城市軌道交通信號設備監測技術研究

上海電氣泰雷茲交通自動化系統有限公司 上海 201206

前言

信號集中監測系統(CSM)作為信號系統自動化測試與智能化維護的關鍵信號設備，在鐵路當中有著廣泛應用。但是城市軌道交通與鐵路系統有著很大區別，所以CSM系統在城市軌道交通系統中的應用并不多。本文所提出的監測模式打破了原模式中各在線監測系統的封閉性，使用戶能夠更便捷高效地獲取信息。

1 信號監測系統現狀分析和系統設計

1.1 系統設計分析 結合城市軌道交通按線路建設、維護、管理的特點，信號維護支持系統結構設計也需要圍繞這些特點進行。在運營總部設置MSS中心，將各條線路MSS中心進行接入，同時結合實際的運維需求，設置一定數量的信號分部與運營總部終端；每一條線路均需增設線路MSS中心，作用在于接入該線路內的所有MSS車站分機，結合實際需求設置一定數量的信號分部或工班終端；每個車站單獨設置MSS車站分機。系統結構設計作為系統開發工作中的基礎，應當結合城市軌道交通特點，將控制中心布設在車輛段之處，保證所有工作環節都要經過客戶端去處理，然后將數據傳給服務器，從而提高客戶端的響應速度。另外，大部分數據均存儲在計算機設備內，包含設備維護檢修記錄、出廠參數等，此類信息的收集與審視都能利用數據庫實現。結合城市軌道交通信號設備按線路管理的特點，對監測信息的分析與審視也需要按照線路去劃分，因此也設計出來充分適應該管理模式的信號維護支持系統軟件架構。信號維護支持系統軟件架構與鐵路存在極大差異，最明顯的特點就在于對軟件數量的精簡，核心應用軟件只有數據采集、數據顯示、數據庫與應用服務器等，將鐵路系統中原有的通信前置機軟件、終端機軟件等去除掉。通過這樣的全新設計，強化了數據顯示的軟件功能，并且為不同用戶分配不同的權限，從而能夠審視多站、單站、全線路的信號設備監測信息。各車站均部署了數據采集應用軟件，為每一個需要對信息進行審視與分析的站點部署數據展示軟件，如車站、工班、信號與運營總部等。數據展示軟件不僅能夠與數據采集軟件集成在統一設備中，還能夠分別配置在兩臺機器中相互配合。這樣的軟件架構設計，意味著維護人員能夠在任一數據顯示軟件端，對任一車站的信號設備監測信息進行查看與分析。

1.2 信號監測系統現狀分析 城市軌道交通信號系統傳統監測模式主要存在以下不足：監測系統較為封閉。各監測系統相互獨立，相關信號系統的數據只存活在封閉的生產網絡中，一些用戶(如使用辦公網的管理人員)想獲取數據，必須到現場工控機上查看。隨著線路增多，及時獲取所有線路實時監測數據將變得十分困難。數據利用率低。相關數據(如報警信息)的利用場景單一，主要應用于響應故障，故障處理后的數據再利用率較低；并且數據在磁盤存放的周期較長，一定程度上造成了資源浪費。現場信息傳遞效率低。監測系統信息數據 的傳遞方向是單方向性的，即用戶從系統獲取信息。故障信息與現場故障處理人員故障處理信息的傳遞通道上多了調度員和值班人員一環，這消耗了一定的信息傳輸時間，導致信息傳輸成本增大。對故障處理的指向性不高。傳統監測模式下的故障處置流程主要為：值班人員通過在地鐵內部通信軟件生產群上人工填報故障信息，現場維修人員處理后在群上匯報進度以便相關人員跟進。若出現生產群信息較多(特別是一定時間段多起故障發生時)的情況，生產群上的其他信息會對跟進某個特定故障的用戶造成干擾。

2 信號設備監測技術

2.1 FTGS音頻無絕緣控制電路的監測技術 FTGS是指“遠程遙控音頻無絕緣軌道電路”，主要用于軌道電路的空 閑檢測和發送LZB電碼，即一方面給計算機聯鎖提供軌道區段空閑、占用信息；另一方面在軌道區段占用時，通過軌道電路發送來自軌旁ATP的報文給車載ATP設備。按照進路方向進行劃分，FTGS軌道電路可分成3個方向電路，而且軌道電路的傳送段及接收端電壓會跟隨方向電路的改變而變化，意味著就算采樣點不變，所采集到的信息有可能是接收電壓，也有可能是傳送電壓。通常來講，接收電壓僅有0.3～0.9 V，而傳送電壓則為30～80 V，有著巨大差距，因此在實際監測中存在難度。在FTGS軌道電路采集過程中，音頻軌道電流采集單元負責對所有項目進行監測。具體來講，音頻軌道電流采集單元的處理工作方式為“D SP+ARM”的聯合并行處理方式，能夠實現自動化增益控制及數字化濾波，同時具備時頻分析、總線通信的作用，對電壓、載頻、低頻進行實時監測。采取動態量程的方式進行軟件處理，不僅可以確保監測范圍更廣，同時也可確保在信號微弱狀態下擁有高精度的監測，具備更好的抗電氣化諧波干擾能力、監測精準度、監測速度及安全穩定性。為了避免出現同頻干擾情況，接收端與傳送端的電壓不能同時采集，而且在分開采集的基礎上每個音頻軌道電流采集單元所采集的兩路電壓工作頻率均不可相等。

2.2 同步環線的監測技術 同步環線的主要作用是使列車準確地停在預定的位置上，停車精度要求在±0.5m。在安裝了屏蔽門系統之后，同步環線對準確定點停車尤為重要，一旦同步環線故障，對地鐵運營服務質量將產生重大影響。在對同步環線的監測中，主要發揮作用的是移頻采集單元，每一個移頻采集單元會對1路同步環線 的電壓、電流信號進行檢測，與音頻軌道電流采集單元基本相同，移頻采集單元采取的也是“DSP+ARM”聯合并行，對于采集到的信息數據處理方式也沒有變化。唯一的區別在于，移頻采集單元能夠通過增設電流傳感器設備臺數的方式去增加電流信號采集路數。

結語

綜上所述，城市軌道交通系統中信號設備有著眾多種類，而且許多信號設備并未納入鐵路CSM系統的監測范圍。現如今城市軌道交通信號維護支持系統在眾多地區地鐵建設中得到應用，并且得到了處理監測項目全面、測試精準度高、軟件功能強大、操作相對簡便等不錯反饋，逐漸成為城市軌道交通信號維護技術人員的關鍵工具。