運用過程的動態實時監測、數據記錄、統計分析，監測范圍應包括計算機聯鎖、ATS、ATP、ATO、智能電源屏、UPS（不間斷電源）、計軸、數據傳輸系統（DCS）、道岔、信號機等所有信號設備［3］。

（3）信號維護支持系統應能監督、記錄信號系統與電力、通信、屏蔽門等系統結合部的有關狀態。

（4）信號維護支持系統采集設備與被監測設備間必須有良好的電氣隔離措施，任何情況下不得影響信號設備的正常工作；采集的數據應滿足實時性、完整性、準確性要求，采集的信息應能與其它系統互聯互通，實現資源共享。

（5）信號維護支持系統模擬量采集器須經過標準計量器具校核，測試精度應滿足技術要求。

（6）信號維護支持系統可通過對信號設備工作信息的實時采集和智能分析，評估信號系統的運行質量，當信號設備的主要電氣性能或機械特性偏離預定界限時應及時預警。

（7）信號維護支持系統應能及時記錄監測設備的異常狀況，并對設備故障進行分類及報警。

（8）信號維護支持系統應具有一定的故障診斷能力，當信號設備出現故障時，能根據設備的電氣參數變化和關聯信號設備的狀態信息，給出故障定位和故障處理建議。

（9）信號維護支持系統與計算機聯鎖、計軸、電源屏、UPS、DCS、ATS、ATP/ATO等智能設備接口，實現對智能設備的遠程監測功能。

（10）信號維護支持系統應具有抗電化干擾能力。

3 系統方案

信號維護支持系統采用二層三級網絡結構，即線網維護中心、線路維修中心二層維護網；線網維護中心、線路維修中心、車站三級網絡結構［4］。如圖1所示。

圖1 線網維護支持系統構成示意圖

每條線路配置的信號維護支持系統的構成如圖2所示。線網維護中心至線路維修中心利用通信專業提供的傳輸通道組建信號維護支持系統上層傳輸網絡，線路維修中心至各站及控制中心間利用通信專業提供的傳輸通道組建信號維護支持系統下層傳輸網絡。

圖2 線路維護支持系統構成示意圖

4 系統功能

信號維護支持系統提供以下功能：

（1）信號維護支持系統從控制中心ATS服務器獲取并顯示線路、站場、列車運行狀態、行車人員操作等信息。

（2）信號維護支持系統從中央ATS服務器獲取并顯示軌旁ATP/ATO設備狀態及報警信息。

（3）信號維護支持系統經控制中心ATS中央服務器獲取并顯示車載ATP/ATO設備的狀態及報警信息。

（4）DCS通過數據接口向信號維護支持系統自主上報報警信息，周期性地傳輸DCS網絡設備的在線狀態及信息流量，在特定的信號維護終端上可通過IE瀏覽方式實現對DCS網絡設備的遠程監測及故障分析。

（5）計算機聯鎖系統通過設備集中站數據接口或控制中心接口計算機向信號維護支持系統提供站場信息、控制臺所有按鈕開關量信息、計算機聯鎖系統自身狀態信息及報警信息，在特定的信號維護終端上可通過IE瀏覽方式實現對計算機聯鎖設備的遠程監測及故障分析。

（6）計軸系統通過數據接口向信號維護支持系統自主上報報警信息，周期性地傳輸計軸設備的狀態信息及報警信息，在特定的信號維護終端上可通過IE瀏覽方式實現對計軸系統的遠程監測及故障分析。

（7）智能電源屏向信號維護支持系統自主上報電源屏報警信息，周期性地傳輸智能屏的狀態信息，在特定的信號維護終端上可通過IE瀏覽方式實現對智能電源屏的遠程監測及故障分析。

（8）UPS通過數據接口向信號維護支持系統自主上報報警信息，周期性地傳輸UPS及電池的狀態信息，在特定的信號維護終端上可通過IE瀏覽方式實現對UPS的遠程監測及故障分析。

（9）智能燈絲報警裝置向信號維護支持系統自主上報信號機燈絲狀態及燈絲斷絲報警信息，故障定位到每架信號機的每個燈位，在特定的信號維護終端上可通過IE瀏覽方式實現對信號機燈絲的遠程監測。

（10）信號維護支持系統可對各車站外電網綜合質量（電壓、電流、功率）進行遠程監測，當外電網發生斷電、缺相、相序不對等故障時提供報警功能。

（11）信號維護支持系統能對轉轍機動作電流、動作時間、轉換方向、表示電壓等參數進行監測。

（12）信號維護支持系統可完成對車輛段/停車場50 Hz相敏軌道電路繼電器端電壓的監測。

（13）信號維護支持系統可對緊急關閉按鈕電路、信號系統與屏蔽門接口電路、線網聯絡線接口電路、正線與出入場線接口電路、車輛段/停車場與試車線接口電路等進行監測。

（14）信號維護支持系統還可對電纜絕緣、電源對地漏泄電流、信號機房溫度/濕度、室內熔絲報警、關鍵繼電器狀態等進行監測。

（15）當信號維護支持系統實時采集的數據偏離預定界限時及時發出預警信號；當信號設備發生故障時，能自動提取故障發生時刻前后若干分鐘相關設備的狀態數據，生成數據回放文件，在同一個回放界面上進行顯示，并給出故障定位和故障處理建議。

（16）信號維護支持系統能輸出反映信號設備電氣特性的實時值報表、實時曲線、日報表、日曲線、月曲線和年曲線，反映設備不同時段的電氣特性變化趨勢。

（17）信號維護支持系統提供信號設備全壽命期檔案管理功能，為每臺信號設備建立檔案，檔案管理信息包括設備型號、生產日期、上道時間、主要技術參數、電氣特性、安裝位置、設備維修和維護記錄等。

（18）信號維護支持系統根據信號設備的維護周期、使用次數、工作狀態和預警信息，自動生成維護建議。

（19）信號維護支持系統監測到信號設備故障報警，可確定報警級別，對二級以上報警立即提供聲光提示并在維護終端上顯示，以便維護調度根據報警的緊急程度和報警處理預案，啟動相應的報警處理流程。

5 系統設備配置

（1）線網維護中心設備配置：設置獨立的電源供電系統（含UPS），配置1臺應用服務器以便共享線網內信號維護資源，設置1臺防病毒服務器管理各線路信號維護支持系統的防病毒軟件、1套網管工作站管理信號維護支持網絡及通信前置機、防火墻、交換機（或路由器）等網絡設備，根據需要設置若干臺線網中心維護工作站，采用與信號系統相同的網絡時鐘。參見圖3。

圖3 線網維護中心設備配置

（2）線路維修中心設備配置：配置獨立的電源供電系統，配置2臺數據庫服務器及1套磁盤陣列存放信號設備的狀態及報警信息，設置1臺WEB服務器實現對智能設備的遠程監測，根據需要設置若干臺線路中心維修工作站以及必要的網絡設備。如圖4所示。

圖4 線路維修中心設備配置

（3）控制中心設備配置：從控制中心ATS、ATP/ATO、DCS采集的信息盡量利用信號系統在控制中心設置的接口計算機上傳至信號維護支持系統，如果因技術原因不能利用信號系統設置的接口計算機時，應在控制中心設置1臺接口計算機。在線網的維護中心還沒有建成時，時鐘同步信息從控制中心的接口計算機引入信號維護支持系統。另外還需在控制中心配置必要的網絡設備。如圖5所示。

圖5 控制中心設備配置

（4）設備集中站設備配置：配置1套車站采集設備，根據需要配置1臺車站維護工作站，以及必要的網絡設備。信號智能設備的狀態及報警信息通過通信接口機上傳至車站采集設備。計算機聯鎖設備的狀態及報警信息視不同的供應商提供的產品，可在設備集中站接入信號維護支持網絡，亦可通過控制中心ATS服務器接入信號維護支持網絡。如圖6所示。

圖6 設備集中站設備配置

（5）非集中站設備配置：非集中站智能電源屏與UPS的狀態及報警信息通過必要的網絡設備接入信號維護支持網絡。如圖7所示。

圖7 非集中站設備配置

（6）車輛段/停車場設備配置：車輛段/停車場各配置1套車站采集設備，并配備必要的網絡設備，車輛段/停車場智能設備的信息通過通信接口機上傳至車站采集機柜。如圖8所示。

圖8 車輛段/停車場設備配置

6 接口

（1）線網維護中心至各線路維修中心之間的數據通道帶寬不小于100 Mbit/s，線路維修中心至各站、控制中心、車輛段/停車場的數據通道帶寬不低于10 Mbit/s。

（2）信號維護支持系統采集機柜與計算機聯鎖系統及計軸系統之間采用帶光電隔離的RS 232/ 422標準串行接口，與智能電源屏之間采用RS 485接口，與智能燈絲報警儀之間采用串行通信接口。信號維護支持系統在控制中心設置的接口計算機與ATS中央服務器間采用以太網連接。

（3）信號維護支持系統采集的軌旁ATS、ATP、ATO設備的報警信息通常已由信號智能設備定位至板級，該板級應與提供的備品備件相對應，不同的信號系統供應商提供不同的ATP/ATO設備，信號維護支持系統與軌旁ATP/ATO接口時應對報警信息列表進行確認。

（4）信號維護支持系統接收車載ATP/ATO設備的報警信息，由于不同的供應商提供不同的車載ATP/ATO設備，信號維護支持系統與車載ATP/ ATO接口時應對車載設備報警信息列表進行確認。

（5）信號維護支持系統在控制中心設置的接口計算機與DCS服務器接口，獲取DCS狀態及報警信息，信號維護支持系統需與DCS共同確認報警信息列表。

7 結語

本信號維護支持系統具有良好的兼容性、靈活性、可擴展性及系統開發的延續性，提升了信號維護支持系統的可用性。信號維護支持系統與ATS系統分網設計，避免了維護信息與行車管理信息間的相互干擾，克服了ATS網絡故障時維護系統不能發揮作用的缺陷。線網內配置該信號維護支持系統，便于維保部門對信號系統集約化維護管理，共享線網內信號維護資源，提升信號維護部門處理故障的能力。該系統全部為國產化設備，系統維護及時、維護費用較低，當用戶需求發生變化時，對軟件的修改成本較低且不影響行車。

目前，本信號維護支持系統已成功應用于上海軌道交通12、13、16號線及鄭州軌道交通1號線。

［1］ 杜平.城市軌道交通信號系統的發展［J］.鐵道通信信號，2010（5）：56.

［2］ 嚴波，李旭宏.城市軌道交通信號系統的維護與保養模式［J］.城市軌道交通研究，2005（5）：39.

［3］ 周庭梁，張兵建.地鐵的信號維護支持系統［J］.城市軌道交通研究，2010（8）：101.

［4］ 賈萍.完善城市軌道交通信號維護支持系統的必要性［J］.中國鐵路，2012（4）：96.

On Signal Maintenance Support System of Urban Rail Transit

Fan Guolin

Being an important device，the signal MSScould improve the standard and efficiency of signal maintenance departments.According to the present condition，a specially tailored MSS is proposed，which should be allocated to each metro station，train depot and control center，and the same time an independent supporting maintenance network should be installed by special communication channel.This system will achieve the function of remote supervision and fault detection of signal equipment，and help the maintainers to find hidden troubles timely.

urban rail transit；signal maintenance support system；remote supervision；intelligent analysis

U 231.7

2013-12-27）