地鐵車輛基地綜合自動化系統與外部系統接口總體方案研究

胡 敏 汪 崢 范 琪 譚冠華

地鐵車輛基地作為地鐵全線運營的基本保障，承擔了地鐵全線車輛停放、車輛檢修、車輛運用（收車、發車、段內調車轉線）以及全線設備設施檢維修的生產任務，相對于地鐵正線的高度自動化水平，車輛基地內生產作業基本依靠電話（專用電話或800 MHz 語音）、紙質工單流轉、人工錄入等方式進行作業管理，信息化、自動化水平較低。為了提高車輛基地的生產作業效率、以及運營管理的信息化和自動化水平，成都地鐵集團公司招標建設成都地鐵5 號線車輛基地綜合自動化系統（以下簡稱MDIAS）［1-4］。成都地鐵5 號線也是成都首條采用MDIAS 的線路。

由于MDIAS 涉及車輛、信號、供電、通信等多個專業設備，接口較為復雜、實施難度較大，亟需確定MDIAS 外部系統的總體接口方案，明確接口通信方式、接口界面劃分、接口功能等設計內容，以便后期進行接口實施和維護。

本文重點研究MDIAS 功能設置，結合成都地鐵5 號線車輛基地的機電設備、信息化系統建設情況，總結并提出MDIAS 與外部系統接口的總體設計方案，為成都地鐵后續線路以及其他城市地鐵建設車輛基地綜合自動化系統提供一定的參考。

1 MDIAS 概述

成都地鐵5 號線建設車輛基地3 座（含元華車輛段、大豐停車場和回龍停車場）。MDIAS 主要是實現車輛基地內車輛檢修、列車收/發/調車、司機派班計劃的自動編制，以及計劃的執行、跟蹤及結果反饋等功能，總體可劃分為以下3 部分。

1） 計劃編制部分。MDIAS 結合地鐵正線的運營時刻表（也稱運行圖）及車輛故障情況自動編制車輛檢修計劃，檢修計劃中應能提供滿足正線運營要求的列車數量；結合運行圖、車輛檢修計劃自動編制生成列車收車和發車計劃，同時可與車輛基地內的施工計劃進行沖突檢查，避免列車開進施工區域，造成人身安全事故；結合運行圖自動生成司機的派班計劃。

2） 計劃執行部分。MDIAS 結合自身制定的收/發/調車計劃，自動觸發收/發/調車進路的辦理，自動將計劃轉化成進路辦理的指令，且在進路辦理之前，能夠自動與車輛基地內正在執行的施工任務進行沖突檢查，避免列車開進施工區域；能夠標記車輛基地內股道接觸網斷送電信息，避免電客車開進無電區；實現車輛基地內信號設備的實時控制與狀態顯示。

3）計劃跟蹤及反饋部分。MDIAS 具備車輛基地內車輛位置、車號信息的實時跟蹤功能，要求獲取列車發車至正線后的列車交路實時信息，在列車交路發生變化時，能夠及時調整列車的收車計劃。

2 成都地鐵5 號線車輛基地建設情況

1） 信號設備室設有車輛段計算機聯鎖系統，通過聯鎖控顯機（分為A、B 機，一主一備）實現車輛基地內信號設備的控制與狀態顯示、信號進路的開放，且基本都是由車輛基地信號值班員手動完成操作。

2）信號設備室設有信號ATS 分機（分為A、B 機，一主一備），可提供與外部系統的接口，實現車輛基地內車輛的跟蹤、車號的顯示功能等。

3）采用PSCADA 系統對全線的接觸網供電狀態進行監測。

4）全線設置施工調度管理系統，對地鐵正線、車輛基地內的施工計劃申報、審批，施工的請點、銷點進行全面的信息化管理，該系統部署運行在成都地鐵辦公網絡上（簡稱OA 網絡）。

5） 采用資產管理系統（簡稱PMS） 實現車輛故障的提報、跟蹤處理及結果反饋，存儲車輛檢修計劃信息，該系統也部署運行在成都地鐵辦公網絡上［5］。

3 MDIAS 接口需求分析

結合MIDAS 系統功能設置以及成都地鐵5 號線車輛基地機電設備和信息化系統建設情況，梳理MDAIS 系統接口需求如表1 所示。

表1 MDIAS 與外部系統接口需求

4 MDIAS 與外部系統接口總體方案

4.1 總體框架

4.1.1 硬件接口通信方案設計

MDIAS 是涉及行車調度的系統，在3 個場段建立了MDIAS 專網，MDIAS 的中心設備、接口設備、終端設備都掛載在MDIAS 專網上；同時為了保障系統網絡的可靠性和穩定性，MDIAS 采用雙網絡冗余結構設計。

對MDIAS 的外部接口進行重要性等級排序，如表2 所示。各接口設計如下。

1）與施工調度管理系統、PMS 系統的接口。由于與MDIAS 接口的施工調度管理系統、PMS 系統都運行在地鐵公司OA 網絡上，因此MDIAS 網絡需與OA 網絡實現網絡接口互通，以實現MDIAS 與施工調度管理系統、PMS系統的數據交互。

表2 MDIAS 與外部系統接口重要性等級

地鐵公司OA 網在地鐵全線都是貫通的，因此只在元華車輛段設置MDIAS 網絡與OA 網絡的接口連接。如圖1 所示，MDIAS 專網通過MDIAS 防火墻與OA 網絡進行連接，在防火墻中設置防護策略，只允許施工調度管理系統與MDIAS 的接口端口數據及PMS 系統與MDIAS 的接口端口數據進入MDIAS 專網，接口數據直接由MDIAS 中心服務器進行處理。

2）與ATS 接口。相比與施工調度管理系統和PMS 系統的接口，MDIAS 與ATS 接口的穩定性和可靠性要求更高，在元華、大豐、回龍3 個場段均設置了MDIAS 與ATS 的接口服務器（簡稱FEP）。

如圖1 所示，以元華場段舉例，在車輛段運轉樓MDIAS 機房設置了與ATS 接口服務器2 臺，分別為FEP-A 和FEP-B。FEP-A 通過以太網線連接至車輛段運轉樓信號設備室ATS 分機-A、FEP-B 連 接 至 車 輛 段ATS 分 機-B。 FEP-A，FEP-B 接收的數據均相同，采用互為主備的工作模式。一般是FEP-A 作為主用對外發送數據，當FEP-A 發生故障時， 采用FEP-B 對外發送數據［7］。

3） 與PSCADA 系統 接口。PSCADA 主機位于每個場段的牽引混合所的PSCADA 主機柜內，需通過光纖與MDIAS 連接。選取每個場段的FEP-A，作為與PSCADA 連接的接口服務器。

4）與車輛基地計算機聯鎖系統的接口。相比與其他對外接口，MDIAS 與聯鎖系統的接口要求最高，在每個場段均設置了與聯鎖系統接口的串口服務器2 臺，也稱為程序進路控制器（簡稱PRC）。

如圖1 所示，PRC 與聯鎖系統的接口方式為交叉互聯方式，通過RS422 串口線連接。PRC-A 與PRC-B 是一主一備，只是在通信鏈路上，PRC-A與聯鎖控顯機-A、聯鎖控顯機-B 各有1 條通道可以選擇，增強了通信連接的可靠性與穩定性。［8］

圖1 MDIAS 與外部系統接口連接示意圖

4.1.2 關于FEP 設置的特殊說明

在整個系統接口設計中，FEP 起到了承上啟下的作用，除了完成與ATS、PSCADA 的接口數據交互外，還需負責完成以下任務：①把PRC 從聯鎖系統接口接收的數據直接轉發至MDIAS 各個調度終端；②把ATS 接口的數據、PSCADA 接口的數據轉發至中心服務器處理，再通過FEP 反饋至各個調度終端進行顯示；③把中心接口發送的施工信息、PMS 信息轉發至各個調度終端進行顯示；④把中心制定的計劃信息轉發至PRC，由PRC 把計劃轉化成指令信息，在收到觸發信息之后，把指令信息下發至聯鎖系統，由聯鎖系統開放進路辦理。

4.2 接口分界面劃分

在所有的接口設計中，接口分界面的劃分非常重要，直接關系到接口實施中接口雙方的職責以及后期系統交付之后的接口維護界面［9］。MDIAS 與外部系統接口方式及接口分界面劃分見表3。

4.3 接口功能設計

結合前述MDIAS 對外接口需求分析，總結MDIAS 對外接口 功能如表4 所示［10-12］。

表3 MDIAS 與外部系統接口方式及接口分界面劃分

表4 MDIAS 與外部系統接口數據信息［10］

5 方案應用效果

成都地鐵5 號線已開通運營，本文所研究的MDIAS 對外接口總體方案也已得到具體應用。從2019 年4 月完成接口調試至今，MDIAS 對外接口一直運行穩定。經全線綜合聯調及用戶使用驗證，其接口通信設計和功能設計均能滿足MDIAS 的用戶使用要求，效果良好。

隨著城市軌道交通信息化、自動化技術的發展，越來越多的城市地鐵開展了車輛基地綜合自動化系統的建設或研究，本文可為其建設實施、系統研究提供一定的參考。