地鐵列車自動運行（ATO）系統與列車控制系統（TMS）的接口

（成都地鐵有限責任公司，610081，成都∥工程師）

地鐵列車自動運行（ATO）系統與列車控制系統（TMS）的接口

傅國欣

（成都地鐵有限責任公司，610081，成都∥工程師）

介紹了地鐵列車自動運行（ATO）系統的構成及功能。以成都地鐵1號線為例，闡述了地鐵ATO系統與列車控制系統（TMS）接口的硬件構成、軟件協議，以及冗余配置、異常機制和初上電機制。

地鐵；列車自動運行系統；列車控制系統；接口

Author's address Chengdu Metro Co.，Ltd.，610081，Chengdu，China

地鐵列車自動運行能最大程度地保證列車運行安全，提高運輸效率，減輕運營人員勞動強度，同時還具有?？空军c準時及定位準確等優點。列車自動運行（ATO）系統與列車控制系統（TMS）的接口是實現地鐵列車自動駕駛的一個關鍵環節。本文以成都地鐵1號線的應用為例，介紹了地鐵ATO與TMS的接口。

1 地鐵ATO系統簡介

ATO是地鐵信號系統的子系統。ATO采用先進的列車自動控制技術，其相關的技術構成包括列車自動監視（ATS）、地域控制器（DC）、車載控制器（CC）。

TMS是現代地鐵列車中采用的列車控制系統。它以列車中央控制單元（CCU）為核心，由列車控制級和車輛控制級的多臺計算機和一系列專業設計的總線組成，對列車進行控制、信息傳輸，以及實時監控和診斷。

對ATO系統各部分的功能可以作一個形象的比喻：ATS相當于行車調度員，DC相當于車站值班員，CC相當于列車駕駛員，而TMS就相當于列車。ATO和TMS都是地鐵的關鍵系統。ATO與TMS的接口是通過CC實現的，CC通過該接口對列車進行控制，并取得列車狀態。

ATO系統使各趟列車的出庫、到站、發車、回庫均按照時刻表有條不紊地進行。對于列車的運行，系統計算出對應各種區間走行時間下的最佳運行速度曲線，控制列車的起動、加速、巡航、惰行、制動及精確停車。

ATO不需要司機駕駛列車。通常值守的司機只是監控列車運行，并在列車遇到意外的情況下采取緊急措施，以及在必要的情況下轉人工駕駛，同時進行一些如空調、升降受電弓等輔助性工作。

2 ATO與TMS接口的硬件構成

ATO與TMS的接口包括RS 485接口和一組110 V的電纜線。RS 485接口為三線式半雙工通信方式，由帶屏蔽的雙絞電纜組成，傳輸速率為38.4 kbit/s，如圖1所示。TMS通過RS 485與ATO連接，再通過CAN（控制器局域網絡）總線連接到列車CCU，由CCU進行計算處理，對列車進行控制。

110 V電纜線用于列車運行方向的控制。如圖2，FWD（向前）和REW（向后）分別連接到列車兩端司機室的電鑰匙接點，得電后電路上等同于閉合司機鑰匙。當且僅當FWD或REW有一根得電時，列車運行回路才能建立。同時，列車車門“左側/右側”的方向定義也隨運行方向而確定。

圖1 RS 485接口

圖2 列車運行方向控制

3 ATO與TMS接口的軟件協議

3.1 信息幀格式和傳送時序

信息幀格式如圖3所示。

圖3 信息幀格式

Message Header（幀頭）：長度為1字節，表示信息幀開始的編碼，同時表示信息的傳送方向。當Message Header=0xF6時，信息由ATO傳向TMS；當Message Header=0xF2時，表示信息由TMS傳向ATO。

Spare（備用）：無定義，長度為1字節。

Serial Check Number（序列號檢測碼）：長度為1字節，每次信息傳送時遞增1，當到達最大值255后返回0，以此循環。該碼用于檢測每次傳送的幀的序列號，以檢測是否有幀丟失或應答異常。

Message Contents（數據信息內容）：由數個字節構成，表示ATO向TMS發送或TMS向ATO發送的信息的內容。

CRC_Low：CRC（循環冗余校驗碼）冗余校驗的低位，長度為1字節。

CRC_High：CRC冗余校驗的高位，長度為1字節。

Terminator（幀結束位）：長度為1字節，表示信息幀結束。

信息的傳送是以ATO為主機、TMS為從機的主-從方式進行的。每次傳送以一次主叫（Call）、一次應答（Ack）作為一個Polling循環，如圖4所示。每次Polling循環，數據幀的序列號檢測碼遞增1，到達255后返回0。無論ATO主叫有沒有收到TMS的應答，ATO都會按傳送周期T1進行主叫（T1=50 ms）。如果連續三次主叫都沒有收到應答，則會轉入異常機制。

圖4 Polling循環

3.2 從ATO向TMS發送的信息

當信息幀的Message Header=0x F6時，表示該幀為主叫（Call）幀，即從ATO向TMS發送信息。該幀的Message Contents定義見表1。

3.3 從TMS向ATO發送的信息

當信息幀的Message Header=0x F2時，表示該幀為應答（Ack）幀，即從TMS向ATO發送信息。該幀的Message Contents定義見表2。

4 冗余配置、異常機制和初上電機制

4.1 冗余機制

ATO采用高可靠性的硬件結構，按主備冗余方式配置，當主ATO單元發生故障時自動切換到備用ATO。主ATO和備用ATO單元運行同樣的軟件，使用相同的傳感器輸入，但獨立計算。ATO的軟件安裝在與車載ATP（列車自動防護）子系統共用的計算機中，但使用獨立于ATP的CPU進行運算處理。ATO與TMS接口也按主備方式配置，在同一個時間，只有一個接口在運行。

表1 從ATO向TMS發送信息的定義

表1 （續）

表2 從TMS向ATO發送信息的定義

4.2 異常機制

如果發生下述三種情況：①ATO在發出主叫信息后經過20 ms沒有收到TMS的應答；②ATO收到的TMS的應答存在CRC錯誤；③ATO收到的TMS應答的幀的序列號檢測碼存在異常，沒有遞增或編號不正確。則ATO判斷為應答信息錯誤，應答幀被忽略或不予采納，ATO繼續呼叫。如果連續3次以上Polling周期都發生Ack接收信息錯誤（見圖5），則ATO判斷TMS有異常并采取必要的措施。

圖5 ATO判斷TMS有異常

對于TMS，如果發生下述三種情況：①在一個Polling周期內沒有收到主叫；②收到的信息存在CRC錯誤；③收到的主叫幀的序列號檢測碼存在異常，沒有遞增或編號不正確。則TMS判斷ATO發生發送信息錯誤，主叫幀被忽略或不予采納。不能正常收到從ATO傳來的指令時，TMS繼續應答。但如果經過3次以上Polling周期的時間，即3×50 ms=150 ms，連續發生上述ATO發送信息錯誤（如圖6），則TMS判斷ATO有異常并采取必要的措施。

當檢測到異常時，系統會根據之前有效的Polling循環的信息進行相應的處理，并采取對應的措施，如冗余切換、實施緊急制動、轉人工駕駛等。

4.3 初上電機制

投入電源初上電時，TMS對第一次接收到的ATO主叫信息不進行幀序列號檢測碼檢查，ATO對第一次接收到的TMS應答信息也不進行幀序列號檢測碼檢查。在TMS初上電后的一段時間（T2）內，主叫幀將被TMS視為無效并不予采納，同時將屏蔽ATO傳送來的信息錯誤檢測。經過T2之后，TMS將解除對錯誤檢測的屏蔽，并把主叫幀視為有效。T2一般約為10 s。同時，在初上電的一段時間內，ATO將無視從TMS傳來的應答信息，直到收到的TMS應答中的“message validity”變為1（見表2），開始將應答信息的內容視為有效。初上電時序如圖7所示。

圖6 TMS判斷ATO有異常

圖7 初上電時序

［1］ 黃濤，李云川，賈棟勝.基于CAN總線的RS485冗余網關設計與實現［J］.電力機車與城軌車輛，2008，31（6）：30.

［2］ 張大海，施承有.成都地鐵1號線列車微機網絡控制系統［J］.機車電傳動，2009，6（6）：41.

On the Interface between ATOand TMS Applied in Metro Automatic Operation

Fu Guoxin

The constitution and functions of automatic train operation（ATO）system adopted in metro trains are briefly introduced.Based on the running of Chengdu metro Line 1，the hardware，software protocol，spare assembly and the fault processor of the interface between ATO and TMSapplied in automatic driving are discussed in detail.

metro；automatic train operation（ATO）；train management system（TMS）；interface

U 231.6

2012-05-04）